立式和普通两种不同类型的鼠标对使用者手臂肌肉疲劳程度影响的人机学小实验

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概述

本次实验测试的目的是探究立式和普通(卧式)两种不同类型的鼠标对使用者手臂肌肉疲劳程度影响,共测试了15人(78女),根据记录的测试数据,对实验数据进行了处理及分析,得出结论并总结了实验中的存在问题。


实验假设

立式鼠标相比普通鼠标对使用者手臂肌肉疲劳程度的影响小。


理论依据

疲劳程度衡量的理论依据

执行某一动作时,正常执行占以最大力执行的百分比越高,使用者肌肉越容易疲劳,可以持续执行这一动作的时间变短。

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肌肉疲劳程度的衡量依据


电极位置的选取理论依据

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手臂肌肉和神经解剖图(a)、(b)、(c)


实验步骤

实验分为四部分,如下:

一,被测试者需要使用鼠标使用最大力左击鼠标持续大约5s,重复3次。

二,正常使用左键进行单击操作,重复10次。

三,被测试者需要使用相同鼠标使用最大力右击鼠标持续5s,重复3次。

四,正常使用右键进行单击操作,重复10次。


实验过程

三名测试者共对15名被测者进行周期为5天的测试。

测试时,让被测试者伸出右臂,掌心向上,在合适位置贴上三个电极,三个电极分别为高电位(红线),低电位(白线),地线(黑线),部位如下图。要求被调查者处于自然使用鼠标的状态。向被测试者描述实验的具体过程,确认被实验者明白自己的操作任务,之后进行操作。

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手臂电极位置

被测试者共15人,其中8名男性,7名女性。7名女生中有3名女性被测试者先使用普通鼠标,后使用立式鼠标;另外4名女性被测试者先使用立式鼠标,后使用普通鼠标。8名男性中有4名男性被测试者先使用普通鼠标,后使用立式鼠标;另外4名男性被测试者先使用立式鼠标,后使用普通鼠标。


实验仪器

使用美国BIOPAC公司生产的多导生理记录仪,EMG肌电测试部分。

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多导生理记录仪EMG肌电测试部分


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立式鼠标与普通鼠标


实验数据采集及分析

图像采集

所收集的数据主要有两种:左键或者右键用最大力长按5秒,左键或者右键正常单击。

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左键或者右键用最大力长按5秒


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左键或者右键正常单击


基础数据分布

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被测者左键肌电值百分比分布情况


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被测者右键肌电值百分比分布情况


数据处理分析

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保持点击动作时所施最大力对应肌电平均值统计

分析:

保持点击动作时所施最大力对应肌电值衡量的是保持点击动作时所施最大力。

由图可以得出,立式鼠标所施最大力比普通鼠标所施最大力更小。


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正常单击时用力对应肌电平均值统计图

分析:

正常单击时用力对应肌电值衡量的是正常点击时的用力。

由图可以得出,立式鼠标正常单击时用力比普通鼠标正常单击时用力小。


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正常单击肌电值占最大用力肌电值的百分比统计

分析:

正常单击肌电值占最大用力肌电值的百分比,衡量的是肌肉的疲劳程度。

由图可以得出,立式鼠标正常单击时疲劳程度比普通鼠标的大。


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肌电值百分比大小对比的人数统计

分析:

肌电值百分比是指正常单击肌电值占最大用力肌电值的百分比,是肌肉疲劳程度的指标,百分比越大,越容易疲劳。

由图可以得出,更多人使用立式鼠标比普通鼠标更容易疲劳。


实验结论

虽然立式鼠标正常单击时用力比普通鼠标正常单击时用力小,但是在立式鼠标上所施最大力比普通鼠标所施最大力更小,因此立式鼠标正常单击时肌肉疲劳程度比普通鼠标的大,并且更多人使用立式鼠标比普通鼠标更容易疲劳。

综上所述,立式鼠标相比普通鼠标对使用者手臂肌肉疲劳程度的影响大。


效度分析

内容效度

测试肌肉疲劳程度,求得使用鼠标的时候数据峰值。使用峰值的原因如下:“峰值可以测试出肌肉每次收缩时所能释放的最大能量的电信号值。反映了肌肉收缩的强度,肌肉做功的表现。”(引自,正常殆成人咀嚼肌表面肌电图的参数分析,皖南医学院学报)

交流效度

在每次测试之前,向被测试者介绍解释所做实验的内容,使其理解明白自己的任务。在贴上电极之后给被测试者时间适应。

分析效度

实验数据记录:在测试中,由一人报出时间点,即为被测试者动作开始的命令,一人记录时间点,后查找波形图找出对应肌电值。

实验数据选取:据波形,在记录的时间点附近找出峰值,包括:左键、右键保持点击动作时所施最大力3次,左键、右键正常单击10次;在每一种鼠标左键与右键转换的时间间隔中,从较为平稳的波形上选取4秒左右的一段,得出峰值(无点击峰值)和平均值(噪声值)。

实验数据处理:左键、右键保持点击动作时所施最大力的肌电值3次计算平均值,减去噪声值作为保持点击动作时所施最大力的肌电值。左键、右键的正常点击数值中,小于无点击峰值的剔除掉,其余数据减去噪声值,作为左键、右键的正常点击的肌电值。


实验中存在的问题

噪声的影响

实验过程中,会有噪声影响测试数值,即使在最后数据处理的时候减掉了噪声的平均值,但是仍然会有影响。

鼠标使用习惯的影响

大部分人都习惯使用普通鼠标,即使在测试之前让被测试者对立式鼠标进行了适应,但对于立式鼠标的使用仍然不熟悉。

数据分析的延迟问题

做实验的时候将每个操作的点进行了时间的记录,但是会存在记录时间与实际时间有偏差的情况。出现这样情况的原因有:一,在测试者像被测试者发出指令的时候,被测试者需要一定的反应时间;二,软件本身的反应时间。

左键、右键保持点击动作时所施最大力个体差异大

在部分实验中,要求被测试者使用最大力,但是每个人对于最大力的认识并不相同,而且不同的人的最大力也不也一样,所以会造成误差。

单击过轻,数值过小

在实验中单击的部分显示并不明显,难以分析出结果。

电极的位置误差

每个被测试者贴纸的位置大致相同,但会有部分位置偏差,而且每个人的身体结构也有所差别,所以总的来说贴纸的位置会产生一定的误差。

样本量不足

样本量不足,导致测试得出的数据可信度不高。

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