基于人机交互的儿童行李箱创新设计研究

摘要：本文研究人机交互问题，为儿童提供更安全、舒适和更为人性化的儿童行李箱设计方案，为儿童和家长提供更好的出行体验。本文以人机工程学和交互设计作为理论依据，以儿童行李箱为研究对象，通过文献研究和案例分析法等，归纳设计现状，分析其人机交互设计原则和创新需求。根据分析的原则和需求，对其造型进行人机优化、功能进行再设计后，设计一款结合儿童玩具车功能且更符合儿童人机交互的产品。同时，以儿童行李箱为例，进行儿童行李箱人机交互的创新设计研究，实现以人为中心，更安全、合理、舒适的人机交互关系。

关键词：人机工程学;情感交互;儿童行李箱

中图分类号：TS959.9 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2021）13-0-03

0 引言

随着二胎政策全面放开和人民生活水平的提高，现阶段我国儿童旅游产品市场巨大，行李箱作为旅行出游的必备工具之一，其研究对于儿童旅游出行具有重要意义。但学术界在行李箱方面的研究倾向于关注成年人，缺乏对儿童用户的关注，且市场上智能类的儿童产品成为主流，但造型却普遍趋向同质化，在科技方面过度投入[1]，但在儿童人机交互方面存在空白。儿童产品的人机交互是儿童健康成长的必备要素，对儿童行李箱的人机交互进行创新设计研究，使其造型和功能更加符合儿童的生理和心理特征，能提升儿童的人机交互体验。

1 概况

1.1 人机交互

人机交互主要以人机工程学中的“人—机—环境”为基础[2]，结合心理学、生理学、认知学等[3]，研究在某一具体使用场景下人的心理（情感、意识等），生理（触觉、视觉等），以及机器（界面、造型等）与环境（温度、噪声等）之间的平衡关系，以期使“人—机—环境”达到一种最优的平衡，即最佳交互状态。

1.2 儿童人机交互

儿童人机交互是研究儿童在使用某一设备时，如何使“儿童—机器—环境”达到一种最优的平衡状态。儿童的生理特点：身体发育不够成熟、肢体力量小[4]，有一定的自主操作能力，但其操作能力有限，对家长的依赖性较大，主要依靠感知探索和认知新鲜事物。心理特点：想象力逐渐丰富，对新鲜事物充满好奇，情绪变化明显，缺乏稳定的状态。所处环境特点：儿童对长途旅行、候车等环境易产生烦躁情绪。

综上所述，在研究儿童产品时要关注儿童生长发育的生理、心理特点，同时要考虑其使用环境，使三者达到最佳的人机交互状态。

1.3 儿童行李箱市场现状

作为儿童出行必不可少的日常用品，儿童行李箱适合1.5～12岁具有一定自主行动能力和自我财产保护意识的儿童使用。市场上儿童行李箱的外观、结构和功能设计比较简易，大多以方形或者圆形为主，并以卡通装饰物点缀，缺乏层次感，且安全性差。

现有儿童行李箱种类繁多，为确保能够为儿童的健康成长提供一个良好的环境，儿童产品使用时的安全性和实用性成为消费者选购时考虑的关键因素。本文从功能、结构、材料、容纳量四个方面对儿童行李箱进行归纳总结，并对其从便利性、安全性、交互性、美观性、造型、成本七个方面进行对比分析[5]。

如图1所示，市场上现有的儿童行李箱按照功能可以分为单一功能行李箱和多用行李箱，不同类别的行李箱有其自身的优缺点。

单一收纳功能式行李箱：造型普通，成本低，相对安全，但出行携带不便，且缺少亲子交互性。具有骑行和收纳等多功能式行李箱：增加亲子交互性，提供良好的出行体验，骑行功能使造型复杂，成本增加，较小儿童使用时容易发生侧翻，且携带不方便。简单结构行李箱：成本相对比较低，安全性高，但交互性和外出体验感差。复杂结构行李箱：会增加良好的旅行体验感，但安全性低，制造成本高。单一材质行李箱：多以单一塑料为主，多用于功能造型简单的儿童行李箱。复杂材料行李箱：多由多种硬度不同塑料构成，良好的支撑性能最大限度地保障安全，同时满足骑行功能。小容纳量行李箱：安全性相對较高，但体型小，容纳量有限。大容纳量：造型单一，大多仅以大容量为目的，功能单一，交互性差。

