人機(jī)界面特征對按摩椅腰部揉捏按摩效應(yīng)的影響研究

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

(1.嘉興南湖學(xué)院時尚設(shè)計學(xué)院，浙江嘉興 314001；2．嘉興學(xué)院設(shè)計學(xué)院，浙江嘉興 314001；3.湖州師范學(xué)院藝術(shù)學(xué)院，浙江湖州 313000；4.南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計學(xué)院，江蘇南京 210037）

按摩椅家具是人們緩解疲勞的重要手段之一，越來越多的用戶選擇按摩椅產(chǎn)品。人機(jī)設(shè)計評價為家具設(shè)計的研究熱點，汪麗麗等研究人機(jī)互動家具設(shè)計[1]，張鑫等分析了座具坐墊舒適性的客觀評價[2]，杜瑤等以體壓分布為指標(biāo)分析座椅舒適性[3]。同時，按摩椅產(chǎn)品設(shè)計和按摩功效等人機(jī)設(shè)計方面研究不斷涉及，鄭永平等以主觀評估和腦電試驗等方法研究按摩模式對按摩椅按摩舒適度的影響原理[4]。金海明等研究了按摩椅家具產(chǎn)品舒適性評價的實驗方法[5]。于娜等研究了基于青少年個性化需求的背部按摩裝置設(shè)計[6]。陳丹等從歷史的角度總結(jié)分析了按摩功效和按摩家具[7]。賈潔等運(yùn)用TRIZ理論構(gòu)建產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計模型并應(yīng)用于按摩椅產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新[8]。本研究聚焦揉捏按摩模式，通過主觀評價和溫度試驗，從人機(jī)界面特征的視角研究揉捏腰部按摩效應(yīng)，以期揭示人機(jī)界面特征對腰部揉捏按摩效應(yīng)影響規(guī)律。

1 研究概述

根據(jù)傳統(tǒng)按摩理論、預(yù)試驗結(jié)果以及邵婷婷碩士論文的研究結(jié)論，酸脹度、最高溫度和最高溫度梯度是研究按摩效應(yīng)的有效指標(biāo)，所以本研究選擇酸脹度最高溫度和最高溫度梯度為揉捏按摩效應(yīng)研究的評價指標(biāo)。采用酸脹度主觀評價法（SZ）研究按摩部位酸脹度變化情況和采用皮膚表面溫度法（ST）研究按摩部位的皮膚溫度變化情況，探尋揉捏式按摩的腰部按摩效應(yīng)變化規(guī)律。

在揉捏按摩方式下，通過研究被試者揉捏按摩前后酸脹度變化情況以及按摩部位皮膚表面最高溫度和最高溫度梯度等溫度變化情況，分析按摩頭形狀、按摩頭大小和按摩器包覆層厚度等人機(jī)界面因素對腰部揉捏按摩效應(yīng)的影響，優(yōu)化人機(jī)界面，揭示各影響因素的主次順序及交互作用規(guī)律，為按摩椅腰部揉捏按摩效應(yīng)優(yōu)化設(shè)計提供參考依據(jù)。

2 按摩試驗

2.1 試驗準(zhǔn)備

2.1.1 試驗對象

經(jīng)過預(yù)試驗，隨機(jī)選取10名被試參加試驗。10名被試者為身體健康的本科生和研究生，其中男性6名，女性4名，被試者均無肌肉、骨骼和心血管等疾病。被試者的基本生理信息：平均年齡25歲，男性平均身高170.3cm，體重63.5kg；女性平均身高159.4cm，體重50.2kg。

2.1.2 試驗儀器與環(huán)境

本章試驗所需的儀器包括：（1）試驗用按摩椅，選用市場上常見的按摩椅為基本型，通過與浙江某按摩椅廠家合作，改進(jìn)其中的部分設(shè)計，以符合試驗研究的需要。（2）數(shù)字溫度計，本試驗采用BD-Ⅱ-604型數(shù)字皮溫計，測量人體各部位的皮膚溫度。該儀器采用K(CA)NiCr/NiAl合金熱電偶溫度傳感器采集人體溫度變化信號，測量精度為0.1℃。

為保證試驗數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，要求在安靜、無干擾和相對封閉的環(huán)境，而且其周圍保證沒有較強(qiáng)工頻的干擾源，減少手機(jī)等日常電子產(chǎn)品的干擾。在具體試驗時，室溫由中央空調(diào)控制在25℃，試驗過程中保持1名主試和1名被試者，在最大程度上可減少外界因素對試驗的干擾和影響。

