基于工业设计及人机工程的手持设备优化设计

张轩轩 张黎明

摘要：手持点检仪的设计投入消除了原有点检仪制度中的漏洞和弊端，使点检结果在执行过程中更加真实有效的反映设备的运转情况。手持点检仪可获得展品运行的大量数据，通过数据结构的统计，对展品运行数据进行分析，实现展品运行状态的监测、展品故障类型的统计、展品故障预报警，甚至通过运行数据可以分析展品的操作热度，记录到系统中，将展品热度分析、展品运行及故障分析等内容根据系统获得的实时数据，转换为多种图表形式，直观简洁地进行展示，便于管理人员随时查看。本文对基于工业设计及人机工程的手持设备优化设计进行分析，以供参考。

关键词：手持设备;工业设计;人机工程;优化设计

引言

随着信息化时代的到来，生产型企业的传统设备管理模式，已跟不上时代的步伐，为适应快速高效的节奏，必须对传统模式进行改变。通过一种智能的点检方式代替“手工抄表”“随机抽查”的常规管理模式。智能手持点检仪终端是基于传感器检测和网络技术数据远程传输及数据云存储构建而成。通过手持的振动、温度、噪音一体化传感器放置在展品的关键位置处采集数据，传感器数据通过Wi-Fi网络或蜂窝网络与云存储服务器连接，数据存储。

1手持设备原结构

某测试手持设备原主体结构为盒体，可拆为前盖和腔体两部分，厚度约70mm。前盖安装有显示器、按键等，腔体内安装有5个模块，后侧装有1块电池及电池盖，各模块之间选用带缆和射频电缆连接，安装时将前盖、腔体合为一个整体，并在主机四周包有防滑减震装置，设备两侧设置有拉伸式把手。该手持设备在使用中暴露的主要问题如下：①内部空间利用率较低，设备厚度较大，整机显得臃肿;②按键排布简单，外观中规中矩，缺乏设计感;③整体质量接近6kg，对用户手持操作不友好。

2基于智能手持设备的车牌识别系统

2.1基于形态学的车牌定位

在车牌定位阶段，我们的目的是使用基于边缘的图像处理技术根据原始图像确定车牌区域。通过识别原始图像中亮度急剧变化的点而获得二值边缘图像。车牌区域的亮度变化比原始图像中的其他区域更为明显和频繁。矩形车牌区域比其他区域包含更豐富的边缘和纹理特征。因此，该信息可以用于确定车牌区域，我们使用了形态学方法。首先对真彩色的车牌进行灰度化处理，然后进行高斯模糊处理，再进行基于Sobel算子的边缘检测，再运用形态学开、闭、膨胀等操作找出候选的区域，最后进行车牌定位切割操作。为了提高运行速度和便于计算，通常需要将真彩色车牌图像灰度化，灰度化之后要进行边缘检测，但是Sobel算子对噪声比较敏感，所以我们先进行高斯模糊处理，消除掉噪声同时模糊一下非车牌的边缘。Sobel算子结合了微分求导和高斯平滑算法，通过这种算法来计算图像中灰度的近似梯度。边缘也是图像的显著特征之一。Sobel算子包含两个3×3的矩阵，分别为水平与垂直模板，因为车牌中垂直边缘比较多，所以我们用垂直边缘检测模板与车牌图像进行卷积操作;然后将边缘检测的结果进行闭运算，填充孔洞;再进行开运算，去除小的噪声，平滑边界;之后进行移除小对象与膨胀操作，得到车牌的位置;最后根据获得的车牌区域进行车牌定位裁剪。

2.2基于人工神经网络的车牌字符分割与识别

一般来说，人工神经网络由处理单元形成，人工神经细胞彼此关联，每个神经细胞之间的连接结构决定了神经网络的结构。如何改变连接以实现预期目标，取决于人工神经网络中的学习算法。直到系统结果和期望结果之间的错误率降低到足够接近于零为止，根据学习规则改变网络权重。因为没有经验法则来确定需要多少隐藏层，我们在本实验中使用反向传播学习算法构建了一层前馈人工神经网络，并且在字符中使用此人工神经网络确定字符的识别阶段。在前馈神经网络中，神经细胞（神经元）被组织成层，层中细胞的输出通过权重作为下一层的输入。输入层接收来自外部环境的信息，并将其传输到隐藏层中的节点，而不进行任何更改。网络输出通过处理隐藏层和输出层中的信息来确定。在神经网络的训练阶段利用反向传播学习算法。

3优化设计

内部模块优化完成后，对设备外观进行了重新设计，提高产品的设计感及用户体验度。主要优化内容如下：①基于用户要求，外观造型不能过于浮夸，应以稳重简约为主。因此整机采用大量弧面流线设计，LOGO字符采用镭雕银色效果，观感更为舒适。②按键板上确定键采用绿色软胶、开关键采用红色软胶、其余按键采用灰色软胶，实现哑光效果，色彩搭配合理，使用更舒适;按键字符全部采用镭雕透光工艺，可增强透光效果，利于在夜晚及其他光线不足的环境下进行操作。③指示灯位置位于数字按键上方中部，整体下沉，外侧加镜片，镜片背面丝印黑色，透光处透空字符镭雕，使得指示灯效果更为明显。④主机四角防滑防撞条增加凹凸装饰线条，增强手感;设备顶部、显示器及按键采用多边凹槽下沉设计，对各外露器件进行保护。⑤把手两侧改为可调尼龙带单侧分离搭扣设计，既便于携带，又杜绝使用金属连接可能出现的生锈情况。

结束语

①结合判断矩阵分析法、德尔斐方法等，对原设备按键的排布及外形进行了重新设计，同时对原设备内部各模块的布局进行规划，使整个设备的空间利用率更高、质量更轻。②根据工业设计理论，对原设备造型、色彩、材质等进行了优化，加入了大量弧面、线条等元素，搭配多种色彩及新材质，使得手持设备在保持功能及强度的基础上更加具备设计美感。③产品设计是一个复杂的过程，除了对功能、质量、成本等因素进行考虑外，还需加强对工业设计及人机工程的关注。只有当各方面因素和谐共存时，才能带给用户全新的视觉感受和充分的情感满足。

参考文献：

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