醫(yī)用輪椅的創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究

張莉　馬洪明　姚佳

摘要：近些年來(lái)，隨著社會(huì)人口老齡化程度越來(lái)越大，人們的身體狀況不容樂(lè)觀。心腦血管疾病和意外事故頻繁地發(fā)生導(dǎo)致肢體殘疾患者的數(shù)量急劇增加，因而輪椅的出現(xiàn)為眾多患者提供了巨大的方便。輪椅是病人康復(fù)的階段性工具，可輔助患者病人參與身體鍛煉和社交互動(dòng)，滿(mǎn)足其身心健康的需要。本文主要針對(duì)方便看護(hù)者輔助殘疾患者更便捷的上下輪椅，以及輪椅折疊性和舒適性的設(shè)計(jì)。輪椅是殘疾患者的第二身體，設(shè)計(jì)舒適的人機(jī)工學(xué)椅背和椅座，靈活趣味的交互系統(tǒng)，輪椅安全性的把握等至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：殘疾患者；健康；交互系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)IR：A

文章編號(hào)：1003-0069（2017）07-0116-02

引言

在現(xiàn)代醫(yī)療水平和醫(yī)療器械伴隨著科技高速發(fā)展的過(guò)程中，輪椅的工業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)輪椅提出了新的功能需求和目的。而現(xiàn)在大多數(shù)的輪椅缺乏創(chuàng)新設(shè)計(jì)元素，只是簡(jiǎn)單的生搬硬套，利用鋼架結(jié)構(gòu)與塑料基本材料的結(jié)合進(jìn)行折疊。而很多方面不僅不符合人機(jī)工學(xué)，也不符合殘疾人、老年人的正常使用習(xí)慣及需求。普通輪椅的主要結(jié)構(gòu)有輪椅架、車(chē)輪、剎車(chē)裝置及座靠。機(jī)器思維的智能化和普及化發(fā)展為輪椅的創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究提供新的思路，如果從人的生物性和工業(yè)設(shè)計(jì)的角度對(duì)現(xiàn)有輪椅提出新的設(shè)計(jì)需求與創(chuàng)新，從造型色彩、人機(jī)工學(xué)、材質(zhì)分析、安全性能對(duì)輪椅的結(jié)構(gòu)功能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而設(shè)計(jì)出符合用戶(hù)心理的產(chǎn)品，才能讓輪椅真正成為殘疾人的第二身體，陪伴在其左右。

一、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

輪椅的種類(lèi)依照傳動(dòng)原理劃分大概為手動(dòng)式和（半）自動(dòng)輪椅，依照使用功能劃分大概為可躺式的高背輪椅、競(jìng)技輪椅、爬梯輪椅、輔助輪椅、醫(yī)用輪椅等。本文主要研究醫(yī)用輪椅。

（一）國(guó)外研究現(xiàn)狀：20世紀(jì)30年代初，美國(guó)的一位井下礦工在一次突發(fā)的礦難事故中受傷，導(dǎo)致下體癱瘓不能行走。然而在朋友的協(xié)助下，其發(fā)明了一種便攜輪椅方便運(yùn)動(dòng)和行走，并且輪椅可以手動(dòng)折疊放置以便節(jié)省空間。到了80年代輪椅的工業(yè)設(shè)計(jì)剛剛發(fā)展，歐美國(guó)家逐漸開(kāi)始致力于康復(fù)設(shè)備和健身器械的研發(fā)和應(yīng)用。到20世紀(jì)末期以后，系統(tǒng)化的康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備和助行裝置研究設(shè)計(jì)才進(jìn)入全面發(fā)展的時(shí)期。國(guó)際上關(guān)于康復(fù)輪椅設(shè)計(jì)的研究逐漸增多。德國(guó)開(kāi)發(fā)出新一代下肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)Gait Trainer，秉承的德國(guó)設(shè)計(jì)的優(yōu)良品質(zhì)，不僅在造型的嚴(yán)謹(jǐn)漂亮具有強(qiáng)烈的科技感和現(xiàn)代設(shè)計(jì)元素，而且滿(mǎn)足的輪椅設(shè)計(jì)的人機(jī)工學(xué)理念，讓患者乘坐輪椅的時(shí)候身心都會(huì)愉悅。日本研制殘疾人輔助輪椅裝置——木制輪椅，從機(jī)械角度對(duì)人行走過(guò)程中的步態(tài)進(jìn)行分析，對(duì)不同行走狀態(tài)時(shí)的受力大小、方向、受力點(diǎn)分析，設(shè)計(jì)出符合人機(jī)工學(xué)的輪椅幫助病人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練和正常活動(dòng)，（如圖1）所示。

