戴學(xué)杰 叢曉妍

摘要：為提升痙攣恢復(fù)期患者或肌力弱項群體對下肢肌力康復(fù)訓(xùn)練產(chǎn)品的認(rèn)同感和使用體驗。 以視知覺為切入點(diǎn)，通過肌肉電（EMG）傳感技術(shù)對比常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練與以Kinect體感交互設(shè)備為媒介實(shí)現(xiàn)的視覺反饋康復(fù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)對比分析。 下肢視覺反饋康復(fù)訓(xùn)練比常規(guī)訓(xùn)練中產(chǎn)生的肌電數(shù)值大，肌肉活性高，肌張力高，肌肉群訓(xùn)練力度更加明顯。根據(jù) FBS 模型進(jìn)行指導(dǎo)下肢訓(xùn)練產(chǎn)品的設(shè)計流程和思路，最后設(shè)計一種兼顧動作引導(dǎo)軌跡捕捉及下肢關(guān)節(jié)訓(xùn)練的設(shè)備。

關(guān)鍵詞：視知覺 體感交互 下肢康復(fù) 產(chǎn)品設(shè)計 FBS 模型

中圖分類號：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069（2023）19-0100-04

Abstract：In order to enhance the sense of identification and use experience of convalescent patients or weak muscle strength groups for lower limb muscle rehabilitation training products.Taking visual perception as the starting point，the conventional rehabilitation training was compared with the visual feedback rehabilitation training data realized by the Kinect somatosensory interaction device by muscle electrical（EMG）sensing technology.Lower limb visual feedback rehabilitation training is larger than the myoelectric value generated in conventional training，muscle activity is high，muscle tone is high，and the training strength of muscle groups is more obvious.According to the FBS model，the design process and ideas of the guided limb training product are carried out，and finally a device is designed that takes into account the action-guided trajectory capture and the training of the lower limb joints.

Keywords：Visual perception Somatosensory interaction Lower limb rehabilitation Product design FBS model

引言

腦卒中是腦構(gòu)造毀傷的一種疾病，也是導(dǎo)致下肢肌力萎縮的第一要因，我國每一年新發(fā)腦卒中約240萬人，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于周邊發(fā)達(dá)國家，并呈年輕化趨向。超過70%的腦卒中患者會陷入各種肢體功能方面的窘境[1]，致使偏癱率升高，使得康復(fù)過程變得艱難而又漫長[2]。目前，類腦技術(shù)、生物力學(xué)，以及心理學(xué)已經(jīng)介入下肢康復(fù)訓(xùn)練方式的研究中，Saetta，G等[3]研究了未被充分研究的假肢和視運(yùn)動知覺之間的聯(lián)系，如兩個固體實(shí)體相互不可穿透的隱含概念，可以指導(dǎo)身體運(yùn)動的視覺感知。程梟等[4]研究證實(shí)下肢康復(fù)設(shè)備在鏡像療法的作用下，經(jīng)過視覺形成規(guī)范的運(yùn)動幻覺，對本體感覺產(chǎn)生某種刺激，進(jìn)而對肢體的運(yùn)動肌力恢復(fù)產(chǎn)生了良好影響。王子梅等[5]研究的視覺虛擬場景加入下肢康復(fù)中能豐富患者的視覺性，以視覺刺激換取積極性，有助于根據(jù)自身狀況設(shè)定階段性的訓(xùn)練計劃。從而得出視知覺與肢體康復(fù)產(chǎn)生某種關(guān)聯(lián)，故以實(shí)驗證實(shí)了視知覺與下肢運(yùn)動的協(xié)調(diào)性，在完成預(yù)期運(yùn)動幅度和規(guī)范糾正肢體動作訓(xùn)練的同時可持續(xù)增加運(yùn)動的肌肉活性，因此將視知覺理論應(yīng)用于下肢肌力康復(fù)產(chǎn)品設(shè)計研究具有較大意義。

