基于JACK虚拟仿真的学龄前脑瘫儿童助行器人机优化设计

目的减少学龄前脑瘫儿童助行器的安全隐患,解决患儿在训练过程中的肢体二次损伤问题,提升助行器人机舒适性,对学龄前脑瘫儿童助行器进行优化设计。方法通过JACK虚拟仿真软件的RULA工具,分析得到学龄前脑瘫儿童在使用助行器过程中存在的不合理姿势,并对其进行人机工学与受力分析,提出改进方法并进行设计优化,最后导入JACK虚拟仿真软件进行风险与舒适性验证。结果优化后的学龄前脑瘫儿童助行器的使用受伤风险从4级降低到1级,患儿躯干弯曲力矩、L4/L5脊柱压缩力、剪切力的姿势载荷指数分别降低53%、47%、81%,上身各关节处于舒适角度。结论经过JACK仿真分析及人机优化后的助行器,有效降低了学龄前脑瘫儿童在康复训练中的二次损伤风险,减轻了患儿步行训练中的身体负担,提升了助行器使用的舒适性。

下肢穿戴式助行器结构设计与仿真分析

设计了一款下肢穿戴式助行器,主要作用是辅助脑卒中、偏瘫等有下肢运动障碍的患者进行日常行走活动。首先,在对下肢运动机制、关节结构以及自由度组成分析的基础上,建立了下肢穿戴式助行器的三维结构模型;应用三维红外动作捕捉系统采集正常人行走步态数据,拟合出对应关节角度曲线;建立助行器简化D-H模型,对助行器进行了运动学建模分析;将动作捕捉实验(简称动捕实验)采集的步态数据作为仿真驱动,对助行器进行了运动学仿真验证。结果表明,仿真得到的关节角度变化曲线与实验采集到的角度曲线基本一致,角速度变化曲线与踝关节质心位置变化曲线符合正常人体行走规律,验证了下肢穿戴式助行器的结构设计的合理性。

基于家用轮式助行器的FMECA及其失效数据分析

中国人口老龄化速度的逐渐加快导致对助行器的需求加大。可靠性是助行器的重要属性之一,然而目前助行器的可靠性研究较少。该文以家用轮式助行器为例,对其展开故障模式、影响及其危害性分析。通过收集、整理和分析26种故障模式,得到影响其可靠性关键模块为坐姿-站姿转换系统。针对此关键模块,该文开展了故障数据的采集及分析,检验其寿命分布符合对数正态分布模型,该模块可靠寿命t_(0.9)的0.95置信下限为2489.4 h。该研究针对家用轮式助行器开展的可靠性分析可以为其他有源医疗设备的可靠性分析提供思路,并推动形成符合我国医疗器械监管法规要求的可靠性研究审评要点,供业界参考。

一种智能康复助行器的设计

助行器是老年人与康复患者所需的器材,具有缓解体重对下肢的压迫、增加行进稳定性、锻炼肌肉力量同时辅助患者日常行走的功能。但现如今普遍使用的无动力助行器存在很多问题,如在使用的过程中无法很好地保护老年人的安全;在设计上存在缺陷,老年人的使用体验较差;若出现下坡等路障问题,使用者无法完全控制等。针对现有传统助行器不能满足使用者对安全与舒适性要求的现状,设计了一款具有智能避障、辅助行走、配速系统、安全系统等多个系统模块的智能助行器,该助行器具有操作简单、人性舒适、安全有保障、可拓展性强等优点,可以更好地帮助使用者进行后期的恢复和行走训练,满足老年人与移动功能障碍者行走康复训练及室内外移动的需求,解决普通助行器对患者独立移动能力有限制的问题。

老年助行器情感化设计研究

通过情感化设计三层次理论分析老年助行工具的相关案例,诠释情感化设计介入老年助行器的设计策略,促进老年助行器的发展。

基于QFD&TRIZ的帕金森患者助行器优化设计研究

目的帕金森病作为常见神经类病症,严重影响着病患群体的生活。为提高帕金森病患者使用助行器产品的便利性,提出基于QFD&TRIZ的帕金森患者助行器优化设计方法。方法将QFD&TRIZ理论组合作为优化帕金森助行器的研究方法。通过对用户特点和助行器功能的分析获取用户需求,并采用访谈调研总结出重点需求。运用QFD理论方法,构建出帕金森患者助行器功能质量屋,将用户的重点需求转化为技术需求;运用TRIZ理论进行冲突问题的分析与转化,并针对设计层面产品特性的矛盾提出解决方案。结果优化帕金森患者助行器,让患者在实现助力行走的同时,可不完全依赖产品进行一定程度的运动康复训练;为患者提供震颤反馈及短期休息功能,实现产品功能多维度的转化。结论通过对帕金森患者助行器的整体分析和优化设计,提出了将QFD&TRIZ理论融合并应用于帕金森患者助行器产品设计的可能。

