浙江工業(yè)大學(xué)　兒童康復(fù)外骨骼產(chǎn)品設(shè)計(jì)

平雅沁　唐智川

辦學(xué)特色

我校工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)先后入選浙江省重點(diǎn)特色專業(yè)、浙江省優(yōu)勢(shì)專業(yè)、國(guó)家級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)；2022軟科中國(guó)大學(xué)專業(yè)排名前12%（A）。本專業(yè)擁有國(guó)家中小企業(yè)公共服務(wù)平臺(tái)、浙江省工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新服務(wù)平臺(tái)、浙江省工業(yè)設(shè)計(jì)研究院等平臺(tái)，依托這些平臺(tái)成立30余家校企聯(lián)合研發(fā)中心和校外實(shí)踐基地服務(wù)浙江省區(qū)域經(jīng)濟(jì)與中小企業(yè)，近三年重大橫向項(xiàng)目20余項(xiàng)，科研到款超3000萬(wàn)。本專業(yè)擁有教育部高等學(xué)校機(jī)械類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)委員1人，浙江省高等學(xué)校本科教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)設(shè)計(jì)學(xué)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)副主任委員1人；獲國(guó)家級(jí)教學(xué)成果獎(jiǎng)1項(xiàng)、省級(jí)教學(xué)成果獎(jiǎng)3項(xiàng)；連續(xù)六年在省屬高校同專業(yè)中錄取分?jǐn)?shù)最高；近三年學(xué)生獲互聯(lián)網(wǎng)+、挑戰(zhàn)杯、紅點(diǎn)獎(jiǎng)、全國(guó)大學(xué)生工業(yè)設(shè)計(jì)大賽、國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃等省部級(jí)以上獎(jiǎng)項(xiàng)100余項(xiàng)。

兒童康復(fù)外骨骼產(chǎn)品設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)者：平雅沁

指導(dǎo)老師：唐智川

院校：浙江工業(yè)大學(xué)

作者闡述：據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球有近2.4億殘障兒童。他們中的大多數(shù)存在肢體運(yùn)動(dòng)障礙，需要盡早進(jìn)行運(yùn)動(dòng)康復(fù)治療。外骨骼機(jī)器人技術(shù)已廣泛應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)康復(fù)領(lǐng)域，能夠?qū)崿F(xiàn)肢體的主被動(dòng)運(yùn)動(dòng)輔助。但市場(chǎng)上針對(duì)兒童患者的康復(fù)外骨骼產(chǎn)品仍較少。VRehab兒童康復(fù)外骨骼的設(shè)計(jì)目標(biāo)是在更自由的應(yīng)用場(chǎng)景下，使兒童在科學(xué)、有吸引力的康復(fù)流程中使用更智能的康復(fù)產(chǎn)品：將虛擬現(xiàn)實(shí)游戲融入運(yùn)動(dòng)康復(fù)，不僅提高兒童在康復(fù)訓(xùn)練中的積極性和配合度，沉浸式的信息反饋也能夠進(jìn)一步提升康復(fù)效果；產(chǎn)品造型提取自兒童喜愛(ài)的動(dòng)畫角色，減少醫(yī)療產(chǎn)品給兒童帶來(lái)的心理壓力。

VRehab配備了針對(duì)兒童的輔助康復(fù)VR游戲。趣味性的游戲引導(dǎo)兒童進(jìn)行下肢康復(fù)運(yùn)動(dòng)，能夠在訓(xùn)練過(guò)程中調(diào)節(jié)兒童的情緒，消除抵觸心理，促使兒童積極地進(jìn)行下肢康復(fù)訓(xùn)練。通過(guò)MPU采集外骨骼運(yùn)動(dòng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)游戲虛擬人的控制，同時(shí)家長(zhǎng)可以在PC端實(shí)時(shí)觀察下肢運(yùn)動(dòng)情況的反饋。

指導(dǎo)老師 唐智川

唐智川，博士、浙江工業(yè)大學(xué)社科院學(xué)術(shù)副院長(zhǎng)，教授，工業(yè)設(shè)計(jì)系主任，入選浙江省高校領(lǐng)軍人才培養(yǎng)計(jì)劃。主持國(guó)家自科基金、國(guó)家社科基金等項(xiàng)目10項(xiàng)；發(fā)表論文60余篇；獲中國(guó)商業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)特等獎(jiǎng)、紅點(diǎn)至尊獎(jiǎng)。

導(dǎo)師點(diǎn)評(píng)：腦性癱瘓是兒童致殘率最高的先天性疾病，發(fā)病率高達(dá)1.8%～4%，患兒由于神經(jīng)性損傷，會(huì)出現(xiàn)肢體運(yùn)動(dòng)障礙，嚴(yán)重影響日常生活質(zhì)量。