一、視知覺理論與下肢運(yùn)動

（一）視知覺理論：視知覺理論是魯?shù)婪颉ぐ⒍骱Ｄ吩诟袷剿睦韺W(xué)的基礎(chǔ)上創(chuàng)建的一套用于心理學(xué)研究的系統(tǒng)理論，該理論在行為設(shè)計學(xué)中的應(yīng)用較為普遍，有關(guān)研究較多應(yīng)用在心理研究及交互體驗范疇，特別是醫(yī)療康健、體育活動、交際活動等領(lǐng)域。該理論認(rèn)為，知覺和動作都有一個同享的表征，即“配合代碼”，國外神經(jīng)生理學(xué)家和諾貝爾獎得主羅杰·斯佩里認(rèn)為，知覺-動作周期是神經(jīng)系統(tǒng)的基本邏輯，而視知覺與動作的聯(lián)系在功能又是相互纏結(jié)的，如圖1。人機(jī)交互經(jīng)過視覺上的信息傳遞提升產(chǎn)品的體驗效果，從感性層面去迎合用戶在心理方面的需要[6]。運(yùn)動是最容易引起眼睛強(qiáng)烈注意的現(xiàn)象，而視覺可以刺激大腦運(yùn)動知覺運(yùn)作，棘上神經(jīng)收到感覺輸入會做出刺激物向引的趨勢，可用于肢體軌跡引導(dǎo)控制、反饋表現(xiàn)和運(yùn)動進(jìn)度等三維空間信息的識別。

（二）下肢運(yùn)動中的視知覺分析：為了切實(shí)考慮肌力患者人群的下肢肌力的康健，又能夠?qū)崟r規(guī)范肢體的運(yùn)動動作，且康復(fù)中不乏娛樂性，用視知覺理論去評判下肢康復(fù)動作的活動有不少的優(yōu)勢。首先，人們在大腦認(rèn)知中的信息會針對視知覺的傳遞下達(dá)運(yùn)動意向的指令，把空間看作是一個統(tǒng)一體，以下肢作為運(yùn)動載體，通過視知覺的傳遞對空間認(rèn)知做出某種運(yùn)動傾向，然后會以實(shí)際的下肢活動的形式作出回應(yīng)[7]。其次，視覺感知會隨著動作的表現(xiàn)，無意識地對其活動的方向進(jìn)行追捕，活動的勢頭會產(chǎn)生力度感和動量感，不僅僅豐富了人們視知覺的體驗，也不經(jīng)意地增加了下肢肌肉群的協(xié)調(diào)運(yùn)作能力，通過提供準(zhǔn)確的姿態(tài)和角度或者肢體的某一部位的信息，得到足以說明的問題表征，能夠把那些重要的信息及時而又清晰地反饋給眼睛，所以兼顧動作引導(dǎo)軌跡捕捉及下肢關(guān)節(jié)訓(xùn)練加入下肢肌力患者人群特征需求的訓(xùn)練中十分必要。

二、用戶人群下肢運(yùn)動特征與視知覺軌跡運(yùn)動模式

（一）用戶人群下肢運(yùn)動特征：下肢肌力弱的群體在日?；顒泳哂信e步維艱的苦惱，嚴(yán)重影響到個人生活[8]。患者在治愈后仍會有下肢肢體運(yùn)動功能遲鈍和擺動不規(guī)范的煩惱，通常表現(xiàn)為自動屈膝、屈髖、踝背屈能力受限、步態(tài)異樣、重心轉(zhuǎn)移差及下肢各樞紐關(guān)頭受制約等問題，嚴(yán)重滋擾到患者的正?；顒?。