（二）國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

近十年來(lái)我國(guó)肢體殘疾在整個(gè)殘疾人構(gòu)成比例迅速增長(zhǎng)。這些殘疾患者對(duì)輪椅的需求是終身的。2014年度我國(guó)已經(jīng)出現(xiàn)數(shù)以百計(jì)的普通輪椅生產(chǎn)企業(yè)?；グ钶喴巫鳛辇堫^企業(yè)，其旗下的輪椅設(shè)計(jì)產(chǎn)品非常注重工業(yè)設(shè)計(jì)和人機(jī)交互的應(yīng)用。以舒適性為目的為使用者提供更加方便更加安全更加人性化的服務(wù)。2014年年產(chǎn)量為243萬(wàn)臺(tái)左右，同比增長(zhǎng)20%m。國(guó)內(nèi)大概有60個(gè)輪椅生產(chǎn)和制造企業(yè)，新型智能輪椅設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)量占比五分之一之高，然而工業(yè)設(shè)計(jì)和用戶(hù)體驗(yàn)優(yōu)良的產(chǎn)品數(shù)量?jī)H僅不到十分之一。因而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有待利用，具有多功能型和高質(zhì)量的輪椅設(shè)備仍需要大量開(kāi)發(fā)。中國(guó)的醫(yī)療康復(fù)器械的生長(zhǎng)率保持20%至30%，市場(chǎng)增長(zhǎng)趨勢(shì)緩慢。目前全國(guó)數(shù)以萬(wàn)計(jì)的醫(yī)院環(huán)境中醫(yī)療康復(fù)設(shè)備和殘疾人健身器材的索求數(shù)目巨大，因而醫(yī)用輪椅在醫(yī)療設(shè)備和醫(yī)院器械中仍舊處在很重要的位置，（如表1）所示。半自動(dòng)化輪椅作為一種以醫(yī)學(xué)理論為依據(jù)，以用戶(hù)需求為目標(biāo)的醫(yī)療器械設(shè)計(jì)使殘疾人獲得更強(qiáng)的獨(dú)立生活能力和生活質(zhì)量。并且它也可以作為健康老年人的體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練器材。

二、產(chǎn)品分析

（一）擬解決問(wèn)題：據(jù)調(diào)查研究，現(xiàn)階段市場(chǎng)上的輪椅大多功能單一，體積龐大笨重導(dǎo)致使用起來(lái)很不方便。輪椅的扶手是殘疾患者坐上輪椅的極大障礙。造型過(guò)于機(jī)械化，管材暴漏外面影響美觀，缺乏新意。色彩單一多金屬原色，機(jī)身顏色少有變化。外觀設(shè)計(jì)不合理，占用空間大。穩(wěn)定性安全性不高，使用過(guò)程中必須有看護(hù)人員陪護(hù)。產(chǎn)品使用比較費(fèi)力，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。操作過(guò)程中存在安全隱患，椅背不符合人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)，操作方式固定，手推式極易疲勞，極為不便。部分輪椅雖然結(jié)構(gòu)有所創(chuàng)新，卻依舊缺少實(shí)用性。

（二）產(chǎn)品定位：人群定位：醫(yī)用輪椅，滿(mǎn)足使用者短時(shí)間使用輪椅移動(dòng)位置和與家人陪同下在醫(yī)院公園或者其他場(chǎng)所散步休息功能。促進(jìn)使用者和看護(hù)家人的交流。

造型定位：產(chǎn)品造型方面大膽運(yùn)用曲面弧面設(shè)計(jì)使產(chǎn)品更加簡(jiǎn)潔、圓潤(rùn)；對(duì)外觀進(jìn)行幾何分形，局部凹陷、切削等增加產(chǎn)品的表面的節(jié)奏感和韻律美感，同時(shí)賦予產(chǎn)品設(shè)計(jì)融入科技元素；加入標(biāo)志性、幾何型符號(hào)語(yǔ)言進(jìn)行修飾，豐富產(chǎn)品設(shè)計(jì)語(yǔ)言。清澈的色彩為環(huán)境及用戶(hù)渲染出干凈的感覺(jué)，以灰色來(lái)調(diào)節(jié)產(chǎn)品的視覺(jué)平衡，局部部件用以高亮色彩用以指示功能。

