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        基于SAMMIE的輪椅創(chuàng)新設計及人機工程分析

        2017-05-30 20:48:20周雪
        工業(yè)設計 2017年2期
        關(guān)鍵詞:人機工程學老年人

        周雪

        摘要:本文以人機工程學理論為基礎,對輪椅進行結(jié)構(gòu)和功能的創(chuàng)新設計。分析老年人的生理及心理特征,總結(jié)老年人多功能輪椅的設計要素,根據(jù)人機工程學、機械設計等相關(guān)理論進行輪椅創(chuàng)新設計,并利用人機分析軟件SAMMIE對其進行可達域、靜態(tài)力的分析,以驗證設計方案的合理J性。

        關(guān)鍵詞:人機工程學;老年人;輪椅設計;SAMMIE

        近年來輪椅行業(yè)保持快速發(fā)展,但是,我國輪椅行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一,絕大部分產(chǎn)品為一般輪椅,產(chǎn)品價格低。高端產(chǎn)品如電動輪椅和運動輪椅研發(fā)投入不足,技術(shù)水平與國外相差很大,主要依靠進口。然而東西方人的體型差異很大,面向西方使用人群設計的輪椅未必就適合東方人使用,為了設計出真正適合中國老年人使用的輪椅,必須對輪椅使用人群的人體尺寸、心理特征、行為模式以及生活習慣等進行分析,為輪椅的尺寸提供參考,設計出安全、舒適、適合中國人使用的輪椅。

        1SAMMIE在輪椅設計中的應用

        人機工程學是應用人體測量學、生理學、人體力學等諸多學科來研究“人-機-環(huán)境”三者相互的關(guān)系的學科。本文中的研究對象主要是老年輪椅使用者,要考慮的人機工程要素主要包括:老年人人體尺寸、老年人生理及心理特征、人體力學等。

        SAMMIE中錄入了數(shù)十個國家的成年人人體尺寸數(shù)據(jù)庫,包括中國98年成年人人體尺寸數(shù)據(jù)庫,也可以根據(jù)需要定制人體模型,在人體關(guān)節(jié)活動范圍內(nèi)移動人體的肢體和關(guān)節(jié),模擬各種操作姿勢。它的基本功能主要包括:(1)可達域分析:在工作場所中使用手或腳可以觸碰到的范圍及物體。(2)合適性分析:用于評估近似人群對一定限制的工作空間的合適性。(3)工作姿勢分析:調(diào)節(jié)人體關(guān)節(jié)的角度模擬人體工作姿勢,并以此來評估人體工作姿勢的可行性、舒適性和身體關(guān)節(jié)的受力等情況。(4)視野分析:根據(jù)人體視野特性模擬人體模型的視野,通過參照頭部和頸部的運動,仿真人體實際操作過程中的視野,并以此來對產(chǎn)品的視野性能進行評估。

        在具體輪椅設計活動中,人機工程學的應用主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

        (1)為輪椅設計提供人體數(shù)據(jù)參考。結(jié)合人體測量學、人體力學、心理學、生理學等學科,對老年人體生理特征、機能結(jié)構(gòu)進行分析,得到老年人的肢體可及范圍、人體機能等特征參數(shù),為輪椅的尺寸設計作參考。

        (2)為輪椅設計提供造型和結(jié)構(gòu)依據(jù)。人機工程學強調(diào)讓機器適應人,而不是人適應機器。比如優(yōu)秀的手持式產(chǎn)品設計,要考慮人的手掌、手指尺寸,對不同的手持姿勢進行分析對比,找到最貼近人手的自然狀態(tài)、最安全、最省力的一種操作方式;產(chǎn)品的外形要符合手握的姿勢,線條自然流暢。

        (3)為輪椅設計提供“環(huán)境因素”參考依據(jù)。在設計過程中,考慮人在不同使用場景中的適應能力和承受限度,分析環(huán)境中的光線、溫度、濕度、振動等因素對人體生理和心理的影響,以保證最終設計的產(chǎn)品滿足安全、舒適和高效的要求。

        2老年人的生理及心理特征分析

        人到老年身體形態(tài)和生理機能都會發(fā)生相應的變化,充分考慮分析老年人的生理及心理特征,才能設計出適用更多老年群體的產(chǎn)品。

        2.1生理特征

        在生理上,老年人的特征為:

        (1)骨骼肌肉系統(tǒng)衰老:老年人肌腱、韌帶萎縮僵硬,肌力降低,容易發(fā)生骨折且關(guān)節(jié)活動不利。

        (2)感知系統(tǒng)衰老:老年人視覺、聽覺下降,味覺、嗅覺、觸覺敏感度降低,使老年人對傷害性刺激不敏感,因此在日常生活中易發(fā)生意外事故。

        (3)思維系統(tǒng)衰老:臨床上發(fā)現(xiàn),老年人大腦出現(xiàn)腦萎縮,記憶力、注意力逐漸變差,生活效率也隨之下降。

        2.2心理特征

        (1)離退休綜合征:老年人離退休以后突然從忙忙碌碌轉(zhuǎn)到無所事事,逐漸淡出原來的人際關(guān)系網(wǎng),社交范圍狹窄,一時間無所適從。

        (2)孤獨:當下國內(nèi)“空巢”現(xiàn)象比較普遍,客觀上造成老年人可以對話的對象少了,使老年人感到缺乏關(guān)愛,孤獨感油然而生。

        (3)固執(zhí)或狹隘自負:部分老年人習慣用老眼光看事物,總覺得過去“老一套”好,很難接受新鮮事物。

        (4)畏懼死亡:人到老年很少不生病,對疾病、死亡的憂慮、恐懼往往會對老年人產(chǎn)生超負荷的心理壓力。

        3基于SAMMIE的輪椅創(chuàng)新設計

        3.1設計原則

        根據(jù)以上對于老年人的生理及心理特征分析,總結(jié)概括出老年人輪椅的設計原則:

        (1)舒適性。輪椅的設計應符合人機工程學,輪椅的尺寸盡可能符合人體的器官尺寸,讓使用者脊柱保持正常的生理曲度,各部分肌肉處于放松狀態(tài),從而提高舒適性,保證使用者的身體心理健康。

        (2)安全性。老人輪椅的設計應采用輕便、高效型材料,這既能提高老年人輪椅的使用性能,減輕重量,又能保障老人的使用安全。

        (3)易用性。輪椅的操作方式簡便易用,不會讓老年人產(chǎn)生心理畏懼感,同時應弱化其護理產(chǎn)品的特殊性痕跡,做到人性化、溫暖化。

        (4)物美價廉。老年人輪椅設計要嚴格控制生產(chǎn)成本,簡約大方,只有這樣,電動老人康復輪椅才能夠迅速普及,融入人們的家庭生活,造福老年人。

        3.2提出方案

        根據(jù)老年人的人因分析以及老年人輪椅的設計原則,設計出符合人機工程學的老年人輪椅,該輪椅的靠背和支撐腳角度能夠調(diào)節(jié),以適應不同使用者的身體尺寸。見圖1、圖2。

        3.3SAMMIE人機分析

        (1)構(gòu)建人體模型。以《中國成年人人體尺寸GB/T10000-1988》和《在產(chǎn)品設計中應用人體尺寸百分位數(shù)的通則GB/T12985-91》為標準,選取P5男性、P5女性、P95男性、P95女性,建立4個人體模型,由于老年人普遍存在身高降低,肢體功能減弱的情況,需要對人體模型的尺寸進行一定的修正。由于研究輪椅設計,所以主要考慮坐姿下的人體尺寸,具體參數(shù)如圖3:

        (2)導入輪椅模型,將建立的輪椅模型導入SAMMIE中,為了方便分析,需要將輪椅模型簡化,保留關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。將人體模型調(diào)整成坐姿狀態(tài),結(jié)合彎腰屈膝等動作,將人體模型的各部位調(diào)整至合適角度,使其與輪椅匹配,分析坐姿狀態(tài)下的輪椅人機關(guān)系是否合理。如下圖4,從左到右依次為P5女性、P95女性、P5男性、P95男性的坐姿分析圖。

        由上可知,將輪椅靠背與支撐腳做出不同程度的調(diào)整之后,除P95男性的小腿角度,其他角度均能滿足四個百分位人體模型的舒適活動范圍。四組模型的腰部曲線能與輪椅靠背吻合,使腰椎處于放松狀態(tài)。

        4結(jié)語

        本文分析了老年人的生理及心理特征,結(jié)合特征分析總結(jié)了老年人對輪椅的設計需求,基于人因工程原理,進行了輪椅創(chuàng)新設計,并利用人機工程分析軟件SAMMIE對設計進行了分析驗證,證明該設計滿足舒適性的要求。

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