按摩椅产品使用舒适性评价方法探讨研究

李岳洪 胡 姣 高英杰 吴 根

（1.威凯检测技术有限公司 广州 510663； 2.中国机械工业联合会 北京 100711）

引言

随着人们生活水平的不断提高，对于家电健康功能的需求将不断提升。针对人们对健康生活的需要，以实现人体舒适健康为目标，研发直接达到消费者的智能化健康方案的家电产品的企业也越来越多，不断迭代人体接触类健康电器产品，以满足人们调整和改善身体健康状态的需求。

保健电器如按摩器产品因具有按摩保健功能，其市场普及率预计将呈现持续上升的趋势。其中按摩椅是按摩器具中市场份额最大、附加值最高的产品种类。预计未来随着社会老龄化和消费者健康养生意识的增强，按摩椅在按摩产品中的占比将继续上升。按摩椅产品功能技术进一步得到升级，具体包括更加贴近人工的按摩手法、更加拟人化的按摩机芯、更高用户体验的按摩范围和方式的新突破。此外，按摩椅产品功能与大健康结合更加密切，注重改善和提升人体健康，具体包括产品设计更加重视舒适性、个性化，产品的外形设计、颜色配比、材料选用更加注重消费者的品味和使用环境等个性化需求。但对于按摩椅的使用舒适性效果如何，国内外也是缺少相应的直接考核指标和标准检测方法。因此，很有必要针对按摩椅的使用舒适性检测与评价方法开展研究工作。

本文基于消费者群体特征，结合按摩椅产品的外观、功能及性能等特点，从使用者的使用体验感官层面，研究按摩椅产品的使用舒适性评价方法。本文主要针对按摩椅产品对人体颈肩部、背部、腰部、腿部四个部位进行感官体验的数值估计，利用数学统计分析方法评价产品的整体性能和使用感官效果，为消费者选购按摩椅产品提供了参考建议，同时为家用电器产品的使用舒适性评价和标准化发展提供参考。

1 按摩椅产品

1.1 按摩椅产品分类

按摩椅是采用电能驱动，依靠机械、气袋、电磁和电热等作用于人体部位进行按摩的座椅。一般按摩椅按照用途可以分为家用休闲类和医用理疗类两种。本文研究的按摩椅为家用休闲类产品。如图1所示，按摩椅按摩功能一般包括揉捏手法按摩、指压按摩、背部按摩、臀部气压按摩、摇摆按摩、腿气压按、足底按摩等。

图1 按摩椅按摩功能组成

1）揉捏手法按摩：通过模拟揉捏手法，对背部的肌肉施以牵引、挤压、揉捏等按摩，对肌肉产生刺激，并对重点部位进行不同力度的揉捏按摩。

2）指压按摩：通过内置的压滚轮，对身体的某些穴位进行反复的指压按摩。

3）背部按摩：通过模拟揉捏、摇摆、指压等按摩手法，对整个背部进行按摩。

4）臀部气压按摩：通过座垫置的气压按摩装置，对臀部和大腿内部进行气压按摩。

5）摇摆按摩：通过摇摆按摩，调整脊椎前、后、左、右位置，活动每个脊椎和韧带。

6）腿气压按摩。通过小腿两侧的内置气囊，对小腿进行柔和适度的按摩。

7）足底按摩：通过滚轮式操作，对整个足底进行按摩。

目前，市场上按摩椅产品可以分为低端、中端和高端三类。其中，低端按摩椅产品除了具有基本结构和按摩功能以外，具有指压、揉捏、拍打、敲击、揉捏拍打等按摩手法；中端按摩椅产品除了具有低端产品的功能以外，还在扶手处内置气囊用于按摩胳膊，座椅可以通过气泵调节高度和角度，甚至具有音乐播放功能；高端产品除了中端产品所具有的功能以外，还增加设计了能前后伸缩、静音设计的智能化3D按摩机械手，可具有肩部提抓、揉捏、拍打、指压、揉捏拍打同步以及3D等按摩手法。有些产品还具有热疗、红外功能，甚至有些还装有传感器，能根据用户的身体曲线量身按摩等。

