空调遥控器人机系统设计与分析

何灿群 陈文婷 许雪纯

摘要：从人机工程学的角度改良现有的空调遥控器，提出让人更舒适、操作更便捷的空调遥控器设计方案。通过前期调查问卷和搜集资料等方法，对空调遥控器上关于按键、显示屏、指示文字等方面的问题进行分析，参考我国成人人体主要尺寸，在遥控器外观形状、文字大小和字体、显示屏呈现信息、电池壳及电池大小等方面设计。设计出更符合人机的空调遥控器三维模型。该模型可为符合人机的小型手持工具设计提供参考。

关键词：手持工具;空调遥控器;人机;显示区;操作区

中图分类号：TB472

文献标识码：B

文章编号：1003-0069（2020）03-0030-03

引言

目前空调已成为人们日常生活和工作中不可缺少的家电产品，而空调的操作使用主要依赖于空调遥控器。随着经济的发展，物质产品的日益丰富，单纯满足基本功能的空调遥控器已经不再是消费者的首选，消费者更偏向于操作便捷、舒适并且美观的空调遥控器。本文基于对人机工程学理论的应用，结合人体的生理学因素，分析其设计中的形态、按键、功能排布、信息显示等方面的人机因素，致力于设计一款使用方便的空调遥控器。

一、遥控器现状分析

随着科技的发展，家居渐渐进入智能化，智能家居的遥控器逐渐成为人们生活中的一部分，研究者对遥控器的开发涉及到各个领域。

刘燕芯，马文镰，王子元从智能设计的角度，对遥控器进行创新设计，依据手机遥控APP和电视接口，将遥控器的功能单独出来，将APP和新型遥控器重新组合之后，获得新的操作体验【1】。对于一般人群，尤其是经常会被忽视的老人和小孩来说，这样能与电视配套并高度同步的新型终端可以让遥控器成为更加操作简便，同时又现代化的交互设备。

黄健通过蓝牙模块化设计的介绍，还原了蓝牙遥控器的实现过程，在系统的稳定性方面，发现与红外遥控器相比，蓝牙遥控器能够在连接中断时进行修正来维护正常运行，接收距离较长且可以不对准接收装置，从而得出蓝牙遥控器更具稳定性[2]。

朱恒军，刘真海针对传统家里遥控器存在的多且杂，按钮混淆不清的问题，设计了只用一款在Android系统下的智能遥控器就能控制这些设备的终端，使以后家用设备的发展更加智能化、方便化、人性化[3]。

余露，陈兴等人结合遥控器主体盖塑件的结构特点，设计了一模一腔单点点浇口三板式注塑模具。模具整体布局合理，机构结构设计新颖、动作可靠，有效地节省了模架使用尺寸，降低了模具生产制造成本，满足了塑件的自动化生产要求【4】。

吴琼基于单片机AT89C51、利用红外遥控发射技术设计了一款空调红外遥控器。对其系统结构框架、硬件部分等内容进行介绍，最后通过系统仿真验证设计的正确性和有效性【5】。

经研究发现，开发者对遥控器的探究多关注遥控器功能的多样性和智能性，而对于用户使用遥控器的体验本身关注较少，设计的产品缺少人性化的体现，且成本过高，操作过于复杂，受众人群少。针对该方向研究的漏洞，本文以空调遥控器为例，运用人机工程学的理论展开研究。

二、人机工程学理论概述

人机工程学理论结合心理元素和生理元素，建立了人与产品之间和谐的关系。在保护人体健康的基础上，综合平衡人的各项机能，达到最大限度地去挖掘人的潜能或提高使用舒适度的目标【6】。

人机工程学理论指导产品设计时主要有以下几个方面：（1）产品与人体的尺寸、形状及用力是否配合;（2）产品是否顺手和方便使用;（3）是否能防止使用者操作时意外的伤害和错用时产生的危险;（4）各操作单元是否实用，各元件在安置上能否使其意义毫无疑问的被辨认;（5）产品是否便于清洗、保养及修理[6]。

根据以上人机工程学理论，本文以空调遥控器为产品设计实例，

从以下几个主要方面研究并进行优化设计。（1）从空调遥控器的形状入手，运用人机工程学中关于人手握姿和使用习惯的理论，提高其操作舒适度。（2）从空调遥控器的按键及指示符号、文字入手，运用人机工程学中与误操作和信息获取两方面相关的理论，降低人使用时操作失误率，并使人能够快速准确地获取到自己需要的信息。（3）从空调遥控器的配色入手，运用人机工程学中关于视觉的基本特征理論，提高其操作辨识度。（4）从空调遥控器的其他要素入手，以人机工程学中的环境因素为主要研究点，充分考虑操作环境和操作习惯，使空调遥控器运作合理。

