基于舒适度的轮椅设计研究

摘要：随着经济的不断发展和生活水平的不断上升，人们对产品设计的舒m性要求也在逐步提高。康复轮椅作为老年人的锻炼与代步工具，长时间坐在上面保持同种姿势很容易产生疲劳感，在做康复轮椅的设计时，必须要考虑舒适性。本文在舒适度的原则下，从轮椅坐垫、靠背和脚踏板三方面对老年人轮椅的设计进行了研究。

关键词：舒适度；康复轮椅；老年人；产品设计

座椅的舒适性包括静态和动态两种。静态舒适性是指座椅与人体之间的匹配关系能否为人创造出舒适的坐姿条件，以及所能提供的舒适程度。当轮椅使用者在自然放松状态下的人体曲线与轮椅形态曲线越吻合，轮椅的舒适性就越高。动态舒适性是指座椅及运输工具在行进过程中承受所产生的各种冲击和振动激励的能力，能否使乘员身体承受的振动强度处于人体承受振动的舒适范围之内，以及人体所能感受舒适的程度。本文所研究的康复轮椅，在使用其康复护理功能时，轮椅不处于行进状态，因此本文主要考虑康复轮椅的静态舒适性。在轮椅的使用过程中，使用者70%的体重都会压在轮椅座位上，轮椅与人体之间有匹配关系的部位主要是轮椅的坐垫部分、靠背部分以及脚踏板部分（如图1），因此，坐垫、靠背与脚踏板的舒适性设计是康复轮椅舒适性设计的重点。

1轮椅坐垫设计

舒适度高的轮椅坐垫，其界面的形状与人体臀部轮廓契合，对臀部有较好的支撑和包裹作用。而且坐垫要透气性、吸湿性良好，保证皮肤表面干爽，局部皮肤温度升高会加快细胞代谢率，使皮肤出汗而长期浸在潮湿环境中，发生溃疡。当人体局部组织压力过大，或长时间保持同一坐姿时，会使压力分布不均匀，导致血液循环不畅，有产生压疮的风险。轮椅的坐垫设计应该增大臀部与坐垫间的接触面积，减小压力，并且支持患者变换坐姿以调整压力分布状况。

坐垫对轮椅舒适度的影响主要表现在坐垫尺寸、坐垫形状、坐垫倾角与坐垫材料上：

1.1坐垫尺寸

坐垫尺寸包括坐垫的宽度即座面左右距离，坐垫深度即座面前后距离。根据人体测量学，人体坐姿时臀部宽度尺寸为404-434mm之间，为了使用户能够自由调整坐姿，座面宽度应该大于这个尺寸；座面深度太深会使背部的支撑点悬空，同时膝窝处受压，座面太浅会使大腿前沿软组织受压，时间久了使大腿麻木。因此，座面深度一般相当于大腿全长的3/4，即400-440mm。坐垫高度取决于轮椅的座位高度，根据人体测量学，我国一般椅子高度为400-460mm，座面太高会使两只脚悬空，小腿容易麻木，座面太低，体重会集中在坐骨部位，臀部肌肉容易疲劳，同时也会加大背部肌肉负荷，起身时感到困难。

1.2坐垫形状

坐垫的形状应与人体臀部轮廓契合，座面能有与臀部形状相适应的凹陷，而且有一定弹性，对臀部有较好的支撑和包裹作用。

1.3坐垫倾角

舒适的座椅体压分布呈现的是坐垫部分为坐骨结节处压力最大，从坐骨结节向外，压力逐渐平缓减弱，直至大腿部分压力降至最小（如图2）。所以轮椅座面应与水平方向存在一个夹角，约5-10°为宜。这有助于防止轮椅使用者臀部向前滑动的趋势，减少由肌肉静力收缩来防止这一滑动趋势而造成的生理和心理上的疲劳感。但坐面的后倾角又不能过大，否则容易增加大腿前缘的压力，并减少双腿在脚踏板上的负荷，阻碍血液循环，引起双腿发麻、肿胀。

1.4坐垫材料

同坐垫形状一样，坐垫材料必须要有好的支撑力。调查发现现在常用的坐垫采用泡棉填充，外层包裹织物或皮革。通常认为，当坐垫使用材料的硬度越低，人体的下陷程度越大，接触面的峰值压力就越小。但是当座椅泡棉太过柔软，泡棉的局部变形导致出现“漏斗效应”，此时人体局部所受到的挤压增大，最终导致峰值压力的增大。所以，坐垫一定要软硬适中，而且保证透气性、吸湿性良好，使皮肤表面干爽，避免发生溃疡。

2轮椅靠背设计

轮椅的靠背主要为用户提供腰部支撑，部分特殊轮椅还需要提供肩部和头部的支撑。轮椅靠背对轮椅舒适度的影响主要表现在靠背的高度和靠背倾角。

2.1靠背高度

轮椅靠背越高，稳定性越高；靠背越低，上肢活动受限就越少。本文设计老年人肢体康复轮椅，为了最大限度地锻炼老年人的肢体肌肉，所以本设计选择低靠背轮椅。腰靠的支承点位置相当于人体的第4-5腰椎之间的高度，此时能保证坐姿状态下的近似于正常的腰曲弧线。为了使驱干得到充分支撑，同时又不能妨碍手臂的活动，椅子靠背必须大于275mm。

2.2靠背倾角

为了使腹部与大腿之间的血管不受压迫且血液畅通，躯干与大腿之间应保持钝角，这就要求座椅的靠背与座面之间也是钝角。靠背倾斜能使躯干的部分肌肉得以放松，减少肌肉作功，从而减缓疲劳的发生。有人机工程学专家指出，人体坐姿状态下其脊柱状态在115°时可呈现自然舒适状态；Grand Jeans指出，在人体处于完全放松状态下的最佳靠背倾斜角度为105-108°，在阅读状态下的最佳靠背倾斜角度为101-104°。

3轮椅脚踏板设计

脚踏板的合理设计对轮椅舒适性也有很大的影响。根据肌电图的研究，脚踏板应该遵循：脚的正确位置是保持小腿与上身平行，或者与大腿的夹角大于90°。实现设计时，还必须加上脚能自由活动的空间。因此，脚踏板位置应摆在脚的前方或上方，才能方便脚的活动。另外，为了适应不同人群的身体尺寸，轮椅的脚踏板应该能够自由调节长度及1顷斜角度。

除了这几部分影响轮椅舒适度的关键结构外，轮椅的扶手设计可以减轻肩膀、背部和臀部的疲劳，有利于上肢静脉血回流和肌肉的休息。如果扶手太高，会使手臂不能自然下垂，扶手太低会使两肘无法自然落靠在扶手上。扶手的高度和间距取决于人体两肘之间宽度、肘部平放高度。根据资料显示，当坐骨结节点与扶手表面距离为240-250mm时，肌肉的活动强度最小，扶手的位置最适当。同时，合适的扶手间距应在420-440mm之间，扶手应该有软垫并最好设计成水平。

4结语

舒适性是一种主观评价，会受到产品本身、环境因素以及用户的生理因素等多种因素的影响。本文从人机工程学的角度对影响轮椅静态舒适性的坐垫、靠背、脚踏板等关键结构进行了分析研究，对振动、环境等因素并未分析，后续仍需进行更加深入的研究，从动、静两方面对轮椅的舒适性设计研究进行全面展开。