基于用戶體驗(yàn)的下肢助力外骨骼設(shè)計(jì)

徐祺 曹恩國(guó) 武小玲

關(guān)鍵詞：用戶體驗(yàn) 外骨骼 產(chǎn)品設(shè)計(jì) 下肢助力 用戶研究

引言

徒步運(yùn)動(dòng)成為近年來(lái)的熱門運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，越來(lái)越多的人們參與到該運(yùn)動(dòng)中來(lái)，但高強(qiáng)度和長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)容易因運(yùn)動(dòng)疲勞而造成肌肉損傷。國(guó)內(nèi)外有很多針對(duì)徒步運(yùn)動(dòng)傷害的研究，其中多為研究長(zhǎng)途步行造成肌肉骨骼損傷和代謝傷害的生理原因以及受傷后人體的緊急處理措施或傷后治療等，但針對(duì)徒步損傷物理預(yù)防的研究是稀缺的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，助力外骨骼進(jìn)入人們的視野，用被動(dòng)式助力外骨骼來(lái)緩解長(zhǎng)途徒步運(yùn)動(dòng)傷害成為了一種新的研究思路。

一、用戶體驗(yàn)概述

基于用戶體驗(yàn)的設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)深入了解目標(biāo)用戶其行為，生理以及心理訴求。[1]設(shè)計(jì)師需要總結(jié)出目標(biāo)用戶的一般特征。了解目標(biāo)用戶的年齡區(qū)間，以便推斷出目標(biāo)用戶的身體素質(zhì)情況；了解目標(biāo)用戶的職業(yè)，從而知道目標(biāo)用戶的大致生活規(guī)律及其生活特點(diǎn)；了解用戶的文化背景，教育背景，品牌喜好等，通過(guò)這些信息推斷出目標(biāo)用戶對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)審美層面的偏好。基于用戶體驗(yàn)的設(shè)計(jì)，即以用戶的體驗(yàn)為中心進(jìn)行設(shè)計(jì)，關(guān)注到用戶在使用產(chǎn)品的整個(gè)旅程中的心理變化，感受變化，行為變化，找到旅程中的痛點(diǎn)與可切入點(diǎn)，用設(shè)計(jì)解決用戶的需求。[2]

二、用戶行為特征分析

（一）目標(biāo)用戶特征分析

1.身體狀態(tài)：目標(biāo)用戶皆為18歲以上的成年人，因此具有一定的運(yùn)動(dòng)能力，在生理上沒(méi)有殘缺，不需要外接設(shè)備去進(jìn)行太多的助力干預(yù)。用戶群體主要以男性為主，他們需要兼顧工作與家庭生活，不常運(yùn)動(dòng)，大量運(yùn)動(dòng)會(huì)感到疲憊，且隨著年齡的增長(zhǎng)身體素質(zhì)會(huì)下降。對(duì)于此類人而言，進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)是可取的，但在進(jìn)行高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)注意保護(hù)自己的下肢，以免受到運(yùn)動(dòng)損傷。

2.心理狀態(tài)：下肢助力外骨骼的目標(biāo)用戶，希望通過(guò)外骨骼輔助自己進(jìn)行高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)，避免運(yùn)動(dòng)損傷。在一般人看來(lái)使用助力外骨骼的人身體有殘缺，但實(shí)際上被動(dòng)助力外骨骼是輔助型的外骨骼，不代表使用者身體有殘缺。如果使用外骨骼讓其他人對(duì)他們過(guò)度關(guān)注，會(huì)造成他們情感上的不適與壓抑。

3.運(yùn)動(dòng)特征：目標(biāo)用戶運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度中等偏高，需要進(jìn)行持續(xù)的運(yùn)動(dòng)輸出，且中途不易退出。運(yùn)動(dòng)時(shí)間一般較長(zhǎng)，至少2～3個(gè)小時(shí)，至多能達(dá)到8～10小時(shí)，此類人群一般有較好的身體素質(zhì)，前期憑借自身的體能完成任務(wù)，但容易在運(yùn)動(dòng)的后段耐力不足，體力不支，產(chǎn)生肌肉疲勞。用戶本身進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度較大，因此盡量不要讓外骨骼產(chǎn)品成為他們的額外負(fù)擔(dān)，在設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量減少產(chǎn)品的重量，以輕便方便攜帶為主。