下肢肌力患者人群是由于腦卒中或身體體弱造成的部分身體機(jī)能損傷，或者無法提供充足能量而造成的慢性化障礙，由于中樞運(yùn)動神經(jīng)元的受損，致使本體感覺受到不同程度的損傷或喪失，活動能力受到頗多影響。高級中樞神經(jīng)對意識運(yùn)動功能的控制力喪失，導(dǎo)致肌肉張力異常、肌群無法協(xié)調(diào)運(yùn)作、平衡能力降低、步態(tài)失衡等，對正常行走產(chǎn)生困擾。心理的負(fù)面情感所產(chǎn)生的自卑、焦慮、情緒化等會產(chǎn)生壓抑的心理情感，繼而恢復(fù)時間比較長，加上治療康復(fù)訓(xùn)練中患者會時常出現(xiàn)反感、無聊、排斥等心理，使康復(fù)周期變得愈加困難。下肢肌力患者人群相比于重癥性癱瘓最明顯的區(qū)別就是，他們可以借助輔助器材主動地、有規(guī)律地、規(guī)范性地進(jìn)行下肢肢體活動。通過對用戶下肢運(yùn)動特征分析得出：在輔助器材需求層次方面脫穎而出的主要為多種且生動的訓(xùn)練模式、居家訓(xùn)練，智能化訓(xùn)練、操作簡單易學(xué)、鏡像訓(xùn)練等。

（二）下肢視知覺軌跡運(yùn)動模式 ：經(jīng)過相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)查和用戶的下肢運(yùn)動特征分析得出目標(biāo)用戶的需求，康復(fù)訓(xùn)練方面：在無醫(yī)師、護(hù)工人員或家人攙扶的情況下依然可以進(jìn)行有效運(yùn)動訓(xùn)練。功能方面：主被動康復(fù)糾正步態(tài)，預(yù)先設(shè)定輸入量和輸出量，可視化App界面，能夠產(chǎn)生互動，數(shù)據(jù)實(shí)時記錄保存。人機(jī)互動主要是借助產(chǎn)品界面與用戶產(chǎn)生某種聯(lián)系，使用戶能夠沉浸體驗中的同時，又能夠完成預(yù)期目的。

通過軌跡捕捉肢體運(yùn)動可規(guī)范下肢肢體特定訓(xùn)練運(yùn)動模式，增加運(yùn)動的積極性和肢體肌力訓(xùn)練的規(guī)范性，以視知覺為引導(dǎo)，肢體的訓(xùn)練會將捕捉的軌跡呈現(xiàn)給眼睛，眼睛會經(jīng)過大腦的視知覺運(yùn)作刺激而使其具有運(yùn)動的傾向，以此反復(fù)形成閉環(huán)訓(xùn)練。軌跡的應(yīng)用可以實(shí)時展現(xiàn)出肢體運(yùn)動的姿態(tài)狀況，將其運(yùn)用在下肢康復(fù)訓(xùn)練中具有重要理論和實(shí)踐意義，而為證明視知覺軌跡運(yùn)動模式的可行性需用實(shí)驗驗證。

三、基于視知覺的下肢康復(fù)訓(xùn)練功能原型組成與康復(fù)訓(xùn)練測試

（一）下肢康復(fù)訓(xùn)練測試原型硬件介紹：Kinect 是美國微軟公司于 2010年初次推出的活動傳感輸入技術(shù)，可跟蹤用戶的身段活動，以現(xiàn)實(shí)行動把持游戲畫面中的人物，可以活動健身，有益于身心健康。該設(shè)備可使使用者產(chǎn)生身臨其境的錯覺，增添了極強(qiáng)的娛樂體驗，使人與產(chǎn)品的互動更加靈動[9]。

表面肌電（surface electromyogram，sEMG）信號是通過電子的電位差測量肌肉的生物電活動，其幅度與肌肉激活水平有關(guān)，功率譜密度反映肌肉傳導(dǎo)速度。surface肌電圖通過傳達(dá)有關(guān)肌肉激活的信息，例如，肌肉收縮的強(qiáng)度、肌肉疲勞的肌電表現(xiàn)和運(yùn)動單元的募集。肌肉電數(shù)值的起伏變化對應(yīng)著人體神經(jīng)肌肉的運(yùn)動收縮狀態(tài)，受到各界研究者的深入研究，目前應(yīng)用在肌肉活性評價和肌電控制程序中[10]。其中，表面肌肉電信號是測量肌肉的活性起伏變化的方法，運(yùn)動積極性越高，肌肉電數(shù)值越大，肌張力也就越大。

