老年人輔助起立設(shè)備的設(shè)計(jì)研究

王莉莉，董夢錦 (湖北師范大學(xué) 美術(shù)學(xué)院，湖北 黃石 435002)

一、緒論

全世界都面臨著人口老齡化的問題，聯(lián)合國對老齡化社會制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：(1)65歲以上的老年人口占本地區(qū)總?cè)丝诘?%；(2)60歲以上老年人口占本地區(qū)總?cè)丝诘?0%。滿足以上任一條件均可被稱為老齡化社會。

我國的人口老齡化加劇速度高于全世界的平均速度，人口老齡化的增長速度驚人，由于我國自身的人口基數(shù)大，老年群體人數(shù)逐年遞增，我國的老年人數(shù)量幾乎占全世界的四分之一。按照2000年11月第五次人口普查的數(shù)據(jù)，我國早在2000年就已步入了老齡化社會，近年來老齡化程度不斷加劇，圖1為1990到2016年中國老齡人口數(shù)量和老齡化程度統(tǒng)計(jì)表。

圖1 1990-2016年中國老齡人口數(shù)量統(tǒng)計(jì) 圖2 無障礙衛(wèi)生間設(shè)計(jì) 圖3 地鐵起立扶手設(shè)計(jì)

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在老齡群體中，有將近20%是失能或半失能老人，這一群體的生活不能方便自如，需要借助設(shè)備來輔助生活。設(shè)計(jì)師也對這一群體的老人格外關(guān)注，為了老人能夠自己獨(dú)立解決自己的私人問題，能夠獨(dú)立洗漱，為老人設(shè)計(jì)了無障礙衛(wèi)生間，方便失能老人洗漱，圖2為無障礙衛(wèi)生間設(shè)計(jì)。為了保障老人的出行安全，地鐵上也有很多貼心的設(shè)計(jì)，圖3為地鐵起立扶手設(shè)計(jì)。

我們在日常生活中通過觀察老年人可以發(fā)現(xiàn)：很大一部分老年人由于身體機(jī)能等各方面都出現(xiàn)明顯的退化，當(dāng)他們坐下在起立的時(shí)候就會比較吃力，并且他們一般喜歡坐在床上、有靠背的椅子上、或者硬墊沙發(fā)上，如果是軟墊沙發(fā)會讓他們的起身更為困難。在起身過程中，老年人通常需要?jiǎng)e人的幫助，或者借助拐杖、扶手和其它輔助設(shè)備。目前，市場上輔助起立設(shè)備種類繁多，但沒有為老年人設(shè)計(jì)的或滿足老人站立需求的產(chǎn)品。所以，設(shè)計(jì)一個(gè)可以幫助老人獨(dú)自站起來的座椅，以解決他們的生活問題，是當(dāng)務(wù)之急。

二、老年人的生理及心理特征分析

隨著年齡的增長，人的器官和組織都會自然老化，生理機(jī)能將逐漸下降，新陳代謝也會變慢。在身體機(jī)能退化的過程中，骨骼肌的退行性變化最為明顯，其主要特征在于我們自身機(jī)體肌纖維的體積和數(shù)量減少，尤其是下肢肌的快肌纖維衰退會更加明顯。肌肉力量與肌肉體積是相對存在的，如果肌肉體積減小，肌肉力量也隨之下降。因此，老年人的協(xié)調(diào)性、靈活性和運(yùn)動(dòng)速度大大降低。與此同時(shí)，隨著年齡的增長，關(guān)節(jié)在身體各個(gè)部位的穩(wěn)定性和流動(dòng)性都會相對減弱。從坐到站立，行走或是上下樓梯，這些我們普通人看起來輕而易舉的動(dòng)作，對于老人來說卻是比較費(fèi)力的，老年人身體關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)幅度逐漸變小，韌帶與肌力逐漸削弱，機(jī)體運(yùn)動(dòng)能力也慢慢下降。