（二）目標(biāo)用戶行為分析

如圖1所示，對(duì)用戶運(yùn)動(dòng)流程進(jìn)行梳理，得出用戶旅程圖。在此途中徒步運(yùn)動(dòng)，都統(tǒng)稱為運(yùn)動(dòng)。準(zhǔn)備運(yùn)動(dòng)階段，即在運(yùn)動(dòng)之前準(zhǔn)備行李物品的階段，此階段用戶并沒(méi)有開始進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，因此對(duì)旅程是充滿期待的，但也會(huì)有些許擔(dān)心運(yùn)動(dòng)后期體力跟不上。運(yùn)動(dòng)前階段用戶希望攜帶物品盡量輕便，不要給身體造成太大的負(fù)擔(dān)。接下來(lái)是開始運(yùn)動(dòng)階段，在此階段用戶精力充沛，感到整體感覺(jué)比較輕松。運(yùn)動(dòng)前期階段用戶依然可以正常完成運(yùn)動(dòng)任務(wù)，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)感覺(jué)良好，但內(nèi)心并不能確定是否可以堅(jiān)持到最后。運(yùn)動(dòng)中期用戶步伐變得稍微慢一些，但依然能跟得上整體運(yùn)動(dòng)的節(jié)奏，有些疲憊感，下肢在做抬升運(yùn)動(dòng)時(shí)明顯變得費(fèi)力。到運(yùn)動(dòng)后期用戶需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的休息才可以繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，明顯感覺(jué)到小腿酸痛，體力有些跟不上，希望能夠得到休息后再繼續(xù)前進(jìn)。結(jié)束運(yùn)動(dòng)后用戶的狀態(tài)明顯十分疲憊，會(huì)對(duì)酸痛部位進(jìn)行按摩，小腿和膝蓋部分有些酸痛。

從用戶行為旅程圖中可以分析出用戶的痛點(diǎn)，前期集中在出行要準(zhǔn)備的東西多，且比較重。運(yùn)動(dòng)中后期痛點(diǎn)主要集中在用戶會(huì)感到疲憊，希望能夠得到支撐或助力。從用戶運(yùn)動(dòng)流程以及用戶痛點(diǎn)可以歸納出用戶需求，用戶希望有一個(gè)輕便的助力工具，方便穿戴，操作簡(jiǎn)單，穿戴舒適，能夠有效助力，方便脫卸。[3]

將外骨骼的使用流程與用戶運(yùn)動(dòng)旅程各階段相結(jié)合得到穿戴助力外骨骼在運(yùn)動(dòng)各個(gè)階段的交互點(diǎn)，在切入外骨骼使用流程以后，通過(guò)分析可將用戶需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品需求，總結(jié)得出產(chǎn)品需要輕便穿戴，高效助力，造型契合場(chǎng)景，穿戴舒適，脫卸便捷。

（三）目標(biāo)用戶需求層次分析

情感體驗(yàn)是用戶體驗(yàn)中不可或缺的一部分，之所以要關(guān)注情感體驗(yàn)，是因?yàn)橛脩羰钱a(chǎn)品設(shè)計(jì)的中心。在唐納德·諾曼的《情感化設(shè)計(jì)》一書中提出了情感化設(shè)計(jì)的三個(gè)層次，分別為本能層，行為層和反思層。[4]在每個(gè)情感化層次中都對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的情感化需求。本節(jié)主要討論在下肢助力外骨骼的設(shè)計(jì)中，用戶在這三個(gè)層次中的需求。

1.本能層需求分析：本能層所描述的是用戶在看到產(chǎn)品時(shí)或使用產(chǎn)品時(shí)的第一感覺(jué)。本能層的需求也就是最直觀的用戶需求，即用戶在第一眼看到產(chǎn)品時(shí)所產(chǎn)生的視覺(jué)感官。這一層次的體驗(yàn)直接與產(chǎn)品的色彩造型息息相關(guān)，用戶希望能對(duì)產(chǎn)品一見鐘情。

2.行為層需求分析：行為層更關(guān)注的是用戶的使用體驗(yàn)。下肢助力外骨骼產(chǎn)品而言，其穿戴的便捷度，穿上的舒適度以及脫卸的效率等都可以成為影響使用體驗(yàn)的關(guān)鍵因素。行為層顧名思義是與用戶的行為息息相關(guān)，在這一層面要求產(chǎn)品易于學(xué)習(xí)，易于理解，易于掌握，在外觀的設(shè)計(jì)上，產(chǎn)品能夠通過(guò)造型語(yǔ)言來(lái)表達(dá)產(chǎn)品意圖，在操作性上表現(xiàn)為用戶操作界面友好，能適應(yīng)不同的環(huán)境，能兼容不同身體特征的用戶。