（二）基于視運(yùn)動知覺的下肢康復(fù)訓(xùn)練功能原型組成：視覺刺激知覺下肢康復(fù)訓(xùn)練功能硬件原型需要用到膝關(guān)節(jié)護(hù)具、體感交互設(shè)備、肌肉電傳感器和屏幕顯示裝置。下肢樞紐關(guān)頭護(hù)具是膝樞紐關(guān)頭根基活動作用工具，具備庇護(hù)和輔助膝樞紐關(guān)頭活動的效果。體感交互設(shè)備采用的是Kinect v2.0，以點(diǎn)作為樞紐關(guān)節(jié)，線作為下肢肢體，可以對人體下肢采取行動點(diǎn)捕獲，對人體下肢關(guān)節(jié)活動姿態(tài)實(shí)行辨識。屏幕顯示裝置是對行動點(diǎn)捕獲姿勢辨識的視覺顯現(xiàn)，是用戶比較活動姿勢是不是規(guī)范的參照。sEMG信號采集采用芯未來公司的USB-007板卡件，肌肉電傳感器可測量肌肉的運(yùn)動活性，可以比較在常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練與以Kinect v2.0體感交互設(shè)備為媒介實(shí)現(xiàn)的視覺反饋康復(fù)訓(xùn)練膝關(guān)節(jié)運(yùn)動時人體肌肉，如圖2。

（三）實(shí)驗設(shè)計：為了創(chuàng)建一種視覺刺激交互式下肢康復(fù)訓(xùn)練方式并證明其訓(xùn)練效果，針對下肢運(yùn)動姿態(tài)中的進(jìn)行運(yùn)動分析，如表1。

本實(shí)驗以膝關(guān)節(jié)運(yùn)動為主要康復(fù)評測，設(shè)置了人體在相同環(huán)境條件下的兩種不同訓(xùn)練方式，以驗證視覺刺激交互式下肢康復(fù)訓(xùn)練方式聯(lián)合外骨骼設(shè)備相比常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練具有更好的效果，設(shè)為A組（常規(guī)膝關(guān)節(jié)運(yùn)動訓(xùn)練）、B組（視覺刺激下膝關(guān)節(jié)運(yùn)動訓(xùn)練）。

（四）實(shí)驗過程：A組分別開始膝關(guān)節(jié)屈/伸、內(nèi)旋/外旋活動，每次各10下；B組分別開始下肢視覺刺激導(dǎo)向的膝關(guān)節(jié)屈/伸、內(nèi)旋/外旋活動，每次各10下，每次實(shí)驗間隔休息1min，對照完成動作的概況和surface肌電信號值的轉(zhuǎn)變。先使用免洗消毒液清拭被測部位的皮膚，以清除皮膚表面附著的油脂和污漬，將電極粘貼在膝關(guān)節(jié)檢測通道的腘繩肌和股四頭肌位置，兩電極中心距離為2～3cm，參考電極貼于小腿處，電極之間的距離保持不變。將導(dǎo)連接線固定在腿部，避免實(shí)驗過程中導(dǎo)聯(lián)線晃動而產(chǎn)生干擾。

（五）結(jié)果與分析：通過觀察正常下肢投射的運(yùn)動實(shí)時影像，采用肌電傳感評測，對8名神經(jīng)系統(tǒng)健康者的受試者進(jìn)行驗證分析。