综上所述，儿童行李箱的设计应使“人（家长、儿童）—机（儿童行李箱）—环境（使用行李箱时所处的环境）”之间达到一种良好的平衡状态。“人—机”平衡态：使儿童使用时更安全、舒适，交互性好，家长携带方便，不影响出行;“人—人”平衡态：儿童使用时，给家长带来便利的同时又能产生良好的亲子互动关系;“机—环境”平衡态：儿童行李箱要符合外出时的空间限制，同时要具备良好的抗压性能;“人—环境”平衡态：儿童在使用行李箱时，应避免受到外部环境不良天气的影响。

2 儿童行李箱的人机交互分析

2.1 儿童时期的生理和心理特征

儿童的年龄段一般界定为0～12岁，新生儿在11个月后可自主抓握东西，12个月后能够独自站稳，18个月后具有自我意识，对自己的东西有保护欲。因此，儿童行李箱适合一岁半以后有独立个体意识的儿童使用。儿童身体生长发育迅速，儿童行李箱在1.5～12岁不同年龄段儿童使用时，需具有一定的可调节性，满足不同年龄段儿童的人机工程学尺寸标准，适合不同年龄段儿童乘坐。

儿童普遍具有较强的好奇心、想象力和模仿能力，男童和女童在喜好和审美上存在一定的差异。儿童具有一定的从众心理，在不断学习和接受新事物的阶段，由于心理上不够成熟而好动，行动易受外部环境影响。

2.2 儿童行李箱的人机设计尺寸分析

由于0～3岁儿童身体成长较快，这一阶段儿童身体尺寸各百分位数值测量比较困难，因此将0～12岁儿童分为0～3岁和4～12岁两个区间。通过查阅《设计中的男女尺度》书中关于0～3岁儿童第50百分位身体尺寸数据，并对其进行整理总结见表1;摘录《GB/T 26158-2010中国未成年人人体尺寸》中有关4～12岁儿童行李箱设计的儿童身体尺寸，对立姿状态下身高、肘高，以及坐姿状态下臀宽、臀-腘距、肘高等不同部分身体尺寸数据并进行归纳整理如表2。对数据进行分析发现，同一标准身高下，男女各部分身体尺寸相近，因此，最终数据取统一标准下平均值[6]。

在人机工程学中，产品设计的尺寸標准包括Ⅰ型（双限值）、Ⅱ型（单限值）以及Ⅲ型（平均值），产品设计有关人体尺寸数据的应用标准是产品的最小功能尺寸=对应百分位人体尺寸+功能修正量+心里修正量，儿童行李箱尺寸设计在满足儿童自身使用需求的同时，应当满足成人帮助携带的条件，以产品最小功能尺寸为设计基准。查阅相关文献得知，1.5～3岁儿童平均身高约为889 mm，4～6岁儿童的平均身高约为1111 mm，7～12岁儿童的平均身高约为1313 mm。成年人穿衣修正量的肘高+6 mm，臀膝距+20 mm，臀宽+13 mm，臀-腘距（坐深）+22 mm;成年人的穿鞋修正量男性+25 mm、女性+20 mm;儿童的修正尺寸可取成年人的二分之一，坐姿时臀宽+6 mm，臀宽+6 mm，臀-腘距（坐深）+11 mm，臀-膝距+10 mm，肘高+3 mm，穿鞋+10 mm。

