浙江工業(yè)大學(xué)　兒童康復(fù)外骨骼產(chǎn)品設(shè)計

平雅沁　唐智川

辦學(xué)特色

我校工業(yè)設(shè)計專業(yè)先后入選浙江省重點(diǎn)特色專業(yè)、浙江省優(yōu)勢專業(yè)、國家級一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)；2022軟科中國大學(xué)專業(yè)排名前12%（A）。本專業(yè)擁有國家中小企業(yè)公共服務(wù)平臺、浙江省工業(yè)設(shè)計技術(shù)創(chuàng)新服務(wù)平臺、浙江省工業(yè)設(shè)計研究院等平臺，依托這些平臺成立30余家校企聯(lián)合研發(fā)中心和校外實(shí)踐基地服務(wù)浙江省區(qū)域經(jīng)濟(jì)與中小企業(yè)，近三年重大橫向項(xiàng)目20余項(xiàng)，科研到款超3000萬。本專業(yè)擁有教育部高等學(xué)校機(jī)械類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會工業(yè)設(shè)計專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會委員1人，浙江省高等學(xué)校本科教學(xué)指導(dǎo)委員會設(shè)計學(xué)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會副主任委員1人；獲國家級教學(xué)成果獎1項(xiàng)、省級教學(xué)成果獎3項(xiàng)；連續(xù)六年在省屬高校同專業(yè)中錄取分?jǐn)?shù)最高；近三年學(xué)生獲互聯(lián)網(wǎng)+、挑戰(zhàn)杯、紅點(diǎn)獎、全國大學(xué)生工業(yè)設(shè)計大賽、國家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃等省部級以上獎項(xiàng)100余項(xiàng)。

兒童康復(fù)外骨骼產(chǎn)品設(shè)計

設(shè)計者：平雅沁

指導(dǎo)老師：唐智川

院校：浙江工業(yè)大學(xué)

作者闡述：據(jù)統(tǒng)計，全球有近2.4億殘障兒童。他們中的大多數(shù)存在肢體運(yùn)動障礙，需要盡早進(jìn)行運(yùn)動康復(fù)治療。外骨骼機(jī)器人技術(shù)已廣泛應(yīng)用于運(yùn)動康復(fù)領(lǐng)域，能夠?qū)崿F(xiàn)肢體的主被動運(yùn)動輔助。但市場上針對兒童患者的康復(fù)外骨骼產(chǎn)品仍較少。VRehab兒童康復(fù)外骨骼的設(shè)計目標(biāo)是在更自由的應(yīng)用場景下，使兒童在科學(xué)、有吸引力的康復(fù)流程中使用更智能的康復(fù)產(chǎn)品：將虛擬現(xiàn)實(shí)游戲融入運(yùn)動康復(fù)，不僅提高兒童在康復(fù)訓(xùn)練中的積極性和配合度，沉浸式的信息反饋也能夠進(jìn)一步提升康復(fù)效果；產(chǎn)品造型提取自兒童喜愛的動畫角色，減少醫(yī)療產(chǎn)品給兒童帶來的心理壓力。

VRehab配備了針對兒童的輔助康復(fù)VR游戲。趣味性的游戲引導(dǎo)兒童進(jìn)行下肢康復(fù)運(yùn)動，能夠在訓(xùn)練過程中調(diào)節(jié)兒童的情緒，消除抵觸心理，促使兒童積極地進(jìn)行下肢康復(fù)訓(xùn)練。通過MPU采集外骨骼運(yùn)動信號實(shí)現(xiàn)游戲虛擬人的控制，同時家長可以在PC端實(shí)時觀察下肢運(yùn)動情況的反饋。

指導(dǎo)老師 唐智川

唐智川，博士、浙江工業(yè)大學(xué)社科院學(xué)術(shù)副院長，教授，工業(yè)設(shè)計系主任，入選浙江省高校領(lǐng)軍人才培養(yǎng)計劃。主持國家自科基金、國家社科基金等項(xiàng)目10項(xiàng)；發(fā)表論文60余篇；獲中國商業(yè)聯(lián)合會科學(xué)技術(shù)特等獎、紅點(diǎn)至尊獎。

導(dǎo)師點(diǎn)評：腦性癱瘓是兒童致殘率最高的先天性疾病，發(fā)病率高達(dá)1.8%～4%，患兒由于神經(jīng)性損傷，會出現(xiàn)肢體運(yùn)動障礙，嚴(yán)重影響日常生活質(zhì)量。

