第二卷 第八期 - 2007年十二月二十一日
增進手部書寫及執行之螢幕觸控筆設計
吳豐光*、羅書宜


MAR 2006, “Performance Study on Touch-pens Size in Three Screen Tasks,” Applied Ergonomics, 37(2), pp. 149–158 (SCI) (SSCI) NSC93-2213-E-006-078
MAY 2006, “Design and Evaluation Approach for Increasing Stability and Performance of Touch Pens in Screen Handwriting Tasks,” Applied Ergonomics, 37(3), pp. 319–327 (SCI) (SSCI) NSC93-2213-E-006-078
SEP 2006, “Performance of the Five-Point Grip Pen in Three Screen-based Tasks,” Applied Ergonomics, 37(5), pp. 629-639  (SCI) (SSCI) NSC94-2213-E-006-056
Taiwan Patent No.: M273460

著科技的進步,筆被應用的範圍越來越廣。筆式輸入產品的出現使得人們拿筆如傳統書寫般直接在螢幕上書寫的機會增加。而螢幕書寫所使用的筆,亦是手工具的一種,可視為手部的延伸。適宜的手工具設計,有賴工程技術、解剖、人體計測和生理等方面的考量和知識的運用。本研究以現有平板電腦之感壓晶片觸控筆之現有技術為基礎,收集現有市售觸控筆和觀察使用者使用行為,以人類因素學的角度探討觸控筆現存的使用性問題及界定最適宜之觸控筆長度與直徑尺寸。再根據使用者書寫時上肢活動的姿勢與持筆姿勢觀察的結果,結合手部之握持、手部人體計測和手工具之設計原則等相關理論,創新設計出能增進握持舒適和使用績效之觸控筆。

本研究之發展是由產品現況的調查階段、創新設計階段和設計後之使用性評估階段所組成。調查階段包含市售的觸控筆收集與尺寸的測量調查、使用者使用觸控筆在筆試輸入電腦上之使用行為觀察,及根據觀察到的現象進一步以訪談的方式進行了解。此階段研究結果顯示當使用者在螢幕上執行點選作業時,使用者的上肢皆是懸在半空中的,並無任何使用者在點選作業時將手肘或其他部位支撐的情形。這顯示使用者在螢幕上執行點選作業時,觸控筆並非持續的接觸螢幕,而是在螢幕上的空間機動性的移動。但也因為觸控筆在螢幕上呈現機動性的移動,使得大部分的使用者拿筆姿勢像拿指揮棒,夾捏在距離筆尖甚遠的後端之輕鬆手部姿勢。本觀察亦收集使用者的回饋意見,得知該種夾捏姿勢的持筆,容易讓使用者手上的筆過度的晃動而發生落筆或容易或於快速揮動而在執行點選目標物時發生錯誤。而在執行書寫作業時,使用者上肢活動的觀察結果顯示,“額外支撐”是此作業的特色 (有額外支撐的人數比例占53.3%、無額外支撐的人數比例占46.7%)。所謂額外支撐乃指使用者在書寫時將他/她們的「小指」支撐 (36.7%) 在螢幕上或是螢幕邊緣,其餘的則用腕(6.7%)或肘關節 (10.0%)支撐以輔助書寫作業的進行。而當使用者在螢幕上執行畫圖作業時,無額外支撐採懸腕的使用者占63.3%,但仍有使用小指支撐者 (30.0%),其餘則用其他部位額外支撐。此外,執行畫圖作業時,使用者的握筆姿勢則呈現多樣式,像是使用三根手指、四根或五根手指去抓在筆桿上。

為進一步了解使用者握筆方式與上肢動作的支撐的情形,研究也訪問使用者的意見和使用習慣。綜合觀察與訪問分析的結果歸納如下:
  • 不論腕部單獨支撐,肘單獨支撐,和小指單獨支撐,因使用者的使用姿勢不自然致使使用者使用後產生不舒適感。
  • 使用者使用觸控筆在螢幕上作業時,因受到過去使用電腦的經驗影響,使用者的手會盡可能地不碰觸到螢幕,因為使用者怕會刮傷螢幕或弄髒螢幕,而影響資訊的觀看。
  • 局部的小指支撐可以提高作業執行穩定度,並減少使用者因手部支撐弄髒電腦螢幕的面積。但這樣不自然的支撐方式對於使用者而言,可能造成手部肌肉骨骼之不適,長時間下來將可能引發手部之傷害或併發症,因為使用者的小指被過度或不適當的伸展與施力。

綜觀上述之觀察與訪問調查的結果,很清楚地,螢幕輸入筆之設計的重點必須專注於 “增加螢幕輸入作業之執行穩定度和提昇執行績效” 的目標上。故將此納為創新設計發展之產品改善之主要構想方向。

