賴?yán)罾?，魏鸛蓉，張娜，王璐，鄭卓唯，徐潔莉，黃楚云

(臺州學(xué)院 航空工程學(xué)院，浙江臺州 318000)

1 引言

輪椅是老年人、殘疾人、重大疾病患者的代步工具，而且還是因偏癱、截癱等原因造成的肢體傷殘者的康復(fù)工具，幫助他們利用輪椅參與有關(guān)的社會活動或訓(xùn)練肢體。醫(yī)學(xué)研究表明，肢體的康復(fù)訓(xùn)練能夠幫助經(jīng)過藥物治療和手術(shù)治療的偏癱后遺癥患者恢復(fù)運(yùn)動機(jī)能。鑒于市場上的輪椅功能單一，大部分僅能幫助殘障人士實(shí)現(xiàn)行走功能。卻不能進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，因此不能真正滿足殘障患者的需求;會增加家庭成員或者醫(yī)護(hù)人員的勞動強(qiáng)度［1］;此外，殘障人士由于不能得到及時有效的康復(fù)訓(xùn)練，不能獲得較好的康復(fù)效果。致使許多患者失去了最佳的康復(fù)訓(xùn)練期，肌肉得不到很好的鍛煉，進(jìn)而萎縮直至失去運(yùn)動功能。因此，急需設(shè)計一種功能更加全面的輪椅。最大限度地恢復(fù)患者的運(yùn)動功能和健康狀況，提高其生活品質(zhì)的同時還能減輕看護(hù)人員的強(qiáng)度。

國內(nèi)外學(xué)者對輪椅進(jìn)行了爬樓功能、轉(zhuǎn)彎功能、導(dǎo)航功能、避碰功能、控制算法等方面的研究。王占禮［2］，M ichael Hinderer(2017 年)［3］和Giuseppe Quaglia(2017 年)［4］等人研究了具有爬樓梯功能的電動輪椅。Jin - Seop Song(2015年)［5］等人采用機(jī)電聯(lián)合仿真的方法對輪椅的轉(zhuǎn)彎性能做了研究，研究表明，所設(shè)計的控制算使輪椅具有更優(yōu)的轉(zhuǎn)彎性能。李軍強(qiáng)［7］等人對步態(tài)進(jìn)行了研究，采用主動和被動控制策略控制下肢康復(fù)訓(xùn)練器。陳靈［7］等人就輪椅在狹窄通道的行駛做了研究，提出了路徑曲率優(yōu)化算法，能保證輪椅平滑通過。李愛萍［8］在輪椅的功能設(shè)計方面做了研究，分別設(shè)計了具有提升功能的上肢機(jī)構(gòu)、具有回收功能的座椅和能夠自由收放腳的腳蹬機(jī)構(gòu)，分別利用Matlab 和ANSYS 軟件進(jìn)行動態(tài)仿真和零部件強(qiáng)度校核。Vinh The Nguyen(2018 年)［9］考慮了使用者和護(hù)理人員的社會舒適性，提出了一種新穎的并排輪椅導(dǎo)航模式，該模式綜合考慮了友好連接因素，使用者、護(hù)理人員的最佳行走速度等。Taizo Miyachi(2016年)［10］設(shè)計了具有避碰功能的“意識輪椅”，提出具有傳感網(wǎng)絡(luò)的“意識輪椅”能夠識別兩米內(nèi)的危險，發(fā)出警告，并給操作者和護(hù)理人員提出合理的建議。趙玉潔［11］為電動輪椅加載了包括總控制模塊、超聲波傳感器探測模塊、智能避碰模塊和能源驅(qū)動模塊的智能避碰系統(tǒng)。

從已有的文獻(xiàn)來看，對輪椅進(jìn)行人因方面的研究并不多。Barry S.Mason(2013 年)［12］等人將使用者和輪椅作為一個整體，運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)得相關(guān)知識，對籃球輪椅進(jìn)行設(shè)計。秦田［13］和高陽［14］采用人機(jī)工程學(xué)的相關(guān)知識對設(shè)計輪椅。但是，這些研究都缺乏相應(yīng)實(shí)驗(yàn)或者仿真驗(yàn)證。

