人机工程论文-键盘改进.doc

关于键盘的人机工程学研究 1、键盘的平面布局 现状：现在普遍使用的台式计算机键盘为1997年国际标准化组织认证的国际标准键盘QWERTY键盘,由主键盘区、F键功能键盘区、编辑与定位键盘区和数字辅助键盘区组成。图1所示为普通QWERTY键盘的主键盘区、编辑与定位键盘区和数字辅助键盘区的布局。缺点：许多键盘加大回车键的尺寸来方便敲击,却忽略了Back、Space键,将其放置在键盘主键区最右上角,该键键帽大小也只有12mm14mm。由于Back Space键被设计在远离J键的角落,使用者在进行文本输入时经常误按成其邻近的键。在击键时右手被迫腾起,食指离开基准键位。这导致了敲击速度和正确率大大下降。而在实际的作业过程中,Back Space键的使用频率比回车键要高4倍以上。所以此键的改进设计是一个重点。传统键盘的编辑与定位键区设计在键盘中部偏右位置。右手在操作鼠标时若要按这些键,要么右手放下鼠标操作后又返回点击鼠标,要么左手伸到键盘右部来进行此操作。这使得操作起来极不方便。左右手的分工也不尽合理,一般情况下右手基本上需要“包揽”主键盘区中线以右的敲击任务,约占整个键盘的2/3。而且此键区也没有一个起定位作用的基准键位,操作时几乎无法实现盲打。另外键位排列不够科学,定位键与编辑键的配合脱节,定位键与定位键之间的配合也不方便。数字辅助键盘区提供给专门数字录入人员极大的操作方便性,却忽视了“=”键。用户在编写程序或进行计算时,习惯将“=”键与“+”、“-”、“3”、“/”等运算符联系在一起。而传统设计未将“=”键集中设计在数字辅助键盘区上,用户在输入时不得不从数字辅助键盘区“跳跃”至主键盘区寻找“=”键,降低了作业效率。（图1：qwerty键盘）1. 键盘的形状用户在进行键盘作业时,双手放置在基准键位上用以定位。按照人的坐姿生理学特征,这种姿势下两食指间距约57mm。而且人手的小指较短使得操作者为了保持“正确操作姿势”而将肘关节外展,前臂内旋,掌部内转。而键盘的键面处于同一平面上,即使底部的支撑脚展开给予角度补偿,使用者在较短时间内也感觉到肩颈酸痛、手腕疲劳。另外,键盘在形状、大小、色彩及其布置方面也没有达到“物”与“人”的各种功能的最优化,需要改进以创造出与人的生理、心理机能更谐调的键盘。2. 键盘的颜色目前键盘的颜色大多数是以黑色为底，白色为字。但是每个键的颜色都相同，区分度不大，我认为可以把相同功能，或者常用的几个键设计成同种颜色以使认识更加直观。4.个性化的键盘为了适应和满足不同人群的需要，许多厂家还设计了富有个性的键盘，这次我将例举一些突出的作品并加以分析。三、分析和解决问题：1.键盘的平面布局对于键盘的平面布局，人们做出了两方面的改进，一方面是改变大体上的形状和位置；另一方面是通过改变键位实现提速。现在先介绍第一种改进方法：在键盘的平面布局设计中运用人机工程学的知识,改进和完善键盘的宜人性和舒适性。操作动作的合理性直接影响操作者的舒适性和工作效率。根据最节约操作动作原则,提出以下几点改进设计。主键盘区手-键盘界面最自然的姿势为上臂从肩关节自然下垂,与前臂之间夹角7090,以保证作业时肘关节受力而不是上臂肌肉受力;还应保持手和前臂呈一直线,腕部向上不得超过20,腕外展不超过15;双手向内相向交叉成6070,手指自然弯曲,同手掌一起构成一个半圆形,呈空握球状;两手掌间距约100280mm。设计主键盘区沿中心线各自左右分开,两基准定位键之间距离约80100mm(见图2)。（图2主键盘区整体布局图3主键盘区的部分按键布局图） 左右两片对称中心线倾斜15,且中部稍高,向外部顺势成一定倾角倾斜,可以有效避免肘关节外展、手掌内旋、手指桡偏等引起的肌肉紧张与疲劳。同时这也可以提高点击正确率,初级用户可以有效避免中心线上临界键(如5与6,T与Y,G与H等)的误操作。Back Space键和Insert键原空格键按主键盘左右分区分开后,左空格键功能不变,将右空格键(即右手大拇指控制键)设计成Back Space键,见图3。运用重复功能有效分割原理,既基本保持了传统键盘的设计风格,满足用户作业心理习惯;又极大提高了Back Space这个重要键的操作有效性。改进后的敲击动作右手无须移动,而且敲击速度和准确率能够大大提高。用户在半天内能基本熟练盲打这个键。综合考虑整个键盘布局,“Insert”键的使用率较低,改放在原“Back Space”键的位置。编辑定位键区和数字辅助键区重新布局编辑与定位键区,见图4。将“”键设置为该键区的基准键位,与数字辅助键区的基准键排列在同一直线上,以符合左右手的对称动作习惯。Delete键移至基准键的下方,“Home”、“End”、“Page Up”、“Page Down”4个键对称横向排列,定位键之间的配合良好。结合每个键的功能,在转换键位时只须手指(食指和无名指)之间切换,改变了原来作业手腕的竖向移动。“Print Screen Sys Rq”、“Scroll Lock”、“Pause Break”3个键照旧对应放置。改进后的数字辅助键区见图5,将“+”键拆分为“+”、“-”键,在原来“-”键的位置插入“=”键。