2.1.3 腰部按摩部位確定

腰部按摩位置主要肌肉是豎脊肌，結(jié)合人體腰部經(jīng)絡(luò)穴位分布情況，腰部主要分布腎俞和氣海俞等穴位。根據(jù)按摩穴位的分布特點，本研究腰部穴位主要分布在足太陽膀胱經(jīng)，腎俞在第二腰椎棘凸下側(cè)，氣海俞位于第三腰椎棘凸下側(cè)，水平位置在脊椎骨左右兩側(cè)旁開1.5寸（約3cm~4cm）處，這里的寸是指“同身寸”，沒有單位。

2.2 試驗設(shè)計

2.2.1 人機(jī)界面特征因素設(shè)計

根據(jù)按摩椅企業(yè)的相關(guān)建議、預(yù)試驗結(jié)果、現(xiàn)有試驗條件和相關(guān)文獻(xiàn)研究結(jié)論，人機(jī)界面特征設(shè)置了按摩頭形狀、按摩頭大小和按摩器包覆層厚度等三個重要因素；在揉捏式腰部按摩試驗時，按摩頭形狀、按摩頭大小和按摩器包覆層厚度等人機(jī)界面特征各因素的水平情況如表1所示。按摩頭形狀選擇圓柱形和橢圓形等2水平進(jìn)行按摩效應(yīng)的比較；按摩頭大小的按摩效應(yīng)對比研究時，選擇橢圓形中（直徑52mm，高度29mm）、圓柱形大（直徑48mm，圓弧面高度10mm）和圓柱形小（直徑30mm，圓弧面高度7mm）等3水平；按摩器包覆層的厚度選擇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 正交試驗設(shè)計

人機(jī)界面特征包括按摩頭形狀、按摩頭大小和按摩器包覆層厚度等3個因素，其中按摩頭大小和按摩器包覆層厚度為3水平，而按摩頭形狀為2水平。正交試驗時，選擇4因素3水平的正交表L9(34)，按摩頭形狀因素采用擬水平法[9-10]，根據(jù)預(yù)試驗的結(jié)果將橢圓形這水平（第1水平）代替第3水平，具體的正交表如表2所示。

表2 人機(jī)界面的正交試驗設(shè)計

2.3.3 試驗過程

本試驗包括酸脹度主觀評價和皮膚表面溫度測試等兩組試驗。酸脹度采用主觀評價法。在試驗前，告訴被試者評價的標(biāo)準(zhǔn)和注意事項，熟悉評價的基本流程和要求，酸脹值采用5級主觀感受等級量表來記錄，具體參見表3。在試驗時，記錄按摩前腰部按摩部位的酸脹值[11-12]。在試驗結(jié)束時，相應(yīng)記錄腰部按摩部位的酸脹值[13-14]。

表3 酸脹度評分標(biāo)準(zhǔn)

皮膚溫度的測量，采用數(shù)字溫度計記錄溫度值。在試驗前，告訴被試者試驗的注意事項和要求，熟悉試驗基本流程。由于按摩10分鐘后按摩部位的皮膚溫度的變化不明顯，所以皮膚溫度測量的試驗時長為10分鐘，首先記錄按摩椅按摩時的溫度，接下來每隔2分鐘記錄1次溫度，共計記錄6次溫度。

■圖1 不同形狀按摩頭按摩時的最高溫度變化趨勢

3 試驗結(jié)果

3.1 按摩效應(yīng)的主觀評價

先運(yùn)用Excel軟件，對酸脹度主觀評價試驗所得到數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理；然后運(yùn)用SPSS軟件進(jìn)行分析處理，腰部按摩效應(yīng)（酸脹度主觀評價結(jié)果）的方差分析結(jié)果如表4所示，不同人機(jī)界面的單因素統(tǒng)計分析結(jié)果如表4所示。

表4 腰部揉捏按摩效應(yīng)的方差分析

從表4中的F檢驗可知，按摩頭形狀、按摩頭大小和按摩器包覆層厚度的顯著水平Sig.分別為0.016、0.019和0.020，均小于0.05，所以認(rèn)為按摩頭形狀、按摩頭大小和按摩器包覆層厚度等3個因素的差異性都顯著，也就是說這3個因素對揉捏式腰部按摩效應(yīng)（酸脹度變化幅度）都產(chǎn)生了顯著影響；人機(jī)界面各影響因素的主次順序為：按摩頭形狀>按摩頭大小>按摩器包覆層厚度。