老年人的生理機(jī)能不斷減弱，視力可能會慢慢模糊，兩耳可能失聰，行動(dòng)逐漸不便，皺紋逐漸變多，基礎(chǔ)代謝率降低，免疫功能減弱。生理機(jī)能的減弱勢必帶來心理狀態(tài)的變化。大腦功能的退化使得老人出現(xiàn)不同程度的記憶力下降，老年人的情緒、性格、智力等心理也會發(fā)生相應(yīng)改變，身心健康也會受到影響，部分老人會變得易怒、自我，變成“老小孩”。[1]

三、老年人使用輔助起立設(shè)備的姿勢研究

(一)老年人起立姿勢的研究

站立是要依賴人的下肢力量來實(shí)現(xiàn)人體重心從靜止到動(dòng)態(tài)平衡，并且是一種持續(xù)不間斷的一系列運(yùn)動(dòng)的過程。通過研究可知，從起立過程來看，由于老年人身體機(jī)能下降，下肢的肌力降低，往往又會擔(dān)心起立速度太快無法保證身體平衡而摔倒，因此起立過程動(dòng)作更慢，耗時(shí)更長。事實(shí)上，在人體站立的過程中，主要是靠我們?nèi)梭w下肢的力量支撐的，站立對于我們下肢的肌肉力量要求和關(guān)節(jié)的活動(dòng)靈活程度較高。雖然站立的動(dòng)作是在行走的動(dòng)作之前，看上去沒有行走費(fèi)力，但是據(jù)研究者發(fā)現(xiàn)，站立時(shí)的膝關(guān)節(jié)力矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于行走時(shí)產(chǎn)生的力矩，甚至這個(gè)力矩大于爬樓時(shí)所產(chǎn)生的力矩，因?yàn)槔先松眢w機(jī)能運(yùn)動(dòng)能力的下降，老人自身的平衡能力也會大幅度下降，其具體表現(xiàn)為老人自身的負(fù)重力減輕，他們的穩(wěn)定能力被削弱了，所以老人在日常生活中很容易跌倒。

圖4 老人的膝關(guān)節(jié)力矩與膝關(guān)節(jié)角度的對應(yīng)關(guān)系

根據(jù)人體下肢運(yùn)動(dòng)的受力分析，由坐到起立的過程中，腿部肌肉的受力較高。對于老年人來說，無法自主起立的關(guān)鍵性原因就是沒有充足的腿部力量。浙江大學(xué)王建光結(jié)合三維捕捉系統(tǒng)的原理，針對老年人站立時(shí)的膝關(guān)節(jié)角度變化、膝、髖關(guān)節(jié)變化等對應(yīng)的力矩需求進(jìn)行了深刻的闡釋。[2]如果老年人膝關(guān)節(jié)的力矩不低于0.5Nm/kg，那么對應(yīng)的站立將增加3%的吃力。這是因?yàn)橄リP(guān)節(jié)角度與膝關(guān)節(jié)力矩有緊密的聯(lián)系，二者屬于相對應(yīng)的關(guān)系。結(jié)合以往的研究文獻(xiàn)可知，我國老年人站立覺得吃力的過程中膝關(guān)節(jié)角度的活動(dòng)范圍見圖4所示。結(jié)合圖4了解到，如果老年人起立活動(dòng)完成率是從30%到58%之間，膝關(guān)節(jié)角度95度-50度，那么如果膝關(guān)節(jié)力矩不低于0.5Nm/kg，這表明當(dāng)膝關(guān)節(jié)角度范圍在95度-50度范圍中，老年人站立時(shí)比較困難的。所以，如果在這個(gè)起立的過程能夠提供輔助力，就能幫助老年人輕松站立。[3]

一般來說，人們從坐到站都會經(jīng)歷四個(gè)階段。第一階段是上身向上傾斜，第二階段是提升階段，第三階段是站立階段，最后一個(gè)階段是身體的臀部離開椅子表面。所以從座椅的輔助站立功能來看，必須遵循人體的坐站流程，重視啟動(dòng)控制裝置、椅面隨身體前傾裝置、控制裝置，使各機(jī)構(gòu)按照特定順序運(yùn)動(dòng)，老年人就能結(jié)合個(gè)人需求來進(jìn)行調(diào)試。同時(shí)，座椅椅面的翻轉(zhuǎn)可以幫助老年人增強(qiáng)有效的支撐力，從而保障站立的基礎(chǔ)，人由坐到站的四個(gè)階段如圖5所示。

