基于人机工程学的康复站立训练机构设计

陈圣 达钱魏 芮筱雨

【摘 要】随着人们生活水平的提高和饮食结构的改变，脑卒中患者呈现年轻化趋势，并有逐年增长的趋势。脑卒中后遗症严重影响患者的生活和社交能力，因此康复治疗越来越受到人们的重视。在后遗症中，站立能力障碍是脑卒中患者功能康复问题的主要表现之一，严重影响患者的外出活动，给患者心理上造成很大阴影。因此积极的下肢康复训练可以大大提高卒中患者的生活能力，减轻家庭和社会负担。本文针对脑卒中偏瘫患者，提出了配合心理护理的可移动式站立训练机构的设计构想，并开发设计了适用于脑卒中患病情况的站立机构试验样机。试验样机的可移动机构为患者提供便利性。试验结果证明了设计思想的合理性和增加康复治疗效果的有效性。

【关键词】可移动机构；脑卒中；康复治疗；人机工程

脑卒中是一种危及人类生命和健康的常见病、多发病，是多种脑血管疾病的严重表现形式，具有极高的致残率和较高的致死率，是当今世界危害人类生命健康的最主要疾病之一。据WHO统计中国脑卒中的年发病数将由目前的180万上升到2030年的540万。随着社会的老龄化，脑卒中的死亡者3/4为70岁以上的老年人。借助外部支撑来减轻双腿所受的重荷，是帮助老年人进行康复站立训练的有效方式之一。

此外，在脑卒中偏瘫患者病发后，因长期被动卧床，在不同程度上丧失了行走、读书、说话和与人沟通交流等能力，给家庭和社会带来了沉重的经济和精神负担，并且使患者心理压力增大。临床表现为言语减少、情绪抑郁、睡眠障碍、兴趣缺乏、食欲缺乏、精力减退、主动性差、不配合康复治疗等抑郁症状。护理人员要尽早干预不良的心理状态，为患者创建良好的心理环境。站立作为人类生活的最基本能力之一，在早期对患者进行康复站立训练能有效的树立患者的自信心，加上护理人员的亲切态度、热情面容，激发正向情绪，使患者能配合康复治疗工作。日常生活中，能有效的帮助脑卒中患者进行康复的方法一直没有找到解决方法。面对如此急切的社会需要，国内外对康复站立训练机构研究成果还不是很成熟，当今市场上也缺少有效帮助脑卒中患者解决问题的大规模生产的产品，所以开展新型的康复站训练机构研究已经迫在眉睫。

一、国内站立训练的研究

国内对于站立训练产品的研究起步比较国外晚的多，大部分研究都集中注意力于独自站立的学术研究，当今中国对于脑卒中偏瘫患者开发康复站立训练的综合性机构研究相当于没有，传统站立方式站立床以及不可移动的站立架还是目前市场上的主力军。六关节平面运动型双足步行器 “先行者”是国内第一台仿人机器人，紧接着各单位都开展了老年人助力机器人的研究，并取得了相当可观的成果。另外，汉库科技企业成功推出一款双足行走机器人，称是目前中国最先进的双足行走机器人。上海大学研制的下肢康复机器人可以起到平衡缓冲作用使得忠者在训练时相对于跑步机而固定，还保证了人在行走时上、下振动的自由度不被限制。然而针对站立训练系统的器械还十分少见。

二、技术支持

在人机工程学原理的指导下，针对脑卒中偏瘫患者丧失自主行动的特点，通过对脑卒中患者站立行为、变化姿势、人际距离、生活习惯等的观察、分析与研究，发现现有站立机构在形态、功能、色彩、材质、可移动性等问题，发现脑卒中患者在空间内活动时对站立机构产生的各种需求，并以此为指导，从形态、功能、尺寸、材料、色彩、空间布局及分布数量等方面提出设计要求。

图1

图2

面板1、前保护垫2、上伸缩杆3、机械手臂4、挂钩总成5、上体支撑带6、主干7、护膝8、轮子9、脚踏板10、基座总成11和刹车系统12。

图3

如（图4）所示，挂钩总成5包括连接架5-1和挂钩主体5-2，连接架5-1上设置有挂钩调节锯齿槽5-1-1，挂钩主体5-2通过销钉连接在挂钩调节锯齿槽5-1-1的内部。

图4

前保护垫2连接在桌子面板1上，桌子面板1连接在主干7的顶端，上伸缩杆3连接在桌子面板1的底端，机械手臂4连接在主干7上，主干7与挂钩总成5的连接架5-1铰接连接，上体支撑带6挂放在挂钩总成5的挂钩主体5-2上，护膝8连接在主干7上，轮子9安装在主干7的底端，基座总成11连接在主干7的底端，刹车系统12安装在基座总成11的后端，两个脚踏板10连接在基座总成11的左右两侧。

患者脚站在脚踏板10上，调节好护膝8在主干7上的相对位置，使得护膝8与患者的膝盖相接触，屁股靠在上体支撑带6上，上体部与前保护垫2相接触，符合人机工程学指标的脑卒中患者康复站立训练机构设计机械模型，提高患者的康复训练舒适度，有助于患者的康复。

图5

上伸缩杆3包括伸缩套筒3-1、连接座3-2、伸缩杆3-3、活动连接杆3-4和靠垫3-5，连接座3-2连接在伸缩套筒3-1上，伸缩杆3-3套装在伸缩套筒3-1的内部，伸缩杆3-3与伸缩套筒3-1的配合使得上伸缩杆3整体的长度能够调节，使得康复站立训练机能够适合于不同体型的使用者。活动连接杆3-4的两端与两个伸缩杆3-3的末端铰接连接，靠垫3-5连接在活动连接杆3-4上；上伸缩杆3通过连接座3-2连接在桌子面板1的底端。

基座总成11的末端设置有小轮，刹车系统12安装在小轮上。下压刹车系统12的刹车片，刹车系统12将于小轮接触，使得小轮被锁紧，从而使得康复站立训练机保持停止。护膝8在主干7上的位置能够调节，根据患者的身高进行调节。

本课题从设计的角度来看待和研究特殊人群问题，并希望能通过设计的手段为改善我国老年人的生活状态、提高他们的生活质量尽上一份绵薄之力。本项目的主要目的就是提出一个真正符合人机工程学指标的康复张立训练机构机械模型，提高患者的康复训练舒适度。

首先，发掘可运用到康复站立训练机构设计中的人机工程学方法和理论；其次，分析人体大腿骨骼的特点及老年人的心理特征；再次，进行人体立姿腿部的运动分析及助力形式分析；最后，根据研究结果进行立姿人机工程学设计，并通过实验验证。

通过对现有康复站立训练机构的人机工程学性能的分析，以及自然状态下人站姿活动状况的分析，结合已经确定的脑卒中患者人机工程学指标，提出基于人机工程学的康复训练站立机构的设计方案。并验证其运动情况符合人机工程学。

三、总结

本课题从设计的角度来看待和和研究特殊人群问题，并希望能通过设计的方法和手段为改善我国老年人的生活状态、为提高他们的生活质量尽上一份绵薄之力。

本项目的主要目的就是提出一个真正符合人机工程学指标的康复站立训练机构机械模型，提高老年人的坐姿质量及起身便捷性。

参考文献：

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