多功能老年人助行产品设计

第1章绪论1.1设计背景人口老龄化已经成为经济社会发展不容忽视的一个重要发展趋势。随着国内人口年龄结构的变化以及经济社会发展进程的加快，老龄化速度也在不断加快。截止2022年末，国内60岁以上人口规模大约2.8亿人，占总人口19.8%,2035年这一数字将上升到4.2亿人，国内将步入重度老龄化社会。此外，由于科技进步和医疗技术的进步，人类寿命逐渐增长，老年期占据了人类生命中越来越重要的一部分，使得更多的老人更加关注老年生活。老年人年纪增长，但生理机能却日益下降，引起多种疾病，造成行动障碍。国内现有失能和半失能老人4000万左右，空巢，留守和高龄老人数量剧增，面对人口老龄化的严峻形势，要开发老年产品市场并关注其需求。1.2设计目的及意义老年人行动障碍严重威胁到了老年人的健康安全和生活质量，同时带来的心理问题也不容小觑。助行器是一种辅助人类行走的工具，可以辅助具有运动障碍的人行走，帮助老年人进行正常的外出活动或康复训练，有益于老年人的身心健康。但市面上的助行器产品大多具有外观单一、功能简单、安全性不足等问题，无法切实保障老年人出行需要。对此，改良设计一款老年人多功能助行器，满足老年人基本需求的同时，提高产品质量、进行外观创新，增加其实用功能等特点，可以改善老年人生活质量，提升生活品质，对社会及老年人都有积极意义。1.3国内外设计现状国外对于老年人助行器的设计设计相较于国内来讲是较早的，自上世纪80年代末，美日韩等国家就开始了对助行器的设计，并取得了一定的成果。在一些发达国家及地区，人们的生活水平和质量相对较高，因此对于老年人的日常生活具有较高的要求，在助行产品研发方面投入较大，市面上存在的助行器产品也较多，产品也较为成熟，可满足老年人的日常需求。Solkim等人设计的履带式助行器，分析了在崎岖地形、障碍地形等类型的使用场地，设计出克服所有高度障碍物的助行器。JieGu等人针对目前市面上缺乏多功能性的便携式助行器，设计了多功能组合助行器，具有拆卸功能，同时兼具助行器和拐杖的优点。AjayBonde等人认为老年用户很容易感到疲倦或疲劳，因此设计出简单且具有成本效益的助行器，帮助用户解决传统助行器无法解决的问题。国内助行器行业发展已具备一定的规模，也积累了许多理论成果。刘洋曦文等人针对Kano模型得出用户需求优先级进对产品方案进行构思和优化，完成智慧型老年人多功能助行器设计。李洪涛等人实现了电动轮椅模式与减重助行模式自由切换的助行器设计，确保了助行器的稳定性和安全性。曹泽宇等人把老年助行器外观作为设计对象，采用感性工学的测量和分析方法，对老年助行器进行设计。黄光龙等用TRIZ和Kano模型互相结合的革新方法来改进和革新设计。国内的助行器品种繁多，但是，现在市面上的步行机器人大多是功能单一、智能化水平不高；高智能化的辅助器具有很大的发展潜力，在今后的发展中，辅助器具产业将朝着低价、高安全性和智能化的方向发展。从发展的观点来看，国内的助行器产业在今后的在发展过程中具有三个方面的挑战：一是降低成本，由于助行器消费者往往为中老年人，该人群对价格很敏感。因此，开发时应降低助行器具的费用。二是增强安全性，保证系统稳定安全，因为安全性是产品最基本的特点，也是推动顾客消费的主要因素。三是轻巧、便于携带，为了使用者的可用性与多元化的应用场景，今后在构造与材料选择上，将会逐步朝着轻巧、轻巧的方向发展。总的来说，国外助行器设计相对较成熟，但国内的助行器产品大部分只存在于文献阶段，而实际应用方面并不成熟，不能全面满足当前老年人的需求，部分功能需要进一步地创新和改良。第2章老年人助行器设计市场调研2.1老年人助行器市场现状分析助行器就是帮助人支撑身体重量，维持站立平衡及步行，以达到补偿及提高步行能力，老人步行、康复训练等都少不了助行器的介入。助行器除包括拐杖，轮椅等传统助行器之外，还涉及到许多分支。表2.1助行器分类（来自：作者整理）分类优势劣势适用范围拐杖便捷，造型结构简单，对身体有简单的支撑作用结构不稳定，安全性较差轻度障碍人群轮椅可作为代步工具使用，耐用，稳定性较强体量较大，使用环境有限重度障碍人群框式助行器可辅助行走也可用于中途休息使用环境有限中度障碍人群框式助行器，操作简单，支撑面积大，稳定性强，辅助行走的同时可用于终中途休息，可实现补偿和改善行走的能力，满足且更加贴合部分老人的用户需求，可以起到更好的保护和支持作用。