而輪椅是以人轉(zhuǎn)動手輪為輸入，與操作者的關(guān)系異常密切。因此，在輪椅設(shè)計中必然會涉及較多的人機(jī)工程學(xué)知識?，F(xiàn)有市場上的輪椅除了功能較單一之外，設(shè)計中也很少將人的因素考慮進(jìn)來。所以，非常有必要借助人機(jī)工程學(xué)的方法設(shè)計一款符合殘障人士的身心要求的多功能輪椅，且需要進(jìn)行相關(guān)的人機(jī)驗(yàn)證。故本文采用人機(jī)工程學(xué)的方法設(shè)計了具有多種功能的輪椅，并運(yùn)用JACK 人因仿真軟件進(jìn)行驗(yàn)證。

2 輪椅人因分析

2.1 使用人群生理分析

輪椅的使用者主要包括老年人、殘疾人和疾病造成的功能障礙者。在本文中的設(shè)計針對的主要是老年人和殘疾人。

2.1.1 老年人生理機(jī)能及行為特點(diǎn)

隨著年齡的增長，老年人的生理機(jī)能會退化，行為會變得遲緩，如表1 所示。

表1 老年人生理機(jī)能及行為特點(diǎn)

從表1 我們可以看出，老年人的生理機(jī)能和行為會隨著年齡的增加而退化，在設(shè)計輪椅時，需要遵循其生理特點(diǎn)。具體設(shè)計時，應(yīng)注意:(1)造型上避免尖角，盡量使用圓弧，可以減少老年人收到損傷;(2)材質(zhì)上應(yīng)盡量有防滑功能，避免老年人摔倒，材質(zhì)輕量化，老年人使用較小的力就能操作輪椅;(3)操作不能復(fù)雜，盡量簡單化，出現(xiàn)故障時，應(yīng)有提示音提醒。

2.1.2 殘疾人生理機(jī)能及行為特點(diǎn)

殘疾人作為一個特殊的群體，他的生理機(jī)能與行為與普通人有一定的不同，如表2 所示。

表2 殘疾人生理機(jī)能及行為特點(diǎn)

根據(jù)表2 可知，殘疾人的生理機(jī)能和行為與所受創(chuàng)傷程度有關(guān)。具體在設(shè)計時，應(yīng)特別關(guān)注以下內(nèi)容:(1)操作盡可能簡化，減少殘疾人的活動范圍;(2)功能盡可能全面，滿足殘疾人的正常生活所需;(3)能根據(jù)殘疾人不同的身形對輪椅進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，增加殘疾人的舒適度。

2.2 使用人群心理分析

2.2.1 老年人的心理特點(diǎn)

(1)老年人的機(jī)能退化，反應(yīng)變得遲緩;

(2)記憶力減退，不容易學(xué)習(xí)新的東西，且容易遺忘;

(3)容易產(chǎn)生抑郁感孤獨(dú)感等不良情緒。

根據(jù)老年人的行為特點(diǎn)，設(shè)計時注意操作要去繁就簡。材質(zhì)色彩應(yīng)偏暖色系，讓老年人沐浴溫暖。

2.2.2 殘疾人的心理特點(diǎn)

根據(jù)殘疾人的心理特點(diǎn)，在設(shè)計時因注意保護(hù)殘疾人的隱私，并盡可能讓殘疾人獲得極大的舒適感，以減少殘疾人的心理壓力。材質(zhì)色彩選擇上同老年人，盡量選擇暖色系，如表3 所示。

表3 殘疾人的心理特點(diǎn)

3 基于人機(jī)工程學(xué)的輪椅設(shè)計

3.1 功能分析

為了解決殘障人士和老年人在日常生活中實(shí)現(xiàn)移動、升降、上肢訓(xùn)練等問題，提高其生活品質(zhì)，本文總結(jié)多功能輪椅的功能設(shè)計需要滿足一下要求:

(1)自主移動功能:幫助老年人和殘障人士實(shí)現(xiàn)室內(nèi)移動，這個功能目前比較成熟，一般的輪椅都能夠滿足。

(2)可升降功能。當(dāng)使用者需要移步到床上或者其他躺椅上時，需要護(hù)理人員將輪椅推至床邊，按下控制開關(guān)，通過提升機(jī)構(gòu)將輪椅上的人抬至與床相同的高度，護(hù)理人員無需費(fèi)力抱起殘障人士就可輕松地將其移送到床上，勞動強(qiáng)度得以極大地減輕。此外，在無護(hù)理人員在旁邊時，殘障人士還能自己取得高處所需的物品。

(3)康復(fù)訓(xùn)練功能。輪椅使用者，往往下肢存在功能障礙，但上肢功能一般無礙?？梢栽O(shè)計相應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行上肢的訓(xùn)練，比如上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)(如圖1)。

圖1 上肢提升機(jī)

對于下肢部分功能存在障礙，可以通過加強(qiáng)下肢康復(fù)訓(xùn)練，幫助其更快地恢復(fù)健康，可設(shè)計相應(yīng)的下肢康復(fù)訓(xùn)練裝置。如圖2 所示:

圖2 下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)

3.2 基于人機(jī)工程學(xué)的輪椅尺寸設(shè)計

輪椅主要由輪椅架、車輪、座椅、制動系統(tǒng)等組成。

(1)輪椅架

圖3 輪椅架

鐵質(zhì)的輪椅骨架剛度和強(qiáng)度較好，但是重量較重;純鋁管重量較輕，強(qiáng)度和剛度不夠，安全性差。新型材料鋁合金安全性好又輕巧，是極佳的替代材料。文中采用新型鋁合金固定式車架(如圖3)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)比較簡單耐用，方便老年患者正常使用。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，體重比較重的患者也可以使用。成本比較低，一般家庭都能過購買。

(2)椅輪

椅輪的前部采用萬向輪，靈活性好。輪椅兩側(cè)的手輪采用大輪，大輪的外圈裝有手輪，方便患者自行移動輪椅。一般來說，兩側(cè)的大輪越大，轉(zhuǎn)動一圈，移動的距離就越大，也就更容易越過障礙物。但是，太大的輪子會使輪椅所占的空間增大。而且，輪子的高度要適合患者坐著的時候，能夠使患者方便而輕松的轉(zhuǎn)動手輪。為了使所有的患者都能夠使用，文中設(shè)計的大輪直徑為560 mm。

充氣式輪胎和實(shí)心輪胎是目前較常使用的輪胎形式。前者的減震效果好，但需要定時打氣。后者不用充氣，推行阻力較小，但減震效果不佳。綜合考慮，選用實(shí)心輪胎，對于減震效果不佳，可以通過改善座墊的減震性能。

(3)制動裝置

制動裝置主要實(shí)現(xiàn)減速功能，當(dāng)輪椅停放在陡坡上，使用者操控不住車架，輪椅會在坡上下滑，甚至翻覆傾倒，對使用者構(gòu)成巨大的威脅，因此，制動裝置對輪椅來說是必不可少的。制動裝置有多種形式，本文采用肘節(jié)式剎車。這種剎車是采用杠桿原理，利用連接桿的連動而實(shí)現(xiàn)剎車功能。原理簡單，而且制動效果也較好。

(4)座椅

座椅是輪椅的重要組成部分［15］。患者坐得舒適，除了材質(zhì)的要求外，還需要對座椅的尺寸進(jìn)行設(shè)計。這是因?yàn)楹侠淼某叽缒軌蚴故褂谜叩淖藙菔孢m，可以避免因姿勢不當(dāng)而受到傷害。合理的座椅尺寸還可以了分散人體的體壓。因此，對座椅進(jìn)行設(shè)計非常有必要。

