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握持位置检测

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发布时间：2025-07-15 23:00:34 更新时间：2025-07-14 23:00:35

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

握持位置检测

握持位置检测是现代工业设计、人机工程学评估及产品质量控制中至关重要的环节。它指的是通过科学的方法和精密的仪器，对用户在使用工具、设备或产品时，其手部（或身体特定部位）与产品接触区域的位置、分布、压力及变化进行精确测量与分析的过程。该检测的核心目的在于优化产品的人机交互界面，提升使用的舒适性、效率与安全性，减少因设计不当导致的疲劳、不适甚至操作风险。其应用领域极为广泛，涵盖了手持电动工具、医疗器械、消费电子产品（如手机、手柄）、运动器材、厨房用具以及各类需要人力操作的工业设备等。通过对握持位置的深入理解，设计师和工程师能够精准定位最佳的手部支撑点、施力区以及防滑区域，为用户带来更直观、更安全、更舒适的使用体验。

检测项目

握持位置检测涉及的具体项目会根据产品特性和检测目标有所不同，但核心通常包括以下几方面：

主要握持区域识别： 确定用户最常用或设计意图中最主要的接触部位。
手指/手掌接触点分布： 详细分析每个手指（拇指、食指、中指等）以及手掌各部分（掌根、掌心、小鱼际等）在握持时的具体接触位置和范围。
握持姿态分析： 考察不同操作动作（如握紧、旋转、按压、提拉）下的手部姿态变化及对应的接触位置变化。
压力分布测绘： 测量握持时各接触点或区域所承受的压力大小和分布情况。
握持稳定性评估： 分析在动态操作或施加外力时，手部在预期握持区域内的滑动或位移情况。
接触面积计算： 量化手部与产品实际接触的总面积和局部面积。

检测仪器

进行精确的握持位置检测需要依赖专业的仪器设备，常用的包括：

光学式动作捕捉系统 (Motion Capture Systems)：
- 采用高速红外摄像机追踪粘贴在测试者手部关节和产品上的反光标记点。
- 优点：精度高，可实时捕捉复杂的空间运动轨迹。
- 应用：主要用于分析握持姿态和位置的三维动态变化。
压力分布测量系统 (Pressure Mapping Systems)：
- 由柔性薄膜传感器（内含密集分布的压敏元件）和数据采集分析软件组成。
- 将传感器薄膜贴合在产品表面（或制成带传感器的测试手套），实时测量并可视化接触点的压力大小和分布。
- 优点：直接获取接触压力数据，空间分辨率高。
- 应用：核心用于压力分布测绘和接触面积计算。
数据手套 (Data Gloves)：
- 内嵌弯曲传感器、惯性测量单元 (IMU) 或光纤传感器。
- 可精确捕捉手部各关节的角度和运动。
- 应用：结合虚拟现实或产品模型，评估握持姿态和舒适度。
三维扫描仪 (3D Scanners)：
- 用于扫描人手模型或结合标记点，获取握持时手部与产品的静态三维接触形态。
表面肌电图 (sEMG)：
- 通过贴在皮肤表面的电极记录肌肉活动信号。
- 间接反映握持时的肌肉用力情况和疲劳程度，辅助判断握持的舒适性和效率。

检测方法

握持位置检测的实施通常遵循以下方法流程：

定义测试目标与工况： 明确检测的具体目的（如优化手柄形状、评估安全性）、目标用户群（手部尺寸范围）以及需要模拟的操作任务（如拧螺丝、持握行走、反复按键）。
受试者选择与标定： 招募符合目标用户特征的受试者，记录其手部尺寸（如手长、手宽、指长）。在受试者手部关键点（如指关节、掌骨点）和产品表面关键位置粘贴动作捕捉标记点（若使用动捕系统）。佩戴好数据手套、压力传感薄膜或sEMG电极。
测试环境搭建与仪器校准： 布置动作捕捉摄像机覆盖工作区域，校准所有设备。确保压力传感器与产品表面或测试手套紧密贴合且工作正常。
测试执行：
- 指导受试者按照预设的操作任务（静态持握、动态操作、力量施加）使用产品。
- 同步采集动作捕捉数据（位置、姿态）、压力分布数据、手部关节角度数据、肌电信号以及任务完成情况（如时间、错误率）。
- 每个任务通常需重复多次，并在不同受试者/不同握持方式间进行。
数据处理与分析：
- 动作捕捉数据：重建三维运动轨迹，计算关节角度、位移、速度等。
- 压力数据：生成压力分布云图，计算峰值压力、平均压力、压力中心、接触面积等指标。
- 对比分析：比较不同设计方案、不同用户群体或不同任务下的握持位置、姿态、压力分布和稳定性差异。
- 结合主观问卷：让受试者对握持舒适度、稳定性和操作便捷性进行评分，将主观感受与客观数据关联。
报告与改进建议： 总结分析结果，识别存在的问题（如压力集中点、滑动风险区域、不良姿态），并提出具体的产品设计改进建议。

检测标准

握持位置检测可参考或依据的相关标准主要包括人机工程学和安全方面的国际、国家及行业标准：

ISO 9241 (Ergonomics of Human-System Interaction)： 该系列标准特别是涉及办公环境下交互设备的部分（如ISO 9241-400关于物理输入设备的原理和要求）提供了人机工程学评估的通用框架。
ISO 11228 (Ergonomics - Manual Handling)： 系列标准（如Part 1: Lifting and carrying, Part 2: Pushing and pulling, Part 3: Handling of low loads at high frequency）虽然主要针对物料搬运，但其评估原则和方法（如姿势分析、用力评估）对握持设计有参考价值。
ISO 13482 (Robots and robotic devices - Safety requirements for personal care robots)： 对于具有握持或交互功能的服务机器人，此标准涉及了安全性要求。
ANSI/HFES 100 (Human Factors Engineering of Computer Workstations)： 美国国家标准，包含对输入设备（如键盘、鼠标）的握持和操作要求。
EN 547 (Safety of machinery - Human body measurements)： 欧洲标准，提供了人体测量数据，用于确定操作空间、开口和握持位置的可达范围。
GB/T 相关标准 (中国国家标准)： 如GB/T 16251《工作系统设计的人类工效学原则》、GB/T 18717《用于机械安全的人类工效学设计》等，也提供了人机工程学设计的基本要求和评估方法指导。
行业特定标准： 如医疗器械（IEC 60601系列中的可用性工程部分）、电动工具（涉及振动、握持力的标准如ISO 28927）等，会有更具体的握持安全性和人机工程学要求。

需注意： 握持位置检测本身可能没有单一、专属的检测标准。实际应用中，通常是根据产品特性、目标市场法规（如CE, UL）和行业最佳实践，综合运用上述标准中的人机工程学评估原则和方法（如姿势评估、压力限值、可达性要求），结合具体的检测数据（位置、压力、姿态）进行分析，以判断设计是否符合安全、健康和易用的要求。