功能定位：在滿(mǎn)足使用者舒適性的基礎(chǔ)上滿(mǎn)足使用者的安全性和看護(hù)者的方便性。

（三）研究方法：用戶(hù)體驗(yàn)：輪椅設(shè)計(jì)針對(duì)醫(yī)院中需要助行或代步的人群，因此在設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要參考和了解符合用戶(hù)的最自然的使用方式和使用者心理，并且對(duì)于不同傷害程度的人和不同年齡階段的人群對(duì)于輪椅的依賴(lài)程度大有不同。

用戶(hù)調(diào)研：對(duì)醫(yī)院以及生活周邊殘疾人進(jìn)行詢(xún)問(wèn)記錄，了解特殊人群的生活方式。了解患者真正的需求和心理。有針對(duì)性的整合用戶(hù)需求，并且重復(fù)整合以分析發(fā)現(xiàn)最致命的問(wèn)題。

頭腦風(fēng)暴與TRIZ理論分析：以頭腦風(fēng)暴的形式進(jìn)行調(diào)研問(wèn)題的匯總。缺點(diǎn)列舉發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)痛點(diǎn)問(wèn)題以及設(shè)計(jì)中存在的不足進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，明確設(shè)計(jì)定位與設(shè)計(jì)人群，應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)明原理和設(shè)計(jì)法則尋找設(shè)計(jì)的突破口。

人物素描與情景假設(shè)：對(duì)使用者（殘疾患者）進(jìn)行行為假定情景，進(jìn)而分析出最符合用戶(hù)使用場(chǎng)景的設(shè)計(jì)方向。

草圖分析與模型：依據(jù)設(shè)計(jì)程序（草圖分析、三維建模渲染、草模制作、比例模型手板）進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合產(chǎn)品語(yǔ)義，設(shè)計(jì)美學(xué)，情感設(shè)計(jì)等方法進(jìn)行人性化設(shè)計(jì)。

三、醫(yī)用輪椅的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

（一）造型與色彩

1.造型設(shè)計(jì)：造型設(shè)計(jì)要求產(chǎn)品在人與環(huán)境之間的關(guān)系更加協(xié)調(diào)，功能是設(shè)計(jì)的目的，環(huán)境是產(chǎn)品存在的場(chǎng)，由此構(gòu)成系統(tǒng)整體與要素細(xì)分在哲學(xué)上的對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系。輪椅的造型設(shè)計(jì)對(duì)于目前輪椅設(shè)計(jì)的改善十分重要。目前的輪椅造型大都采用金屬管材和塑料橡膠搭配，機(jī)械感很強(qiáng)導(dǎo)致十分復(fù)雜繁瑣。輪椅設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)約化式造型設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，曲面化設(shè)計(jì)是輪椅設(shè)計(jì)的核心。

2.色彩設(shè)計(jì)：自然的色彩對(duì)比間接影響人們的審美意識(shí)、情緒變化和工作效率。本輪椅色彩設(shè)計(jì)是使用以下形式：差色匹配，互補(bǔ)色、對(duì)比等，（如圖2）所示。

（二）結(jié)構(gòu)與功能

1.結(jié)構(gòu)：座位深度設(shè)計(jì)：座位深度需要加深4cm，靠背可以變形到后傾8°，應(yīng)用三角形的穩(wěn)定性使得乘坐者更舒適和健康。

椅背設(shè)計(jì)：背椅設(shè)計(jì)嚙合人體背部曲線，不易使人產(chǎn)生腰酸疲勞等不適感，保證坐姿狀態(tài)下的近乎正常的腰曲弧線自行車(chē)的承載主要靠車(chē)身的主干車(chē)身、腳踏板以及扶手頭部承載。

尺寸選擇：座寬座寬按我國(guó)正常成人男女人體主要尺寸按所示的GB10000-88標(biāo)準(zhǔn)，座寬設(shè)計(jì)為430 mm。

腳踏板設(shè)計(jì)：雙向輪椅乘坐方式讓輪椅前后共用一個(gè)腳踏板，腳踏板通過(guò)一個(gè)360°可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸控制。