人體的坐高、臀寬，臀膝距決定著座椅的高度、寬度和深度，若座椅的尺寸設(shè)計的太小，則使用者會有壓迫感;尺寸設(shè)計過大的話，肘不能放置于扶手上，還會浪費(fèi)材料，占據(jù)過大的空間。座椅高度過高，則使用者的腿腳會懸空，腿部受到擠壓，血液流通不暢，易造成使用者腿部麻木。

人體的坐姿尺寸是輪椅尺寸設(shè)計的主要參考數(shù)據(jù)，如表4 所示。

表4 坐姿人體尺寸(單位:mm)

(5)坐墊。坐墊與輪椅面的接觸面積最大，最貼近使用者，承受著來自使用者臀部的大部分重量;容易使長時間使用者生褥瘡。因此，坐墊設(shè)計往往需要參照使用者的臀部形狀和尺寸大小進(jìn)行。材質(zhì)的選擇需要綜合分析與使用者的安全、舒適性密切相關(guān)的因素，如抗壓強(qiáng)度、耐磨性能以及透氣效果等。但是坐墊不宜太過柔軟，否則承重后，下壓太大，致使使用者坐得不舒服。

(a)座寬。選用第95 百分位成年女性在坐姿情況下的臀部寬度尺寸［16］，外加衣服的厚度和功能余量。最小功能尺寸=382 +25 ×2 =432，座寬可選用440 mm。

(b)座深。即座面的前確保能使臀部得到全部支撐。最小功能尺寸=401 +25 =426，選用在435 mm 比較合適。

(c)座高。指的是座面到腳踏板的豎直高度，等于人體小腿的長度加上腳的厚度。為了保證不同個體都能處于舒適的狀態(tài)，建議坐高做成可調(diào)形式，較小的尺寸按第50 百分位的成人女子設(shè)計，較大的尺寸按第95 百分位數(shù)的成年男子設(shè)計，故最終可調(diào)范圍為:375 ～390 mm。

(6)靠背?？勘硡^(qū)分為角度固定式和可調(diào)式兩類，其外形尺寸一般會遵循人體的背部曲線設(shè)計，以滿足舒適性為基本原則。

(a)靠背寬度。靠背的寬度以肩寬為設(shè)計依據(jù)，一般略小于椅面寬度，尺寸不能小于400 mm。文中采用的坐寬為440 mm，因此靠背的寬度也為420 mm。

(b)靠背高度。選用第95 百分位成年男子坐姿時座椅面至腋下的距離作為設(shè)計依據(jù)。靠背的高度不同，作用也不同?？勘掣叨仍礁?，其穩(wěn)定性也越佳，越低則使用者的上半身和上肢的活動范圍會變大［2］。但是，過高的話，也會阻礙使用者。如太高的靠背，使用者回頭看后方的實(shí)現(xiàn)會受阻?？勘尺^低的話，使用者的重心容易不穩(wěn)，對重心的控制提出了更高的要求。因此，本文的靠背設(shè)計應(yīng)該適中。除了考慮第95 百分位的男性坐姿頸椎點(diǎn)高701 mm 外，還要考慮成年女子第5 百分位的坐姿頸椎點(diǎn)高579 mm。為了滿足大部分人群的需要，本設(shè)計中靠背高度取650 mm。

c)靠背傾角。設(shè)置靠背傾角的目的是保證使用者有一個比較正確的姿勢，一般取值為95°-105°(如圖4 所示)。本文中采用100°的靠背傾角。

圖4 靠背傾角

d)靠背側(cè)面曲線?？勘车膫?cè)面曲線應(yīng)與人體正常人體腰椎曲線(如圖5 所示)保持一致。即靠背在腰椎處前凸，胸椎處后凸。這樣的設(shè)計，能使使用者保持脊柱的正常彎曲。

圖5 正常人體腰椎曲線

綜合以上，設(shè)計出如下圖6 所示的座椅三維模型:

圖6 座椅三維造型

(7)扶手。扶手至座椅面的距離為扶手高度。合適的扶手高度能一定程度上增強(qiáng)使用者的舒適性。不使用手時，將手放置于扶手上，能夠減輕疲勞。扶手高度應(yīng)稍低于坐姿肘高，宜在225 ～250 mm 之間選擇。文中以第95 百分位的成年男子坐姿肘高為設(shè)計依據(jù)，為了獲得更好的舒適性，應(yīng)在此基礎(chǔ)上減去一定的尺寸。本文設(shè)計的扶手高度=298 -60 =238 mm，扶手寬度以大于手臂寬度為宜，文中采用的設(shè)計尺寸為70 mm。

(8)腿托和腳托。腿托對使用者的小腿和大腿能起到一定的支撐作用，減輕使用者的疲勞。腳托可以防止使用者因腳不著地造成崴腳，還可以減少使用者臀部和大腿受到的壓力，減少臀部或大腿下方生褥瘡的可能性。在文中，腳托還用于支撐下肢訓(xùn)練機(jī)。

3.3 輪椅色彩設(shè)計

在設(shè)計輪椅時，若將色彩的情感特征應(yīng)用到輪椅的造型設(shè)計中，會使輪椅的情感吸引能力增強(qiáng)。如果將色彩與不同性別、性格特點(diǎn)等其他因素組合在一起，能幫助設(shè)計者創(chuàng)造出風(fēng)格各異的輪椅來滿足不同層次、品味的殘疾人情感方面的需求［17］。市面上設(shè)計的輪椅車架材料一般為鋼材、鋁合金、碳合金等，出于成本的考慮，車架一般為材料本色，黑色或者灰色。這種色彩組合很容易引起一種消極、冷淡的感受，會使殘疾人的空虛感和自卑感更加強(qiáng)烈。雖然輪椅上與使用者接觸的部分往往會有硅膠等軟性材料，但由于顏色搭配不合理，不能很好地傳達(dá)關(guān)愛給患者。應(yīng)增加色彩搭配的人情味，應(yīng)在輪椅中適當(dāng)加入比較鮮亮的顏色，如黃、橙、藍(lán)等色彩，增強(qiáng)輪椅的溫暖格調(diào)，舒緩殘疾人的孤獨(dú)感［3］。此外，為了避免因過多色彩引起煩躁感，在搭配色彩是宜選用一至兩種色彩。

所以在設(shè)計輪椅時，根據(jù)零件的不同功能，選擇不同的材質(zhì)色彩，同時滿足患者的視覺和功能要求。將輪椅扶手色彩設(shè)置成木質(zhì)紋理，座椅的顏色采用橘色，顯得比較溫馨。

3.4 基于人機(jī)工程學(xué)的輪椅設(shè)計

綜合以上的使用者生理和心理分析，輪椅的人機(jī)尺寸分析，功能分析，色彩分析等，設(shè)計出如圖7、8、9 所示的多功能輪椅。

圖7 輪椅三維模型造型

圖8 輪椅三維模型主視圖

圖9 輪椅三維模型側(cè)視圖

4 基于人機(jī)工程學(xué)的輪椅仿真

本文JACK 軟件對輪椅進(jìn)行人因仿真。JACK 軟件的界面比較簡潔，操作也相對容易，對外圍設(shè)備的輸入也比較支持。它的主要優(yōu)勢是能夠逼真地仿真三維數(shù)字人的行為。此外，三維人體模型形象逼真地模擬現(xiàn)實(shí)中的人是其另一優(yōu)勢，特別是手、脊柱、腿、肩等部位的三維模型。采用前向和反向運(yùn)動學(xué)公式，能通過肢體末端的移動或者轉(zhuǎn)動而確定人體的姿勢。其他的優(yōu)勢還包括對關(guān)節(jié)的限制，力量的計算和分析，代謝能量的計算分析等。