在創新設計發展之設計活動前,研究乃先以實驗的方式探討並確認市售觸控筆之最佳的長度和直徑的尺寸,前期測試之主要的目的乃建立觸控筆設計時的自變項,亦即直徑與長度。因此,該實驗之長度因子設定為三個水準:80、110 和140mm;直徑因子設定四個水準:5.5、8、11和15mm。16位具筆式輸入產品使用經驗的人參加此實驗。實驗結果顯示長度140mm和直徑8mm之組合的觸控筆適於所有螢幕任務選用。接著,觸控筆的創新設計階段乃根據前期市售觸控筆之最佳的長度和直徑尺寸之實驗的結果,進而結合相關理論進行設計。相關的理論包含 (1) 手部握筆時之三角握持姿勢之生物力學理論、(2) 一般手工具設計相關理論、與 (3) 使用者使用觸控筆之行為觀察與訪談的結果。目前與增加手部執行穩定度的研究係屬以改良式的握柄外形設計,和增加工具與手部接觸面積的方式解決工作時手部的不適症和提高使用穩定度的方式為主要-亦即將握柄倚靠在拇指與食指間的虎口處增強的握持,將執行作業時的壓力引向拇指基部,而不及於掌部。除此之外,手部用力部位為各指節間及拇指下方和有厚塊肌肉的部位之考量亦同時納入設計。基於上述想法,本研究綜合文獻研究和調查的結果,提出“多點支撐”之設計構想。除了一般書寫最常使用的握持方式為三點握持 (tripod grip) 外 (接觸點共四點),額外增加一個可以提高使用穩定性和分擔懸腕執行之力量的支撐點。該點橫越虎口處的堅韌組織坐落於虎口下方之掌部拇指下方厚塊肌,支撐點由虎口處橫跨至中指的Adductor pollicisa和Flexor pollicis brevis 肌肉之間的區域,本研究命名為 「第五點支撐筆 (Five-Point Grip Pen, FPGP)」。

在創新設計進行後,本研究為進一步探討創新觸控筆-FPGP之使用性,因此進行設計評估。首先比較一般觸控筆和新形FPGP在點選、書寫和描繪等作業之績效與上肢姿勢的差異。實驗與觀察的結果顯示:(1) FPGP比一般的觸控筆在三項作業上更具穩定度,即較少的錯誤發生。(2) 在執行速度上,FPGP在點選和書寫作業的執行時間上並沒有比一般觸控筆佳,但在描繪作業上卻有明顯得好。這說明了,強調正確率的作業,建議使用第五點支撐筆;而講求速度的作業,則建議兩者皆可。(3) FPGP的優點為增加執行穩定度、改善不自然的書寫姿勢和可依不同的任務需求與偏好調整第五點支撐體在筆桿上的位置。缺點為使用者在使用上其握筆姿勢的變換受到限制。

FPGP 被證實不管在使用績效上或使用姿勢上皆比一般的觸控筆具優勢。但根據上一階段評價與觀察的結果指出,支撐體的尺寸大小、形狀和使用者的手寬大小等都很有可能影響著FPGP的使用性。因此,在設計評價階段進一步驗證FPGP對於不同掌寬群的使用者, 不同支撐體形狀和不同支撐體尺寸之使用績效。以9個不同形狀和尺寸組合的第五點支撐體為實驗樣本。支撐體的形狀有三個水準:球狀體、球加塊狀體和自然體;支撐體的尺寸有三個水準:大、中和小尺寸。掌寬群有四個水準: 25%ile以下、介於25-50%ile之間、介於50-75%ile之間及75%ile以上。實驗結果顯示:(1) 受測者之客觀測量與主觀等級評價的結果一致;(2)使用者的作業績效受著支撐體形狀、尺寸、掌寬和不同的作業形式之影響;(3)不管執行任何作業,支撐體的形狀皆以自然形之支撐體表現最佳;(4)書寫作業以小尺寸的支撐體表現最佳,點選作業以大尺寸的最佳,畫圖作業則大和中尺寸的支撐體適於所有使用者。

本研究提出增加支撐點改善手部執行時的不穩定性之創新設計之構想, 該構想與研究結果將可以應用到需要高度準確性和連續性無依靠之徒手控制的作業。例如:繪製壁畫、油漆粉刷、看板符號繪製、醫生手術作業、和其他需瞄準任務。繪製壁畫油漆符號、和其他需瞄準任務。此外,在支撐體尺寸方面的尺寸建議:(1) 點選和描繪作業,建議使用大尺寸(25mm D)的支撐體;(2)書寫作業則建議使用小尺寸(15mm D)的支撐體。
五點支撐筆之設計程序概略圖
< 上一篇下一篇 >
Copyright National Cheng Kung University