材料组成。弹性气囊结构柔顺性、轻便性较强，网状纤维结构能够保持产品的刚性特性，可对患者患臂起到良好的支撑与保护作用，可助力患肢做屈伸运动，避免二次伤害。
（二）产品功能设计：本研究设计的上肢助力产品，包含被动训练与主动训练两种训练模式。被动训练适用于骨折恢复期与肌力受损患者，产品模式根据患者患臂情况定制模式难易进度，从简单到复杂，助力逐渐疢复患者患臂肌力;主动训练适用于骨折康复期与肌力受损患者，根据患者主观意识选择训练模式，对患肢进行走制训练，培养患者的自主恢复意识。
上肢助力产品包含双臂训练，平衡与协调患者双臂的康复状况，使患者能够及时比对左右手臂恢復情况，推进患者康复进度。
（三）人机工程学原理：（如图2）所示，人体肩、肘、腕部活动范围不同。在垂直方向，肩、腕部可做回旋、屈伸动作，肘部可做屈伸动作，在水平方向，肩、肘、腕部可做舒张动作。而骨折、肌力受损的患者，在臂力恢复期间，可佩戴带上肢助力设备，对肩、肘、腕部恢复过程进行干涉，上肢的运动状况可由僵直逐渐恢复到正常状态，上肢助力产品的关节活动范围均可通过编程等方式进行预设。
（四）产品设计方案：本研究采用仿生设计中结构仿生与功能仿生的设计方法，探究了肌肉的纤维组织结构，参考气动肌肉的结构原理，模拟设计充气气囊式纤维结构。该结构具备仿生肌肉的收缩、舒张性能，能够完整包裹患臂，分段助力。
根据上述人体上肢肌肉受力分析及人体测量肩、肘、腕部运动范围分析，上肢助力机器人设计点重点分为两部分：第一，根据肩肘腕部运动轨迹，设计助力器的施力大小、可运动方向及造型;第二，根据腕、肘、肩部运动范围与患臂各恢复阶段的运动需求，设走助力产品的不同训练模式。
本设计的产品所属类別为医疗设备，除去气囊结构的特定灰色组织色彩之外，仍需满足医疗设备的白色、蓝色等器械色彩需求。考虑到产品的情感化、人性化设计原则，将其设定为气囊弹取结构，操作简便、功能简易，增强产品的趣味性与轻便性，减弱医疗设备的繁重感，从而减轻用户在产品佩戴过程中的心理压力。
产品效果图及使用过程图（如图3）所示，按压设备表面开关按钮，设备左右两侧弹出纤维气囊结构，气囊舒张完毕后，用户可对结构从左向右进行套取穿戴，随后将设备表面束带结构包裹患肢上臂与大臂，用于设备的结构固定。用户在佩戴运动过程中，设备可根据用户自身的施力大小启动助力模式，同时，产品能够对用户人体信号进行肌电信号采集，生成运动、力量、肌肉活动、心率等相关训练数据，以满足患者的特定需求。
结论
仿生设计、柔性气动结构在助力设备中应用为本研究的上肢助力产品提供了诸多参考。柔性气动结构能够满足用户对助力产品的柔性需求与结构的刚性依托。后续研究将继续深入探索产品设计过程中的人机友好性、功能具体实施方式、对比所用材料的柔性特征与所依托的肌电信号采集技术，以为柔性气动上肢助力产品设计提供理论支持。
推荐访问： 上肢 柔性 助力 产品设计 肌肉
