人机界面特征对按摩椅腰部揉捏按摩效应的影响研究

■金海明，申 玮，申黎明 Jin Haiming & Shen Wei& Shen Liming

(1.嘉兴南湖学院时尚设计学院，浙江嘉兴 314001；2．嘉兴学院设计学院，浙江嘉兴 314001；3.湖州师范学院艺术学院，浙江湖州 313000；4.南京林业大学家居与工业设计学院，江苏南京 210037）

按摩椅家具是人们缓解疲劳的重要手段之一，越来越多的用户选择按摩椅产品。人机设计评价为家具设计的研究热点，汪丽丽等研究人机互动家具设计[1]，张鑫等分析了座具坐垫舒适性的客观评价[2]，杜瑶等以体压分布为指标分析座椅舒适性[3]。同时，按摩椅产品设计和按摩功效等人机设计方面研究不断涉及，郑永平等以主观评估和脑电试验等方法研究按摩模式对按摩椅按摩舒适度的影响原理[4]。金海明等研究了按摩椅家具产品舒适性评价的实验方法[5]。于娜等研究了基于青少年个性化需求的背部按摩装置设计[6]。陈丹等从历史的角度总结分析了按摩功效和按摩家具[7]。贾洁等运用TRIZ理论构建产品创新设计模型并应用于按摩椅产品设计创新[8]。本研究聚焦揉捏按摩模式，通过主观评价和温度试验，从人机界面特征的视角研究揉捏腰部按摩效应，以期揭示人机界面特征对腰部揉捏按摩效应影响规律。

1 研究概述

根据传统按摩理论、预试验结果以及邵婷婷硕士论文的研究结论，酸胀度、最高温度和最高温度梯度是研究按摩效应的有效指标，所以本研究选择酸胀度最高温度和最高温度梯度为揉捏按摩效应研究的评价指标。采用酸胀度主观评价法（SZ）研究按摩部位酸胀度变化情况和采用皮肤表面温度法（ST）研究按摩部位的皮肤温度变化情况，探寻揉捏式按摩的腰部按摩效应变化规律。

在揉捏按摩方式下，通过研究被试者揉捏按摩前后酸胀度变化情况以及按摩部位皮肤表面最高温度和最高温度梯度等温度变化情况，分析按摩头形状、按摩头大小和按摩器包覆层厚度等人机界面因素对腰部揉捏按摩效应的影响，优化人机界面，揭示各影响因素的主次顺序及交互作用规律，为按摩椅腰部揉捏按摩效应优化设计提供参考依据。

2 按摩试验

2.1 试验准备

2.1.1 试验对象

经过预试验，随机选取10名被试参加试验。10名被试者为身体健康的本科生和研究生，其中男性6名，女性4名，被试者均无肌肉、骨骼和心血管等疾病。被试者的基本生理信息：平均年龄25岁，男性平均身高170.3cm，体重63.5kg；女性平均身高159.4cm，体重50.2kg。

2.1.2 试验仪器与环境

本章试验所需的仪器包括：（1）试验用按摩椅，选用市场上常见的按摩椅为基本型，通过与浙江某按摩椅厂家合作，改进其中的部分设计，以符合试验研究的需要。（2）数字温度计，本试验采用BD-Ⅱ-604型数字皮温计，测量人体各部位的皮肤温度。该仪器采用K(CA)NiCr/NiAl合金热电偶温度传感器采集人体温度变化信号，测量精度为0.1℃。

为保证试验数据采集的准确性，要求在安静、无干扰和相对封闭的环境，而且其周围保证没有较强工频的干扰源，减少手机等日常电子产品的干扰。在具体试验时，室温由中央空调控制在25℃，试验过程中保持1名主试和1名被试者，在最大程度上可减少外界因素对试验的干扰和影响。

2.1.3 腰部按摩部位确定

腰部按摩位置主要肌肉是竖脊肌，结合人体腰部经络穴位分布情况，腰部主要分布肾俞和气海俞等穴位。根据按摩穴位的分布特点，本研究腰部穴位主要分布在足太阳膀胱经，肾俞在第二腰椎棘凸下侧，气海俞位于第三腰椎棘凸下侧，水平位置在脊椎骨左右两侧旁开1.5寸（约3cm~4cm）处，这里的寸是指“同身寸”，没有单位。

2.2 试验设计

2.2.1 人机界面特征因素设计

根据按摩椅企业的相关建议、预试验结果、现有试验条件和相关文献研究结论，人机界面特征设置了按摩头形状、按摩头大小和按摩器包覆层厚度等三个重要因素；在揉捏式腰部按摩试验时，按摩头形状、按摩头大小和按摩器包覆层厚度等人机界面特征各因素的水平情况如表1所示。按摩头形状选择圆柱形和椭圆形等2水平进行按摩效应的比较；按摩头大小的按摩效应对比研究时，选择椭圆形中（直径52mm，高度29mm）、圆柱形大（直径48mm，圆弧面高度10mm）和圆柱形小（直径30mm，圆弧面高度7mm）等3水平；按摩器包覆层的厚度选择2mm、3mm和4mm等3水平。