3.反思層需求分析：從要求產(chǎn)品不僅在外觀上能使用戶感到愉悅，在行為層面能使用戶感到其作用，更在精神層面上與用戶一定的慰藉。在這一層面上要求產(chǎn)品是符合人機(jī)關(guān)系的，可靠的安全的，這樣才能夠讓用戶更加信任產(chǎn)品，從而依賴產(chǎn)品。在反思層面也需要產(chǎn)品消除醫(yī)療感，以防用戶產(chǎn)生自卑消極的情緒。用戶希望在使用產(chǎn)品時(shí)感受到產(chǎn)品是可靠的、酷的、別具一格的，能在使用過(guò)程中得到情感尊重與價(jià)值肯定。

三、基于用戶體驗(yàn)的外骨骼產(chǎn)品設(shè)計(jì)定位

（一）整體設(shè)計(jì)定位

本產(chǎn)品的人群定位為徒步運(yùn)動(dòng)愛好者，他們處于18～40歲之間，有相對(duì)較好的體力，能進(jìn)行一定強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)。但在長(zhǎng)期高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)后期會(huì)出現(xiàn)肌肉疲勞從而會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)損傷。他們希望能在運(yùn)動(dòng)中保存體力，在避免運(yùn)動(dòng)損傷的前提下完成運(yùn)動(dòng)任務(wù)?？紤]到此類人群的行為特點(diǎn)，基于目標(biāo)人群的下肢外骨骼產(chǎn)品設(shè)計(jì)定位有以下幾點(diǎn)：

1.產(chǎn)品重量輕便：無(wú)論是徒步運(yùn)動(dòng)行軍還是負(fù)重運(yùn)動(dòng)的特殊工作者，在運(yùn)動(dòng)時(shí)都會(huì)攜帶一些有重量的行李。在攜帶負(fù)重行李的條件下，外骨骼產(chǎn)品也需要盡量減少重量。產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)將一些不必要的結(jié)構(gòu)進(jìn)行鏤空處理，在材質(zhì)的選用上盡量采用輕質(zhì)且強(qiáng)度大的材料。

2.方便穿戴：用戶可以選擇在需要的時(shí)候隨時(shí)穿戴上助力外骨骼設(shè)備。因此在穿戴時(shí)可能會(huì)處于運(yùn)動(dòng)中的場(chǎng)景，那么就要求外骨骼產(chǎn)品必須方便穿戴。尤其是在工作場(chǎng)景中穿戴外骨骼這一動(dòng)作應(yīng)盡量快速以免拖后運(yùn)動(dòng)任務(wù)進(jìn)程。

3.操作簡(jiǎn)單：從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，整個(gè)產(chǎn)品在穿戴前只需要進(jìn)行與身體特征適應(yīng)的尺寸調(diào)節(jié)，彈性元件長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)。在行走助力過(guò)程中，只需要按照原有習(xí)慣的步態(tài)正常行走，即可進(jìn)行助力。那么在外觀設(shè)計(jì)優(yōu)化階段，需盡量保持結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能性，簡(jiǎn)約性，不增加其他復(fù)雜的操作。

4.穿戴舒適：作為一個(gè)穿戴產(chǎn)品，穿戴的舒適度是評(píng)價(jià)其設(shè)計(jì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)。穿戴舒適設(shè)計(jì)上，首先要保證結(jié)構(gòu)零件不散亂地裸露在外。在下肢包裹的部分采用柔軟的材質(zhì)，受力部分盡量使其面積大，以減小局部壓強(qiáng)，以免腿部局部受力過(guò)大，產(chǎn)生疼痛感。

5.能夠有效助力：只助力外骨骼是否能夠有效助力是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。在前期進(jìn)行數(shù)學(xué)模型與動(dòng)力學(xué)仿真分析驗(yàn)證其有效的前提下，外觀造型設(shè)計(jì)需考慮到是否能兼容產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，外觀與結(jié)構(gòu)不發(fā)生沖突，不產(chǎn)生干擾，高效實(shí)現(xiàn)助力效果。

