基于FBS模型的下肢残疾者游泳假肢设计研究.pdf
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1、2023 年 30 期众创空间科技创新与应用Technology Innovation and Application基于 FBS 模型的下肢残疾者游泳假肢设计研究卢菲菲,周婧怡*(长春理工大学,长春 130000)游泳是一种低强度冲击的训练活动,可以在不损伤残肢软组织的情况下增强耐力,是一种有效的全身有氧运动,作为一种运动和康复手段,在下肢截肢者中被广泛接受。首先,水的浮力能够减轻截肢者的锻炼难度,可以让下肢截肢者从日常生活中负担的沉重重力中解脱出来。其次,游泳与其他运动相比,肢体缺失的人可以在不依靠假肢的情况下独立参与游泳。然而,下肢截肢者通常不戴假肢游泳,实际上不使用假肢游泳将会存在诸多
2、问题,例如,游泳时平衡感不好,可能会造成身体失衡,进而导致受伤;截肢部分暴露在他人面前;下水困难,容易滑倒等。因此,为了使膝下截肢者在学习游泳或在进行常规游泳运动时更具安全性,本文根据消费者日益增长的需求,基于功能-行为-结构(Function-Behavior-Structure,FBS)拓展模型的设计方法,通过在市场上观察到的游泳假肢技术在运动时考虑到的特定需求,由新需求引出新功能,建立游泳假肢的需求-功能-原理-行为-结构映射机制,从而实现游泳假肢的创新设计。1下肢残疾者的特征分析1.1生理特征残疾人更容易出现二次健康问题,如抑郁、焦虑、肥胖、疼痛、疲劳和尿路感染,而运动对其康复和预防至
3、关重要。然而,下肢残疾者参加游泳活动受到包括个人和环境因素在内的多因素限制,患者膝关节肢体缺失,其下肢肌肉组织和下肢本体感觉能力都受到重大损失,在下肢截肢后,个体使用下肢假体的能力取决于残余肌肉组织的强度。腿部力量与残肉的长度、截面积成正比,膝下截肢者是指失去了膝盖以下腿部的人,截肢的程度决定了最终佩戴的人工假肢的要求。腿部肌肉力量的丧失会对个体操作假肢的能力产生负面影响。同样,研制的假肢重量过大,也会导致因截肢者腿部力量的丧失而导致其功能下降。1.2心理特征下肢截肢不仅在生理上会带来诸多不便,而且在第一作者简介:卢菲菲(1978-),女,硕士,副教授,硕士研究生导师。研究方向为产品设计。*通
4、信作者:周婧怡(1999-),女,硕士研究生。研究方向为产品设计。摘要:该文针对膝下截肢者游泳方面的需求,为其提供新的活动可能性。通过 FBS 模型确定主要研究思路,并融入用户需求构建设计方案,根据该类人群的游泳模式,结合腿部在游泳时的运动规律,对需求-功能-行为-结构的系列分析,体现游泳假肢概念模型映射过程。为膝下截肢人士寻找更适合的方式辅助游泳,有效提升用户体验,为从用户需求到产品设计研究的过程提供新思路。关键词:产品设计;FBS 模型;游泳假肢;膝下截肢者;辅助游泳中图分类号院TB472文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2023冤30-0030-04Abstract:This
5、article aims at the swimming needs of below-knee amputees and provides them with new activity possibilities.The main research ideas are determined by FBS model,and the design scheme is constructed according to the needs of users.According to the swimming pattern of this group,combined with the movem
6、ent law of legs during swimming,a series of analysisof demand-function-behavior-structure reflects the mapping process of the conceptual model of swimming prosthesis,which providesa more suitable way to assist swimming for amputees under the knee,thus effectively enhancing the user experience and pr
7、ovidinga new idea for the process from user needs to product design research.Keywords:product design;FBS model;swimming prosthesis;below knee amputee;assisted swimmingDOI:10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.30.00830-众创空间科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 30 期心理上也是一种障碍。为了恢复肌肉活动和回归社会生活,对截肢者来说
8、,进行体育锻炼的可能性是非常重要的,包括改善健康、改善身体形象、增强自信、增加成就感和融入社会的能力。截肢患者,不仅必须忍受因失去肢体而导致的功能丧失,还必须忍受与周围人不同而受到的社会歧视。因此,截肢的个体经常会感受到自尊和自我价值感的下降,截肢个体的自我形象倾向于关注因失去肢体而导致的身体局限性,而不是身体的能力。1.3下肢残疾者游泳的行为特征1.3.1下肢残疾者游泳的行为方式下肢残疾者由于身体受限导致的心理问题可以通过锻炼的方式得到缓和,在研究过程中发现,下肢截肢的患者如果希望参加游泳等水下活动,有以下几种选择。淤不戴假肢游泳;于使用海滩两栖假肢;盂直接连接到游泳鳝状的假肢;榆在水中穿有
9、踝关节的游泳假肢。而现有的游泳假肢在设计时需考虑尺寸、可调节性、稳定性、材质和使用方式的差异性等。只有将这些都考虑齐全,下肢残疾者才能安全、方便、有效地运用假肢进行游泳锻炼。1.3.2下肢残疾者游泳的行为规律对于运动员而言,可能是追求速度,但对于普通人而言,在水中保持身体的平衡则更加重要。人类的游泳运动与其他水生动物相比是非常独特的,因为人类没有任何适合游泳的特征,如流线型的身体或鳍。取而代之的是,人类利用其四肢大范围地移动和多角度的关节转动,以一种特殊的方法游泳。Swum 团队开发了一款“水下游泳人体模拟模型”SWUM(Swimming humanModel)软件,SWUM 是为人类游泳的力
10、学分析而开发的,在 SWUM 中,游泳者的身体被表示为一系列 21 个截断的椭圆锥,该工具可以用来分析人类游泳中的各种动力学问题,如游泳形态差异的影响,关于游泳速度和身体的绝对运动优化计算,通过仿真求解,分析人体在水下运动时的腿部特征。对自由泳、仰泳、蝶泳等泳姿进行比较分析1。比如蛙泳时腿部动作可分为 4 个步骤:收腿、翻脚、夹蹬水、停。而截肢对游泳影响最明显的是划水时身体会不对称,如面朝下的自由泳左臂前伸划臂时,右臂则会更大程度地向外划水。为了弥补左侧残肢的推进力不足2,所以使截肢者轻松地走到游泳池,重建对称性泳姿进行游泳,加强残肢肌肉的锻炼,是在尝试截肢者运动的可及性以及恢复尊严方面向前迈
11、出的重要一步。2基于FBS模型的下肢残疾者游泳假肢研究方法和设计思路2.1FBS 模型概念FBS(Function-Behavior-Structure)模 型 是 由GERO 等人在 1990 年首次提出的产品创新设计方法论,目前已经被广泛应用于产品创新设计领域。该模型强调设计一个产品包括一系列基本步骤:“功能”(F)是产品设计满足用户需求的设计意图或目的;“行为”(B)是用户与产品间的交互形式,产品的结构如何实现其功能;“结构”(S)是人工制品及其构成组件之间相互的组合、位置关系,是设计的结果。2.2基于 FBS 模型的产品开发流程基于 FBS 模型的游泳假肢设计开发流程如下。2.2.1需
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