表2.2框式助行器分类（来自：作者整理）分类作用适用范围无动力助行器增加人体的静态和动态平衡能力，提供身体支撑行走不便但无需外部动力的人群动力助行器穿戴在人体外部，支撑体重，保护人体无下肢力量，下肢瘫痪，康复人群电刺激功能助行器利用强度电流，刺激肌肉，诱发肌肉运动，达到改善肌群的功能三瘫病人鉴于三种类型助行器功能特点不同，每种类型各有其适用范围，但无机动助行器应用最为广泛，前景十分广阔，因此设计选择无动力助行器为载体。2.2竞品调研通过上文对国内外设计现状的分析发现，国内助行器产品同质化现象严重，而国外同类产品种类较多，且设计相对新颖。如PROS这款助行器的设计，具备当代时尚设计元素，功能先进，科技前卫，内置LED灯，视野广阔；但过于板正的外部结构与无靠背设计，无法为老年人提供安全稳定的环境。对于老年人来讲，当其过于劳累需要依靠时，也无法通过助行器保障其自身安全和舒适性，缺乏事实和理论指导。同时不能更好的进行储物与携带，模式的单一性限制了助行器的功能性，无法将助行器的作用发挥到更大。图图2.1PROSUS的助行器（来自：网络）COBI-助行器是一款内置手电筒，能协助老人在昏暗的环境中行走，并具备自主导航，自动回到充电站，高度可调节，手柄采用橡胶设计，对老年人产生了积极的生活态度。但此设计便携性不足，使用场景有限，只适用于老年人在室内进行康复训练，无法满足老年人其他需求，性价比低，且成本较高，不适合老年人的消费水平和价值观。图图2.2COBI-助行器（来自：网络）设计老年人助行器要考虑诸多要素，目前市面上存在的助行器设计功能性相对不完善，安全性、舒适性、便捷性等特性有待提高，应以老年人的心理和生理特征为基础，考虑老年人个人消费水平和价值观，尽可能满足老年人对助行器产品的需求期望，站在老年人的角度设计产品。2.3用户调研国际上把年龄在60-74岁的人称为准老年期老年人，超过75周岁的人称为老年人。但在国内，于1966年实施的《中华人民共和国老年人权益保障法》规定,60岁及以上者列为老年人。老年人随着年龄的增长，运动机能、神经系统和感觉器官的退化都对老年人造成了不便。根据国内老年人身体机能衰退程度状况，可将老年人衰退活动划分为：健康活跃期（60岁-64岁）、自理自立期（60岁-64岁）、行动缓慢期（60岁-64岁）、照顾护理期（60岁-64岁）。但并不是所有的老年人身体活动能力与年龄都符合上述分类。因此，按照老年人生理功能及生活技能下降的程度可以划分为自理老人，介助老人和介护老人三种状态。自理老人是指在日常生活中，完全自理，不需要他人帮助，可以自己照顾自己的老年人。介护老人是行为依赖他人于护理，受照顾的老年人。而介助老人则是日常生活基本自理，但在身体、精神等方面都有比较显著的下降，要靠扶手，拐杖，轮椅，起重设备及其他辅助工具，保持日常生活基本自理，进行正常活动。介助老人在体力、智力及其他生理机能衰退方面表现得更为显着，需要借助简单的助行工具辅助行走。所以，助行器设计则主要针对介助老人设计。为了获得介助老人用户日常生活、使用助行器等相关信息，及更好的进行介助老人对产品更深层次需求，采用了实地调研法，对介助老人需求进行了调研。实地考察法使得调研人员可以直面目标用户，通过目标用户的语言、动作、神态等发现用户需求，以下是对实地访谈的用户基本信息： 表2.3实地调研基本信息（来自：作者整理） 序号年龄性别活动能力划分助行器使用状况167岁女介助阶段使用助兴架和拐杖272岁女介助阶段使用拐杖和轮式无动力助行车369岁男介助阶段使用拐杖468岁男介助阶段使用无动力助行器和拐杖582岁女介助阶段使用助兴架和轮式无动力助行车调研发现，介助老人养老大多以家庭养老的方式，外出地点多以附近公园和固定地点为主，出行时间在两小时左右；在外出活动时，由于介助老人器官衰竭，爬楼梯、走台阶、快速走路等各个方面会收到或多或少的影响，大多都会使用助行产品来辅助出行。老年人在选择事物时，往往选择性价比、安全系数较高的，对生活帮助最大的事物，以满足日常需求。介助老人认为市面上的助行器产品便携性、安全性、质量等问题有待完善；在助行器常规使用条件的范围内，希望增加其功能性、智能感和美感，具有GPS防丢失和语音导航、紧急呼救的功能。图2.3图2.3实地调研（来自：作者拍摄）2.4老年人助行器材质调研产品材质直接或间接影响着老年人使用产品的感受，材质也是构成助行器整体设计的一个重要因素。在进行助行器材质选择时，要符合老年人生理和心理需求，优先考虑其材质的安全性和稳定性，给老年人提供性能保障。