探究康復訓練器材的人機接口設計

趙健 李哲

天津市產品質量監督檢測技術研究院 天津 300384

1 康復訓練器材的人機接口功能設計要求

1.1 基本功能要求

上肢的康復訓練器材，是以其中的電機運轉為基礎，從而帶動病患雙手及整個上肢開展周期性的旋轉運動，最終達到恢復上肢活動能力的目標。但是康復病患自身的肌力和正常人的差距明顯，甚至于部分病患無法完成上肢恢復訓練，再加之關節活動范圍不足，在缺乏外力輔助的情況下，難以完成上肢運動。由此出發，康復訓練器材中的人機接口所需要具備的基本功能就是連接病患和器材，在康復病患的初期訓練工作中，只能夠實現被動及輔助運動。這些運動能夠完成的前提就是病患自身的肢體運動可以跟上器材的轉動。在這種要求下，康復器材的人機接口就可以在全面發揮人機連接功能的基礎上，確保病患在康復訓練的過程中，機體能夠和器材做出有效的連接[1]。

1.2 人際操作功能要求

任何產品生產出來的目的就是為人們服務，并且人們在使用產品的過程中，也是一個人和產品之間的交互過程，為此，在設計康復訓練器材的過程中，還需要考慮到人機操作功能。具體而言，主要是包括產品的良好操作性、舒適性及維修性等內容。還需要注意的一點是，人們在使用產品的過程中，人和產品之間往往是出于一種動態保護的關系下，這也就意味著在設計人機操作裝置的過程中，需要同時考慮到靜態及動態下的人機交互關系，只有這樣方可保障產品使用工作時的狀態能夠完全符合機體的運動的狀態。從這種要求出發，在設計康復訓練器材人機接口的過程中，病患和人機接口之間主要的交互操作是器材的穿戴和脫卸，但考慮到康復直接患者自身活動存在一定的不便性，這也就意味著在設計人機接口功能的過程中需要全面考慮患者器材穿戴及脫卸的方便性。在生產制造康復訓練器材的過程中，通過使用先進的生產制造工藝以及簡單巧妙的結構來有效的實現訓練康復器材人機接口的穿戴和脫卸功能，從而真正意義上降低病患對于人機接口功能學習和使用的門檻以及成本。同時由于殘疾病患自身在康復訓練的過程中，心理狀態相對較為脆弱，如果人際操作設計變得較為復雜，很容易在患者使用的過程中失去相應的耐心，除此之外也會對患者自身本就敏感脆弱的心理造成二次傷害。而這些簡單巧妙的人機操作功能設計，不但在情感方面很好地展現了對于殘疾患者的關心，而且還很好地滿足了病患對于人機接口功能方面的需求。

1.3 安全保障功能要求

對于康復訓練器材人機接口的設計工作來說，由于接受康復訓練的病患自身機能存在一定的缺陷，會進一步增加在康復訓練過程中存在的不確定性。在患者實施康復訓練的過程中，肌肉痙攣以及肌無力等情況也是會經常發生的，這種情形下，在設計康復訓練器人機接口的過程中，需要對患者自身生理缺陷可能會帶來的安全隱患做出全面的考慮。并且康復訓練器材人機接口的設計也并不可能做到十全十美，而這也就意味著在康復訓練器材出現相應事故的時候，需要首先保障病患自身的安全。具體一些來說，就是在儀器自身檢測到病患機體出現痙攣等異常或者是訓練器材自身發生故障的前提下，人機接口需要在第一時間內完成人機分離的操作，從而優先保障病患的人身安全[2]。

2 康復訓練器材的人際接口設計分析

2.1 固定裝置設計分析

為了更好的實現之前所提到的康復訓練器材的人機交互功能目標，在設計其人機接口的過程中，彈簧鋼片需要采用65mm的彈簧鋼，在經過相應的特殊加工之后，這一類型的彈簧鋼片本身將會具備十分良好的彈性，并且具備較長的疲勞壽命以及綜合力學性能，其截面形狀是一個中間高兩邊低的凸字形。在正常情況下鋼片是處于一種拉伸的伸直狀態，在使用者將手臂放置在器材上的時候，中間凸起的部分就會因為受到壓力而產生相應的形變，港片就會在立刻彎曲的情況下，圍繞在使用者的手臂上，很好地實現了病患手臂和器材的固定。鋼片的具體長度可以根據使用者手臂的粗細程度進行相應的選擇和條件。在使用完畢之后，只需要將兩端拉直雙臂便可以取出。

2.2 分離裝置設計分析

在使用者身體機能出現異常或者是訓練康復器材發生故障的前提下，需要及時將病患的上肢和器材分離。在設計相應的分離裝置的過程中可以使用粘扣帶的結構，粘扣帶結構主要是由一條表面帶有細小鉤子的鉤面粘扣帶和另一條表面帶有毛圈的毛面粘扣帶組合構成的，不同的粘扣帶扣在一起便可形成不同性質的緊固件產品，也具有即拉即開的特性，這種設計方式可以極大地保障病患在康復訓練過程中的人身安全。分離裝置自身的支撐板是和后面的粘扣帶固定在一起的，而蒙面的粘扣帶一端總是固定在整個康復訓練器材的外殼上，并且其另一端需要繞過滾軸和推桿進行連接，并在連接件的幫助下和推桿做出緊密的連接。而在分離的過程中，只需要收縮推桿毛面粘扣帶可以在力量的影響下剝離開，如此一來便實現了上肢和康復訓練器材的完美分離[3]。

3 結語

康復訓練器材對于殘疾病患恢復自身機體功能，回歸到正常的社會生活中有著十分重要的意義。而在具體的康復訓練的過程中，器材自身的安全性高低對于康復訓練的效果以及病患自身的人身安全都會有著十分直接的影響，在這種情況下，本文在全面分析訓練康復器材的基本功能、人機操作功能以及安全保障功能三方面要求的前提下，針對上肢訓練康復器材的固定和分離裝置設計做出了相應的分析，以便為今后康復訓練器材的設計完善提供相應的參考。