基于人体工程学的便携式笔记本电脑支架的研究与设计

任顺垚 杨亚超 张宇 牛梓宇 路键平

摘 要：在日常生活中，笔记本电脑作为移动办公人员及大学生工作学习的必备工具，存在散热能力不足、屏幕高度不可调等问题。为降低这些问题对笔记本电脑使用体验的影响，文章以移动办公人员为目标对象，以笔记本电脑支架市场为参照市场，从人体工程学的角度出发，结合模块化设计思想展开设计研究，设计出一种模块化的便携式笔记本电脑支架。该电脑支架由主体支架、可拆卸式散熱风扇、手机辅助支架三部分硬件及其对应的软件组成，主体支架用于调节显示器高度，并装配散热风扇;散热风扇提供有内置电源，可在不影响笔记本电脑续航的情况下辅助其散热;手机辅助支架用于支起手机，方便显示手机信息;软件平台上则可以更加方便快捷地控制散热风扇的各项配置参数。

关键词：笔记本电脑;人体工程学;模块化;便携

中图分类号：TS665.5 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）08-086-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.08.043

目前，市场上的电脑支架种类繁多，虽各具优势，但应用范围较为局限，功能较为单一。如床上用的懒人支架，支架笨重庞大，使用范围受限，不可随身携带。体积小而便于携带的支架如双面胶支架、塑料支架等，容易丢失，不牢靠。

针对当前存在的这些问题，在充分考虑市场环境的条件下，笔者通过对目标人群进行调研，对该便携式电脑支架采用模块化设计思想进行设计，将电脑支架的必备功能进行模块化拆分，主要拆分为主体支架、可拆卸式风扇、手机辅助支架三部分。为提升产品的使用体验，为可拆卸式散热风扇增加独立电源，对软件平台增加对应的应用程序。一方面，可以在不影响笔记本电脑续航的条件下提供散热能力;另一方面，可以通过软件，更加方便地控制风扇的各项参数。

1 市场环境分析

笔者通过调查发现，市面上的电脑支架大部分为固定式电脑支架，如图1所示。这种支架本身比较笨重，不方便携带，而且不可调节，没有辅助降温风扇。

2 设计定位

2.1 使用环境定位

满足正常的工作环境、生产环境要求，以笔记本电脑作为主要生产力工具，便于和笔记本电脑一起放进电脑包中。

2.2 功能定位

支撑笔记本，抬高屏幕显示高度。

进行辅助散热，持续高温容易导致笔记本电脑的使用寿命和性能受到影响。当硬件长时间处于高温状态时，硬件的老化速度会加快，同时运行速度降低[3]。本款支架的散热系统实时监测电脑温度，自动调节转速，使用内置电源，不影响笔记本电脑本身续航。

2.3 造型定位

产品造型定位为可折叠式骨架结构，各个组件可拆卸。

2.4 色彩选择

色彩可以直接影响用户的视觉感官，冲突强烈的色彩搭配则会造成用户视觉疲劳。采用颜色冲突不强且充满未来感的银灰色，不会对用户眼部造成较强烈的视觉刺激，且该颜色可以适配不同色系的电脑[1]。

3 人机工程学设计原理

人机工程学是建立在许多学科基础上的一门交叉性学科。目前，最流行的定义为：人机工程学是研究人在工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的因素，研究系统中各组成部分的相互作用，研究在工作、生活和休假时间，如何统一考虑工作效率、健康、安全和舒适等问题的学科[2]。

在人机系统中，应是以人为中心，以适应用户的活动特点进行设计。

抬高笔记本电脑的高度以扩大机身底部空间，便于空气流通，避免热量聚集，达到初步散热的效果[2]。

笔记本电脑屏幕较低，用户在看电脑屏幕时会不自觉低头，长时间下则会引发颈椎与腰椎疲劳。产品可以在一定范围内调节笔记本电脑的支撑角度，满足不同用户的使用需求。

4 最终实现方案

支架整体装配有硅胶垫，易折叠，大小适宜，方便携带。支架的配套程序可以调节背夹风扇的转速、风扇的定时功能等。

5 功能介绍

该支架由主体支架、辅助支架、辅助风扇三个模块组成。

主体支架由铝合金材质打造并且可以组装到一起，材料轻便、方便携带，适合办公人员外出工作时收纳使用。电脑支架和辅助支架下侧都有多个凹槽，工作人员可以根据工作环境的不同，进行相关档位的调节，能在一定程度上缓解办公人员颈椎处的压力。

5.1 主体支架

主体支架采用铝合金材质打造，整体采用三角形框架结构，使得支架在具有强大稳定性的同时，更加轻巧。支架的各个衔接处都安装有防滑硅胶垫且底部向上呈弯曲状，可以防止因电脑滑落而造成的不必要的损失。主体支架样例如图2所示。

支架底部有多个凹槽，可以使支架进行多档调节。同时，支架左右两侧可向内进行折叠。

5.2 背夹风扇

背夹风扇组装在电脑支架的后侧部分，其中装有智能芯片。其可以与电脑或手机进行连接实现智能控制，以此达到根据电脑温度智能控制风扇转速降温的目的。

同时，背夹风扇具有可拆卸性。如果想单独使用背夹风扇时，可以将其拆下来并使用手机中相关的控制软件对其进行定时开关等操作。风扇中的供源部分有两部分，可以使用蓄电池或者usb进行充电使用。背夹风扇样例如图3所示。

5.3 辅助支架

图4为辅助支架侧面图，辅助支架具有多档调节功能，下侧支架上具有多个凹槽可进行不同档位的调节，使人们在工作之余能够更加方便地使用手机。辅助支架上方装有防滑硅胶垫，可以防止手机在使用途中滑落。

5.4 配套软件

5.4.1 电脑端配套程序

电脑端软件界面模块图如图5所示。电脑端可以通过采集电脑各主要部件的温度来指定合适的背夹风扇散热强度，以此适应办公者使用的各种环境。

其中，笔者对类似悬浮窗等小组件进行了优化，如图6所示，使其具有多种不同的运行状态。

除此之外，电脑端还向用户提供了一系列利于办公的小功能，例如记录人们的办公时长、待办事项和待办任务等。

5.4.2 手机端配套程序

手机端与电脑端数据互通，以此通过采集手机收到的各种信息发送给电脑，电脑收到后提示用户。手机端软件中包含了电脑端中的大部分功能，同时也在其原有基础上增添了许多新的功能。因为背夹风扇的可拆卸性，笔者单独设计了可以控制背夹风扇的相关功能块，给人们在燥热的环境中带来可以控制的凉爽。手机端软件界面如图7所示。

6 结语

文章详细介绍了一款基于人体工程学的便携式笔记本电脑支架的研究与设计方案，对于需要移动办公的人员，具有一定的实用价值。

在缓解用户使用笔记本电脑造成的各项问题的同时，由于其模块化的设计，用户可以使用不同的模块组件满足其不同的需求。其配套的软件平台将软硬件的效能进一步释放，也是当前万物互联的一大趋势。

参考文献

[1] 胡雨霞，石海林.色彩构成和视觉心理在工业设计中的运用[J].设计，2016（9）：128-129.

[2] 曾宇辉，张源.工业设计在通信产品设计中的应用研究[J].工程建设与设计，2013（3）：125-127.

[3] 赵蕊，何文孝，熊浚儒.基于单片机的人体工学电脑支架研究[J].无线互联科技，2019，16（11）：103-104.