浙江工業大學　兒童康復外骨骼產品設計

平雅沁　唐智川

辦學特色

我校工業設計專業先后入選浙江省重點特色專業、浙江省優勢專業、國家級一流本科專業建設點；2022軟科中國大學專業排名前12%（A）。本專業擁有國家中小企業公共服務平臺、浙江省工業設計技術創新服務平臺、浙江省工業設計研究院等平臺，依托這些平臺成立30余家校企聯合研發中心和校外實踐基地服務浙江省區域經濟與中小企業，近三年重大橫向項目20余項，科研到款超3000萬。本專業擁有教育部高等學校機械類專業教學指導委員會工業設計專業教學指導分委員會委員1人，浙江省高等學校本科教學指導委員會設計學類專業教學指導委員會副主任委員1人；獲國家級教學成果獎1項、省級教學成果獎3項；連續六年在省屬高校同專業中錄取分數最高；近三年學生獲互聯網+、挑戰杯、紅點獎、全國大學生工業設計大賽、國家大學生創新創業訓練計劃等省部級以上獎項100余項。

兒童康復外骨骼產品設計

設計者：平雅沁

指導老師：唐智川

院校：浙江工業大學

作者闡述：據統計，全球有近2.4億殘障兒童。他們中的大多數存在肢體運動障礙，需要盡早進行運動康復治療。外骨骼機器人技術已廣泛應用于運動康復領域，能夠實現肢體的主被動運動輔助。但市場上針對兒童患者的康復外骨骼產品仍較少。VRehab兒童康復外骨骼的設計目標是在更自由的應用場景下，使兒童在科學、有吸引力的康復流程中使用更智能的康復產品：將虛擬現實游戲融入運動康復，不僅提高兒童在康復訓練中的積極性和配合度，沉浸式的信息反饋也能夠進一步提升康復效果；產品造型提取自兒童喜愛的動畫角色，減少醫療產品給兒童帶來的心理壓力。

VRehab配備了針對兒童的輔助康復VR游戲。趣味性的游戲引導兒童進行下肢康復運動，能夠在訓練過程中調節兒童的情緒，消除抵觸心理，促使兒童積極地進行下肢康復訓練。通過MPU采集外骨骼運動信號實現游戲虛擬人的控制，同時家長可以在PC端實時觀察下肢運動情況的反饋。

指導老師 唐智川

唐智川，博士、浙江工業大學社科院學術副院長，教授，工業設計系主任，入選浙江省高校領軍人才培養計劃。主持國家自科基金、國家社科基金等項目10項；發表論文60余篇；獲中國商業聯合會科學技術特等獎、紅點至尊獎。

導師點評：腦性癱瘓是兒童致殘率最高的先天性疾病，發病率高達1.8%～4%，患兒由于神經性損傷，會出現肢體運動障礙，嚴重影響日常生活質量。

目前，面向腦性癱瘓兒童的康復模式存在康復依靠人力且康復師資源不足，康復價格高昂，效率低等缺陷，康復場景拓寬成為康復模式優化的主要目標。康復場景的拓寬需要依托智能康復設備，市面上成熟的康復機器人產品均面向成人，可供成人在家庭、社區等場景下進行康復，而專為兒童設計的康復機器人產品仍未落地使用，缺乏滿足兒童生理、心理需求的康復產品。此外，康復訓練的過程枯燥乏味，患兒存在注意力不集中、產生抵觸心理等影響康復效率的負面情緒。

在此背景下，本課題針對具有肢體運動障礙并處于康復后期的神經損傷疾病兒童，設計一款下肢康復外骨骼機器人產品。

本課題設計一款面向兒童用戶的下肢康復外骨骼產品，包括符合兒童人機尺寸的下肢外骨骼硬件和交互式的趣味康復訓練系統。通過人機交互的閉環控制系統，同時滿足主被動康復訓練模式，并輔助以游戲化的康復流程以及實時生理數據反饋康復進程，實現輔助康復產品智能化、個性化的康復訓練。作者在設計前期首先采用文獻研究法，通過大量的相關背景文獻了解目前兒童康復外骨骼研究現狀和主被動康復訓練的流程研究現狀，將虛擬現實和增強現實技術應用于康復運動領域的發展現狀，以及康復領域人機交互的相關技術知識，并對目前的兒童康復運動類產品進行同類競品調研，分析目前市面上產品共性和特性的問題，總結和歸納兒童產品設計過程中需要注意的內容以及產品的形態色彩特征規律。

其次，通過用戶觀察和用戶訪談法，對目標用戶的行為習慣、用戶體驗進行歸納總結，分析得出課題需要解決的核心痛點問題和用戶需求，以及本課題相關的人機交互規范，總結出合理的康復訓練流程。

產品造型與外觀設計的主要方向為區別于傳統醫療器械，以減少醫療設備給用戶帶來視覺上的緊張與心理負擔。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，形態與外觀可根據兒童不同身形尺寸與審美進行個性化定制，從而滿足不同患兒的需求。

VRehab兒童外骨骼配備的軟件產品為趣味康復小游戲，游戲設定為行走步態訓練小游戲，運用VR技術實現。VRehab外骨骼可以與主流VR眼鏡產品通過藍牙連接，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護開始行走訓練。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，提高患兒進行康復訓練的積極性，優化康復體驗。

該作品針對當今社會的重要需求調查了兒童下肢康復外骨骼的發展現狀，設計的產品具有便攜化、家庭化、智能化的特點，通過創新游戲化的康復模式優化兒童康復訓練流程，對于臨床實踐、改善康復效果及提高康復效率具有重要意義。