基于人机工程学的帕金森老年人助行器设计研究

为了解决帕金森老年人患者出行困难的问题,缓解帕金森老年人患者以及患者家庭面临的压力。在对社会背景和现有产品调研的基础上,从人机工程学的角度对帕金森老年人患者的生理特征、心理特征和需求层次进行分析,为老年人助行器设计提供可行性建议。设计出符合帕金森老年人患者人机尺寸的助行器,归纳总结了符合用户的最佳人机尺寸。基于人机工程学而设计的助行器能够有效帮助帕金森老年人患者减少出行阻碍,实现以帕金森老年人为中心,安全、舒适、便携的人机关系。

轮椅、拐杖、助行器购买使用全攻略

拐杖、助行器、轮椅是很多老年人晚年生活的重要支持,老年人怎样才能选购到适合自己的移乘类辅助器具并安全使用呢?本文我们就从购买、使用、安全隐患、日常维护等方面来给大家做一个全面的介绍。

老年助行器的包容性设计研究

为了帮助更多老年人安全、舒适地外出活动,文章在包容性设计的语境下,分析已有助行器的优势和劣势,然后对老年人生理、心理和行为特征进行分析,并结合问卷法、访谈法和用户旅程图,对用户需求进行深度挖掘,在此基础上提出了设计思路。最后设计一款既能辅助介助老年人户外出行,又能满足自理老年人外出购物的多功能产品。产品以包容性设计为指导,通过将购物车与助行器功能的有效整合,扩大用户群体,提高助行器的使用率,使产品更好地符合用户的习惯和期待。

助行器智能转弯意图感知和摔倒检测

目的提高助行器智能抗摔倒功能,加强安全保障。方法在助行器两侧手柄上放置压力传感器,手动标注对应的运行意图标签,使用支持向量机(SVM)分类器进行模型预测,预测助行器的行驶意图,得到混淆矩阵。在使用者腰部佩带陀螺仪,助行器上安装激光传感器,通过陀螺仪检测角速度和角加速度,激光传感器测量距离,两者结合检测使用者摔倒情况。结果SVM建立的分类器模型能成功预测助行器的直行、左转和右转3种状态。当合角速度>100°/s、合角加速度>1.3 G、Z轴角加速度>0.7 G或<0.2 G、距离>600 mm或<300 mm,提示使用者摔倒。结论本研究设计的助行器可以感知使用者的转弯意图,并检测使用者摔倒情况。

急性缺血性脑卒中伴肢体功能障碍患者使用助行器的体验研究

目的探讨急性缺血性脑卒中伴肢体功能障碍患者使用助行器的内心体验。方法2021年1月—6月,采用现象学研究方法,对本院神经内科12例急性缺血性脑卒中伴肢体功能障碍患者进行半结构式深入访谈,采用Colaizzi七步分析法进行资料分析。结果共提炼出3个主题:主观体验(安全感增强、提高主动活动的意愿、个人独立性的满足)、促进因素(提高自理能力、减轻照顾者负担、家庭支持)、障碍因素(脑卒中后疲劳、知识缺乏、病耻感、家庭周围环境差)。结论患者在使用助行器过程中存在一定的障碍因素,及时干预及正确指导可以帮助其更好地使用助行器进行早期活动,提高患者的生活质量,减轻照顾者的负担。

多功能康复助行器的设计与有限元分析

为解决老年人出行和自主康复的问题,设计了一款多功能康复助行器,使用矢量解析法确定了各构件的尺寸,运用SolidWorks软件对助行器进行三维建模,并确定了联动升降装置的电机型号为5776-1605。为检验机械结构的可靠性,先对机构进行静力学分析找出可能的薄弱部位,然后,运用ANSYS软件进行有限元分析,确定薄弱部位的位置,在此基础上对助行器的薄弱部位进行优化设计。经检验,优化后的助行器结构满足强度要求,强度较优化前提高了37.4%。根据上述研究制作实物样机并进行测试,结果表明:助行器能够实现坐立变换,机械结构强度达到理论设计要求。

智能助行器防跌倒柔顺控制研究

当用户使用助行器过程中有跌倒趋势时,需要使人体能快速恢复正常的站立体态并缓冲助行器紧急制动的惯性力。但是大部分柔顺控制运用机械臂模型较多,运用于助行器模型的防跌倒控制策略较为欠缺。针对此问题,文中提出了一种基于自适应滑模阻抗控制的新型防跌倒柔顺控制策略,并将其用于助行器模型,通过阵列式薄膜压力传感器与超声波传感器融合来达到提升助行器性能的目的。该策略能提高助行器的轨迹跟踪效果,实现对用户的安全防护。两种不同运行情况下的仿真和两种不同地形的模拟实验结果表明,人体可在4 s左右恢复正立,证明该策略能实现助行器运动的柔顺性。