4.1 數(shù)字人與仿真環(huán)境創(chuàng)建

在JACK 軟件中，69 個部分和68 個關(guān)節(jié)構(gòu)成了數(shù)字人模型。而且在導(dǎo)入數(shù)字人模型的過程中，還可以編輯模型的各個尺寸值，因此，數(shù)字人的仿真程度比較高［18］?？梢酝ㄟ^選擇數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建不同國家，不同性別的數(shù)字人。由于本文的使用者主要是中國人，尺寸設(shè)計時主要采用第95百分位的男性，因此，創(chuàng)建第95 百分位的中國數(shù)字人，如圖10 所示。導(dǎo)入所創(chuàng)建的輪椅三維模型，并調(diào)整數(shù)字人的姿勢，使其坐于輪椅上，如圖11 所示。從圖中可以看出初步設(shè)計出的輪椅存在以下幾個問題，1)扶手高度不足，使用者休息時，夠不到扶手;2)上肢提升機(jī)安裝的位置不夠高，會干涉使用者的頭部;3)靠背高度稍微有些不足，肩部得不到較好的支撐。針對以上問題，作出相應(yīng)的改進(jìn)之后，并重新導(dǎo)入到JACK 仿真軟件中，如圖12 所示。

圖10 數(shù)字人創(chuàng)建

圖11 改進(jìn)前仿真環(huán)境創(chuàng)建

圖12 改進(jìn)后仿真環(huán)境創(chuàng)建

4.2 TAT 工具

TAT 工具是Task Analysis Toolkit 的簡稱，即任務(wù)分析工具。它是JACK 軟件特別重要的人因分析方法，它主要包括下背部分析、靜態(tài)強(qiáng)度預(yù)測、搬運(yùn)受力分析、新陳代謝分析、工作姿勢分析等十大人因分析工具。根據(jù)輪椅的使用實(shí)際，本文僅進(jìn)行下背部分析、靜態(tài)強(qiáng)度預(yù)測、工作姿勢分析和新陳代謝分析。

4.2.1 下背部分析

下背部分析能獲得一定環(huán)境條件下，人體脊椎受力對下背部的影響。通過仿真，能夠判別該項(xiàng)工作是否符合NIOSH(The National Institute for Occupational Safety and Health，美國職業(yè)安全與衛(wèi)生研究生)標(biāo)準(zhǔn)。此外，還可得出該項(xiàng)作業(yè)是否會增加使用者的受傷幾率。分析結(jié)果如圖13、14、15 所示。從分析結(jié)果來看，該項(xiàng)作業(yè)脊椎受力僅為522 N，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值3 400 N，受傷的風(fēng)險也較小。所受的力矩也非常小，幾乎沒有肌肉緊張程度。

圖13 下背部受力圖

圖14 下背部力矩圖

圖15 下背部肌肉緊張程度

4.2.2 靜態(tài)強(qiáng)度預(yù)測

靜態(tài)強(qiáng)度預(yù)測指的是有多少比例的人能長時間地以任務(wù)中的姿勢進(jìn)行工作，是從動力學(xué)的角度來評估姿勢的強(qiáng)度是否美國國家安全與健康協(xié)會發(fā)布(National Institute for Occupational Safety and Health，NIOSH)的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。評估結(jié)果如圖16 所示。因?yàn)槲覀兊难芯繉ο笫禽喴问褂谜?，大部分存在著行走障礙，因此膝蓋和腳踝的百分比會低很多。其他部位的幾乎為百分之百，表示幾乎所有的殘障人士能夠以這一姿勢轉(zhuǎn)動輪椅。

圖16 靜態(tài)強(qiáng)度預(yù)測圖

4.2.3 工作姿勢分析

工作姿勢是評價背部、手臂、腿部等在工作狀態(tài)下不舒適程度的一種工具。評價這一姿勢對操作者造成損害或損傷的概率大小。仿真結(jié)果如圖17 所示。工作姿勢分析來看，該姿勢非常正常、自然。對肌肉的負(fù)載在合理范圍內(nèi)，沒有必要采取改正措施。