1.2 按摩椅基本结构

按摩椅结构较为复杂，整体构造核心的部件由机芯、机械传动部件、电机、导轨、主控板、气囊系统及脚机系统等构成：

1）机芯

机芯是按摩椅的核心部件，搭配控制电机的装置，通过芯片控制按摩的速度、位置、方式及范围。

2）机械传动部件

机械传动部件通过程序的设计，可以实现多种仿真人的按摩手法，由有连杆和按摩球组成，是实行按摩程序的终端部件。

3）电机

电机作为按摩椅各种运行方式和移动提供动力支持，按摩椅的各个程序动作都由电机供源动力能量。

4）导轨

导轨用于机械传动部件运行的支撑，机芯在导轨上下移动，导轨长度直接决定按摩的范围。

5）主控板

主控板是按摩椅的程序执行、电机运行及电源的载体，并发出指令，通过操控系统输送按摩程序命令，主控板接收后向按摩椅的按摩系统发出指令，机械传动部件根据指令沿着导轨工作。

6）气囊系统

气囊根据各个部位的气泵收气、放气，利用气压对人体部位进行的深度包裹，达到一定的压力平衡时，持续挤压以达到按摩的效果。

7） 脚机系统

脚机系统由按摩腿部和脚部组成，是区别于主机按摩的单独按摩系统，包括机械按摩和气囊按摩两套系统。

1.3 按摩椅工作方式和关键技术

按摩椅工作通常分为自动和手动模式，自动模式主要有休闲模式、睡眠模式以及适合于老人使用的轻柔模式等等。手动模式可以启停电机的按摩气囊,有全程、定点、局部三种选择状态。在定点状态下,按摩轮有上、下位置调整功能，按摩椅的背部机构依据人体的背部生理曲线设计为S形结构,主要功能有指压、揉捏、拍打和敲击等。机械传动部件可以上下运行,并可以实现全程、局部以及定点按摩选择功能。在按摩椅的臀部和下肢区域,可以通过控制气囊的收放以及气囊气压的强度来实现按摩。同时还可以根据用户习惯调整靠背和小腿架的倾斜角度,提高按摩的舒适度。

按摩椅包括传感器、电机控制、仿真、人体工程学、智能化等关键技术，如传感器技术涉及温度传感器、位置传感器、转速传感器的应用，电机控制技术主要涉及电机的控制和控制算法设计，人工按摩仿真技术重点涉及机芯构造、马达控制和按摩球头轨迹控制算法等。基于医学理论、人体工学、互联网技术等多学科综合技术的产品智能化，以及按摩机芯和拟人化按摩仿真技术是用户使用按摩椅产品舒适性的核心技术。

2 按摩椅使用舒适性评价方法

2.1 评价方法原理

本文选择具有颈肩部、背部、腰部、腿部四个部位按摩功能的按摩椅产品样机，以按摩椅的全身按摩和默认强度模式进行，参考标准GB/Z 28496-2012《家用电器消费者群体测试指南》，针对按摩椅产品使用者的群体特征，筛选合适的按摩椅舒适性评价受试人员样本数据，基于样本受试人员以用户体验主观感受方式进行测评，评价结果采用语义微分法，将感官评价结果分为“一级：很不舒适”、“二级：不舒适”、“三级：略感不舒适”、“四级：感觉不到舒不舒适”、“五级：略感舒适”、“六级：舒适”和“七级：很舒适”7个等级，使用者使用按摩椅后对人体颈肩部、背部、腰部、腿部四个部位进行感官体验的数值估计，如表1所示。

表1 按摩舒适性等级划分

对受试人员样本评价结果数据进行正态异常检验，采用格拉布斯（Grubbs）检验法 分析颈肩部、背部、腰部、腿部四个部位的样本数据是否存在“离群值”，如果存在，则为样本离群数据，将其从样本中剔除，形成新的统计样本。然后，对新样本数据通过GB/T 6379.5-2006算法A分析计算，获得舒适度评价的最终稳健平均值，再对样本稳健平均值进行四舍五入的方式取最终估计值作为本次评价试验的最终结果。

2.2 评价得分规则

采用语义微分法，将舒适性级别划分为七个级别。评价过程中，按摩椅样机采用按摩模式选择默认全身按摩和默认强度模式进行（包含颈肩部、背部、腰部、腿部四个部分），按摩时间设定为25 min，受试人员对按摩椅的颈肩部、背部、腰部、腿部四个部位按摩功能进行主观感受的数值估计，评分标准见图2所示。

图2 评分标准

受试人员熟悉试验评价得分规则后，根据自身使用按摩椅按摩后的观感结果进行评分，各级别的舒适度的评分区间值如表2所示。每个部位的按摩舒适性评价小数点后保留2位有效数。评分区间内，分值越高，表示越接近于上一个舒适性等级。