表1 揉捏式按摩的界面特征水平

2.2.2 正交试验设计

人机界面特征包括按摩头形状、按摩头大小和按摩器包覆层厚度等3个因素，其中按摩头大小和按摩器包覆层厚度为3水平，而按摩头形状为2水平。正交试验时，选择4因素3水平的正交表L9(34)，按摩头形状因素采用拟水平法[9-10]，根据预试验的结果将椭圆形这水平（第1水平）代替第3水平，具体的正交表如表2所示。

表2 人机界面的正交试验设计

2.3.3 试验过程

本试验包括酸胀度主观评价和皮肤表面温度测试等两组试验。酸胀度采用主观评价法。在试验前，告诉被试者评价的标准和注意事项，熟悉评价的基本流程和要求，酸胀值采用5级主观感受等级量表来记录，具体参见表3。在试验时，记录按摩前腰部按摩部位的酸胀值[11-12]。在试验结束时，相应记录腰部按摩部位的酸胀值[13-14]。

表3 酸胀度评分标准

皮肤温度的测量，采用数字温度计记录温度值。在试验前，告诉被试者试验的注意事项和要求，熟悉试验基本流程。由于按摩10分钟后按摩部位的皮肤温度的变化不明显，所以皮肤温度测量的试验时长为10分钟，首先记录按摩椅按摩时的温度，接下来每隔2分钟记录1次温度，共计记录6次温度。

■图1 不同形状按摩头按摩时的最高温度变化趋势

3 试验结果

3.1 按摩效应的主观评价

先运用Excel软件，对酸胀度主观评价试验所得到数据进行分析整理；然后运用SPSS软件进行分析处理，腰部按摩效应（酸胀度主观评价结果）的方差分析结果如表4所示，不同人机界面的单因素统计分析结果如表4所示。

表4 腰部揉捏按摩效应的方差分析

从表4中的F检验可知，按摩头形状、按摩头大小和按摩器包覆层厚度的显著水平Sig.分别为0.016、0.019和0.020，均小于0.05，所以认为按摩头形状、按摩头大小和按摩器包覆层厚度等3个因素的差异性都显著，也就是说这3个因素对揉捏式腰部按摩效应（酸胀度变化幅度）都产生了显著影响；人机界面各影响因素的主次顺序为：按摩头形状>按摩头大小>按摩器包覆层厚度。

由表5可知，人机界面特征的各因素对腰部揉捏按摩效应影响的大小顺序为：A1>A2，即椭圆形按摩头产生的按摩效应优于圆柱形的；B1>B3>B2，即椭圆形中按摩头产生的按摩效应优于其他两种按摩头大小的按摩效应；C2>C3>C1，即按摩器包覆层厚度3mm所产生的按摩效应优于其他两种厚度的按摩效应。

表5 腰部揉捏按摩效应的单因素统计分析

结合表4和表5的分析结果，腰部揉捏按摩效应的优化人机界面特征是A1B1C2，即按摩头形状为椭圆形、按摩头大小为椭圆形中以及按摩器包覆层厚度为3mm；且按摩头形状、按摩头大小和按摩器包覆层厚度对腰部揉捏按摩效应的影响明显；人机界面各影响因素的主次顺序为：按摩头形状>按摩头大小>按摩器包覆层厚度。

3.2 按摩效应的温度试验测试

（1）不同形状按摩头按摩时的最高温度和最高温度梯度

先运用Excel软件，对按摩部位皮肤表面温度试验所得到数据进行分析整理，得到温度和温度梯度；然后运用SPSS进行温度梯度和温度的描述性统计分析，并以最高温度梯度和最高温度来判断按摩效应的大小。温度和温度梯度描述性统计结果如表6所示。根据各时间点的最高温度统计结果并做出变化趋势如图1所示，其中温度和温度梯度的单位为摄氏度。

表6 不同形状按摩头按摩时的温度和温度梯度统计

从表6可以看出，椭圆形按摩头和圆柱形按摩头按摩时的最高温度梯度分别为1.4和1.2，椭圆形按摩头和圆柱形按摩头的最高温度分别为33.9和33.6，所以椭圆形按摩头的最高温度梯度和最高温度都高于圆柱形的。

