基于舒適度的輪椅設(shè)計(jì)研究

周雪

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和生活水平的不斷上升，人們對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的舒適性要求也在逐步提高。康復(fù)輪椅作為老年人的鍛煉與代步工具，長(zhǎng)時(shí)間坐在上面保持同種姿勢(shì)很容易產(chǎn)生疲勞感，在做康復(fù)輪椅的設(shè)計(jì)時(shí)，必須要考慮舒適性。本文在舒適度的原則下，從輪椅坐墊、靠背和腳踏板三方面對(duì)老年人輪椅的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：舒適度；康復(fù)輪椅；老年人；產(chǎn)品設(shè)計(jì)

座椅的舒適性包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。靜態(tài)舒適性是指座椅與人體之間的匹配關(guān)系能否為人創(chuàng)造出舒適的坐姿條件，以及所能提供的舒適程度。當(dāng)輪椅使用者在自然放松狀態(tài)下的人體曲線與輪椅形態(tài)曲線越吻合，輪椅的舒適性就越高。動(dòng)態(tài)舒適性是指座椅及運(yùn)輸工具在行進(jìn)過(guò)程中承受所產(chǎn)生的各種沖擊和振動(dòng)激勵(lì)的能力，能否使乘員身體承受的振動(dòng)強(qiáng)度處于人體承受振動(dòng)的舒適范圍之內(nèi)，以及人體所能感受舒適的程度。本文所研究的康復(fù)輪椅，在使用其康復(fù)護(hù)理功能時(shí)，輪椅不處于行進(jìn)狀態(tài)，因此本文主要考慮康復(fù)輪椅的靜態(tài)舒適性。在輪椅的使用過(guò)程中，使用者70%的體重都會(huì)壓在輪椅座位上，輪椅與人體之間有匹配關(guān)系的部位主要是輪椅的坐墊部分、靠背部分以及腳踏板部分（如圖1），因此，坐墊、靠背與腳踏板的舒適性設(shè)計(jì)是康復(fù)輪椅舒適性設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

1輪椅坐墊設(shè)計(jì)

舒適度高的輪椅坐墊，其界面的形狀與人體臀部輪廓契合，對(duì)臀部有較好的支撐和包裹作用。而且坐墊要透氣性、吸濕性良好，保證皮膚表面干爽，局部皮膚溫度升高會(huì)加快細(xì)胞代謝率，使皮膚出汗而長(zhǎng)期浸在潮濕環(huán)境中，發(fā)生潰瘍。當(dāng)人體局部組織壓力過(guò)大，或長(zhǎng)時(shí)間保持同一坐姿時(shí)，會(huì)使壓力分布不均勻，導(dǎo)致血液循環(huán)不暢，有產(chǎn)生壓瘡的風(fēng)險(xiǎn)。輪椅的坐墊設(shè)計(jì)應(yīng)該增大臀部與坐墊間的接觸面積，減小壓力，并且支持患者變換坐姿以調(diào)整壓力分布狀況。

坐墊對(duì)輪椅舒適度的影響主要表現(xiàn)在坐墊尺寸、坐墊形狀、坐墊傾角與坐墊材料上：

1.1坐墊尺寸

坐墊尺寸包括坐墊的寬度即座面左右距離，坐墊深度即座面前后距離。根據(jù)人體測(cè)量學(xué)，人體坐姿時(shí)臀部寬度尺寸為404-434mm之間，為了使用戶能夠自由調(diào)整坐姿，座面寬度應(yīng)該大于這個(gè)尺寸；座面深度太深會(huì)使背部的支撐點(diǎn)懸空，同時(shí)膝窩處受壓，座面太淺會(huì)使大腿前沿軟組織受壓，時(shí)間久了使大腿麻木。因此，座面深度一般相當(dāng)于大腿全長(zhǎng)的3/4，即400-440mm。坐墊高度取決于輪椅的座位高度，根據(jù)人體測(cè)量學(xué)，我國(guó)一般椅子高度為400-460mm，座面太高會(huì)使兩只腳懸空，小腿容易麻木，座面太低，體重會(huì)集中在坐骨部位，臀部肌肉容易疲勞，同時(shí)也會(huì)加大背部肌肉負(fù)荷，起身時(shí)感到困難。

1.2坐墊形狀

坐墊的形狀應(yīng)與人體臀部輪廓契合，座面能有與臀部形狀相適應(yīng)的凹陷，而且有一定彈性，對(duì)臀部有較好的支撐和包裹作用。

1.3坐墊傾角

舒適的座椅體壓分布呈現(xiàn)的是坐墊部分為坐骨結(jié)節(jié)處壓力最大，從坐骨結(jié)節(jié)向外，壓力逐漸平緩減弱，直至大腿部分壓力降至最小（如圖2）。所以輪椅座面應(yīng)與水平方向存在一個(gè)夾角，約5-10°為宜。這有助于防止輪椅使用者臀部向前滑動(dòng)的趨勢(shì)，減少由肌肉靜力收縮來(lái)防止這一滑動(dòng)趨勢(shì)而造成的生理和心理上的疲勞感。但坐面的后傾角又不能過(guò)大，否則容易增加大腿前緣的壓力，并減少雙腿在腳踏板上的負(fù)荷，阻礙血液循環(huán)，引起雙腿發(fā)麻、腫脹。

