基于主客观联合测评的动态人机接触面工效学研究

摘要

产品人机接触面的质量与使用者的健康问题息息相关,基于工效学的人机接触面设计与评价一直是国内外关注的热点之一,研究方向主要集中在相对静态的产品人机接触面领域。近年来,伴随着人口老龄化,亚健康群体与各种职业病的增加,各类按摩椅、按摩床、按摩枕等健康产品如雨后春笋般走进了家庭,受到了人们的青睐。这类健康产品通常以动态的人机接触面直接作用于人体,具有更加复杂的属性,但产品使用过程中,健康安全隐患也逐渐暴露出来。这种人机接触面由静态向动态的发展趋势给工效学研究带来了巨大挑战,也对其理论与方法研究提出了更高的要求。
　　 本文选择自动按摩椅作为动态人机接触面的典型案例,力求通过有效的工效学主客观联合测评技术,从人体的生理电信号与心理主观感受,探求动态人机接触面实际作用于人体的效能与舒适性机制,并为接触面物理特征的优化与设计提供工效学理论依据与方法支持。
　　 本文主要研究内容包括:
　　 (1)根据以往工效学测评方法,结合动态人机接触面特征属性,形成了动态人机接触面主客观联合测评概念框架,提出了基于效能机制的动态人机接触面舒适性评价模型,为后期实验研究提供了方法论支持;
　　 (2)提出了基于sEMG的动态人机接触面效能评价模型,通过按摩椅疲劳恢复效能对照实验,采集了BST过程中竖脊肌的sEMG信号。根据模型的sEMG时域指标、频域指标与耐力负荷持续时间对静坐恢复与按摩恢复的效能进行了比较分析。实验结果表明,sEMG的△(ARMS)与△NMF指标能有效判别拍打按摩的肌肉疲劳恢复效能,验证了效能评价模型的可行性;
　　 (3)针对动态人机接触面主观舒适性测试,开发了D-SCRS量表,通过静态.动态主观舒适性对照实验,获取了局部与总体舒适性数据,通过统计学的方法验证了量表的信度与区分效度。针对局部与总体舒适性指标的关联性问题,提出了基于BP神经网络与SVM的总体舒适性评价模型,得到了合理的总体舒适性的计算方法;
　　 (4)利用主客观联合测评的工效学技术,对基于效能机制的动态人机接触面舒适性理论模型展开实验研究。采集了不同强度拍打按摩时的物理特征指标,sEMG指标以及主观舒适性指标。通过曲线回归构建了上述指标的经验模型,分别得出指标之间的映射曲线。在此基础上,提出了动态人机接触面舒适性指标体系架构,为人机接触面的舒适性设计与参数选择提供了依据;
　　 (5)基于效能机制的主客舒适性评价模型与舒适性评价指标体系架构,开发了动态人机接触面舒适性测评原型系统。以按摩椅气动坐垫开发为例,进行了工效学测评与曲面设计,验证了系统的可用性。