哈爾濱工業(yè)大學　卒中后手運動功能障礙康復設備設計

王添運　周巖

辦學特色

我校工業(yè)設計專業(yè)，1994年籌建并于1996年招收本科學生，2000年工業(yè)設計專業(yè)劃歸機電工程學院，2011年建成設計學一級學科碩士點，現(xiàn)為國家級工業(yè)設計一流專業(yè)建設點。專業(yè)建有人機工程實驗室、模型制作實驗室、生理與心理實驗室等，涉及創(chuàng)意表達、模型制作、產品設計與評價、人機工程等方面，專業(yè)還極具特色的學生創(chuàng)新工作室，與美國伊利諾伊理工大學、日本千葉工業(yè)大學等國外著名工業(yè)設計院校建立了長期緊密的交流合作關系，開展外籍教授交流授課、學生互訪交流等活動。

專業(yè)強調工科與藝術的深度融合，面向國家發(fā)展戰(zhàn)略需要，形成獨具哈工大鮮明特色的航天與裝備工業(yè)設計，多覺體驗及感性工學、特殊空間人機及作業(yè)環(huán)境、機電裝備人機交互方法與界面等研究方向，著力培養(yǎng)具有家國情懷、專業(yè)基礎寬厚、富有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的卓越設計人才。

卒中后手運動功能障礙康復設備設計

設計者：王添運

指導老師：周巖

院校：哈爾濱工業(yè)大學

作者闡述：卒中后手運動功能障礙是一種常見的神經系統(tǒng)損傷。為了提高卒中后手運動功能康復的效果和便利性，本設計提出了一種基于虛擬現(xiàn)實和肌電信號采集技術的康復設備。

該設計利用于患側手小臂處采集的肌電信號和頭部顯示設備裝有的攝像頭采集的信息作為輸入，通過識別患者的手勢動作，并將其映射到虛擬現(xiàn)實環(huán)境中，使用氣動元件為患側手提供助力和阻抗，完成不同的康復訓練任務。根據(jù)人機工程學分析，對虛擬現(xiàn)實頭部顯示設備進行了改進設計。同時，制作了視覺形象標識，以助力其營造良好的品牌形象。

該設計還依據(jù)現(xiàn)有的康復方案設計了面向護理人員的交互界面系統(tǒng)和面向患者的多種康復任務。交互界面可以實時顯示患者的肌電信號、手勢識別結果、虛擬現(xiàn)實場景和康復進度等信息，方便護理人員對患者進行監(jiān)測和指導?？祻腿蝿瞻ǘ喾N類型的虛擬現(xiàn)實游戲，如抓取、伸展、旋轉等手指動作，以及各種多關節(jié)運動。該設計為卒中后手運動功能康復提供了一種新的可能。

指導老師 周巖

周巖，哈爾濱工業(yè)大學建筑學院副教授，長期從事工業(yè)設計領域的教學與科研工作，聚焦智慧醫(yī)療、機器人和智能裝備等產品品類的工業(yè)設計、人因學研究、感性工學研究、數(shù)字化及虛擬設計等，榮獲中國優(yōu)秀工業(yè)設計金獎、黑龍江省教學成果獎、黑龍江省科技獎等。

導師點評：本次畢業(yè)設計的主題是卒中后手運動功能障礙康復設備設計。該設計旨在為卒中后手運動功能障礙的患者提供一個更加有效、有趣和人性化的康復訓練環(huán)境，幫助他們恢復手部運動能力，提高他們的生活質量和自信心。

該設計經歷了以下三個設計過程：功能規(guī)劃、造型設計和交互界面設計。在功能規(guī)劃過程中，該設計根據(jù)醫(yī)護人員和患者的需求信息和相關理論，確定了設備的功能系統(tǒng)圖和功能結構。設備的主要功能是利用氣動元件、虛擬現(xiàn)實和肌電信號采集三種技術，對患者手部進行力或運動控制、視聽刺激、運動想象引導、手勢識別和評估。在造型設計過程中，該設計通過多種方法和軟件完成了產品整體造型、外觀結構、材料選擇、色彩等相關設計。設備的造型設計旨在符合人體工程學原則，并給使用者帶來舒適美觀的感受。在交互界面設計過程中，該設計通過多種方式完成了交互界面設計方案、原型、測試和評估。設備的康復任務設計旨在提供簡單易用、直觀友好、豐富多樣的交互，并給使用者帶來樂趣和成就感。

該設計主要采用了三種技術：氣動元件技術、虛擬現(xiàn)實技術和肌電信號采集技術。氣動元件技術是一種利用氣體壓力來實現(xiàn)力或運動的裝置，具有結構簡單、成本低廉等優(yōu)點。氣動元件可以根據(jù)患者的運動情況，提供相應的助力或阻抗，以增強或抑制其肌肉活動，提升康復效果。虛擬現(xiàn)實技術是一種利用計算機模擬環(huán)境，讓用戶感覺身處其中的技術。虛擬現(xiàn)實技術可以提供更加真實和生動的視聽刺激，激發(fā)運動想象（MI），即在心理上模擬自己進行某種運動的過程。MI可以激活與運動執(zhí)行相似的腦區(qū)，促進中樞神經系統(tǒng)的可塑性和重組，改善運動功能。肌電信號采集技術是一種通過采集和分析人體肌肉收縮時產生的微弱電信號，反映人體神經肌肉系統(tǒng)的活動狀態(tài)的技術。通過采集和分析肌電信號，可以獲得人體手勢的信息，從而實現(xiàn)手勢識別，增強其參與感和沉浸感。

該設計主要使用了塑料和織物作為設備材料。為訓練提供力量的氣體通路使用橡膠軟管制造，塑料表面均進行磨砂處理，防止眩光為使用者帶來不適。此外，設備的織物部分還可拆卸洗滌，以滿足使用者的衛(wèi)生需求。

該設計是一種創(chuàng)新性的手運動功能障礙康復設備設計，具有較高的實用性價值，值得進一步的開發(fā)和推廣。