基于人機工程學的帕金森老年人助行器設計研究

束曉永 余娣 李嬌嬌

關鍵詞：人機工程學 帕金森 老年人 助行器 設計實踐

引言

帕金森病是一種神經退行性疾病，發病年齡大約在50-60歲[1]。隨著人口老齡化的加速，全球大約有超1000萬的帕金森患者，中國的帕金森患者約占全球的四分之一。同時，帕金森的病癥特點是慢性且無法治愈，從而導致患者和患者家庭遭受不同程度的折磨，面對這一龐大帕金森患者群體，助行器的使用需求也隨之增加。因此，一款幫助患者解決個人出行問題的助行器，對于帕金森患者及其家庭來說尤為重要。現如今國內市場上助行器缺乏創新，無法滿足用戶需求，以帕金森患者為用戶群體的助行器產品種類少且樣式單調，所以為帕金森患者設計一款助行器，解決帕金森患者日常生活中的出行困難問題成為當今緊急且重要的事情。

一、老年人助行器現狀

助行器是幫助用戶支撐自身重量并輔助行走的工具。隨著市面上助行器種類的多樣化，依據功能和結構可將助行器分為三類：動力式助行器、功能化電刺激助行器和無動力式助行器[2]。動力式助步器是依靠外部動力輔助用戶行走的工具。功能化電刺激助步器是通過電刺激人體下肢，從而幫助用戶站立行走，但由于價格昂貴，普及性較差。無動力式助行器是指利用人體自身動力助步行走的工具，具有靈活輕便、適用性強等特點，其類別較為豐富，可分為助行杖和助行架兩大類，助行杖依據人體使用部位的不同分為手杖、臂杖、腋杖等；助行架可分為無輪式助行架、輪式助行架等[2]，輪式主要分為兩輪、三輪和四輪，無動力式助行器因使用簡單方便，價格適中，應用最為廣泛。目前國內市場上老年人助行器的研發設計仍處于初級階段，帕金森老年人助行器與普通的老年人助行器同質化嚴重且，產品的類型單一，適用性不廣泛。雖然如今的助行器產品隨著用戶需求的增加更加注重功能的多樣性，但其附加功能的實際應用效果比較差，往往還會造成老年人的負擔和累贅。

二、帕金森老年人用戶分析

（一）用戶特征分析

1.帕金森患者生理特征。帕金森老年人患者的臨床特點表現為靜止性顫抖、身體僵直、動作遲緩、姿勢不穩等[3]。其中最典型的癥狀是靜止性顫抖，大約30%-40%的帕金森患者在初始階段會出現手腳顫抖的癥狀；身體僵直的主要表現是肌肉僵硬，由于四肢、頸部、面部等肌肉無法接收大腦傳導的肌肉放松信號，致使肢體無法伸直；帕金森病晚期最主要癥狀是姿態不穩，患者會不自主地跌倒，導致身體其他部位受傷；凍結步態、行動遲緩具體表現為患者動作變慢且會影響行走的整個過程，患者無法做出連續動作。

2.帕金森患者心理特征。帕金森病的生理癥狀也會給心理帶來不同程度的壓力，帕金森老人常患有行為和情緒障礙。情緒障礙表現為常常伴有孤獨感、焦慮感、過度依賴他人和自尊心強等特點[3]，并且超過30%的帕金森病例會出現重度抑郁癥和焦慮癥的傾向，帕金森癥狀影響了患者的行動能力，也影響著患者的情緒，導致患者性情大變。

（二）用戶需求分析

1.生理需求。針對帕金森老年人群體的助行器設計，其生理方面的需求主要體現在：助行器能夠幫助支撐身體保持平衡且可以在一定程度上緩解病情；在安全上要保證助行器穩定牢固、省時省力；操作簡單方便、能夠提供座椅便于行走途中休息、方便收納等。

2.心理需求。帕金森老年人患者在心理需求方面需要更加注重關懷、包容和陪伴[3]，助行器的設計要能夠幫助帕金森老年人獨立出行并得到尊重，滿足老年人的自我實現感；必須具有一鍵緊急制停功能，以防突發事件的發生；在產品形態設計上，需要具有一定的美觀度，色彩上要符合老年人的心理預期并且具有時尚性，從而使帕金森老年人產生積極樂觀的情緒。

