陳圣達(dá) 錢 魏 芮筱雨 蔡仙貴 周志勇 / 上海電機(jī)學(xué)院

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基于人機(jī)工程學(xué)的康復(fù)站立訓(xùn)練機(jī)構(gòu)設(shè)計

陳圣達(dá) 錢 魏 芮筱雨 蔡仙貴 周志勇 / 上海電機(jī)學(xué)院

【摘 要】隨著人們生活水平的提高和飲食結(jié)構(gòu)的改變，腦卒中患者呈現(xiàn)年輕化趨勢，并有逐年增長的趨勢。腦卒中后遺癥嚴(yán)重影響患者的生活和社交能力，因此康復(fù)治療越來越受到人們的重視。在后遺癥中，站立能力障礙是腦卒中患者功能康復(fù)問題的主要表現(xiàn)之一，嚴(yán)重影響患者的外出活動，給患者心理上造成很大陰影。因此積極的下肢康復(fù)訓(xùn)練可以大大提高卒中患者的生活能力，減輕家庭和社會負(fù)擔(dān)。本文針對腦卒中偏癱患者，提出了配合心理護(hù)理的可移動式站立訓(xùn)練機(jī)構(gòu)的設(shè)計構(gòu)想，并開發(fā)設(shè)計了適用于腦卒中患病情況的站立機(jī)構(gòu)試驗樣機(jī)。試驗樣機(jī)的可移動機(jī)構(gòu)為患者提供便利性。試驗結(jié)果證明了設(shè)計思想的合理性和增加康復(fù)治療效果的有效性。

【關(guān)鍵詞】可移動機(jī)構(gòu)；腦卒中；康復(fù)治療；人機(jī)工程

腦卒中是一種危及人類生命和健康的常見病、多發(fā)病,是多種腦血管疾病的嚴(yán)重表現(xiàn)形式,具有極高的致殘率和較高的致死率,是當(dāng)今世界危害人類生命健康的最主要疾病之一。據(jù)WHO統(tǒng)計中國腦卒中的年發(fā)病數(shù)將由目前的180萬上升到2030年的540萬。隨著社會的老齡化,腦卒中的死亡者3/4為70歲以上的老年人。借助外部支撐來減輕雙腿所受的重荷，是幫助老年人進(jìn)行康復(fù)站立訓(xùn)練的有效方式之一。

此外，在腦卒中偏癱患者病發(fā)后，因長期被動臥床，在不同程度上喪失了行走、讀書、說話和與人溝通交流等能力，給家庭和社會帶來了沉重的經(jīng)濟(jì)和精神負(fù)擔(dān)，并且使患者心理壓力增大。臨床表現(xiàn)為言語減少、情緒抑郁、睡眠障礙、興趣缺乏、食欲缺乏、精力減退、主動性差、不配合康復(fù)治療等抑郁癥狀。護(hù)理人員要盡早干預(yù)不良的心理狀態(tài)，為患者創(chuàng)建良好的心理環(huán)境。站立作為人類生活的最基本能力之一，在早期對患者進(jìn)行康復(fù)站立訓(xùn)練能有效的樹立患者的自信心，加上護(hù)理人員的親切態(tài)度、熱情面容，激發(fā)正向情緒，使患者能配合康復(fù)治療工作。日常生活中，能有效的幫助腦卒中患者進(jìn)行康復(fù)的方法一直沒有找到解決方法。面對如此急切的社會需要，國內(nèi)外對康復(fù)站立訓(xùn)練機(jī)構(gòu)研究成果還不是很成熟，當(dāng)今市場上也缺少有效幫助腦卒中患者解決問題的大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品，所以開展新型的康復(fù)站訓(xùn)練機(jī)構(gòu)研究已經(jīng)迫在眉睫。

一、國內(nèi)站立訓(xùn)練的研究

國內(nèi)對于站立訓(xùn)練產(chǎn)品的研究起步比較國外晚的多，大部分研究都集中注意力于獨自站立的學(xué)術(shù)研究，當(dāng)今中國對于腦卒中偏癱患者開發(fā)康復(fù)站立訓(xùn)練的綜合性機(jī)構(gòu)研究相當(dāng)于沒有，傳統(tǒng)站立方式站立床以及不可移動的站立架還是目前市場上的主力軍。六關(guān)節(jié)平面運動型雙足步行器 “先行者”是國內(nèi)第一臺仿人機(jī)器人，緊接著各單位都開展了老年人助力機(jī)器人的研究，并取得了相當(dāng)可觀的成果。另外，漢庫科技企業(yè)成功推出一款雙足行走機(jī)器人，稱是目前中國最先進(jìn)的雙足行走機(jī)器人。上海大學(xué)研制的下肢康復(fù)機(jī)器人可以起到平衡緩沖作用使得忠者在訓(xùn)練時相對于跑步機(jī)而固定，還保證了人在行走時上、下振動的自由度不被限制。然而針對站立訓(xùn)練系統(tǒng)的器械還十分少見。

二、技術(shù)支持

在人機(jī)工程學(xué)原理的指導(dǎo)下,針對腦卒中偏癱患者喪失自主行動的特點，通過對腦卒中患者站立行為、變化姿勢、人際距離、生活習(xí)慣等的觀察、分析與研究,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有站立機(jī)構(gòu)在形態(tài)、功能、色彩、材質(zhì)、可移動性等問題,發(fā)現(xiàn)腦卒中患者在空間內(nèi)活動時對站立機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的各種需求,并以此為指導(dǎo),從形態(tài)、功能、尺寸、材料、色彩、空間布局及分布數(shù)量等方面提出設(shè)計要求。

