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摘 要：本文以人机工程学理论为基础,对轮椅进行结构和功能的创新设计.分析老年人的生理及心理特征,总结老年人多功能轮椅的设计要素,根据人机工程学、机械设计等相关理论进行轮椅创新设计,并利用人机分析软件SAMMIE对其进行可达域、静态力的分析,以验证设计方案的合理J性.
关键词：人机工程学；老年人；轮椅设计；SAMMIE
近年来轮椅行业保持快速发展,但是,我国轮椅行业产品结构单一,绝大部分产品为一般轮椅,产品价格低.高端产品如电动轮椅和运动轮椅研发投入不足,技术水平和国外相差很大,主要依靠进口.然而东西方人的体型差异很大,面向西方使用人群设计的轮椅未必就适合东方人使用,为了设计出真正适合中国老年人使用的轮椅,必须对轮椅使用人群的人体尺寸、心理特征、行为模式以及生活习惯等进行分析,为轮椅的尺寸提供参考,设计出安全、舒适、适合中国人使用的轮椅.
1SAMMIE在轮椅设计中的应用
人机工程学是应用人体测量学、生理学、人体力学等诸多学科来研究“人-机-环境”三者相互的关系的学科.本文中的研究对象主要是老年轮椅使用者,要考虑的人机工程要素主要包括：老年人人体尺寸、老年人生理及心理特征、人体力学等.
SAMMIE中录入了数十个国家的成年人人体尺寸数据库,包括中国98年成年人人体尺寸数据库,也可以根据需要写作人体模型,在人体关节活动范围内移动人体的肢体和关节,模拟各种操作姿势.它的基本功能主要包括：（1）可达域分析：在工作场所中使用手或脚可以触碰到的范围及物体.（2）合适性分析：用于评估近似人群对一定限制的工作空间的合适性.（3）工作姿势分析：调节人体关节的角度模拟人体工作姿势,并以此来评估人体工作姿势的可行性、舒适性和身体关节的受力等情况.（4）视野分析：根据人体视野特性模拟人体模型的视野,通过参照头部和颈部的运动,仿真人体实际操作过程中的视野,并以此来对产品的视野性能进行评估.
在具体轮椅设计活动中,人机工程学的应用主要体现在以下几个方面：
（1）为轮椅设计提供人体数据参考.结合人体测量学、人体力学、心理学、生理学等学科,对老年人体生理特征、机能结构进行分析,得到老年人的肢体可及范围、人体机能等特征参数,为轮椅的尺寸设计作参考.
（2）为轮椅设计提供造型和结构依据.人机工程学强调让机器适应人,而不是人适应机器.比如优秀的手持式产品设计,要考虑人的手掌、手指尺寸,对不同的手持姿势进行分析对比,找到最贴近人手的自然状态、最安全、最省力的一种操作方式；产品的外形要符合手握的姿势,线条自然流畅.
（3）为轮椅设计提供“环境因素”参考依据.在设计过程中,考虑人在不同使用场景中的适应能力和承受限度,分析环境中的光线、温度、湿度、振动等因素对人体生理和心理的影响,以保证最终设计的产品满足安全、舒适和高效的要求.
2老年人的生理及心理特征分析
人到老年身体形态和生理机能都会发生相应的变化,充分考虑分析老年人的生理及心理特征,才能设计出适用更多老年群体的产品.
2.1生理特征
在生理上,老年人的特征为：
（1）骨骼肌肉系统衰老：老年人肌腱、韧带萎缩僵硬,肌力降低,容易发生骨折且关节活动不利.
（2）感知系统衰老：老年人视觉、听觉下降,味觉、嗅觉、触觉敏感度降低,使老年人对伤害性刺激不敏感,因此在日常生活中易发生意外事故.
（3）思维系统衰老：临床上发现,老年人大脑出现脑萎缩,记忆力、注意力逐渐变差,生活效率也随之下降.
2.2心理特征
（1）离退休综合征：老年人离退休以后突然从忙忙碌碌转到无所事事,逐渐淡出原来的人际关系网,社交范围狭窄,一时间无所适从.
（2）孤独：当下国内“空巢”现象比较普遍,客观上造成老年人可以对话的对象少了,使老年人感到缺乏关爱,孤独感油然而生.
（3）固执或狭隘自负：部分老年人习惯用老眼光看事物,总觉得过去“老一套”好,很难接受新鲜事物.
（4）畏惧死亡：人到老年很少不生病,对疾病、死亡的忧虑、恐惧往往会对老年人产生超负荷的心理压力.
3基于SAMMIE的轮椅创新设计
3.1设计原则
根据以上对于老年人的生理及心理特征分析,总结概括出老年人轮椅的设计原则：
（1）舒适性.轮椅的设计应符合人机工程学,轮椅的尺寸尽可能符合人体的器官尺寸,让使用者脊柱保持正常的生理曲度,各部分肌肉处于放松状态,从而提高舒适性,保证使用者的身体心理健康.
（2）安全性.老人轮椅的设计应采用轻便、高效型材料,这既能提高老年人轮椅的使用性能,减轻重量,又能保障老人的使用安全.
（3）易用性.轮椅的操作方式简便易用,不会让老年人产生心理畏惧感,同时应弱化其护理产品的特殊性痕迹,做到人性化、温暖化.
（4）物美价廉.老年人轮椅设计要严格控制生产成本,简约大方,只有这样,电动老人康复轮椅才能够迅速普及,融入人们的家庭生活,造福老年人.
3.2提出方案
根据老年人的人因分析以及老年人轮椅的设计原则,设计出符合人机工程学的老年人轮椅,该轮椅的靠背和支撑脚角度能够调节,以适应不同使用者的身体尺寸.见图1、图2.
3.3SAMMIE人机分析
（1）构建人体模型.以《中国成年人人体尺寸GB/T10000-1988》和《在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则GB/T12985-91》为标准,选取P5男性、P5女性、P95男性、P95女性,建立4个人体模型,由于老年人普遍存在身高降低,肢体功能减弱的情况,需要对人體模型的尺寸进行一定的修正.由于研究轮椅设计,所以主要考虑坐姿下的人体尺寸,具体参数如图3：
（2）导入轮椅模型,将建立的轮椅模型导入SAMMIE中,为了方便分析,需要将轮椅模型简化,保留关键结构.将人体模型调整成坐姿状态,结合弯腰屈膝等动作,将人体模型的各部位调整至合适角度,使其和轮椅匹配,分析坐姿状态下的轮椅人机关系是否合理.如下图4,从左到右依次为P5女性、P95女性、P5男性、P95男性的坐姿分析图.
由上可知,将轮椅靠背和支撑脚做出不同程度的调整之后,除P95男性的小腿角度,其他角度均能满足四个百分位人体模型的舒适活动范围.四组模型的腰部曲线能和轮椅靠背吻合,使腰椎处于放松状态.
4结语
本文分析了老年人的生理及心理特征,结合特征分析总结了老年人对轮椅的设计需求,基于人因工程原理,进行了轮椅创新设计,并利用人机工程分析软件SAMMIE对设计进行了分析验证,证明该设计满足舒适性的要求.
结论：关于人机工程方面的的相关大学硕士和相关本科毕业论文以及相关人机工程学设计案例论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料下载。
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