Man-machine interface design of a rehabilitation training equipment

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.03.026

Abstract

Abstract:

BACKGROUND: Rehabilitation training equipments play an important role in the rehabilitation treatment. Because of poor muscle strength and joint mobility in patients, we must guarantee the safety of rehabilitation training equipments.
OBJECTIVE: To design a new suitable man-machine interface that ensures patients can use rehabilitation equipments and even parts of fitness equipments safely.
METHODS: Through user experience research, we found the flaws of the existing rehabilitation equipment. Depending on the principles of ergonomics, we designed a new man-machine interface for upper limb exercise through survey and computer-aided design.
RESULTS AND CONCLUSION: The new man-machine interface program achieves the rapid wear and discharge between patients and rehabilitation training equipment, and importantly, it can automatically separate people from the equipment when the patient's body discomforts or equipment failure appears. What’s more, this man-machine interface can be promoted to other fitness equipments. As a result, rehabilitation training for patients will be more convenient.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

全文链接：

Key words: man-machine systems, human engineering, rehabiliation, hemiplegia, aged, disabled persons

CLC Number:

R318

Zhang Ke-xuan, Su Zhi-jian, Gao Zhen-kui, Lin Neng-tao, Zhu Hui-yu. Man-machine interface design of a rehabilitation training equipment[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2014, 18(3): 488-492.

Figures/Tables 1

4 上肢康复训练人机接口方案设计 Design of upper limb training man-machine interface 针对前文提出的问题，以四肢康复训练器材上肢人机接口为例，基于人机工程学考虑，设计了新的康复训练人机接口。该人机接口设计采用弹簧钢片实现对双臂的环绕固定，弹簧钢片通过粘扣带结构与康复训练器材固定连接。通过改变粘扣带的接触面积，实现人跟器材的分离，有效保证使用者的安全。下面将人机接口分为固定装置和分离装置两部分介绍。 4.1 人机接口方案固定装置设计弹簧钢片采用65 Mn弹簧钢，经过特殊加工的弹簧钢片拥有良好的弹性，不易断丝且弹簧的疲劳寿命长，弹簧综合力学性能好[13-14]。它的截面是中间高两边低的形状。正常情况下，钢片被拉伸呈伸直状态(图4A)左，当使用者把手臂放上去，它的中间突起部分受到压力产生变形，钢片就会立刻弯曲并紧紧环绕使用者的手臂(图4A)右，这样就实现了双臂与器材的固定。钢片的长度可以根据使用者手臂的粗细进行选择。使用完毕时，只需将弹簧钢片的两端拉直，双臂便可以取出来。每个上肢人机接口由两个弹簧钢片组成，两个弹簧钢片固定于支撑板1上。 4.2 人机接口方案分离装置设计当使用者身体出现异常，或者器材发生故障时，需要人跟器材发生分离，该人机接口分离装置的设计使用粘扣带结构(图4B)。粘扣带由一条表面有细小钩子的钩面粘扣带与另一条表面有毛圈的毛面粘扣带扣合构成。不同的钩面粘扣带和毛面粘扣带扣合在一起便形成不同的紧固件产品，具有“一碰即粘合，一扯即可分开”的特性，并能反复拆开，扣合使用, 目前已经广泛适用于服装、电子产品、家居用品等领域[15-16]。支撑板1与钩面粘扣带2固定，毛面粘扣带3的一端固定于外壳4，另一端绕过滚轴7与推杆5相连，并通过连接件6与推杆相连。需要分离时，推杆收缩，毛面粘扣带在拉力作用下被剥离，直至粘扣带完全分开，这时就实现了上肢跟器材的分离。反过来，当推杆伸长时，毛面粘扣带跟钩面粘扣带粘合，同时在滚轴的滚压压力作用下，保证粘扣带的良好粘合。经过长期的设计与改进，该上肢人机接口的使用流程(图4C)。使用时，将前臂放入人机接口，通过固定装置将人跟器材固定。正常情况下，结束训练时，只需将弹簧钢片拉直，手臂即可取出。当发生意外情况时，分离装置开始工作，将人的前臂连同固定装置一起跟器材分离，保证使用者的安全。该方案可行性已经得到论证，目前正处于试制样机阶段，样机制作完成后，将进行后期的临床试验。 "

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