據(jù)得出的肌電數(shù)據(jù)用matlbe中圖表工具對有無視覺刺激條件下膝關(guān)節(jié)屈/伸中的腘繩肌和股四頭肌的肌電采集參與的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化對比分析，如圖3和圖4。在常規(guī)條件下的腘繩肌肌電值平均最高為147HZ，股四頭肌肌電值平均最高為151HZ，而在有視覺刺激條件下的腘繩肌肌電值平均最高為152HZ，股四頭肌肌電值平均最高為154HZ，故在有視覺刺激的條件下，膝關(guān)節(jié)的腘繩肌和股四頭肌的肌電數(shù)值均比無視覺刺激的數(shù)值大。上述中提到肌電數(shù)值的大小與肌肉活性成正比，由此得出以肢體軌跡路線促使人機(jī)互動的形成，可以提高運(yùn)動積極性，增大肌張力，對下肢肌力運(yùn)動康復(fù)具有明顯的康復(fù)訓(xùn)練效果。

肢體軌跡引導(dǎo)康復(fù)活動可以觸發(fā)患者時空被動感知本能，其中，時間知覺是幫助患者判斷軌跡引導(dǎo)的速度、停歇、應(yīng)對反應(yīng)時間差以及能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)判下一步路徑的可能性?？臻g知覺是幫助患者對來回的軌跡曲線進(jìn)行三維建模，形成相對準(zhǔn)確捕捉的判斷依據(jù)。視知覺有助于患者提前充分調(diào)動下肢肌群肌力，對軌跡的運(yùn)作來臨提高反應(yīng)速率，達(dá)到準(zhǔn)確無誤，從而取得提高運(yùn)動興奮度的結(jié)果，因此可將其應(yīng)用在下肢康復(fù)設(shè)備設(shè)計中，以實(shí)時展現(xiàn)出肢體運(yùn)動的姿態(tài)狀況。

四、基于 FBS 模型的下肢康復(fù)設(shè)備設(shè)計思路與策略

（一）下肢康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備的FBS模型構(gòu)建：FBS模型是20世紀(jì)90年代Gero等人提出的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計方法，在得到用戶需求的基礎(chǔ)上對“功能-行為-結(jié)構(gòu)”的關(guān)系來分析產(chǎn)品設(shè)計的流程[11]，常應(yīng)用在產(chǎn)品設(shè)計與制造領(lǐng)域。通過對用戶的運(yùn)動特征需求分析、視知覺軌跡運(yùn)動的實(shí)驗驗證，形成了產(chǎn)品的功能匯總，并結(jié)合 FBS 模型，將功能對應(yīng)到行為層次之中，然后對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)層次進(jìn)行梳理歸納。根據(jù)上述下肢運(yùn)動特征需求分析和肢體軌跡識別實(shí)驗驗證的結(jié)果，得出3個主要的功能區(qū)：運(yùn)動功能區(qū)、顯示功能區(qū)、姿態(tài)捕捉功能區(qū)。

1.功能構(gòu)建行為：在明確用戶下肢訓(xùn)練基本需求之后，依據(jù)FBS模型對產(chǎn)品的功能進(jìn)行整理、分化，得到基本訓(xùn)練、主被動支撐、交互顯示、姿態(tài)捕捉等功能；再按照層級從功能的歸納構(gòu)建在行為條理上，髖、膝、踝關(guān)節(jié)的活動由設(shè)備的活動練習(xí)功能映照，阻力調(diào)制、角度調(diào)制、尺寸調(diào)制由調(diào)制功能構(gòu)建，主被動活動、觸摸屏、語音調(diào)制、活動速度調(diào)制由節(jié)制功能構(gòu)建，活動軌跡及時檢測捕獲、數(shù)據(jù)保留可視化由監(jiān)測功效構(gòu)建，機(jī)電傳動、牽引繩傳動由輔助運(yùn)動功能構(gòu)建。