三、帕金森老年人助行器的人機工程學分析

人機工程學是研究人（帕金森老年人患者）-機器（助行器）-環境（室內外）三者之間相互作用的學科，目的是為了使人機環境更好地符合帕金森老年人患者的生理和心理需求，確保用戶安全、舒適、高效的使用機器進行活動。

（一）現有帕金森老年人助行器的人機要素分析

根據上述內容可知，無動力式助行器最適合帕金森老年人患者，所以將無動力式助行器作為主要分析對象。依據結構可將助行器分為三大部分，即把手、中部框架支撐和底部地面接觸三大部分。上肢把手部分主要是把手和手剎；中部框架部分主要就是助行器的整體框架結構，包括助行器的高度調節、座椅、儲物籃和可折疊等；底部地面接觸部分指的是車輪。對市場上現有無動力式助行器進行調研，運用分類法從使用方式、車輪結構、功能三個方面進行歸類，得到圖1七種典型的無動力助行器，同時從安全性、易用性、輕便性、用戶針對性、可調節性、造型、成本七個人機要素進行對比評價[4]。（見表1）

無動力式助行器依據使用方式可分為固定式和交互式。其中固定式助行器操作簡單方便，但僅適用于上肢力量較強的用戶，如果上肢力量不夠則容易摔倒；交互式助行架較適合下肢力量較差，無法依靠固定式助行器站起來的用戶。依據車輪結構可將助行器分為兩輪、三輪、四輪，其中兩輪助行器利用前輪行進，后方助行器兩腳為剎車，手部向下按壓即可自動剎車，較為安全但行進時也需要用力輕微提起助行器；三輪、四輪助行器適合協調性差，無法提起助行器，握力正常并能使用剎車裝置的用戶，此類助行器較適用于戶外。依據功能可分為單一功能、多樣功能助行器，單一功能助行器唯一功能就是輔助用戶行走；多功能助行器在輔助行走的基礎上，附加了儲物籃、休息座椅等功能。綜上所述，無動力式四輪多功能助行器更能滿足帕金森老年人患者的日常出行需求。

（二）帕金森老年人助行器人機要素設計要求分析

在GB1OOOO-88《中國成年人人體尺寸國家標準》中，男、女性的年齡上限分別為60歲和55歲[5]。在國標成年人人體尺寸參數的基礎上，再根據帕金森老年人的生理、心理特征對助行器尺寸進行調整，最終以帕金森老年人患者的人體尺寸參數作為產品尺寸設計依據。根據上述研究，帕金森老年人助行器設計的兩大基本功能是輔助行走和提供休息區域，需將助行器中的人體尺寸分成站姿與坐姿操作模式兩種參數。站姿操作模式是指人體姿態在直立時，將助行器作為助步工具，此狀態下用戶手握助行器的把手部分，利用上肢控制助行器的方向帶動底部滾輪向前滑動，進而帶動行走不便的下肢往前移動，在站姿操作模式中需要確認的人體尺寸參數有身高、肩寬、肘高、手功能高和手最大寬[6]；坐姿操作模式是指用戶坐在助行器的坐墊上休息的姿勢，通過坐姿操作模式需要確定的人體尺寸參數有坐高、坐深、坐姿臀寬、坐姿肩高和小腿加足高[6]。（見表2）

根據人機尺寸百分位的應用方法，在帕金森老年人助行器設計中，需要兩個人體尺寸百分位數作為產品尺寸設計的上限值和下限值，根據規定選擇女性第5百分位尺寸作為站、坐姿最小尺寸標準，男性第95百分位尺寸作為站、坐姿最大尺寸標準[7]，將兩種百分位數的尺寸篩選可得人體尺寸范圍表（見表3），上述數據中的人機尺寸一般是身著單衣的情況下進行測量的，需要增加功能修正量，成年人的穿衣修正量為坐高、肘高+6mm，臀寬+13mm，臀膝距+20mm，穿鞋男+25mm，穿鞋女+20mm。

四、帕金森老年人助行器設計原則

人機工程學為老年人產品設計設定了許多原則，帕金森老年人患者作為特殊的老年人群體，針對帕金森老年人患者的生理和心理上的敏感性和特殊性，在產品設計的過程中需要融入更多的關懷和包容。

（一）安全性原則。確保安全是助行器設計中最重要的要素，助行器的出現就是為了輔助帕金森老年人日常生活中獨立行走，防止行走過程中無故摔倒，在產品設計過程中要避免直尖角、過度凸起和凹陷等造型，同時產品需要具有一定的容錯度，即帕金森老年人誤操作，也不會產生反作用傷害，所以助行器產品一定要確保整體的安全性[8]。