目前，面向腦性癱瘓兒童的康復(fù)模式存在康復(fù)依靠人力且康復(fù)師資源不足，康復(fù)價格高昂，效率低等缺陷，康復(fù)場景拓寬成為康復(fù)模式優(yōu)化的主要目標(biāo)?？祻?fù)場景的拓寬需要依托智能康復(fù)設(shè)備，市面上成熟的康復(fù)機(jī)器人產(chǎn)品均面向成人，可供成人在家庭、社區(qū)等場景下進(jìn)行康復(fù)，而專為兒童設(shè)計的康復(fù)機(jī)器人產(chǎn)品仍未落地使用，缺乏滿足兒童生理、心理需求的康復(fù)產(chǎn)品。此外，康復(fù)訓(xùn)練的過程枯燥乏味，患兒存在注意力不集中、產(chǎn)生抵觸心理等影響康復(fù)效率的負(fù)面情緒。

在此背景下，本課題針對具有肢體運(yùn)動障礙并處于康復(fù)后期的神經(jīng)損傷疾病兒童，設(shè)計一款下肢康復(fù)外骨骼機(jī)器人產(chǎn)品。

本課題設(shè)計一款面向兒童用戶的下肢康復(fù)外骨骼產(chǎn)品，包括符合兒童人機(jī)尺寸的下肢外骨骼硬件和交互式的趣味康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)。通過人機(jī)交互的閉環(huán)控制系統(tǒng)，同時滿足主被動康復(fù)訓(xùn)練模式，并輔助以游戲化的康復(fù)流程以及實(shí)時生理數(shù)據(jù)反饋康復(fù)進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)輔助康復(fù)產(chǎn)品智能化、個性化的康復(fù)訓(xùn)練。作者在設(shè)計前期首先采用文獻(xiàn)研究法，通過大量的相關(guān)背景文獻(xiàn)了解目前兒童康復(fù)外骨骼研究現(xiàn)狀和主被動康復(fù)訓(xùn)練的流程研究現(xiàn)狀，將虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于康復(fù)運(yùn)動領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，以及康復(fù)領(lǐng)域人機(jī)交互的相關(guān)技術(shù)知識，并對目前的兒童康復(fù)運(yùn)動類產(chǎn)品進(jìn)行同類競品調(diào)研，分析目前市面上產(chǎn)品共性和特性的問題，總結(jié)和歸納兒童產(chǎn)品設(shè)計過程中需要注意的內(nèi)容以及產(chǎn)品的形態(tài)色彩特征規(guī)律。

其次，通過用戶觀察和用戶訪談法，對目標(biāo)用戶的行為習(xí)慣、用戶體驗(yàn)進(jìn)行歸納總結(jié)，分析得出課題需要解決的核心痛點(diǎn)問題和用戶需求，以及本課題相關(guān)的人機(jī)交互規(guī)范，總結(jié)出合理的康復(fù)訓(xùn)練流程。

產(chǎn)品造型與外觀設(shè)計的主要方向?yàn)閰^(qū)別于傳統(tǒng)醫(yī)療器械，以減少醫(yī)療設(shè)備給用戶帶來視覺上的緊張與心理負(fù)擔(dān)。具體包括流線型的曲面造型和更活力、新穎，符合該年齡段兒童審美的配色。此外，形態(tài)與外觀可根據(jù)兒童不同身形尺寸與審美進(jìn)行個性化定制，從而滿足不同患兒的需求。

VRehab兒童外骨骼配備的軟件產(chǎn)品為趣味康復(fù)小游戲，游戲設(shè)定為行走步態(tài)訓(xùn)練小游戲，運(yùn)用VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)。VRehab外骨骼可以與主流VR眼鏡產(chǎn)品通過藍(lán)牙連接，并在VR眼鏡中載入游戲，佩戴VR游戲可在開闊安全的空間中由家長監(jiān)護(hù)開始行走訓(xùn)練。通過可視化的沉浸式界面提供全方位的聽覺、視覺刺激。游戲化程序和交互界面能增加趣味性，提高患兒進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的積極性，優(yōu)化康復(fù)體驗(yàn)。

該作品針對當(dāng)今社會的重要需求調(diào)查了兒童下肢康復(fù)外骨骼的發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計的產(chǎn)品具有便攜化、家庭化、智能化的特點(diǎn)，通過創(chuàng)新游戲化的康復(fù)模式優(yōu)化兒童康復(fù)訓(xùn)練流程，對于臨床實(shí)踐、改善康復(fù)效果及提高康復(fù)效率具有重要意義。