6.方便脫卸：用戶在使用完助力外骨骼產(chǎn)品之后，需要能夠快速方便地脫下外骨骼并且收納好。因此要求產(chǎn)品脫卸與穿戴一樣簡(jiǎn)單快捷。

7.造型消除醫(yī)療感：從用戶心理感受出發(fā)，要求下肢外骨骼造型設(shè)計(jì)，能夠消除醫(yī)療感，避免用戶產(chǎn)生消極壓抑的情緒，在設(shè)計(jì)產(chǎn)品外觀造型時(shí)，盡量將設(shè)計(jì)語(yǔ)言定義為酷的，使用的，可靠的。讓用戶在使用產(chǎn)品時(shí)產(chǎn)生積極向上的正面情緒，避免因?yàn)楫a(chǎn)品的造型語(yǔ)義偏差被身邊其他人理解為殘障人士。

（二）造型定位

助力外骨骼的設(shè)計(jì)，旨在為長(zhǎng)時(shí)間徒步行走的人提供下肢助力。需要在造型上考慮到安全性，利用性，舒適性以及情感化。

1.安全性：下肢助力外骨骼的使用環(huán)境戶外，因此產(chǎn)品的安全性將是重要考慮因素。在造型設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量避免尖銳的角，保證下肢外骨骼與人體的接觸面足夠大，避免產(chǎn)生過(guò)大壓強(qiáng)。

2.易用性：大多數(shù)人對(duì)外骨骼的使用方式都感到陌生，因此我們需要采取最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方式，讓用戶更容易理解外骨骼如何使用。使用時(shí)，最頻繁的操作是穿脫外骨骼。在綁帶設(shè)計(jì)上可采用魔術(shù)貼的方式，能夠快速將外骨骼與人體大腿綁定。

3.舒適性：外骨骼的內(nèi)飾與舒適性息息相關(guān)，需采用柔軟的材質(zhì)，在設(shè)計(jì)上也需要考慮材質(zhì)之間的結(jié)合與搭配。本設(shè)計(jì)擬考慮采用泡沫材料制作產(chǎn)品的內(nèi)襯，外部包裹其他布料。內(nèi)飾放置在骨骼與大腿中間，增加產(chǎn)品的舒適度。

4.情感化：造型設(shè)計(jì)需考慮情感化，助力外骨骼在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景中使用，在造型設(shè)計(jì)上需要更加沉穩(wěn)，更多速度感，力量感，不宜采用過(guò)于圓潤(rùn)的線條造型語(yǔ)言。

（三）色彩定位

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中色彩表達(dá)了不同的情感，是最直接的視覺(jué)沖擊，除了審美需求，色彩設(shè)計(jì)還需滿足產(chǎn)品的功能需求，協(xié)調(diào)需求，環(huán)境需求。

1.色彩的功能性：除了能帶來(lái)最為直觀的審美特征，同時(shí)存在功能性，例如設(shè)備的急停開關(guān)就必須采用紅色。紅色鮮艷，主體鮮明，能讓人聯(lián)想到緊急、刺激、強(qiáng)烈等詞匯。助力外骨骼的設(shè)計(jì)時(shí)，可參考運(yùn)動(dòng)設(shè)備的配色，讓產(chǎn)品更有活力。

2.色彩的協(xié)調(diào)性：觀看到產(chǎn)品的色彩時(shí)，應(yīng)產(chǎn)生快樂(lè)愉悅的感覺(jué)，色彩搭配與整體造型設(shè)計(jì)需協(xié)調(diào)統(tǒng)一，不應(yīng)有違和感。

3.色彩的環(huán)境適配度：戶外使用的產(chǎn)品往往會(huì)面對(duì)相對(duì)惡劣的環(huán)境，因此不宜采用淺色系配色，低飽和度，低明度配色會(huì)讓人感到產(chǎn)品更耐臟耐磨。

（四）材質(zhì)及表面處理

產(chǎn)品材料的選擇不僅與產(chǎn)品的功能要求有關(guān)，還影響著產(chǎn)品外觀，舒適度，安全性，制造成本等，不同的材料使用，會(huì)給用戶帶來(lái)不同的視覺(jué)感受和審美感受，材料的加工制作方式甚至可以影響用戶使用產(chǎn)品的效率。