2.行為構(gòu)建結(jié)構(gòu)：在行為-結(jié)構(gòu)的構(gòu)建中，行動與結(jié)構(gòu)之間的構(gòu)建干系顯現(xiàn)一對多的形式排列，在設(shè)計中要綜合人機(jī)尺寸、舒適度與結(jié)構(gòu)的相互干系，合理布置設(shè)計模塊的結(jié)構(gòu)。一個產(chǎn)物的完整性是由多個布局模塊構(gòu)成，為了清楚歸納布局，映照中的類似行動會綜合到一個構(gòu)造區(qū)。在運(yùn)作的過程中結(jié)構(gòu)區(qū)會分工運(yùn)行，相互銜接而又互不干擾，有利于整個產(chǎn)品的布局，并對行為到結(jié)構(gòu)的映照起到歸納效能，最后設(shè)計出下肢動作訓(xùn)練引導(dǎo)軌跡捕捉訓(xùn)練產(chǎn)品。通過構(gòu)建下肢動作訓(xùn)練引導(dǎo)軌跡捕捉訓(xùn)練設(shè)備的 FBS 模型，如圖5，可以指導(dǎo)方案的進(jìn)一步設(shè)計，同時對相關(guān)醫(yī)療康復(fù)產(chǎn)品的設(shè)計起到了參考作用。

（二）下肢康復(fù)外骨骼輔具設(shè)備的主被動康復(fù)訓(xùn)練策略：外骨骼輔具設(shè)備是該主體設(shè)備的重要組成部分，分析到目前下肢康復(fù)外骨骼輔具有較多不足之處，其中包括患者運(yùn)動的可識別性和人機(jī)交互方式。通過對運(yùn)動的可識別性和人機(jī)交互的整合，對其主被動控制系統(tǒng)訓(xùn)練策略進(jìn)行詳細(xì)分析，如圖6。

1.主動運(yùn)動視覺軌跡識別：運(yùn)動視覺辨認(rèn)可以有效地輔助下肢肢體動作之間的銜接，針對具有自主活動能力的患者，患者進(jìn)行主觀意識軌跡運(yùn)動，經(jīng)過康復(fù)設(shè)備識別區(qū)主動識別患者的運(yùn)動軌跡，從而將患者的主觀運(yùn)動軌跡映射到顯示區(qū)，以供患者實(shí)時觀察運(yùn)動姿態(tài)，并進(jìn)行糾正。

2.被動運(yùn)動控制訓(xùn)練：人體下肢在外骨骼區(qū)域輔助下，跟隨預(yù)先設(shè)定肢體軌跡運(yùn)動，活動軌跡包含軌跡肢體擺動角度、速度、周期等，經(jīng)自適應(yīng)節(jié)制算法編入外骨骼活動系統(tǒng)中，從而引導(dǎo)肢體活動。其中，為了顧慮到不同用戶的情況，對運(yùn)動參數(shù)設(shè)置需進(jìn)行個人調(diào)整且有著精準(zhǔn)的要求。

五、基于FBS模型的下肢視知覺反饋康復(fù)設(shè)備方案設(shè)計實(shí)踐

通過對下肢視知覺反饋康復(fù)設(shè)備的 FBS 模型構(gòu)建和康復(fù)訓(xùn)練策略的分析，進(jìn)一步推進(jìn)了方案設(shè)計的實(shí)現(xiàn)，本章基于下肢視知覺反饋康復(fù)設(shè)備的 FBS 模型與相應(yīng)設(shè)計原則完成方案的設(shè)計。

（一）下肢視知覺反饋康復(fù)設(shè)備設(shè)計原則

根據(jù)用戶人群的特征需求和下肢軌跡運(yùn)動模式分析，下肢視知覺反饋康復(fù)設(shè)備需滿足以下幾個原則：

1.實(shí)用性：明確產(chǎn)品是面向中老年下肢Ⅳ級和Ⅴ級這兩個康復(fù)階段的用戶展開設(shè)計研究，如表2。功能實(shí)用性是干預(yù)訓(xùn)練達(dá)到強(qiáng)化肢體的基本功能，是醫(yī)療產(chǎn)品設(shè)計實(shí)現(xiàn)的第一位，首要確保功能穩(wěn)定和運(yùn)行態(tài)勢平穩(wěn)，對產(chǎn)品功能的負(fù)責(zé)也是對用戶、對自己設(shè)計職責(zé)的負(fù)責(zé)，絕不能給人身體健康帶來安全隱患。