其次，科技的发展，许多新型材料层出不穷，便捷性是当下助行器设计的原则之一，所以在选材时，在满足其刚度和强度的条件下，可考虑材料的便捷性。表2.4助行器材质分析（来自：作者整理）材质优势劣势金属耐久，不易老化，稳定性佳成本高，质量重，不易加工铝合金质轻硬、可塑性好耐磨性差，美观度低塑料加工特性好，重量轻，强度大，消声、减震易老化，耐热性差橡胶柔软，耐磨，有弹性耐油性差皮革轻盈保暖，耐久力贮藏、护理要求高木材结实耐用干缩湿胀，质量重因此，在助行器主体支架材料上主要选用机械强度分布广和较高强度的塑料，它重量轻，化学稳定性优良，具有消声和减震作用；扶臂、座椅材料方面使用质地柔软、透气的橡胶材质；轮子则选用有弹性且抓地好的PU材质。第3章老年人助行器产品设计定位3.1用户定位本文主要针对60岁以上轻中度障碍人群及介助老人进行设计，介助老人肌肉骨骼运动机能出现力量下降、能力退化、萎缩等较大变化，关节活动受到一定程度影响，灵活性降低，从而只能进行简单的动作，且无法进行长距离行走，需要借助工具来得到训练的功能。同时神经感觉器官老化，使介助老人对外界刺激变得迟钝，反应能力变差，身体滞后，行动能力受损，导致其对周围事物适应困难，难以独立生活。介助老人拥有自身经验，不愿接受新鲜事物，意志坚定又不愿服老，同时，生理机能的衰退以及社会地位的变化，导致其精神负担加重，容易出现焦虑、苦闷、意志消沉等负面情绪，产生畏惧困难的心理。所以，针对60岁以上处于体力和智力等生理机能衰退较明显状态的轻中度介助老人，设计一款助行器尤为重要，可辅助其行走，来满足日常生活需求。3.2功能定位表3.1助行器功能需求（来自：作者整理）功能需求实用功能助行功能平地散步、快速走路助起功能弯腰、下蹲、坐到站、蹲到站锻炼功能恢复、训练其他功能智能需求、照明、储物性能功能安全性结构稳定、防滑倒、材质安全、操作安全舒适性符合人体工程学、触感舒适便捷性可折叠、操作简单审美功能造型时尚、前卫、圆滑材质结实耐用色彩沉稳大气本设计是针对介助老人开展，从产品的主要功能入手，将创新点与新颖的造型结合，进行改良设计，设计出更符合介助老年人要求的产品；增强体验感，充分满足介助老人的生理及心理需求，增加老年人与儿女之间的联系，能为介助老年人的身体和心理快速康复提供帮助和关怀，提高介助老人生活质量。通过对国内外关于多功能老年人助行产品设计的分析和对市面上已经存在的多功能助行器的调研，以及了解到市面上存在产品功能性的优缺点，在设计过程中应对现有的助行器设计的缺点进行改进，从而得出介助老人用户主要功能需求。在实用功能方面，助行器主要包括助行功能、助起功能、锻炼功能等特性，满足介助老人平地散步、快速走路、康复训练等基本需求，使介助老人得到最基本的需求性满足；性能功能包括安全性，舒适性，便捷性等，符合人体工程学设计，提高介助老人的体验感受，保障老年人安全；审美功能则包括造型、材质、色彩等方面，结实耐用，沉稳大气的设计构造，符合介助老人对产品的审美。3.3设计构思助行器设计满足基本产品的属性之后，增加其功能、造型、材料、结构等方面的相互作用，针对介助老人的身体和心理条件进行设计。图3.1助行器主要设计工作图（来自：作者自绘）安全性方面，注意助起安全、座椅安全等问题，避免出现直角、尖锐的造型，降低安全隐患，使介助老人安全使用；适用性方面，简单智能化，方便老人使用，定位系统，方便家人实时观测；功能性则具有推坐一体，助力起身，基本需求得到保障；外观性方面应造型形状轻盈、结构简单，体现出生机勃勃和积极向上的感觉，让老年人生理和心理都得到保障；材质方面，主要选用较高强度的塑料，扶臂、座椅材料方面使用质地柔软、透气的橡胶材质；轮子则选用有弹性且抓地好的PU图3.1助行器主要设计工作图（来自：作者自绘）第4章老年人助行器设计实践4.1设计方案通过上述总结地产品设计定位，造型简洁、智能，结构稳固，助起、助行等功能及结构定位，进行了一些草图方案的构思与优化。图4.1图4.1设计草图（来自：作者自绘）根据产品造型、结构、使用情景等条件并结合产品基本原则进行分析，方案三整体造型简化流畅，曲直结合，流线性美感；三角型结构，稳定安全，结实耐用；靠背人体工程学设计，舒适可靠，所以最终选择方案三为最终定稿，进行设计。图图4.2设计模型（来自：作者自绘）4.2设计效果图多功能老年人助行器主要体现在四轮无动力设计，推坐一体化，可协助介助老人起身，具有支撑功能，结构稳定；功能多样化设计，具有储物功能与照明系统，同时融合科技创新，使助行器设计智能化。