1.材質(zhì)選擇與產(chǎn)品外觀：不同材質(zhì)所表現(xiàn)出來(lái)的肌理質(zhì)感，加工方式，表面處理方式都有所不同，這些直接影響到產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)的表達(dá)。在外骨骼產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)上，可采用塑料材質(zhì)與金屬材質(zhì)或碳纖維結(jié)合的方式，受力部位采用金屬材質(zhì)，非主要受力部位采用塑料材質(zhì)或碳纖維進(jìn)行造型點(diǎn)綴。

2.材料選擇與產(chǎn)品舒適度：外骨骼包裹部位的材料需選擇親膚，柔軟，透氣的材料，需有一定厚度，減少外骨骼對(duì)腿部作用的壓力。綁縛材料也需要柔軟，以免勒傷用戶，需要易于綁縛和解綁。在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)還應(yīng)充分考慮材料的環(huán)保性，選擇低污染甚至無(wú)污染，可降解，可回收再利用的材料，充分考慮環(huán)境因素，遵守綠色設(shè)計(jì)原則，是每個(gè)設(shè)計(jì)者的責(zé)任。

3.材料選擇與產(chǎn)品的安全性：材料需要能夠承受外部施加的力，以及來(lái)自環(huán)境的破環(huán)。除材料需要承受外部力量外，還需要考慮材料對(duì)人體的安全性。

4.材料選擇與產(chǎn)品加工成本：在原型試制的時(shí)候，需盡量減少投入成本，設(shè)計(jì)時(shí)需盡量采用經(jīng)濟(jì)的材料，若產(chǎn)品局部對(duì)材料要求很大，則可考慮局部特殊處理。

四、基于用戶體驗(yàn)的下肢助力外骨骼設(shè)計(jì)實(shí)踐

（一）人機(jī)交互分析

1.人體尺寸特征適配：下肢助力外骨骼以綁縛的形式穿戴在人體下肢，需要考慮適應(yīng)人體尺度。良好的適配度能帶給用戶更佳的穿戴體驗(yàn)。產(chǎn)品需要能夠調(diào)節(jié)大小腿長(zhǎng)度尺寸，可根據(jù)人自身的腿圍來(lái)調(diào)節(jié)包裹部件。綁縛程度以及舒適度也需要根據(jù)自身狀況來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使外骨骼穿戴時(shí)能夠呈現(xiàn)出最佳的狀態(tài)。

2.人體運(yùn)動(dòng)特征適配：除了要考慮人體在穿戴助力外骨骼的靜態(tài)舒適度之外，需要考慮用戶在運(yùn)動(dòng)時(shí)外骨骼是否會(huì)阻礙人體一般運(yùn)動(dòng)，因此外骨骼適配人體動(dòng)態(tài)舒適度十分重要。

（1）關(guān)節(jié)位置適配：在人體動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)，人體與外骨骼關(guān)節(jié)位置盡量要保持一致，否則會(huì)在運(yùn)動(dòng)時(shí)導(dǎo)致關(guān)節(jié)匹配錯(cuò)位，輕則影響外骨骼助力效果，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)蓴_用戶運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致危險(xiǎn)發(fā)生。

（2）動(dòng)態(tài)尺寸適配：外骨骼設(shè)計(jì)能在理論上滿足人體運(yùn)動(dòng)范圍，但在具體的設(shè)計(jì)中需要考慮到動(dòng)態(tài)尺寸的適配。外骨骼活動(dòng)關(guān)節(jié)的夾角需滿足大于人體正常運(yùn)動(dòng)時(shí)關(guān)節(jié)所產(chǎn)生的角度，防止人體在運(yùn)動(dòng)時(shí)被外骨骼機(jī)械束縛住，無(wú)法進(jìn)行正常的伸展。

（3）多運(yùn)動(dòng)狀態(tài)適配：人體運(yùn)動(dòng)有多種狀態(tài)，簡(jiǎn)單概括為行走、跑步、蹲起、上下樓梯四種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，人體運(yùn)動(dòng)環(huán)境復(fù)雜，動(dòng)作多變，人與人之間的運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)也不盡相同，因此提高系統(tǒng)的相容性，是外骨骼設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