根据上文对儿童身高与身体各部位尺寸的数据分析，以及人机工程学中产品人体尺寸设计原则，从儿童行李箱的安全性和舒适性出发，对其相关设计尺寸进行分析。

（1）箱体高度即儿童立姿时身高的2/5，在824.5～1427mm 之间，算入穿衣修正量后为834.5～1437 mm。该尺寸属于Ⅰ型尺寸，箱体高度可调节的尺寸范围为834.5～1437 mm，因此可将1.5～3岁、4～6岁、7～12岁三个段分别设置相应的高度分别为899 mm、1121 mm、1323 mm。

（2）箱体宽度参考儿童坐姿时臀宽，当以一个玩具车的形式使用时，则应在170～323 mm之间，算入穿衣修正量后为176～329 mm。该尺寸属于Ⅱ型尺寸，应选取较大的儿童尺寸数据，同时应当为儿童保留可以的活动空间，确保使用的舒适度，约为50 mm，因此根据三种类型大小的箱体宽度分别可取≥250 mm、≥270 mm、≥330 mm。

（3）箱体厚度可同时参考儿童臀腘距和小腿加足高，根据其功能的多样性，该尺寸属于Ⅰ型尺寸，厚度为一个坐高的选取标准，大腿部压力小，座位最前端到脚踏处的高度不得大于脚底部到大腿弯处的距离，适宜的坐高应为小腿加足高加10 mm鞋跟厚，减去10～20 mm的活动空间，即坐高（箱体厚度）=小腿加足高+鞋跟厚-适当空间，因此尺寸要在143～406 mm之间。我们也可以根据上述年龄段的分布分成三个不同厚度分布，分别为143～200 mm、226～276 mm、300～406 mm。

（4）臀-膝距，在210～549 mm之间，加上穿衣修正量为220～559 mm。当行李箱作为玩具车时，可根据最前端至儿童坐的位置应当根据臀-膝距加上穿衣修正量加上10～20 mm的活动空间来确定约为235～575 mm，对于儿童年龄以及其他原因使身高存在差异，也可根据需求将其分为三个段，分别为235～310 mm、335～385 mm、435～575 mm。

2.3 儿童行李箱的情感交互分析

研究产品设计的情感交互，首先需要关注的是在不同使用场景下，色彩能够给予儿童大脑皮层的不同刺激，恰当的色彩使用能够促进儿童大脑的发展和早期智力的增长，间接对儿童性格产生影响，有益于儿童美学意识的培养。此外，儿童产品情感交互设计研究产品外观的具象表达。儿童行李箱的外观设计元素选取当下流行且有积极引导意义的卡通形象，如《汪汪队立大功》《海底小纵队》等儿童喜闻乐见的影片，并利用视错觉对形象进行简化、变异等再设计，设计出多元化的思维形象，正确引导儿童心理健康成长。由于性别产生的喜好和审美的差异，可以在外包装设计中对色彩的运用和卡通形象的选取做出符合性别化差异的设计。

3 儿童行李箱的设计方案

3.1 设计思路

人机与交互在产品设计中是相辅相成的，优质产品的产生不可缺少其中任何一方面。通过情感交互和人机工程学的分析，以儿童行李箱为例对该类产品进行改良，对其原有高度、宽度、厚度尺寸进行调整，对拉杆旋转角度、座位位置等新增尺寸进行设计，同时，在原有收纳功能的基础上增加玩具车功能，做到更好的亲子交互。

综上所述，本文提供一套儿童行李箱设计方案如图2所示。

3.2 人机尺寸设计

该儿童行李箱针对1.5～3岁、4～6岁、7～12岁三个年龄段的儿童将儿童行李箱制成大中小三个型号，不同型号的行李箱的尺寸大小、拉杆长度、脚蹬位置、座位位置均不同。如图3以4～6岁儿童适用行李箱为例，其提供的尺寸设计方案为箱体高度为1121 mm，箱体宽度需≥270 mm，箱体厚度在226～276 mm之间，座位最前沿约距离箱体前沿335～385 mm。