1.4坐墊材料

同坐墊形狀一樣，坐墊材料必須要有好的支撐力。調(diào)查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在常用的坐墊采用泡棉填充，外層包裹織物或皮革。通常認(rèn)為，當(dāng)坐墊使用材料的硬度越低，人體的下陷程度越大，接觸面的峰值壓力就越小。但是當(dāng)座椅泡棉太過(guò)柔軟，泡棉的局部變形導(dǎo)致出現(xiàn)“漏斗效應(yīng)”，此時(shí)人體局部所受到的擠壓增大，最終導(dǎo)致峰值壓力的增大。所以，坐墊一定要軟硬適中，而且保證透氣性、吸濕性良好，使皮膚表面干爽，避免發(fā)生潰瘍。

2輪椅靠背設(shè)計(jì)

輪椅的靠背主要為用戶提供腰部支撐，部分特殊輪椅還需要提供肩部和頭部的支撐。輪椅靠背對(duì)輪椅舒適度的影響主要表現(xiàn)在靠背的高度和靠背傾角。

2.1靠背高度

輪椅靠背越高，穩(wěn)定性越高；靠背越低，上肢活動(dòng)受限就越少。本文設(shè)計(jì)老年人肢體康復(fù)輪椅，為了最大限度地鍛煉老年人的肢體肌肉，所以本設(shè)計(jì)選擇低靠背輪椅。腰靠的支承點(diǎn)位置相當(dāng)于人體的第4-5腰椎之間的高度，此時(shí)能保證坐姿狀態(tài)下的近似于正常的腰曲弧線。為了使驅(qū)干得到充分支撐，同時(shí)又不能妨礙手臂的活動(dòng)，椅子靠背必須大于275mm。

2.2靠背傾角

為了使腹部與大腿之間的血管不受壓迫且血液暢通，軀干與大腿之間應(yīng)保持鈍角，這就要求座椅的靠背與座面之間也是鈍角。靠背傾斜能使軀干的部分肌肉得以放松，減少肌肉作功，從而減緩疲勞的發(fā)生。有人機(jī)工程學(xué)專家指出，人體坐姿狀態(tài)下其脊柱狀態(tài)在115°時(shí)可呈現(xiàn)自然舒適狀態(tài)；Grand Jeans指出，在人體處于完全放松狀態(tài)下的最佳靠背傾斜角度為105-108°，在閱讀狀態(tài)下的最佳靠背傾斜角度為101-104°。

3輪椅腳踏板設(shè)計(jì)

腳踏板的合理設(shè)計(jì)對(duì)輪椅舒適性也有很大的影響。根據(jù)肌電圖的研究，腳踏板應(yīng)該遵循：腳的正確位置是保持小腿與上身平行，或者與大腿的夾角大于90°。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)，還必須加上腳能自由活動(dòng)的空間。因此，腳踏板位置應(yīng)擺在腳的前方或上方，才能方便腳的活動(dòng)。另外，為了適應(yīng)不同人群的身體尺寸，輪椅的腳踏板應(yīng)該能夠自由調(diào)節(jié)長(zhǎng)度及1頃斜角度。

除了這幾部分影響輪椅舒適度的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)外，輪椅的扶手設(shè)計(jì)可以減輕肩膀、背部和臀部的疲勞，有利于上肢靜脈血回流和肌肉的休息。如果扶手太高，會(huì)使手臂不能自然下垂，扶手太低會(huì)使兩肘無(wú)法自然落靠在扶手上。扶手的高度和間距取決于人體兩肘之間寬度、肘部平放高度。根據(jù)資料顯示，當(dāng)坐骨結(jié)節(jié)點(diǎn)與扶手表面距離為240-250mm時(shí)，肌肉的活動(dòng)強(qiáng)度最小，扶手的位置最適當(dāng)。同時(shí)，合適的扶手間距應(yīng)在420-440mm之間，扶手應(yīng)該有軟墊并最好設(shè)計(jì)成水平。

4結(jié)語(yǔ)

舒適性是一種主觀評(píng)價(jià)，會(huì)受到產(chǎn)品本身、環(huán)境因素以及用戶的生理因素等多種因素的影響。本文從人機(jī)工程學(xué)的角度對(duì)影響輪椅靜態(tài)舒適性的坐墊、靠背、腳踏板等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析研究，對(duì)振動(dòng)、環(huán)境等因素并未分析，后續(xù)仍需進(jìn)行更加深入的研究，從動(dòng)、靜兩方面對(duì)輪椅的舒適性設(shè)計(jì)研究進(jìn)行全面展開(kāi)。