(二)老年人的起立姿勢與輔助起立設(shè)備之間的人機(jī)關(guān)系

老年人因?yàn)楦髯陨眢w情況的不同，下肢力量也不相同，對老年人的起立姿勢與輔助起立設(shè)備之間的人機(jī)關(guān)系進(jìn)行分析，主要分為以下三種情況：

(1)正常的老年人，上肢健全，可自由起身，只需要輔助設(shè)備在下肢髖關(guān)節(jié)處提供一些額外的助力，幫助其起身。

(2)老年人的上肢健全，但是下肢力量不足，需要輔助設(shè)備在上肢的關(guān)節(jié)處產(chǎn)生輔助力矩，并且在下肢提供部分起立所需的力量。

(3)老年人完全被動(dòng)地參與輔助，需要依靠輔助設(shè)備在髖關(guān)節(jié)處產(chǎn)生外部作用力。

圖5 站立的四個(gè)階段(圖片來源于網(wǎng)絡(luò))

圖6 人體起立關(guān)節(jié)受力圖(圖片來源于網(wǎng)絡(luò))

四、老年人輔助起立設(shè)備的設(shè)計(jì)要求

失能老人的生活大部分必須依靠護(hù)理人員來完成，這就容易在心中產(chǎn)生無力感，再加上聽力、反應(yīng)力的降低，獨(dú)居老人與人溝通機(jī)會也比較少。其次，老年人希望獲得家庭與社會的肯定，所以內(nèi)心極度渴望子女能在精神上提供尊重與支持。所以，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中，必須一方面緩解失能老人的生理問題，還要滿足他們受到尊重與支持的需求，所以在產(chǎn)品外觀上必須做到簡潔明確，簡便易學(xué)。

(一)產(chǎn)品功能的有效性與合理性相結(jié)合

從產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)的角度來看，必須結(jié)合老年人的生理和心理情況，滿足老年人的使用需求。結(jié)合老年人的喜好與體驗(yàn)，尊重和挖掘老年人不易發(fā)現(xiàn)的需求與反應(yīng)，從而將這些融入到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)中，提高產(chǎn)品的共情性，使產(chǎn)品受到老年人的肯定與歡迎。老年人輔助起立設(shè)備的功能有效性主要是指產(chǎn)品功能的可用性和便利性，產(chǎn)品的尺寸與結(jié)構(gòu)必須促使產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)，有利于幫助老年人起立坐下等活動(dòng)。一方面要保證每個(gè)功能的結(jié)構(gòu)尺寸安全可用，還要做到不會限制與約束其他功能的實(shí)現(xiàn)。因此，在設(shè)計(jì)的過程中要注意座椅的傾斜角度，實(shí)現(xiàn)功能的平衡。

對于老年人產(chǎn)品來說，設(shè)計(jì)者必須遵循老年人的使用習(xí)慣與心理特征，加強(qiáng)產(chǎn)品的實(shí)用性與易用性，才能真正為老年人營造良好的使用體驗(yàn)。老年人的記憶力較差、思維比較緩慢，所以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須采取實(shí)用簡單的操作，避免設(shè)計(jì)繁復(fù)不容易記憶的操作，才能真正保證產(chǎn)品的好用與易用。老年人輔助起立設(shè)備的功能合理性還體現(xiàn)在產(chǎn)品功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)必須考慮老人的心理特征與情感需求，讓老年人的內(nèi)心覺得貼心與舒適。