由表5可知，人機(jī)界面特征的各因素對腰部揉捏按摩效應(yīng)影響的大小順序為：A1>A2，即橢圓形按摩頭產(chǎn)生的按摩效應(yīng)優(yōu)于圓柱形的；B1>B3>B2，即橢圓形中按摩頭產(chǎn)生的按摩效應(yīng)優(yōu)于其他兩種按摩頭大小的按摩效應(yīng)；C2>C3>C1，即按摩器包覆層厚度3mm所產(chǎn)生的按摩效應(yīng)優(yōu)于其他兩種厚度的按摩效應(yīng)。

表5 腰部揉捏按摩效應(yīng)的單因素統(tǒng)計分析

結(jié)合表4和表5的分析結(jié)果，腰部揉捏按摩效應(yīng)的優(yōu)化人機(jī)界面特征是A1B1C2，即按摩頭形狀為橢圓形、按摩頭大小為橢圓形中以及按摩器包覆層厚度為3mm；且按摩頭形狀、按摩頭大小和按摩器包覆層厚度對腰部揉捏按摩效應(yīng)的影響明顯；人機(jī)界面各影響因素的主次順序為：按摩頭形狀>按摩頭大小>按摩器包覆層厚度。

3.2 按摩效應(yīng)的溫度試驗測試

（1）不同形狀按摩頭按摩時的最高溫度和最高溫度梯度

先運(yùn)用Excel軟件，對按摩部位皮膚表面溫度試驗所得到數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，得到溫度和溫度梯度；然后運(yùn)用SPSS進(jìn)行溫度梯度和溫度的描述性統(tǒng)計分析，并以最高溫度梯度和最高溫度來判斷按摩效應(yīng)的大小。溫度和溫度梯度描述性統(tǒng)計結(jié)果如表6所示。根據(jù)各時間點的最高溫度統(tǒng)計結(jié)果并做出變化趨勢如圖1所示，其中溫度和溫度梯度的單位為攝氏度。

表6 不同形狀按摩頭按摩時的溫度和溫度梯度統(tǒng)計

從表6可以看出，橢圓形按摩頭和圓柱形按摩頭按摩時的最高溫度梯度分別為1.4和1.2，橢圓形按摩頭和圓柱形按摩頭的最高溫度分別為33.9和33.6，所以橢圓形按摩頭的最高溫度梯度和最高溫度都高于圓柱形的。

從圖1可以看出，橢圓形按摩頭按摩時各時間點的最高溫度比圓柱形的高。因此，從最高溫度梯度和和最高溫度的角度來看，橢圓形按摩頭按摩產(chǎn)生的按摩效應(yīng)優(yōu)于圓柱形的。

因此，綜合酸脹度主觀評價以及最高溫度和最高溫度梯度等兩方面的分析結(jié)果，認(rèn)為在橢圓形和圓柱形等兩種按摩頭分別進(jìn)行揉捏式按摩時，橢圓形按摩頭按摩時產(chǎn)生的腰部揉捏按摩效應(yīng)較優(yōu)，而且2水平之間的差異性顯著。

（2）不同大小按摩頭按摩時的最高溫度和最高溫度梯度

如本研究部分（1）的數(shù)據(jù)處理與分析方法，溫度和溫度梯度描述性統(tǒng)計結(jié)果如表7所示。根據(jù)各時間點的最高溫度統(tǒng)計結(jié)果并做出變化趨勢如圖2所示，其中溫度和溫度梯度的單位為攝氏度。

從表7可以看出，橢圓形中、圓柱形大和圓柱形小等按摩頭大小按摩時的最高溫度梯度分別為1.4、1.0和1.0，橢圓形中、圓柱形大和圓柱形小的最高溫度分別為33.5、32.8和33.0，所以最高溫度梯度和最高溫度都出現(xiàn)在橢圓形中按摩頭的按摩過程中。

表7 不同大小按摩頭按摩時的溫度和溫度梯度統(tǒng)計

從圖2可以看出，橢圓形中按摩頭的按摩時各時間點的最高溫度比其他按摩頭大小的都要高一些。因此，從最高溫度梯度和和最高溫度的角度來看，橢圓形中按摩頭按摩所產(chǎn)生的腰部揉捏按摩效應(yīng)優(yōu)于其他兩種按摩頭大小的按摩效應(yīng)。