2.簡潔美觀性：產(chǎn)品的視覺效果對于用戶建立良好的第一印象起著非常重要的作用，在保證產(chǎn)品價值的同時，美觀性是衡量產(chǎn)品的砝碼。產(chǎn)品造型需具備親和力，力求達(dá)到用戶對下肢康復(fù)訓(xùn)練產(chǎn)品的認(rèn)同感，從用戶的使用體驗給用戶以安全、有效、親和的心理展示，增加用戶對產(chǎn)品的接受程度。溫暖人心的設(shè)計更需產(chǎn)品的界面簡潔、使用方便、在配色上不追求“視覺沖擊性或攻擊性”，讓用戶感到舒心和安全，也使用戶能快速進(jìn)入狀態(tài)，而不易產(chǎn)生使用疲憊的情況。

3.循序漸進(jìn)性：按照康養(yǎng)訓(xùn)練的預(yù)期行為進(jìn)行漸進(jìn)式訓(xùn)練，幫助用戶逐漸增加康復(fù)訓(xùn)練認(rèn)識，借助姿態(tài)捕捉區(qū)動作捕捉和顯示區(qū)的軌跡引導(dǎo)，使用戶有針對性地完成各階段的訓(xùn)練任務(wù)，并引導(dǎo)用戶掌握主動性、實(shí)踐性、重復(fù)性、適量性和刺激的豐富性等規(guī)律以賦予產(chǎn)品功能多樣化。

4.體驗性：智能的人機(jī)交互體驗是人與產(chǎn)品心靈傳遞的良劑，可以締造真正的人性化康養(yǎng)計劃，使用戶感受充沛的體驗意象。將使用體驗、診療體驗同時加持在下肢視知覺反饋康復(fù)設(shè)備中，可使用戶具有良好的使用感受和使用過程，視知覺軌跡的引導(dǎo)和規(guī)劃性運(yùn)動使其更加耐人尋味。

5.舒適性：產(chǎn)品，特別是醫(yī)療方面的產(chǎn)品對舒適度的要求極高，舒適度是用戶體驗的一個重要的標(biāo)準(zhǔn)，包括安全性、體驗性考慮在內(nèi)的一系列因素均屬于舒適度的范疇。

（二）方案設(shè)計

視知覺反饋康復(fù)設(shè)備設(shè)計滿足患者的康復(fù)訓(xùn)練功能、實(shí)時交互和肢體軌跡引導(dǎo)功能，能夠安全、有效、規(guī)范地協(xié)助患者完成基本訓(xùn)練動作，從功能角度出發(fā)，在FBS模型康復(fù)設(shè)備的設(shè)計原則下將其主體劃分為三個主要功能區(qū)。

1.外骨骼結(jié)構(gòu)區(qū)：根據(jù)我國成年人人體尺寸國家標(biāo)準(zhǔn)獲得人體大腿、小腿尺寸，并考慮產(chǎn)品的共享普適性，外骨骼輔助設(shè)備采取成年人人體尺寸中位數(shù)50組數(shù)據(jù)為宜。外骨骼結(jié)構(gòu)與綁帶進(jìn)行可拆解設(shè)計，穿戴方便，其中肢體軌跡識別傳感器設(shè)置在綁帶中，外部設(shè)置軟織物，保證與肢體舒適接觸。2.姿態(tài)捕捉區(qū)：采用pycharm動作捕捉原理，采集外骨骼區(qū)患者下肢運(yùn)動的姿態(tài)，將采集的信息數(shù)據(jù)上傳至視覺顯示區(qū)。3.視覺顯示區(qū)：通過捕捉到的下肢姿態(tài)運(yùn)動狀況以實(shí)時呈現(xiàn)給患者，實(shí)現(xiàn)邊訓(xùn)練邊檢測，以供不規(guī)范姿態(tài)的及時調(diào)整，與外骨骼輔助運(yùn)動區(qū)形成閉環(huán)，以此反復(fù)訓(xùn)練；也可從根據(jù)顯示區(qū)呈現(xiàn)的預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)以供患者參考訓(xùn)練。