三、空调遥控器的形状分析

市面上空调遥控器的形状多为扁平长方体状，形状僵硬、不美观。单手抓握遥控器时，一般用食指和中指，在遥控器背面有三个施力点，可以保证在握姿不变的情况下，大拇指接触到所有的按钮[7]。但这种姿势会导致手抵住遥控器右下角，造成对人手部肌肉比较脆弱部分的挤压，影响人手的灵活性和准确性。此外，大部分空调遥控器的尺寸大小设定不合理，操作区与显示区的比例不协调。

人手的肌肉主要分3部分，指球肌、大小鱼际肌、掌心及指骨间肌，如图1。它们是手掌的减震器，起缓冲作用[6]。根据人手的生理学分析，遥控器形态应满足：（1）人抓握时，应该以肌肉发达的部分作为主要受力点，握持稳固;（2）人握持时避免掌心受压;（3）人握持时，需要在握姿固定的情况下保证大拇指可以触及按压到所有的按钮，因此可以加大或合并尾部棱角弧度[7]。（4）显示区和操作区采用黄金分割比例。既能满足功能区的尺寸，又能保证比例协调美观。

将侧视角度数值定为5°～10°的测量方案（图2）：通过多人（各种人群）的数据测量，得出在按压按键时指球肌切线与操作面的夹角临界值为15°，出于对最佳舒适度的追求和各种人手尺寸的考虑，将角度定于折中值7°。

根据GB10000-88中我国成人人体主要尺寸可知，我国95%的成年男性手长在196mm以下，手宽在89mm以下，手掌长在102mm左右，95%的成年女性手长在183mm以下，手宽在82mm以下。当遥控器宽度在60mm以上时，手指的灵活性被过分限制，既不利于操作按键，也降低了握持的舒适程度。而遥控器过窄时，较多的功能按钮使遥控器设计得过长，给单手操作带来不便。因此，为方便握持及操作，遥控器的宽度应该在40～50mm[8]范围内。考虑到遥控器的重心，遥控器内部电路板的重量较为均一，主要的重量和重心调节来自电池。电池壳竖直放置，容纳电池的部分可设计成曲面样式，整体由薄向厚过渡【9】，具体厚度参考内部零件（电路板等）。

四、空调遥控器按键及指示符号、文字等细节分析

（一）按键和指示符号设计中存在的问题

通过前期调研发现，现有空调遥控器的按键和指示符号存在的问题如下：（1）采用矩形形状，棱角影响人按压时的舒适度;（2）很多遥控器为了设置更多的功能，尽可能缩小按键形态和按键间距，使人按压时，几乎只用到指肚的1/3，不容易操作;（3）没有按照功能分区，常用键与不常用键混杂在一起;（4）按键的凸起高度影响着按键的反馈能力;（5）按键及指示符号的颜色、大小、形状编码上的偏差导致的误操作[10];（6）指示符号的大小、字体、位置的偏差导致误操作;（7）暗环境造成的误操作。

（二）按键材料、功能以及布局分析

通过实地调查发现，硅胶材料具有成本低、成型一体化和反馈强的优点，是遥控器按键的首选材料。根据调查反馈和遥控器功能要求，且考虑到使用频率与使用顺序等原则，对现有遥控器保留锁定键和复位键，去除干燥—电辅热键。因此遥控器按键最终确定为开关、模式、上下调温键、风速、定时、上下扫风、左右扫风、健康/节能、温度显示、强劲、睡眠、静音、复位、锁定，共15个键。

而按键间距主要涉及到两个方面：（1）左右间距。按压按键时左右距离影响较小，且编排按钮时是沿着周边轮廓编排，中间所留距离较大，因此同一行按键相互影响不大。（2）上下间距。通过实际测量得到最终数据为6.9～8.5mm。测量方案如图3所示，大拇指按压键后，下一行键的高度所在水平线与指球肌的交点所在的垂直线和按压键的水平距离。这个距离即为按键间距的最小值，避免上下两行按键的误操作。

（三）指示符号及文字分析

指示符号问题主要是内容设置在显示屏里面，包含文字和符号，显示屏内显示得过多，不能快速准确获得所需信息，如图4。指示符号所在区有两种主要形式，一种是指示符号设置在显示屏里面，另一种则是设置在显示屏外面。第一种设置方式包含文字和符号，乍看之下杂乱无章，主次不分，不能快速准确获得所需信息。而设置在外面，分区明显，显示屏内呈现的信息有重点且易辨别，所以选择第二种设置方式。显示区文字确定字体为黑体，与操作区字体一致。根据显示屏的大小和文字与文字及显示屏之间的间距及美观性上的考究，选择五号字;根据文字呈现信息的重要性来确定字体粗细;对信息显示区（温度显示等）、文字、显示屏三者之间的间隙统一，使显示区内容更美观、易辨识。