图4.3图4.3设计效果图（来自：作者自绘）4.3设计分析4.3.1人机分析本设计可辅助介助老人行走，协助介助老人起身，帮助介助老人做康复训练或者出门活动；当介助老人行走感到疲乏时，座椅设计可为介助老人提供休息。此设计拥有智能APP人机交互功能，方便介助老人使用和子女实时观测。图图4.4人机交互图（来自：作者自绘）图图4.5交互APP（来自：作者自绘）4.3.2色彩分析图4.6色彩图（来自：作者自绘）图4.6色彩图（来自：作者自绘）4.3.3细节分析图4.7细节分析（来自：作者自绘）本设计采用简洁化设计，使用便捷；具有一定智能感体现，图4.7细节分析（来自：作者自绘）4.4展板设计图4.8展板设计（来自：作者自绘）图4.8展板设计（来自：作者自绘）总结本设计是针对国内老龄化人口的特点以及老年人生理、心理需求而对现有的助行器产品进行的改良创新设计。通过阅读文献、调差等材料，对助行器产品进行竞品分析及功能分析，得出现有助行器存在的设计现状和不足，采用市场调研、实地考察等调研方法获取关于老年人助行器的用户需求信息，为设计实践提供了理论依据。设计以符合老年人的用户需求为前提，对多功能、智能化、具有交互性的助行器产品进行设计。体现助行器的实用功能、结构稳定性和色彩选择等条件，符合老年人心理特征，丰富老年人生活，改善其生活质量的产品，注重情感和人性化。 参考文献[1]曹泽宇,王凤华.基于感性工学的老年助行器外观设计研究[J].工业设计,2022,(07):74-76.[2]麦振山.一种助行器的车把手折叠收纳结构[P].广东省：CN217706135U,2022-11-01.[3]刘洋曦文.基于Kano模型的智慧型老年人多功能助行器设计[D].湖南工业大学,2022.[4]张涵.四轮电动助行器设计与研究[D].山东建筑大学,2022.[5]邹子豪.老年人下肢力量康复训练方法研究及器械设计[D].东华大学,2022.[6]王圆圆,乔傲,耿美玲.基于FBS模型的农村介助老人多功能助行器设计研究[J].工业设计,2022,(02):155-157.[7]陈倩.一种多功能助行器的创新设计[A].上海市护理学会.第五届上海国际护理大会论文摘要汇编（上）[C].上海市护理学会:上海市护理学会,2022:522-523.[8]李宏涛.一种老人助行器的设计与分析[J].河南科技,2021,40(32):51-53.[9]张彭珍,贺杰,周会荣.全髋关节置换术后的注意事项[N].大众健康报,2022-08-30(013).[10]徐慧.基于老年人心理与生理特点的家用医疗产品交互设计[J].艺术品鉴,2019,(26):295-296.[11]黄光龙.TRIZ与Kano模型集成在老年人助行器设计的应用研究[D].广东工业大学,2019.[12]LeeYeonKyun,YangChangMin,KimSol,JungJiYong,KimJungJa.DevelopmentofaCaterpillar-TypeWalkerfortheElderlyPeople[J].AppliedSciences,2021,12(1).[13]NatnichaLertkitjaroenpol,RachataKithatthaporn.DesignofanEmergencyWalkerDetectingDevicefortheElderly[J].JournalofResearchinScienceandEngineering,2021,3(9).[14]GuJie,WangJingyuan,SunMing,WuQing.Designofmultifunctionalcombinedwalkingaid[J].JournalofPhysics:ConferenceSeries,2021,1939(1).[15]KingstonDavidC.FerwerdaSarah,FontaineCurtis,KeepingMarhanda,StewartJeffrey,WardRachel,ZapskiJenelle,CollinsKassondra,EssienSamuelK.,ZuckerLevinAudreyR..ImplicationsofWalkingAidSelectionforNonweightbearingA