該產(chǎn)品由下肢生物動力驅(qū)動設(shè)備和感應(yīng)識別設(shè)備組成，通過對下肢姿態(tài)中踝、膝、髖關(guān)節(jié)三維運(yùn)動軌跡的捕捉，并在顯示屏呈現(xiàn)下肢運(yùn)動軌跡狀態(tài)，如圖7，以4個點(diǎn)和線連接構(gòu)成人體下肢軌跡活動，從左至右分別為不同狀態(tài)下踝關(guān)節(jié)部位左右扭轉(zhuǎn)動作，膝關(guān)節(jié)部分前后屈伸動作，踝關(guān)節(jié)部分上下抬放動作。通過肢體軌跡的呈現(xiàn)可有效地規(guī)范姿態(tài)運(yùn)動，并且在訓(xùn)練的過程中增加康復(fù)訓(xùn)練的積極性，無形之中增加訓(xùn)練量，提升下肢肌肉群的協(xié)調(diào)運(yùn)作能力。在下肢外骨骼的輔助下實(shí)現(xiàn)主被動訓(xùn)練，協(xié)助患者的下肢肢體的擺動和伸展，其下的每一個肢體動作都可即時被前方的姿態(tài)捕捉區(qū)捕捉，并在顯示區(qū)呈現(xiàn)給用戶，且通過姿態(tài)軌跡捕捉對下肢運(yùn)動進(jìn)行綜合評價。

由于用戶身體及心理的特殊性，設(shè)備在造型設(shè)計方面趨于“常規(guī)化”，將下肢外骨骼設(shè)備與和互動顯示設(shè)備相結(jié)合，外觀和普通跑步機(jī)相似，如圖8所示為 KeyShot軟件渲染得出產(chǎn)品的三維產(chǎn)品效果圖。整體外觀設(shè)計在CMF設(shè)計要素分析下，外觀采用鈑金、塑料材料和橡膠材質(zhì)制作；考慮到用戶的情緒，在顏色上為了讓用戶感到舒心和安全，大面積選用灰色和白色，顯露親和感；金屬預(yù)處理和裝飾性電鍍等工藝增強(qiáng)產(chǎn)品的抗腐蝕性能，表面處理圓潤光滑，無鋒利棱角。站立訓(xùn)練中，雙手抓握把手，上肢可自然平放在支撐區(qū)，整體造型以高端、親和、舒適、智能作為設(shè)計點(diǎn)，用以滿足用戶的審美和舒適度的需求。

結(jié)語

人機(jī)工程學(xué)和交互設(shè)計的交叉運(yùn)用，在康復(fù)設(shè)備設(shè)計上得到空前的發(fā)展。綜合了視知覺理論和肢體運(yùn)動軌跡跟蹤技術(shù)，深度分析下肢肌力患者人群活動模式，提出了一種基于視知覺下肢運(yùn)動軌跡交互體驗設(shè)計方法，檢測下肢運(yùn)動的軌跡下肢可以集成到控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)智能檢測和評估，并實(shí)時呈現(xiàn)患者，及時規(guī)范、調(diào)整肢體運(yùn)動軌跡，并用實(shí)驗證實(shí)了該設(shè)計方法的有效性。將其具體應(yīng)用于下肢肌力障礙患者訓(xùn)練設(shè)備改良設(shè)計領(lǐng)域中，設(shè)計了一種兼顧動作引導(dǎo)軌跡捕捉及下肢關(guān)節(jié)訓(xùn)練的設(shè)備。▃

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