3.人機(jī)交互清晰簡(jiǎn)潔：在進(jìn)行人機(jī)交互時(shí)，用戶需要很明了地知道產(chǎn)品的每一個(gè)部分的用法，造型語(yǔ)言需要有所指示性，能讓用戶易理解，好操作。在穿戴過(guò)程中，用戶與外骨骼產(chǎn)生最多的交互過(guò)程是在穿戴和脫卸外骨骼時(shí)。友好的交互方式，可以減少用戶的學(xué)習(xí)成本，避免用戶產(chǎn)生畏難和沮喪的情緒，提高產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)感受。

（二）人機(jī)尺寸分析

在設(shè)計(jì)下肢外骨骼機(jī)器人，人體的基本尺寸需要考慮在內(nèi)，由于本研究是針對(duì)下肢外骨骼的設(shè)計(jì)，因此了解人體大腿長(zhǎng)，小腿長(zhǎng)，以及足部長(zhǎng)度是有必要的。[5]參考國(guó)標(biāo)成年男性女性人體尺寸對(duì)照表，如表1、表2，可得到人體尺寸P1，P5，P10，P50，P90，P95，P99的4個(gè)百分位數(shù)據(jù)。[6]

外骨骼的設(shè)計(jì)尺寸與人體基本尺寸息息相關(guān)，因此考慮到需適合大多數(shù)人使用，選取人體尺寸表格內(nèi)90百分位到99百分位之間的數(shù)據(jù)作為參考。[7]

通過(guò)對(duì)人體下肢關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的自由度，動(dòng)作，角度范圍研究，如表3，可以外骨骼與人體適應(yīng)性的設(shè)計(jì)作出參考。

外骨骼小腿連桿上下端分別連接大腿連桿與足底零件，對(duì)于身高在1.55 - 1.85米之間的用戶是可調(diào)節(jié)的，小腿部分是整個(gè)助力外骨骼腿的支架，其他零部件是以小腿骨支架作為支撐，裝配成為一個(gè)整體。保證小腿干可調(diào)節(jié)位移為 60mm，保證身高在 155cm 和 185cm之間的人舒適穿戴。

（三）下肢助力外骨骼造型設(shè)計(jì)

1.方案草圖：在正常步態(tài)下，人體下肢與地面的接觸過(guò)程可分為著地階段，直立階段、離地階段。在著地階段，下肢著地彈性元件處于原長(zhǎng)狀態(tài)，經(jīng)過(guò)直立階段到達(dá)離地前階段這一過(guò)程中，人體的動(dòng)能與重力勢(shì)能逐步轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能壓縮彈性元件。在離地階段，彈性元件釋放彈性勢(shì)為人體向上與向前運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力。人體負(fù)重越大、速度越高，彈性腿系統(tǒng)儲(chǔ)存和釋放的能量越多?；谝陨现υ?，以用戶體驗(yàn)為指導(dǎo)，設(shè)計(jì)了三個(gè)下肢助力外骨骼方案，如圖2。

方案一：本方案采用了F形的造型語(yǔ)義，大腿部分采用了一個(gè)正向的F形，而小腿包裹部分采用了一個(gè)倒放的F形狀。主體骨架采用鋁合金材質(zhì)，綁帶采用尼龍魔術(shù)貼，旋轉(zhuǎn)處用塑料件包裹軸承，足底部件采用鋁合金材質(zhì)，運(yùn)用切割和折彎技術(shù)加工。彈性元件使用橡皮筋，通過(guò)橡皮筋的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能和釋能。本方案在造型上有創(chuàng)意性的突破，能帶給人較為舒適的感官效果。但方案中小腿部分綁帶在腿后部，在穿戴時(shí)效率低下，不利于腿部放置。大腿部分鋁合金材質(zhì)，整體面積較小，可能會(huì)對(duì)腿部造成過(guò)大的壓力。

方案二：本方案在方案一的基礎(chǔ)上做了一些調(diào)整。小腿部分的包裹件放置在小腿后部，綁帶放置在小腿前部，更加方便用戶穿戴。將大腿的包裹部件加寬，增大接觸面積，以減少對(duì)腿部的壓力。同時(shí)為了減輕大腿與小腿部分的重量，采用了鏤空的形式。大小腿包裹部分采用塑料材質(zhì)，與鋁合金相比更加柔軟，可塑性更強(qiáng)。并且大腿部分可拆卸，可以根據(jù)用戶的腿圍自行選擇尺寸合適的大腿包裹零件。小腿部分采用了可調(diào)節(jié)的方式根據(jù)不同人體小腿長(zhǎng)度進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