(二)產(chǎn)品形態(tài)的審美性與人機(jī)匹配性相結(jié)合

產(chǎn)品的形態(tài)要素不僅包括產(chǎn)品的色彩和形狀，還包含產(chǎn)品的材質(zhì)、表面肌理等，產(chǎn)品形態(tài)要素是反映產(chǎn)品屬性的載體，也是人機(jī)交互的重要工具。人能借助產(chǎn)品形態(tài)的理解，從情感上對產(chǎn)品形成傾向與態(tài)度。在使用產(chǎn)品的過程中，人又會從產(chǎn)品形態(tài)中獲得對應(yīng)的信息，從而保證任務(wù)的實(shí)現(xiàn)。所以，輔助起立設(shè)備的形態(tài)要素，必須符合老年人的使用需求與交互需求。[4]產(chǎn)品的整體外觀必須反映安全可靠的特征，還必須具備簡潔大方的美感。這就要求在滿足產(chǎn)品功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行造型設(shè)計(jì)；在產(chǎn)品色彩上，注重統(tǒng)一色調(diào)，營造穩(wěn)重的氛圍。除此之外，還應(yīng)該通過色彩來明確引導(dǎo)，幫助他們了解產(chǎn)品各個(gè)功能的意義，可以通過顏色的對比來區(qū)分功能的不同，通過警示的顏色來提醒安全。此外，還應(yīng)該加強(qiáng)產(chǎn)品的材質(zhì)，選擇合理的產(chǎn)品材質(zhì)，才能方便人們的使用。由此可見，老年人輔助起立設(shè)備的設(shè)計(jì)既要具備合理美觀的造型，又要注意色彩的區(qū)分度與警示性，還要挑選環(huán)保、堅(jiān)固的材料，在產(chǎn)品加工上必須提高安全性，保證產(chǎn)品零傷害，安全指數(shù)高，保障產(chǎn)品既能提供良好的使用體驗(yàn)，又能確保使用過程的絕對安全。[5]

五、老年人輔助起立設(shè)備設(shè)計(jì)實(shí)踐

(一)設(shè)計(jì)分析

根據(jù)以上對老年人生理與心理特征的分析，老年人更加關(guān)注自己生活的獨(dú)立性，關(guān)注人的價(jià)值和自我實(shí)現(xiàn)。老年人輔助起立設(shè)備可以增強(qiáng)老年人的自理能力，從而緩解國內(nèi)的養(yǎng)老困境。憑借對他們心理及生理特征的分析研究，希望能夠找出更適合老年人起立的產(chǎn)品的方式和方法，從而應(yīng)用到老年人的生活中，能夠最大程度滿足老年群體的生理需求和心理需求。只有建立符合老年人生理和心理特點(diǎn)的人機(jī)系統(tǒng)模型，才能在一定程度上解決老年人的生理和心理需求。

(二)設(shè)計(jì)說明

圖7 產(chǎn)品說明圖(作者自繪) 圖8 產(chǎn)品功能圖(作者自繪)

該輔助起立設(shè)備的設(shè)計(jì)理念是倡導(dǎo)以人為本的人性化設(shè)計(jì)思維，從而解決老年人的實(shí)際需求。同時(shí)，還要明確產(chǎn)品的價(jià)值，做到安全、健康、方便、好用。該輔助起立設(shè)備的主要功能是幫助腿腳不便的失能或者半失能老人在日常活動(dòng)中增加獨(dú)立性，恢復(fù)他們對生活的自信心。根據(jù)相應(yīng)的理論分析和測試，歸納出人體起立過程的三個(gè)階段：蓄力，起立，伸展。如果人體從較高的椅面(如吧臺椅)下落，當(dāng)腳著地的時(shí)候身體已經(jīng)處于半起立狀態(tài)(完成起立階段)，便很容易地進(jìn)入伸展階段從而完成起立過程。通過對老年人起立過程的綜合分析，將該輔助起立座椅的工作原理設(shè)計(jì)為通過椅面與電動(dòng)推拉桿的連接來支撐椅面的旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)人體從椅面下降著地。[6]

該設(shè)備主要分為助立結(jié)構(gòu)支架和助起椅面兩部分。前部分使用助力可調(diào)節(jié)支架，后部分分為可調(diào)節(jié)高度的椅面(測試適合的高度)，椅面(提供臀部支撐)，可旋轉(zhuǎn)傾斜的椅面(支撐腿部的抬升和下落)。根據(jù)不斷去測試確定具體的傾斜數(shù)據(jù)，進(jìn)而制作功能模型，使用金屬管搭建框架，選用電動(dòng)推桿來支撐椅面的旋轉(zhuǎn)，通過右側(cè)的把手上的開關(guān)控制椅面上升和下降，該產(chǎn)品能基本實(shí)現(xiàn)老年人輔助站立的功能。