（二）輕便易用性原則。隨著帕金森老年人年齡上升，病情也會加重，學習能力和記憶力逐漸退化，因此產品操作時需要降低難度，簡化操作，甚至可以選擇不需要動腦的慣性操作，這樣帕金森老年人在使用新產品時也不會因陌生而產生抗拒心理，方便日常使用。材料的輕便是帕金森老年人日常出行產品的必備標準之一，外出活動中，輕便的產品更易于攜帶。

（三）舒適性原則。產品設計過程中要考慮到帕金森老年人與國標老年人人機尺寸參數的區別，結合帕金森老年人的生理和心理修正量，設計出最舒適的使用操作模式，實現產品無障礙化操作。在材質上，親膚的位置需要更加柔軟舒適的材質，粗糙或者較為冰冷的材質則需要排除在外。

（四）美觀性原則。在帕金森老年人產品設計中應更注重美觀性，老年人因帕金森病癥時常會產生自卑和焦慮感，美觀的產品會給用戶心理增加愉悅，也會提升用戶的使用體驗。在產品設計時需注重造型、色彩方面，產品的造型應較為圓潤光滑，產品在色彩選擇時應考慮老年人的審美，色彩上應選擇較為溫暖的色調，不易過于沉悶或亮麗。

（五）情感化原則。為帕金森老人設計產品時需要更進一步考慮情感因素，即在滿足基本使用功能的基礎上，還要滿足情感需求，使用戶在使用產品時產生積極愉悅的情緒，在設計時應更加注重融入情感，體現出對帕金森老年人的關懷，促使產品和帕金森老年人產生情感共鳴。

（六）經濟性原則。老年人由于長年累月的消費習慣，通常比較節儉，消費更為理性，經濟實用、物美價廉的產品更能獲得帕金森老人的喜愛，所以在設計時應該考慮產品的性價比，產品的材料選擇要做到低碳、環保、物美價廉[9]。

五、帕金森老年人助行器設計方案

（一）設計創意

依據帕金森老年人生理、心理特征和需求，并以人機工程學為理論基礎確定帕金森老年人助行器人機尺寸的參數范圍，遵循以上設計原則，設計出一款用戶群體為帕金森老人的無動力式四輪多功能激光助行器（見圖2）。此款助行器設計的創新點在于改變以往助行產品的冰冷感，著重體現對帕金森老年人特殊群體的身心關懷，在人機尺寸設計上體現出對帕金森老年人的針對性和包容性，在功能上實現可旋轉座椅設計，可旋轉座椅方便老年人休息，給老年人更多安全感；針對凍步結態、步態緩慢等癥狀，行走時設置紅色激光線條照射前方，紅色激光作為可視信號鼓勵帕金森老人在室內外行走，增加帕金森老年人的自信心；產品整體框架易折疊攜帶，一鍵按鈕式剎車操作簡單；色彩更加符合老年人審美特征，時尚美觀。

（二）人機分析

帕金森老年人助行器的整體結構是X形（見圖2），X形框架特點是更加穩固安全，設計結構由折疊框架、座椅、置物掛鉤、把手、緊急剎車按鈕和激光燈等部分組成。尺寸和結構（見圖2）是依據表三中帕金森老年人部分人體尺寸范圍表和上述研究內容而定，助行器高度即手握部分的高度，依據表三中肘高尺寸范圍845-1118mm，再考慮到帕金森老年人由于病情而產生的彎腰程度更劇烈，則設定助行器的高度為850-900mm；座椅高度是依據小腿加足高尺寸326-462mm，加之帕金森老年人穿衣修正量和心理修正量，確定座高為470mm；座椅寬度是依據坐姿臀寬328-418mm，加之帕金森老年人應注意保暖，穿衣較厚，則穿衣修正量取20mm，在坐姿情況下，帕金森老年人可以微調姿勢會更加舒適一些，兩側的心理修正量為40mm，則確定座寬為420mm；座椅深度是依據坐深403-492mm，衣著修正量取20mm，則確定座深為450mm；靠背高為32mm，能夠很好地托住腰部；按照市面上燈孔尺寸，確定激光燈燈孔直徑設為10mm；把手的旋轉角度為130°，把手輕微向下斜，使用時更加省力；兩個后輪水平距離為420-520mm，前后輪水平距離為530-630mm。

