哈尔滨工业大学 卒中后手运动功能障碍康复设备设计

王添运　周岩

办学特色

我校工业设计专业，1994年筹建并于1996年招收本科学生，2000年工业设计专业划归机电工程学院，2011年建成设计学一级学科硕士点，现为国家级工业设计一流专业建设点。专业建有人机工程实验室、模型制作实验室、生理与心理实验室等，涉及创意表达、模型制作、产品设计与评价、人机工程等方面，专业还极具特色的学生创新工作室，与美国伊利诺伊理工大学、日本千叶工业大学等国外著名工业设计院校建立了长期紧密的交流合作关系，开展外籍教授交流授课、学生互访交流等活动。

专业强调工科与艺术的深度融合，面向国家发展战略需要，形成独具哈工大鲜明特色的航天与装备工业设计，多觉体验及感性工学、特殊空间人机及作业环境、机电装备人机交互方法与界面等研究方向，着力培养具有家国情怀、专业基础宽厚、富有创新精神和创新能力的卓越设计人才。

卒中后手运动功能障碍康复设备设计

设计者：王添运

指导老师：周岩

院校：哈尔滨工业大学

作者阐述：卒中后手运动功能障碍是一种常见的神经系统损伤。为了提高卒中后手运动功能康复的效果和便利性，本设计提出了一种基于虚拟现实和肌电信号采集技术的康复设备。

该设计利用于患侧手小臂处采集的肌电信号和头部显示设备装有的摄像头采集的信息作为输入，通过识别患者的手势动作，并将其映射到虚拟现实环境中，使用气动元件为患侧手提供助力和阻抗，完成不同的康复训练任务。根据人机工程学分析，对虚拟现实头部显示设备进行了改进设计。同时，制作了视觉形象标识，以助力其营造良好的品牌形象。

该设计还依据现有的康复方案设计了面向护理人员的交互界面系统和面向患者的多种康复任务。交互界面可以实时显示患者的肌电信号、手势识别结果、虚拟现实场景和康复进度等信息，方便护理人员对患者进行监测和指导。康复任务包括多种类型的虚拟现实游戏，如抓取、伸展、旋转等手指动作，以及各种多关节运动。该设计为卒中后手运动功能康复提供了一种新的可能。

指导老师 周岩

周岩，哈尔滨工业大学建筑学院副教授，长期从事工业设计领域的教学与科研工作，聚焦智慧医疗、机器人和智能装备等产品品类的工业设计、人因学研究、感性工学研究、数字化及虚拟设计等，荣获中国优秀工业设计金奖、黑龙江省教学成果奖、黑龙江省科技奖等。

导师点评：本次毕业设计的主题是卒中后手运动功能障碍康复设备设计。该设计旨在为卒中后手运动功能障碍的患者提供一个更加有效、有趣和人性化的康复训练环境，帮助他们恢复手部运动能力，提高他们的生活质量和自信心。

该设计经历了以下三个设计过程：功能规划、造型设计和交互界面设计。在功能规划过程中，该设计根据医护人员和患者的需求信息和相关理论，确定了设备的功能系统图和功能结构。设备的主要功能是利用气动元件、虚拟现实和肌电信号采集三种技术，对患者手部进行力或运动控制、视听刺激、运动想象引导、手势识别和评估。在造型设计过程中，该设计通过多种方法和软件完成了产品整体造型、外观结构、材料选择、色彩等相关设计。设备的造型设计旨在符合人体工程学原则，并给使用者带来舒适美观的感受。在交互界面设计过程中，该设计通过多种方式完成了交互界面设计方案、原型、测试和评估。设备的康复任务设计旨在提供简单易用、直观友好、丰富多样的交互，并给使用者带来乐趣和成就感。

该设计主要采用了三种技术：气动元件技术、虚拟现实技术和肌电信号采集技术。气动元件技术是一种利用气体压力来实现力或运动的装置，具有结构简单、成本低廉等优点。气动元件可以根据患者的运动情况，提供相应的助力或阻抗，以增强或抑制其肌肉活动，提升康复效果。虚拟现实技术是一种利用计算机模拟环境，讓用户感觉身处其中的技术。虚拟现实技术可以提供更加真实和生动的视听刺激，激发运动想象（MI），即在心理上模拟自己进行某种运动的过程。MI可以激活与运动执行相似的脑区，促进中枢神经系统的可塑性和重组，改善运动功能。肌电信号采集技术是一种通过采集和分析人体肌肉收缩时产生的微弱电信号，反映人体神经肌肉系统的活动状态的技术。通过采集和分析肌电信号，可以获得人体手势的信息，从而实现手势识别，增强其参与感和沉浸感。

该设计主要使用了塑料和织物作为设备材料。为训练提供力量的气体通路使用橡胶软管制造，塑料表面均进行磨砂处理，防止眩光为使用者带来不适。此外，设备的织物部分还可拆卸洗涤，以满足使用者的卫生需求。

该设计是一种创新性的手运动功能障碍康复设备设计，具有较高的实用性价值，值得进一步的开发和推广。