从图1可以看出，椭圆形按摩头按摩时各时间点的最高温度比圆柱形的高。因此，从最高温度梯度和和最高温度的角度来看，椭圆形按摩头按摩产生的按摩效应优于圆柱形的。

因此，综合酸胀度主观评价以及最高温度和最高温度梯度等两方面的分析结果，认为在椭圆形和圆柱形等两种按摩头分别进行揉捏式按摩时，椭圆形按摩头按摩时产生的腰部揉捏按摩效应较优，而且2水平之间的差异性显著。

（2）不同大小按摩头按摩时的最高温度和最高温度梯度

如本研究部分（1）的数据处理与分析方法，温度和温度梯度描述性统计结果如表7所示。根据各时间点的最高温度统计结果并做出变化趋势如图2所示，其中温度和温度梯度的单位为摄氏度。

从表7可以看出，椭圆形中、圆柱形大和圆柱形小等按摩头大小按摩时的最高温度梯度分别为1.4、1.0和1.0，椭圆形中、圆柱形大和圆柱形小的最高温度分别为33.5、32.8和33.0，所以最高温度梯度和最高温度都出现在椭圆形中按摩头的按摩过程中。

表7 不同大小按摩头按摩时的温度和温度梯度统计

从图2可以看出，椭圆形中按摩头的按摩时各时间点的最高温度比其他按摩头大小的都要高一些。因此，从最高温度梯度和和最高温度的角度来看，椭圆形中按摩头按摩所产生的腰部揉捏按摩效应优于其他两种按摩头大小的按摩效应。

■图2 不同大小按摩头按摩时的最高温度变化趋势

因此，综合酸胀度主观评价试验以及最高温度和最高温度梯度等两方面的分析结果，认为在椭圆形中、圆柱形大和圆柱形小等3个水平下，椭圆形中按摩头的腰部按摩效应较优，且按摩头大小之间按摩效应的差异性显著。

（3）不同按摩器包覆层厚度按摩时的最高温度和最高温度梯度

如本研究部分（1）的数据处理与分析方法，温度和温度梯度描述性统计结果如表8所示。根据各时间点的最高温度统计结果并做出变化趋势如图3所示，其中温度和温度梯度的单位为摄氏度。

从表8可以看出，按摩器包覆层厚度2mm、3mm和4mm按摩时的最高温度梯度分别为0.8、1.3和0.8，包覆层厚度2mm、3mm和4mm的最高温度分别为32.8、33.5和33.0，最高温度梯度和最高温度都出现在按摩器包覆层厚度为3mm的按摩过程中。

表8 不同包覆层厚度按摩时的温度和温度梯度统计

从图3可以看出，包覆层厚度为3mm的按摩时各时间点的最高温度比其他包覆层厚度的都要高一些。因此，从最高温度梯度和和最高温度的角度来看，按摩器包覆层厚度为3mm按摩时产生的按摩效应较优。

因此，综合酸胀度主观评价试验以及最高温度和最高温度梯度等两方面的分析结果，认为在按摩器包覆层厚度2mm、3mm和4mm等3水平下，包覆层厚度为3mm的腰部揉捏按摩效应较优，且各水平之间差异性显著。

4 研究结论与分析

4.1 研究结论

腰部揉捏按摩时，优化的人机界面特征因素为：

（1）按摩头形状：椭圆形按摩头按摩时的腰部按摩效应最优，2种按摩头形状之间产生的按摩效应差异性显著。

（2）按摩头大小：椭圆形中按摩时的腰部按摩效应最优，3种按摩头大小之间产生的按摩效应差异性显著。

（3）按摩器包覆层厚度：包覆层厚度3mm按摩时的腰部按摩效应最优，3种包覆层厚度之间产生的按摩效应差异性显著。

（4）人机界面各影响因素的主次顺序为：按摩头形状>按摩头大小>按摩器包覆层厚度。

4.2 分析讨论

（1）按摩头形状是影响腰部揉捏按摩效应最主要的人机界面因素

在揉捏按摩时，按摩头与人体按摩部位的实际有效接触形态越接近人工按摩的形态时，按摩效果就越好。所以，按摩头形状设计是实际有效接触形态的关键，也是获得理想揉捏按摩效应的重要途径。

■图3 不同包覆层厚度按摩时的最高温度

按摩椅揉捏按摩可分为模拟人工按摩的指揉法和掌揉法，按摩头形状设计时应尽可能接近人工按摩的指揉法和掌揉法按摩时的按摩形状。

（2）按摩器包覆层厚度对腰部揉捏按摩效应影响相对最小

按摩器包覆层厚度是人机界面因素中影响腰部揉捏按摩效应最小的因素，可能是因为腰部脂肪相对厚，对按摩器包覆层影响腰部揉捏按摩效应的作用相对较小。因此，人机界面设计时可将摩器包覆层厚度作为相对次要因素去优化。