圖17 工作姿勢分析圖

4.2.4 新陳代謝分析

新陳代謝分析能求得做某一項(xiàng)任務(wù)所消耗的能量大小。該分析可以分析現(xiàn)有的任務(wù)也可以分析新任務(wù)的能量消耗，明確該值不超過［NIOSH］的標(biāo)準(zhǔn)值。每項(xiàng)任務(wù)的代謝能量消耗包括動作代謝能量和姿勢能量消耗。

Eposturs=Kposturs·Weight·Tposturs

其中，

Kposturs——是姿勢的能耗系數(shù)

Tposturs是姿勢的積累持續(xù)時間

Weight——人體重量

新陳代謝仿真結(jié)果如圖18 所示，從圖18 中可知，該項(xiàng)任務(wù)的代謝值為0.847 cal/min，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值8.245 cal/min，表明該項(xiàng)任務(wù)不會造成肌肉疲勞和損傷。

圖18 新陳代謝分析圖

5 討論

從以上對輪椅的任務(wù)分析結(jié)果來看，使用者使用輪椅時，身體各個部位處于比較舒適的狀態(tài)。

下背部分析表明肌肉不會出現(xiàn)緊張狀態(tài)，說明座椅靠背的設(shè)計比較合理，能夠?qū)κ褂谜弑巢科鸬胶芎玫闹巫饔谩ｌo態(tài)強(qiáng)度預(yù)測分析表明，輪椅使用者膝蓋和腳踝的百分比會低很多，這是因?yàn)榇蟛糠值氖褂谜叽嬖谛凶哒系K，與實(shí)際情況相符。工作姿勢分析結(jié)果表明使用者的背部、手臂、腿部等處于舒適狀態(tài)，表明座椅靠背寬度設(shè)計合理，使用者的背部有較大的活動余地，靠背傾角能提供較好的支撐，靠背曲線符合人體脊柱曲線，能有效防止背部受傷;座椅座面的設(shè)計高度合適，腿部有較大的活動空間，久坐也不會乏力。新陳代謝分析結(jié)果表明，操作輪椅這項(xiàng)任務(wù)的代謝值遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值，不會造成使用者的肌肉疲勞和損傷。非常適合老年人和殘障人士體力不足的特點(diǎn)。

綜合來看，基于人機(jī)工程的設(shè)計方法能較好地指導(dǎo)設(shè)計。Jack 人因仿真軟件可以根據(jù)實(shí)際情況對虛擬的任務(wù)場景進(jìn)行模擬，對設(shè)計改進(jìn)起到較好的反饋?zhàn)饔谩?/p>

6 總結(jié)和展望

隨著社會經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，人們越來越關(guān)注老年人和殘疾人的健康與安全。人們對于產(chǎn)品的良好情感體驗(yàn)也有更大的需求。本文基于人機(jī)工程學(xué)設(shè)計了多功能輪椅，解決了殘障者的康復(fù)訓(xùn)練需求，同時確保了輪椅在工作時的舒適性和安全性。(1)針對老年人和殘障人士的生理和心理特點(diǎn)設(shè)計的輪椅，使用起來更加舒適安全。(2)輪椅的多功能設(shè)計，可將幫助殘障者移送至床上，減輕了護(hù)理人員的勞動強(qiáng)度的同時還可以幫助殘障人士進(jìn)行康復(fù)運(yùn)動。(3)通過JACK 軟件對輪椅進(jìn)行人因分析，如發(fā)現(xiàn)零部件尺寸設(shè)計不合理，可以及時地更改設(shè)計，更好地符合使用者的要求。但也存在一些不足，比如，功能不夠全面。沒有爬坡功能、自動避碰功能等。希望今后做一些這方面的功能設(shè)計。輪椅針對的研究對象是老年人和殘障人士，未考慮未成年人出現(xiàn)肢體障礙的情況。