新型助行器联合核心肌群训练在腰椎退行性疾病患者术后早期康复中的应用效果

目的:探究新型助行器联合核心肌群训练在腰椎退行性疾病患者术后早期康复中的应用效果。方法:选取2022年8月-2023年1月桂林医学院第二附属医院及广西壮族自治区南溪山医院收治的120例腰椎退行性疾病患者,按照随机数表法将其分为两组,各60例。对照组予以核心肌群训练,观察组予以核心肌群训练与新型助行器联合训练。比较两组步行能力、平衡能力、腰椎功能、下肢功能及疼痛程度。结果:与对照组相比,观察组3 m起立-行走时间明显缩短,10 m最大步行速度明显提高,差异有统计学意义(P<0.05)。干预前及干预3个月后,两组Berg平衡量表(BBS)、日本骨科协会评估治疗分数(JOA)、Fugl-Meyer运动功能量表(FMA)、徒手肌力检查(MMT)、视觉模拟评分法(VAS)评分比较,差异无统计学意义(P>0.05);干预1个月、2个月、3个月后,两组BBS评分、JOA评分、FMA评分、MMT评分均较干预前升高,且观察组干预1个月、2个月后评分高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);干预1个月、2个月、3个月后,两组VAS评分较干预前降低,且观察组干预1个月、2个月后评分低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:腰椎退行性疾病患者术后早期康复中应用新型助行器联合核心肌群训练,患者步行能力、平衡能力、腰椎功能、下肢功能及疼痛程度均有明显改善,临床应用效果较好。

感性工学理论下的老年人助行器设计研究

目的:梳理和分析老年人助行器把手设计的研究现状。方法:以感性关系理论为基础,从研究对象心理、感性工学的理论概述、感性工学理论影响因素、感性工学与产品的关系、现有的产品分析、感性因素设计原则等层面,探讨老年人助行器把手设计的现状和设计理论。结果:助行器把手设计受到老年人心理元素、感性外形元素、感性色彩元素、感性材质元素等的影响。结论:感性情绪无处不在,在生活中,人们很容易被情绪左右。尤其在选择产品时,人们往往会选择更符合内心情感需求的产品。文章运用感性工学理论,分析老年人助行器产品。依托对助行器的分析总结,得出老年人助行器设计的重点在于材质、色彩和外形三个部分。这三个部分的设计需要符合老年人的认知状态,使老年人能够快速识别、使用,并且认可、喜爱助行器。感性工学理论影响因素主要是形态感性因素、材质感性因素、色彩感性因素、心理情感因素、使用上的易用性需求。

个案管理的延伸护理服务结合助行器在股骨颈骨折老年患者中的应用

目的分析助行器联合个案管理的延伸护理服务在股骨颈骨折老年患者中的作用。方法随机选取84例股骨颈骨折老年患者为研究对象,其诊治时间为2019年1月—2022年2月,均进行手术治疗,按照抽签法将研究对象分为对照组和观察组,每组各42例。对照组术后使用助行器,观察组在此基础上联合应用个案管理的延伸护理服务,比较两组术后步行等级、步行能力和康复锻炼依从率、首次下床时间。结果观察组康复锻炼依从率为95.24%,明显高于对照组的76.19%(P<0.05);观察组首次下床行走时间更早,步行能力、步行等级优于对照组(P<0.05)。结论在使用助行器的基础上予以股骨颈骨折老年患者个案管理的延伸护理服务,可明显提高患者康复锻炼依从率,利于患者尽早下床活动,提高其步行能力,有临床应用价值。

基于情感化的老年助行器设计策略

中国近年来人口老龄化现象愈发严重,老年人群成为中国消费主力军的新生力量。出行对于老年人来说是生活中不可或缺的一部分,为了帮助老年人安全便捷地出行,本文主要从老年人身体机能与心理状况角度出发,运用情感化理论,完成设计策略分析,着重体现老年用户情感需求和助行产品之间的关联。

下肢穿戴式助行器步态规划与稳定性分析

偏瘫患者由于大脑损伤导致一侧下肢运动障碍,无法自主进行日常行走,下肢穿戴式助行器可以辅助其获得行走的能力;但是,想要和普通人一样走出正常的步态,需要对下肢穿戴式助行器进行步态规划,步态规划是人机耦合行走并保持稳定性的基础和关键。首先,分析人体下肢各关节运动的情况,对下肢穿戴式助行器进行整体机构设计。其次,进行了步态规划,将助行器腿部各关节之间的部分看成均质刚性连杆,提取完整步行周期中各关节的9个特殊时间点,分析了各个时间点关节的坐标与角度;结合Matlab软件中的三次样条插值的方法,仿真出关节的运动轨迹。最后,对步态规划数据进行分析,得到重心投影点坐标,拟合出重心投影点的运动轨迹,并对该轨迹是否始终落在支撑区域进行了分析。结果证明,重心投影点始终处于支撑域内,这说明该步态规划符合稳定性要求。

智能助行器的设计趋势

智能助行器能帮助行动失能患者轻松、自由地行动,有效缓解传统助行器单一功能与患者多样需求之间的矛盾。研究智能助行器相关技术的发展现状和设计趋势,可促进智能助行产品设计水准的提升。通过Kano模型调查行动失能患者对智能助行器的实际需求,发现用户行动失能程度不同,购买助行器的目的不同,其对助行器载物量与造型外观的需求各不相同。未来,智能助行器技术与设计应注重设计的轻量化、便利化,同时坚持技术创新,降低助行器智能系统的附加成本,不断在新材料应用上进行突破。