圖1　

圖2　

面板1、前保護(hù)墊2、上伸縮桿3、機(jī)械手臂4、掛鉤總成5、上體支撐帶6、主干7、護(hù)膝8、輪子9、腳踏板10、基座總成11和剎車系統(tǒng)12。

圖3　

如（圖4）所示，掛鉤總成5包括連接架5-1和掛鉤主體5-2，連接架5-1上設(shè)置有掛鉤調(diào)節(jié)鋸齒槽5-1-1，掛鉤主體5-2通過銷釘連接在掛鉤調(diào)節(jié)鋸齒槽5-1-1的內(nèi)部。

圖4　

前保護(hù)墊2連接在桌子面板1上，桌子面板1連接在主干7的頂端，上伸縮桿3連接在桌子面板1的底端，機(jī)械手臂4連接在主干7上，主干7與掛鉤總成5的連接架5-1鉸接連接，上體支撐帶6掛放在掛鉤總成5的掛鉤主體5-2上，護(hù)膝8連接在主干7上，輪子9安裝在主干7的底端，基座總成11連接在主干7的底端，剎車系統(tǒng)12安裝在基座總成11的后端，兩個腳踏板10連接在基座總成11的左右兩側(cè)。

患者腳站在腳踏板10上，調(diào)節(jié)好護(hù)膝8在主干7上的相對位置，使得護(hù)膝8與患者的膝蓋相接觸，屁股靠在上體支撐帶6上，上體部與前保護(hù)墊2相接觸，符合人機(jī)工程學(xué)指標(biāo)的腦卒中患者康復(fù)站立訓(xùn)練機(jī)構(gòu)設(shè)計機(jī)械模型，提高患者的康復(fù)訓(xùn)練舒適度，有助于患者的康復(fù)。

圖5　

上伸縮桿3包括伸縮套筒3-1、連接座3-2、伸縮桿3-3、活動連接桿3-4和靠墊3-5，連接座3-2連接在伸縮套筒3-1上，伸縮桿3-3套裝在伸縮套筒3-1的內(nèi)部，伸縮桿3-3與伸縮套筒3-1的配合使得上伸縮桿3整體的長度能夠調(diào)節(jié)，使得康復(fù)站立訓(xùn)練機(jī)能夠適合于不同體型的使用者?；顒舆B接桿3-4的兩端與兩個伸縮桿3-3的末端鉸接連接，靠墊3-5連接在活動連接桿3-4上；上伸縮桿3通過連接座3-2連接在桌子面板1的底端。

基座總成11的末端設(shè)置有小輪，剎車系統(tǒng)12安裝在小輪上。下壓剎車系統(tǒng)12的剎車片，剎車系統(tǒng)12將于小輪接觸，使得小輪被鎖緊，從而使得康復(fù)站立訓(xùn)練機(jī)保持停止。護(hù)膝8在主干7上的位置能夠調(diào)節(jié)，根據(jù)患者的身高進(jìn)行調(diào)節(jié)。

本課題從設(shè)計的角度來看待和研究特殊人群問題,并希望能通過設(shè)計的手段為改善我國老年人的生活狀態(tài)、提高他們的生活質(zhì)量盡上一份綿薄之力。本項目的主要目的就是提出一個真正符合人機(jī)工程學(xué)指標(biāo)的康復(fù)張立訓(xùn)練機(jī)構(gòu)機(jī)械模型，提高患者的康復(fù)訓(xùn)練舒適度。

首先，發(fā)掘可運用到康復(fù)站立訓(xùn)練機(jī)構(gòu)設(shè)計中的人機(jī)工程學(xué)方法和理論；其次，分析人體大腿骨骼的特點及老年人的心理特征；再次，進(jìn)行人體立姿腿部的運動分析及助力形式分析；最后，根據(jù)研究結(jié)果進(jìn)行立姿人機(jī)工程學(xué)設(shè)計，并通過實驗驗證。

通過對現(xiàn)有康復(fù)站立訓(xùn)練機(jī)構(gòu)的人機(jī)工程學(xué)性能的分析，以及自然狀態(tài)下人站姿活動狀況的分析，結(jié)合已經(jīng)確定的腦卒中患者人機(jī)工程學(xué)指標(biāo)，提出基于人機(jī)工程學(xué)的康復(fù)訓(xùn)練站立機(jī)構(gòu)的設(shè)計方案。并驗證其運動情況符合人機(jī)工程學(xué)。

三、總結(jié)

本課題從設(shè)計的角度來看待和和研究特殊人群問題,并希望能通過設(shè)計的方法和手段為改善我國老年人的生活狀態(tài)、為提高他們的生活質(zhì)量盡上一份綿薄之力。

本項目的主要目的就是提出一個真正符合人機(jī)工程學(xué)指標(biāo)的康復(fù)站立訓(xùn)練機(jī)構(gòu)機(jī)械模型，提高老年人的坐姿質(zhì)量及起身便捷性。

參考文獻(xiàn)：

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[4]阮寶湘.工業(yè)設(shè)計人機(jī)工[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

作者簡介：

陳圣達(dá):（1994—），男，浙江人，學(xué)士，上海電機(jī)學(xué)院學(xué)生，主要研究人機(jī)工程學(xué)。

基金項目：

上海大學(xué)生創(chuàng)新活動計劃項目（A1-5701-15-012-01-090）。