外出时为携带儿童和行李通常将儿童放置在行李箱上，此种方式对年龄较小的儿童来说具有一定的危险性，且此种方式不适合年龄较大的儿童。将儿童行李箱与玩具车相结合，以此种方式携带儿童时，可将拉杆拉长将脚蹬露出并折叠，此时玩具车的驱动方式为电助力，最高时速为5km/h，一种比较低的速度和驱动时速保证了儿童的安全，同时结合电驱动玩具车功能，增加旅行过程中的趣味，同时很好地锻炼了儿童的动手能力，极大地减轻家长的负担。

3.3 情感交互设计

第一，功能设计。为了做到更好的情感交互，儿童行李箱为儿童和家长提供良好使用体验的同时，也能促进儿童的健康成长。在行李箱的基础上增加儿童玩具车的功能，在出行携带行李的同时，提供良好的亲子交互体验感。将行李箱平放，通过拉伸、折叠拉杆来实现玩具车与行李箱结合功能，采用当下大多数玩具车的电驱动功能，较低的高度和低速保证儿童（下转第页）（上接第页）的安全。

第二，色彩和材料设计。充分考虑孩子的发展和情感诉求以及不同年龄段儿童所喜好的颜色，融合当下热播卡通影片形象，针对2～3岁儿童选取高明度的色彩，如鲜红、金色、嫩黄、淡紫色、黑白搭配等;针对4～6岁儿童则选用淡黄、橙色、浅绿等暖色为主的颜色;7～12岁儿童具有一定的色彩辨析能力，也有一定的审美能力，可选用一些低明度、比较柔和的色彩。三个年龄段的行李箱主色调均可以此进行搭配选取，同时应当注意颜色种类应当搭配组合，使儿童不会很快对此感到厌倦，保持好奇心与和探索求知欲。

要结合当下提倡的低碳环保、绿色包装理念，本着对儿童无害的原则，满足产品自身诉求，保证儿童行李箱绿色可持续，又能保证使用者的安全。儿童行李箱材料中的热稳定剂、增塑剂以及其中的细菌极容易对儿童的健康产生危害，因此我们在选用材料时，需要考虑材质的耐油性、阻隔性等问题。

4 结语

儿童行李箱造型和功能的人机交互研究有益于构建合理的人机和情感交互系统，有益于儿童生理和心理的健康成长，为家长和儿童提供了良好的出行体验。本文通过对儿童的生理和心理特性进行分析，根据人体人机工程学尺寸，对行李箱的部分尺寸提出可参考尺寸范围。对儿童心理和实际需求进行分析，改善儿童行李箱的功能，进一步改变亲子互动效果。本文的不足之处在于，在设计过程中缺乏实际的测量和产品的测试。

参考文献：

[1] 吴剑斌，陈香，张凌浩.儿童产品造型语义模糊评价[J].机械设计，2018，35（02）：124-128.

[2] 陈国强，石怀升，金明霞，等.基于人机工程学的赛车座椅创新设计研究[J].包装工程，2020，41（10）：71-76.

[3] 余思南，路由.基于人机工程学的马桶创新设计研究[J].包装工程，2020，41（22）：312-319.

[4] 高立燕，方舒.基于情感化设计的儿童产品包装研究[J].包装工程，2020，41（02）：104-108.

[5] 金鑫，张绍兵，龚勇镇，等.基于人机工程的踏板电动车儿童安全座椅设计[J].包装工程，2019，40（20）：137-141，158.

[6] 张春强，吉晓民.中国未成年人家庭学习座椅人机尺寸研究与分析[J].装饰，2018（02）：128-129.

[7] 狄里.设计中的男女尺度[M].天津：天津大学出版社，2008：10-30.

[8] GB/T 26158-2010，中国未成年人人体尺寸[S]. 2011.

作者简介：房津津（2000—），女，山东青岛人，本科在读，研究方向：人机工程学与人机交互。