表2 舒适状态评分表

2.3 评价结果判定

对受试者舒适度评价数值进行正态异常试验，采用格拉布斯（Grubbs）试验法，公式（1）如下：

式中：

xn—样本数据；

S—样本文件差；

G1-α(n)—格拉布斯准则临界值（根据格拉布斯(Grubbs)临界值表确定），显著性水平α取0.05。

当满足式（1）中Gn条件时，则xn样本数据为离群值，应将xn样本数据剔除。

使用格拉布斯（Grubbs）准则统计方法剔除离群值后，即可形成新的试验样本。然后，采用GB/T 6379.5-2006算法A方法，计算得到样本数据平均值和标准差的稳健值。

记x1，x2，…，xi，…，xp为按照递增顺序排列的p个数据，以x*和s*分别表示样本数据的稳健平均值和稳健标准差。

按式（2）和式（3）计算x*和s*的初始值如下（med表示中位数）：

根据以下步骤更新x*和s*的值。计算公式（4）：

对每个xi(i=1，2，…，p)按公式（5）计算:

再由下式（6）和式（7）计算x*和s*的新的取值：

稳健估计值x*和s*可由迭代计算得出。例如用已修改数据更新x*和s*，直至过程收敛。当稳健标准差的第三位有效数字和稳健平均值相对应的数字在连续两次迭代中不再变化时，即可认为过程是收敛的。

通过算法A,获得舒适度评价的最终稳健平均值，再对样本稳健平均值进行四舍五入的方式取得最终估计值作为本次评价试验的最终结果。

3 测试与评价结果分析

3.1 测试与评价试验流程

按摩椅使用舒适性测试与评价试验方法基本流程，如图3所示。

3.2 测试结果与数据分析

3.2.1 受试人员群体特征和舒适性测评值

为验证本文方法具有可操作性，本次依据GB/Z 28496-2012 《家用电器 消费者群体测试指南》规定的群体特征选取了31位受试人员，年龄分布于18～50岁，男女数量基本对等，处于良好健康状况，可以从事正常生活起居、旅行，能够承受正常工作负荷的人员。对选取的受试人员按照图3试验流程进行使用舒适性感官结果评价，整理的样本数据如表3所示。

表3 受试人员群体特征和舒适性测评值信息表

图3 使用舒适性测试与评价基本流程

3.2.2 评价样本数据分析

对受试人员各部位（X1：颈肩部；X2：背部；X3：腰部；X4：腿部）的舒适性评价数值进行正态异常检验，并采用格拉布斯（Grubbs）检验法)进行异常值检验，由图4中可以看出，在腰部舒适性评价数值样本数据中，第24位受试人员给的数值2.8属于离群数据，需要剔除掉。在剔除离群数据，再对新的样本数据进行算法A求解。

采用GB/T 6379.5-2006算法A方法，计算样本数据平均值和标准差的稳健值。以和分别表示样本数据的稳健平均值和稳健标准差。稳健估计值和由迭代计算直至过程收敛。当稳健标准差的第三位有效数字和稳健平均值相对应的数字在连续两次迭代中不再变化时，即可认为过程是收敛的。通过算法A获得舒适度评价的最终稳健平均值，如图5所示。

图5 算法A求解舒适性稳健平均值

图5 算法A求解舒适性稳健平均值

3.2.3 总体评价结果

本次试验选取31位受试人员对某款按摩椅产品舒适性进行了测试评价，通过样本数据值进行统计分析和计算，最终确定了受试人员对该款按摩椅产品的使用舒适性的总体评价结果，如图6所示。由图6可知，本次试验对肩颈部按摩舒适性评价数值为3.819、背部按摩舒适性评价数值为4.943、腰部按摩舒适性评价数值为4.945、腿部按摩舒适性评价数值为4.397，根据表2规定的舒适状态评分表可知，本次受试人员对该款按摩椅产品总体使用舒适性等级在略感舒适甚至舒适的程度。

图6 颈肩部、背部、腰部和腿部总体舒适性评价结果

4 结论

本文探讨研究了按摩椅产品使用舒适性评价方法，从用户体验感官层面，针对按摩椅产品对人体的颈肩部、背部、腰部、腿部部位进行数值估计，再利用格拉布斯检验对评价样本数据进行检验，然后采用GB/T 6379.5-2006算法A方法，计算样本数据平均值和标准差的稳健值，迭代计算直至过程收敛，以样本数据最终的稳健平均值作为确定按摩椅产品的使用舒适性的总体评价结果。本文方法为家用电器产品的使用舒适性评价和标准化发展提供了一种问题解决思路，在一定程度上减少了家电产品使用舒适性主观评价的偶然性和随机性，具有一定的科学性和合理性。此外，结合医学和人体经络穴位理论，评价按摩椅产品对人体穴位的精准定位和按摩力度控制是未来研究的重要方向。