控制區(qū)把手設(shè)計(jì)：把手上面設(shè)置四個(gè)檔位，分別是剎車(chē)、加速、椅座向前傾斜和復(fù)位?？醋o(hù)者通過(guò)對(duì)把手的控制來(lái)幫助殘疾患者行走。而患者自己蚵以按扶手上面的按鍵來(lái)控制輪椅的行走狀態(tài)。

輪子設(shè)計(jì)：背靠時(shí)，大輪胎承載主要的重量，采用充氣輪胎。小輪在大輪之前。而非背靠的時(shí)候正好相反。

2.功能：兩種使用方式：分別為暫時(shí)使用方式和長(zhǎng)時(shí)使用方式。通過(guò)調(diào)節(jié)扶手座椅高度和大小，達(dá)到不同的使用狀態(tài)，來(lái)滿(mǎn)足病人不同時(shí)間不同心理的要求，這樣能更科學(xué)合理地幫助病人行走以及在醫(yī)院里做一些檢查項(xiàng)目。部分殘疾患者在醫(yī)院的初期身體虛弱，做檢查或者上廁所的時(shí)候需要輪椅，看護(hù)者或者護(hù)士就可以利用這款輪椅更方便地協(xié)助患者完成這些事情。然而患者想出去散散心便可用正常的輪椅乘坐方式坐上輪椅。扶手、椅背、椅座的聯(lián)動(dòng)間距調(diào)節(jié)：聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)協(xié)和殘疾患者的身體尺寸進(jìn)行適應(yīng)調(diào)節(jié)?？梢赃m合各種胖瘦的人來(lái)使用。扶手椅背的伸縮以及旋轉(zhuǎn)式椅座都為患者提供了很好的用戶(hù)體驗(yàn)，（如圖3）所示。

（三）材料與工藝：材料感覺(jué)特性的恰當(dāng)利用可以豐富產(chǎn)品的情感體驗(yàn)?？紤]到輪椅的使用壽命長(zhǎng)短，主體材質(zhì)采用塑料和鋁合金材質(zhì)。椅座的材料需要自己選擇。為避免殘疾患者因?yàn)榫米鴫函?，設(shè)計(jì)選用ROTO墊，患者坐上后受壓面變成大量的受壓點(diǎn)，不斷地變換受壓點(diǎn)，避免經(jīng)常壓迫同一部位造成壓瘡。輪子天然橡膠即可。考慮到輪椅的量產(chǎn)化以及曲面相對(duì)復(fù)雜，對(duì)于其成型工藝采用注塑成型。

（四）人機(jī)關(guān)系：輪椅和人的交互關(guān)系是人機(jī)關(guān)系良好的前提。當(dāng)人在使用輪椅或者坐上以及要下輪椅的時(shí)候，輪椅自身會(huì)對(duì)使用者產(chǎn)生反饋，進(jìn)而提醒看護(hù)者注意。并且輪椅可以像機(jī)器人一樣照顧殘疾患者的行走需求。通過(guò)加強(qiáng)筋的作用在增加把手強(qiáng)度的同時(shí)分散轉(zhuǎn)彎或誤操作中產(chǎn)生的扭力。把手可拆卸和調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同的適用人群，不同的使用人群可以根據(jù)自己的需要來(lái)調(diào)節(jié)把手的高度。

結(jié)論

此次設(shè)計(jì)是為了滿(mǎn)足殘疾患者以及看護(hù)者的需要。基于工業(yè)設(shè)計(jì)角度的輪椅創(chuàng)新設(shè)計(jì)更貼切地為特殊人群設(shè)計(jì)考慮。本設(shè)計(jì)用最舒適最方便的方式，讓殘疾患者更好地進(jìn)入完成行走移動(dòng)的目的，調(diào)和殘疾患者的身心健康。在幫助行動(dòng)不便的殘疾患者的同時(shí)，能減少周?chē)醋o(hù)人、護(hù)士家人的護(hù)理壓力。從人機(jī)工學(xué)、造型、材料以及形態(tài)語(yǔ)言等多學(xué)科深入優(yōu)化方案，充分滿(mǎn)足病人陽(yáng)行動(dòng)不便的人的生理和心理需要。