探究康复训练器材的人机接口设计

赵健 李哲

天津市产品质量监督检测技术研究院 天津 300384

1 康复训练器材的人机接口功能设计要求

1.1 基本功能要求

上肢的康复训练器材，是以其中的电机运转为基础，从而带动病患双手及整个上肢开展周期性的旋转运动，最终达到恢复上肢活动能力的目标。但是康复病患自身的肌力和正常人的差距明显，甚至于部分病患无法完成上肢恢复训练，再加之关节活动范围不足，在缺乏外力辅助的情况下，难以完成上肢运动。由此出发，康复训练器材中的人机接口所需要具备的基本功能就是连接病患和器材，在康复病患的初期训练工作中，只能够实现被动及辅助运动。这些运动能够完成的前提就是病患自身的肢体运动可以跟上器材的转动。在这种要求下，康复器材的人机接口就可以在全面发挥人机连接功能的基础上，确保病患在康复训练的过程中，机体能够和器材做出有效的连接[1]。

1.2 人际操作功能要求

任何产品生产出来的目的就是为人们服务，并且人们在使用产品的过程中，也是一个人和产品之间的交互过程，为此，在设计康复训练器材的过程中，还需要考虑到人机操作功能。具体而言，主要是包括产品的良好操作性、舒适性及维修性等内容。还需要注意的一点是，人们在使用产品的过程中，人和产品之间往往是出于一种动态保护的关系下，这也就意味着在设计人机操作装置的过程中，需要同时考虑到静态及动态下的人机交互关系，只有这样方可保障产品使用工作时的状态能够完全符合机体的运动的状态。从这种要求出发，在设计康复训练器材人机接口的过程中，病患和人机接口之间主要的交互操作是器材的穿戴和脱卸，但考虑到康复直接患者自身活动存在一定的不便性，这也就意味着在设计人机接口功能的过程中需要全面考虑患者器材穿戴及脱卸的方便性。在生产制造康复训练器材的过程中，通过使用先进的生产制造工艺以及简单巧妙的结构来有效的实现训练康复器材人机接口的穿戴和脱卸功能，从而真正意义上降低病患对于人机接口功能学习和使用的门槛以及成本。同时由于残疾病患自身在康复训练的过程中，心理状态相对较为脆弱，如果人际操作设计变得较为复杂，很容易在患者使用的过程中失去相应的耐心，除此之外也会对患者自身本就敏感脆弱的心理造成二次伤害。而这些简单巧妙的人机操作功能设计，不但在情感方面很好地展现了对于残疾患者的关心，而且还很好地满足了病患对于人机接口功能方面的需求。

1.3 安全保障功能要求

对于康复训练器材人机接口的设计工作来说，由于接受康复训练的病患自身机能存在一定的缺陷，会进一步增加在康复训练过程中存在的不确定性。在患者实施康复训练的过程中，肌肉痉挛以及肌无力等情况也是会经常发生的，这种情形下，在设计康复训练器人机接口的过程中，需要对患者自身生理缺陷可能会带来的安全隐患做出全面的考虑。并且康复训练器材人机接口的设计也并不可能做到十全十美，而这也就意味着在康复训练器材出现相应事故的时候，需要首先保障病患自身的安全。具体一些来说，就是在仪器自身检测到病患机体出现痉挛等异常或者是训练器材自身发生故障的前提下，人机接口需要在第一时间内完成人机分离的操作，从而优先保障病患的人身安全[2]。

2 康复训练器材的人际接口设计分析

2.1 固定装置设计分析

为了更好的实现之前所提到的康复训练器材的人机交互功能目标，在设计其人机接口的过程中，弹簧钢片需要采用65mm的弹簧钢，在经过相应的特殊加工之后，这一类型的弹簧钢片本身将会具备十分良好的弹性，并且具备较长的疲劳寿命以及综合力学性能，其截面形状是一个中间高两边低的凸字形。在正常情况下钢片是处于一种拉伸的伸直状态，在使用者将手臂放置在器材上的时候，中间凸起的部分就会因为受到压力而产生相应的形变，港片就会在立刻弯曲的情况下，围绕在使用者的手臂上，很好地实现了病患手臂和器材的固定。钢片的具体长度可以根据使用者手臂的粗细程度进行相应的选择和条件。在使用完毕之后，只需要将两端拉直双臂便可以取出。

2.2 分离装置设计分析

在使用者身体机能出现异常或者是训练康复器材发生故障的前提下，需要及时将病患的上肢和器材分离。在设计相应的分离装置的过程中可以使用粘扣带的结构，粘扣带结构主要是由一条表面带有细小钩子的钩面粘扣带和另一条表面带有毛圈的毛面粘扣带组合构成的，不同的粘扣带扣在一起便可形成不同性质的紧固件产品，也具有即拉即开的特性，这种设计方式可以极大地保障病患在康复训练过程中的人身安全。分离装置自身的支撑板是和后面的粘扣带固定在一起的，而蒙面的粘扣带一端总是固定在整个康复训练器材的外壳上，并且其另一端需要绕过滚轴和推杆进行连接，并在连接件的帮助下和推杆做出紧密的连接。而在分离的过程中，只需要收缩推杆毛面粘扣带可以在力量的影响下剥离开，如此一来便实现了上肢和康复训练器材的完美分离[3]。

3 结语

康复训练器材对于残疾病患恢复自身机体功能，回归到正常的社会生活中有着十分重要的意义。而在具体的康复训练的过程中，器材自身的安全性高低对于康复训练的效果以及病患自身的人身安全都会有着十分直接的影响，在这种情况下，本文在全面分析训练康复器材的基本功能、人机操作功能以及安全保障功能三方面要求的前提下，针对上肢训练康复器材的固定和分离装置设计做出了相应的分析，以便为今后康复训练器材的设计完善提供相应的参考。