按键的指示文字大小受到按键间距和功能分区的限制[11]，且文字与按键之间需留有间距，根据字体大小对照换算表（图5），确定由上到下的字号为四号字、五号、小六，因文字较少，所涉及的辨识度和清晰度的问题不大，采用认可度最高的黑体[12]。

五、空调遥控器的其他设计要素分析

（一）红外线定位灯的选择和位置设置

红外线遥控准确性强，十分耐用，且由于红外线的不可穿透性，各个房间的空调可互不干扰，成了空调遥控器的首选。定位灯有两种形式：一是不受方向限制，各个方向都可遥控。二是需要指示灯射出的红外线直射空调才可遥控。考虑到用第一种方式操作，当平时不使用时，误触几率较大（尤其对于儿童等人群），且对准空调遥控是人们的普遍使用习惯，因此选定第二种形式。根据人的操作习惯，拿起遥控器一般是“尾部对内，头部朝外”，所以红外线定位灯设置在头部最为恰当;又因为需要满足遥控时准确度的要求，红外线要直射空调，因此将红外线定位灯设置在空调遥控器的顶部;再结合美观需求，最终确定红外线定位灯设置在遥控器顶部中央。

（二）电池壳的细节设计

由于空调遥控器尾部是收紧式，且背面设计有较大弧度，电池竖式安置更加合理。对于电池盖的设计，考虑防滑和易拆装等因素，应增加摩擦系数，与一般的椭圆形凹槽相比，将其设计成类似箭头形状，在取下电池壳时有指示性，且简约美观。考虑到电池壳拆装次数过多时，会产生一些塑性毁坏，导致电池壳轻易脱落，应在电池壳的凹槽沟上安装塑料条连接遥控器内部，防止其意外脱落，又不妨碍电池的更换。

（三）主体和按键的配色

通过调查问卷和市面上大多数遥控器的配色发现，白色最受欢迎，并且用户认同率高，受性别、年龄的影响小，因此主体定为白色。开关设为黄色，明视性好，能唤起注意。按键选择硅胶材料，硅胶主要分为白色和黄色，由于字体是黑体，开关是黄色，按键白色可以在重要性上和开关区分，且黄色多用于警告信号等与之不匹配，所以选择白色。且硅胶白色略偏黄，和遥控器的白底不会混淆，又可以使遥控器配色更加整体协调。

六、空调遥控器改良设计方案

（一）空调遥控器整体形状设计

根据上述分析，在不影响操作的情况下，将遥控器背面尾部设计一个凸起的曲面，按照GB10000-88我国成人人体主要尺寸来调整弧度的位置和大小，采用尾部收紧式且加大尾部背面的弧度。另外使显示面和操作面之间形成一定夹角。设计时要着重考虑分区的比例问题，采用黄金分割比例（（√5-1）/2）。背面为曲面，遥控器最厚为27mm，最薄为12mm，由最薄逐渐过渡到厚，且电池放置部位有专门凸出曲面，所以薄处可更薄。

（二）空調遥控器细节设计

根据通用的按键型号，实地测得按键高度高于遥控器操作平面1.9～3.1mm（不包括复位和锁定等特殊按钮）。根据选择的人群（各个性别和年龄层），测试出按键间最小间距数据为6.9～8.5mm。根据按键间距确定字的大小，由上到下为四号、五号、小六，并且确定字体为黑体。文字设置在按键上方，按键时不会挡住指示文字。温度调控键不采用指示文字方式，在内部设置三角形状凹槽，带有方向指示性，且便于黑暗环境下使用【13】。最后，最主要的开关键放置于侧方，在大拇指可活动范围内[7]，又不受其他按键干涉，如图6。定位灯射出的红外线对准空调，将其设置在遥控器顶部。鉴于人机要求安置竖式电池壳。在电池盖上设计凹槽，并且带有指示性。显示屏所在区域和操作区以黄金比例分割，其中显示屏区域有效长度为48mm，操作区区域有效长度为77.6mm，标识所在区有效长度20mm，如图7。指示符号设置在显示屏外面。显示区文字选择黑体5号字。遥控器主体设为白色，开关设为黄色，按键选择乳白色，如图8。

总结

本文根据人机工程学在产品设计中的应用原则，对经典款的空调遥控器进行了具体的分析，发现其存在的问题。根据前期调查问卷的反馈结果，综合不同年龄阶层、不同性别的用户对空调遥控器的使用情况，对空调遥控器的外形、按键、显示屏、电池壳、红外线定位灯等进行人机分析和改良，设计出一款操作简洁、舒适而又美观的空调遥控器，如图9。但该方案也有不足之处，因外形是双曲面，成型加工较难，成本较高，希望在后期的探索中能设计出性价比更高且舒适的空调遥控器。

参考文献

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