（图4编辑与定位键区布局示意图图5数字辅助键盘区布局示意图）同时将编辑定位键区和数字辅助键区沿键盘中心线对称分布在主键盘区的左右两边。与这种改进方法相对应的是直接改变以往qwerty键位布局的第二种改进方法：不为大多数人所知，qwerty型键位最初是从打字机的设计开始的，由于当时机械工艺不够完善，使得字键在击打之后的弹回速度较慢，一旦打字速度太快，就容易发生两个绞在一起的现象，从而严重影响了打字速度。因此而诞生的qwerty键位，就带有了“在不至于卡住的前提下尽量提高打字速度”的目的，所以速度并不是这种键位的专长。时代不断进步，技术上的难题被一个个攻破，由此产生了两种新型的键位布局，他们分别是duorak键盘和malt键盘。duorak键盘1930年奥格斯特多冉柯(August Dvorak)发明了一种比QWERTY更优越的DUORAK键盘系统，将9个最常用的字母放在键盘中列。这种设计使打字者手指不离键就能打至少3000多个字。而QWERTY只能做到50个字。DUORAK是通过减少手指的运动量来降低工作强度、提高工作效率的。使用DUORAK，打字者的手指平均每日运动1英里，而QWERTY则是12到20英里。二战期间，奥格斯特多冉柯曾集合14位海军打字员练习DUORAK，1个月后，他们的速度惊人地提高了68%。DUORAK键盘让右手负担56%的工作；最有力的手指工作量最大；70%的打字工作是在中列进行而不必移动手指。但当时正逢二次大战，作战物资缺乏，这种新键盘还没问市就停产了。作为一种先进的键位设计，windows本身已将其列入，现在任何一台电脑上都可以使用，方法简介如下：打开“控制面板键盘”，进入“输入法区域设置”选项卡，接着单击“添加”按钮，将“输入法区域设置”设置为“英语（美国）”，并在“键盘布局/输入法”栏内找到“美国英语-DUORAK”。确认后，按键位置全变了。现在你完全有资本提升自己的英文打字速度了。当然在成功前仍需花时间重新适应新的系统并进行耐心训练。malt键盘比DVORAK键盘更先进一步的是理连莫特(Lillian Malt)发明的MALT键盘。MALT键盘布局它改变了原本交错的字键行列，并使拇指得到更多使用、使“后退键”（Backspace）及其他原本远离键盘中心的键更容易触到。但MALT键盘需要特别的硬件才能安装到电脑上，所以也没有得到广泛应用。2. 键盘的形状外形设计根据键盘的平面布局分析来进行其外形设计。主键盘区沿其中心线左右对称倾斜15,外缘采用圆角、圆弧过渡。而由于在操作编辑定位键区和数字辅助键区时,手已经能够基本处于自然状态,故其平行于中心线设计,但应与主键盘区的布局协调。侧面在保持原有梯度的基础上,依照手的自然弯曲弧线设计成大弧度断面,与腕托浑然一体。腕托的设计应与腕部弧线吻合良好,给手恰到好处的支撑。定位键及细部设计4个基准键位“”、“F”、“J”和“5”的定位标识改用与手指指尖弧线相吻合的凸起。空格键、Back Space键、Enter键、Shift键等稍大尺寸键内置平衡杆,减少弹性差异和晃动。“待机”、“唤醒”和“电源”3个特殊功能键采用其他设计风格,图6所示为一种方案,用以增添整体的活泼性,但要与整个键盘设计风格吻合。（图6 3个特殊功能键）3. 键盘的颜色色彩设计应符合人的习惯,整个键盘的颜色数目不超过5-7个。键盘底板主体颜色风格应与显示器、机箱等外设相互搭配。而各键区又可在色彩方案上合理布局,增添键盘的活泼性和易读性。4个基准键位采用桔黄色醒目标识,米白色主键盘区搭配浅紫色编辑定位键区和数字辅助键区,F键功能键区浅蓝色搭配特殊功能键。4. 个性化的键盘（1）虚拟激光键盘这个激光装置可以在桌面或其他合适的介质上投射出一个虚拟的键盘，然后把你手指的移动翻译并传递给你的掌上电脑或任何你连接在这个激光装置的设备。这款港陆创科有限公司研制的激光键盘的表现和其他普通键盘类似，它利用基于光电识别原理技术可以使用户在敲击激光投射的虚拟键盘的时候，产生一种和敲击真实的键盘一样的声音。（2） 手腕键盘L3公司开发了可以戴在手腕上的电脑键盘和可以穿戴的计算机设备。由于具有完全的密封性，使它可以在雨中和其他严酷的环境中正常操作。弯曲的背面可以使手腕键盘安全舒适的放置在手腕上。（3） 单手键盘这款外型怪异的键盘是为那些只能单手操作键盘的人设计的。这些外型和字母都非常奇特的安排是经过仔细研究过的，它想法设法使你可以迅速而舒适的触摸到所有的按键。Maltron单手键盘已经被很多操作者证明可以达到每分钟85个字的文字录入速度。左手和右手的单手键盘都有售。（4） 可随意组合的键盘厌倦了你键盘上传统布局了吗？想拥有一种布置更加便于输入的键盘吗？这款随心所欲键盘可以保证你按照你所希望的任何方式去布置你的键盘，对于编程人员和游戏玩家来说真是太完美了。这款名叫DX1系统的键盘，可以用来玩游戏、编程、制作photoshop，并且它可以随心所欲的布置每一个按键。结语：通过这次对键盘的人机工程学研究，我了解到了很多以前不知道的键盘知识，掌握了优化细节设计的大致方法。由于学习课程比较紧，没有多余时间进行实践操作和随机调查，这是我这次报告中的不足之处。