帕金森老年人助行器中人機關系的設計，包括助行器的整體形態，尺寸大小，角度放置，部件位置，結構受力，功能設置是否合理和諧。在助行器設計中，帕金森老年人與助行器共同構成了助行器的人機系統，形成更合理的人機關系，使帕金森老人使用時可以緩解自身的行動障礙，得到安全、舒適的使用體驗[10]。

（三）設計功能分析

1.助行支撐功能：助行器最為主要的功能就是支撐人體重量并輔助用戶行走，主體框架呈X形，結構穩定，安全感十足。

2.燈光激勵功能：助行器行進時設置了紅色激光燈照射前方功能，手握助行器把手時，通過傳感器感應可自動開啟激光燈，手部離開把手時則激光燈熄滅，操作簡單方便。激光開啟時在助行器的正前方出現一條紅色的激光線條（如圖2），作為行進時的可視信號，激勵帕金森老年人向前行走，緩解帕金森老人身體僵直，步態緩慢，凍結步態等癥狀。

3.休息功能：休息坐墊可旋轉，需要使用時則可以調整至座椅模式（如圖3），平常不需要使用座椅時，則可以將坐墊由下向上抬起收起。

4.儲物功能：傳統的助行器通常會在助行器底部設計儲物籃儲物，考慮到帕金森老年人不方便彎腰拿東西且出行時也不會攜帶重物，帕金森老年人助行器只設計了儲物掛鉤，通常攜帶的物品包括藥片，水杯等較輕物品，儲物掛鉤不僅可以滿足用戶需求，也簡化了助行器結構和減輕了助行器整體的重量。

5.可折疊功能：助行器后腿部分可向前折疊，后輪部分也可向上折疊，整體可折疊成一字形，可折疊操作在家庭外出游玩時就比較方便，可輕松折疊放入轎車車內。

6.剎車功能：采用了一鍵按鈕式操作，不需要帕金森老年人具有很強的手部握力，需要剎車或者發生緊急情況時，帕金森老人只需要將兩側按鈕向里按，則啟動剎車裝置，實現一鍵制停，操作輕松簡單。

（四）設計要素分析

1.結構分析。助行器分為兩種使用模式，在站姿情況下使用的結構是X形（見圖3），安全穩固，給帕金森老年人足夠的安全感；在坐姿情況下（見圖3）可將坐板旋轉至水平角度進行使用，需出行攜帶時或者平時無需使用時可將助行車進行折疊放置（見圖4），減少占地空間，易于出行攜帶；把手形狀依據手部輪廓設計，提升手握的舒適度。

2.材料選擇。助行器設計在材料上注重輕便結實，以質輕、耐腐蝕、色澤光亮美觀的鋁合金型材為主；連接件采用耐磨性好且運動順暢的合金材料；座椅和靠背采用柔軟的皮質材料，滿足帕金森老年人的生理需求；把手采用橡膠材料，耐磨防滑并且柔軟；其余輔助部件選用塑料，強度高且具有較好的造型能力[11]。

3.色彩搭配。助行器在色彩上以黑、灰色為主色調。黑色沉穩給人安全感，灰色作為搭配色調采用鋁合金材質，體現出輕便感，橙色作為跳色搭配，為老年人增加自信心，剎車制停按鈕選用紅色，對比明顯且警示性高，確保老年人在遇到危險時能夠及時辨別快速觸碰。

助行器是帕金森老人與外界聯系的重要工具，也是支撐帕金森老人外出參與社交活動中較為穩定的工具，參與社交活動在一定程度上舒緩心情，延緩病情的惡化，增強帕金森老人的自信心，提高老年生活質量。

結語

隨著帕金森老年人患者的逐年增加，帕金森患者自身以及其家庭各方面的壓力也逐步加大，對帕金森患者生理和心理壓力的緩解成為重要課題。助行器能夠為帕金森患者出行提供幫助，提升患者生活質量，減少對家人的依賴，一定程度上保證了患者自身安全，給予帕金森患者自我滿足感。本文基于人機工程學的基礎上對無動力式四輪多功能激光助行器進行再設計，有助于更好地為帕金森患者服務，緩解帕金森患者及其家人的壓力、給予病患積極的心理關照。希望通過本文研究，能夠吸引更多設計師關注帕金森患者，從而使更多優質產品進入患者日常生活，提升帕金森患者的生活質量，讓患者擁有一個美好的晚年生活。