方案三：本方案在大腿與小腿包裹處采用了軟質(zhì)塑料的材質(zhì)，更加柔軟，穿戴舒適性更強(qiáng)。采用了大面積包裹的形式，能更大限度地減少對(duì)腿部的壓力。綁帶部分依然采用尼龍魔術(shù)貼，穿戴效率高。本方案的缺點(diǎn)在于大面積采用軟質(zhì)塑料材質(zhì)形成包裹，在視覺(jué)上會(huì)顯得臃腫，造型語(yǔ)言較為普通，沒(méi)有特別的創(chuàng)新之處，與市面上現(xiàn)有的醫(yī)療產(chǎn)品相類似。

對(duì)以上三個(gè)方案進(jìn)行綜合評(píng)估，方案二在視覺(jué)體驗(yàn)以及穿戴體驗(yàn)上都有明顯優(yōu)勢(shì)，故對(duì)方案二進(jìn)行深入優(yōu)化。

2.三維建模及渲染方案：如圖3、4、5方案整體分為三個(gè)部分，第一部分是大腿及膝關(guān)節(jié)零部件，第二部分為小腿零件，第三部分為足底零件。

從用戶體驗(yàn)舒適性考慮：

大腿包裹零件內(nèi)側(cè)采用了軟質(zhì)PVC材料，大腿與外骨骼接觸時(shí)更加舒適柔軟。為適應(yīng)不同腿圍用戶，將大腿包裹零件設(shè)計(jì)成可拆卸部件，用戶可挑選適合自己的尺寸安裝。小腿部分采用可快速調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，方便用戶進(jìn)行個(gè)性化尺寸調(diào)節(jié)，讓外骨骼與自身形成最佳適配。

從用戶體驗(yàn)操作便捷性考慮：

將綁帶設(shè)置于大小腿前部，方便快速穿脫外骨骼。

從用戶體驗(yàn)審美感受考慮：

如圖6方案采用橙色與黑色的配色方案，避免產(chǎn)品有醫(yī)療感，給用戶帶來(lái)心理上的不適。橙色小面積點(diǎn)綴賦予產(chǎn)品更多運(yùn)動(dòng)感與活力感，黑色作為外骨骼主體顏色為產(chǎn)品增加沉穩(wěn)可靠感。造型語(yǔ)言上采用F的形態(tài)，給予產(chǎn)品更多流暢的動(dòng)感。

產(chǎn)品細(xì)節(jié)優(yōu)化，提升用戶體驗(yàn)：

小腿長(zhǎng)度調(diào)節(jié)部分，采用了快捷按鍵，方便用戶無(wú)工具調(diào)節(jié)，用戶可按住調(diào)節(jié)按鈕拉伸小腿零部件長(zhǎng)度對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)。為適應(yīng)不同腿圍的用戶，將大腿零件設(shè)計(jì)成可拆卸方式，設(shè)計(jì)不同尺寸的大腿包裹部件，可按需更換使用。如圖7。大腿及小腿包裹部分采用了鏤空的形式，主體采用碳纖維材質(zhì)，在保證強(qiáng)度的前提下，減輕產(chǎn)品重量；針對(duì)裸露的零件，設(shè)計(jì)了橙色外殼，使產(chǎn)品整體感更強(qiáng)，用戶不會(huì)被裸露的零件干擾。

結(jié)論

助力外骨骼產(chǎn)品為功能性產(chǎn)品，其最重要的是助力功效，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)助力外骨骼時(shí)，將重點(diǎn)放在助力原理及其效果上，往往忽略了外骨骼產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)。但用戶體驗(yàn)直接與產(chǎn)品的使用效率和用戶使用意愿度相關(guān)。因此設(shè)計(jì)師需基于用戶體驗(yàn)對(duì)外骨骼產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)需滿足用戶的使用舒適體驗(yàn)與情感舒適體驗(yàn)，首先需要確定目標(biāo)用戶，分析用戶人群特征與行為特征，復(fù)現(xiàn)用戶使用產(chǎn)品時(shí)的體驗(yàn)路徑，了解用戶體驗(yàn)需求。在調(diào)研分析的基礎(chǔ)上對(duì)外骨骼產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)定位，根據(jù)設(shè)計(jì)定位展開設(shè)計(jì)實(shí)踐。本設(shè)計(jì)流程為外骨骼產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了思路與方向，具有一定參考意義。