■圖2 不同大小按摩頭按摩時的最高溫度變化趨勢

因此，綜合酸脹度主觀評價試驗以及最高溫度和最高溫度梯度等兩方面的分析結(jié)果，認(rèn)為在橢圓形中、圓柱形大和圓柱形小等3個水平下，橢圓形中按摩頭的腰部按摩效應(yīng)較優(yōu)，且按摩頭大小之間按摩效應(yīng)的差異性顯著。

（3）不同按摩器包覆層厚度按摩時的最高溫度和最高溫度梯度

如本研究部分（1）的數(shù)據(jù)處理與分析方法，溫度和溫度梯度描述性統(tǒng)計結(jié)果如表8所示。根據(jù)各時間點的最高溫度統(tǒng)計結(jié)果并做出變化趨勢如圖3所示，其中溫度和溫度梯度的單位為攝氏度。

從表8可以看出，按摩器包覆層厚度2mm、3mm和4mm按摩時的最高溫度梯度分別為0.8、1.3和0.8，包覆層厚度2mm、3mm和4mm的最高溫度分別為32.8、33.5和33.0，最高溫度梯度和最高溫度都出現(xiàn)在按摩器包覆層厚度為3mm的按摩過程中。

表8 不同包覆層厚度按摩時的溫度和溫度梯度統(tǒng)計

從圖3可以看出，包覆層厚度為3mm的按摩時各時間點的最高溫度比其他包覆層厚度的都要高一些。因此，從最高溫度梯度和和最高溫度的角度來看，按摩器包覆層厚度為3mm按摩時產(chǎn)生的按摩效應(yīng)較優(yōu)。

因此，綜合酸脹度主觀評價試驗以及最高溫度和最高溫度梯度等兩方面的分析結(jié)果，認(rèn)為在按摩器包覆層厚度2mm、3mm和4mm等3水平下，包覆層厚度為3mm的腰部揉捏按摩效應(yīng)較優(yōu)，且各水平之間差異性顯著。

4 研究結(jié)論與分析

4.1 研究結(jié)論

腰部揉捏按摩時，優(yōu)化的人機(jī)界面特征因素為：

（1）按摩頭形狀：橢圓形按摩頭按摩時的腰部按摩效應(yīng)最優(yōu)，2種按摩頭形狀之間產(chǎn)生的按摩效應(yīng)差異性顯著。

（2）按摩頭大小：橢圓形中按摩時的腰部按摩效應(yīng)最優(yōu)，3種按摩頭大小之間產(chǎn)生的按摩效應(yīng)差異性顯著。

（3）按摩器包覆層厚度：包覆層厚度3mm按摩時的腰部按摩效應(yīng)最優(yōu)，3種包覆層厚度之間產(chǎn)生的按摩效應(yīng)差異性顯著。

（4）人機(jī)界面各影響因素的主次順序為：按摩頭形狀>按摩頭大小>按摩器包覆層厚度。

4.2 分析討論

（1）按摩頭形狀是影響腰部揉捏按摩效應(yīng)最主要的人機(jī)界面因素

在揉捏按摩時，按摩頭與人體按摩部位的實際有效接觸形態(tài)越接近人工按摩的形態(tài)時，按摩效果就越好。所以，按摩頭形狀設(shè)計是實際有效接觸形態(tài)的關(guān)鍵，也是獲得理想揉捏按摩效應(yīng)的重要途徑。

■圖3 不同包覆層厚度按摩時的最高溫度

按摩椅揉捏按摩可分為模擬人工按摩的指揉法和掌揉法，按摩頭形狀設(shè)計時應(yīng)盡可能接近人工按摩的指揉法和掌揉法按摩時的按摩形狀。

（2）按摩器包覆層厚度對腰部揉捏按摩效應(yīng)影響相對最小

按摩器包覆層厚度是人機(jī)界面因素中影響腰部揉捏按摩效應(yīng)最小的因素，可能是因為腰部脂肪相對厚，對按摩器包覆層影響腰部揉捏按摩效應(yīng)的作用相對較小。因此，人機(jī)界面設(shè)計時可將摩器包覆層厚度作為相對次要因素去優(yōu)化。