目前，面向腦性癱瘓兒童的康復(fù)模式存在康復(fù)依靠人力且康復(fù)師資源不足，康復(fù)價(jià)格高昂，效率低等缺陷，康復(fù)場(chǎng)景拓寬成為康復(fù)模式優(yōu)化的主要目標(biāo)。康復(fù)場(chǎng)景的拓寬需要依托智能康復(fù)設(shè)備，市面上成熟的康復(fù)機(jī)器人產(chǎn)品均面向成人，可供成人在家庭、社區(qū)等場(chǎng)景下進(jìn)行康復(fù)，而專為兒童設(shè)計(jì)的康復(fù)機(jī)器人產(chǎn)品仍未落地使用，缺乏滿足兒童生理、心理需求的康復(fù)產(chǎn)品。此外，康復(fù)訓(xùn)練的過(guò)程枯燥乏味，患兒存在注意力不集中、產(chǎn)生抵觸心理等影響康復(fù)效率的負(fù)面情緒。

在此背景下，本課題針對(duì)具有肢體運(yùn)動(dòng)障礙并處于康復(fù)后期的神經(jīng)損傷疾病兒童，設(shè)計(jì)一款下肢康復(fù)外骨骼機(jī)器人產(chǎn)品。

本課題設(shè)計(jì)一款面向兒童用戶的下肢康復(fù)外骨骼產(chǎn)品，包括符合兒童人機(jī)尺寸的下肢外骨骼硬件和交互式的趣味康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)。通過(guò)人機(jī)交互的閉環(huán)控制系統(tǒng)，同時(shí)滿足主被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練模式，并輔助以游戲化的康復(fù)流程以及實(shí)時(shí)生理數(shù)據(jù)反饋康復(fù)進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)輔助康復(fù)產(chǎn)品智能化、個(gè)性化的康復(fù)訓(xùn)練。作者在設(shè)計(jì)前期首先采用文獻(xiàn)研究法，通過(guò)大量的相關(guān)背景文獻(xiàn)了解目前兒童康復(fù)外骨骼研究現(xiàn)狀和主被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練的流程研究現(xiàn)狀，將虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于康復(fù)運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，以及康復(fù)領(lǐng)域人機(jī)交互的相關(guān)技術(shù)知識(shí)，并對(duì)目前的兒童康復(fù)運(yùn)動(dòng)類產(chǎn)品進(jìn)行同類競(jìng)品調(diào)研，分析目前市面上產(chǎn)品共性和特性的問(wèn)題，總結(jié)和歸納兒童產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注意的內(nèi)容以及產(chǎn)品的形態(tài)色彩特征規(guī)律。

其次，通過(guò)用戶觀察和用戶訪談法，對(duì)目標(biāo)用戶的行為習(xí)慣、用戶體驗(yàn)進(jìn)行歸納總結(jié)，分析得出課題需要解決的核心痛點(diǎn)問(wèn)題和用戶需求，以及本課題相關(guān)的人機(jī)交互規(guī)范，總結(jié)出合理的康復(fù)訓(xùn)練流程。

產(chǎn)品造型與外觀設(shè)計(jì)的主要方向?yàn)閰^(qū)別于傳統(tǒng)醫(yī)療器械，以減少醫(yī)療設(shè)備給用戶帶來(lái)視覺(jué)上的緊張與心理負(fù)擔(dān)。具體包括流線型的曲面造型和更活力、新穎，符合該年齡段兒童審美的配色。此外，形態(tài)與外觀可根據(jù)兒童不同身形尺寸與審美進(jìn)行個(gè)性化定制，從而滿足不同患兒的需求。

VRehab兒童外骨骼配備的軟件產(chǎn)品為趣味康復(fù)小游戲，游戲設(shè)定為行走步態(tài)訓(xùn)練小游戲，運(yùn)用VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)。VRehab外骨骼可以與主流VR眼鏡產(chǎn)品通過(guò)藍(lán)牙連接，并在VR眼鏡中載入游戲，佩戴VR游戲可在開(kāi)闊安全的空間中由家長(zhǎng)監(jiān)護(hù)開(kāi)始行走訓(xùn)練。通過(guò)可視化的沉浸式界面提供全方位的聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)刺激。游戲化程序和交互界面能增加趣味性，提高患兒進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的積極性，優(yōu)化康復(fù)體驗(yàn)。

該作品針對(duì)當(dāng)今社會(huì)的重要需求調(diào)查了兒童下肢康復(fù)外骨骼的發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有便攜化、家庭化、智能化的特點(diǎn)，通過(guò)創(chuàng)新游戲化的康復(fù)模式優(yōu)化兒童康復(fù)訓(xùn)練流程，對(duì)于臨床實(shí)踐、改善康復(fù)效果及提高康復(fù)效率具有重要意義。