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基于人机工程学的扭腰康复训练机设计

作　者: 李先花
导　师: 任家骏
学　校: 太原理工大学
专　业: 设计艺术学
关键词: 扭腰康复训练机康复医学人机工程学造型设计方法系统
分类号: R49
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

扭腰康复训练机是针对日益严重的腰部健康问题而提出的。腰部承载着上半身大部分体重,每天身体除仰卧睡眠外,腰部三分之二时间都在承受人体60%以上的重量和压迫。随着现代生活工作节奏加快,腰部所受的负担也不可避免的增加。在临床上,各种腰部疾病已经成为发病率仅此于感冒的最常见的疼痛问题之一,患有腰部疾病如腰椎间盘突出、腰肌劳损等的人数增长迅速,在治疗过程中的康复训练对腰部疾病的彻底治愈至关重要。因此,本文研究设计出扭腰康复训练机,实现对腰部肌肉力量科学专业的锻炼,为保持腰部健康、保证腰部疾病的科学快速康复提供支持。本文结合腰部疾病治疗方法,分析现有腰部康复类产品现状,深入研究扭腰运动所涉及的各种理论,设计出一款通过扭腰运动实现对腹外斜肌和腹内斜肌进行专业锻炼的扭腰康复训练机,它是一种适用于正常人和腰部疾病患者的专业的扭腰式腰部康复锻炼器材。扭腰康复训练机的设计直接关乎人体健康,因此,它的设计重点在于人机工程学的深度应用。人机工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的因素;研究人和机器及环境的相互作用;研究在工作中、家庭生活中与闲暇时怎样考虑人的健康、安全、舒适和工作效率的学科。本文便从人机工程学的各个因素着手,首先分析研究腰部生理解剖学和腰部生物力学,了解腰部结构和功能,找出腰部疾病的种类及形成原因,分析扭腰运动的生物力学特点,为扭腰康复训练机结构和功能设计提供康复医学、生理学方面的技术支持;其次,研究人机工程学中人-机-环境系统中人体测量学与应用、人-机-环境系统设计要求等的相关设计理论,结合腰部生理学要求对扭腰康复训练机座椅、限位垫、门型架等主要结构的功能尺寸进行计算和确定。最后,本文利用造型设计方法系统,对扭腰康复训练机的外观造型从“人”、“物”、“社会”和“环境”的角度进行设计,经过草图筛选、方案确定、深入设计后,确定扭腰康复训练机的最终外观设计方案后,在Rhino中建立计算机模型,渲染出最终效果图。在设计方案完成后,本文对扭腰运动中腹外斜肌和腹内斜肌的收缩力大小进行举例计算,从而对扭腰康复训练机进行生物力学的评价。另外,在CATIA软件中对人体姿势舒适度、作业空间容纳和扭腰运动范围的合格性等进行简单分析和评价,以保证扭腰康复训练机人-机-环境系统设计的科学合理性。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-25
  1.1 课题研究意义  11-14
    1.1.1 腰部锻炼重要性  11-12
    1.1.2 康复医学及康复理念  12-13
    1.1.3 产品设计对健身康复器材的重要意义  13
    1.1.4 人机工程学与产品设计的关系  13-14
  1.2 研究背景  14-23
    1.2.1 人机工程学学科简述  14-16
    1.2.2 腰部康复锻炼研究  16-18
    1.2.3 国内扭腰产品现状  18-20
    1.2.4 国外扭腰产品研究  20-23
  1.3 研究目的和内容  23-25
    1.3.1 课题研究目的  23
    1.3.2 课题主要研究内容与结构  23-25
第二章腰部康复锻炼生物医学理论的应用  25-35
  2.1 腰部生理解剖学研究  25-29
    2.1.1 腰部结构与功能  25-26
    2.1.2 腰部疾病研究  26-27
    2.1.3 腰部康复锻炼的作用  27-29
  2.2 腰部生物力学  29-35
    2.2.1 腰部肌肉的生物力学功能  29-31
    2.2.2 腰椎生物力学分析  31-33
    2.2.3 腰椎和腰椎间盘受力特点  33-35
第三章人机工程学应用研究  35-53
  3.1 人体测量及数据应用方法  35-40
    3.1.1 人体测量学基础  35-37
    3.1.2 中国人体主要尺寸  37-39
    3.1.3 测量数据统计方法与人体尺寸差异  39-40
  3.2 产品设计中的人体尺寸应用  40-43
    3.2.1 尺寸修正量  40
    3.2.2 确定产品设计类型及人体尺寸百分位选择  40-42
    3.2.3 确定产品功能尺寸  42-43
  3.3 人机操作系统研究  43-47
    3.3.1 人体手部尺寸  43-44
    3.3.2 操作动作与手机能关系研究  44-46
    3.3.3 操作器设计原则  46-47
  3.4 人机显示系统研究  47-50
    3.4.1 人接受信息的特征  47
    3.4.2 视野  47-48
    3.4.3 人机信息界面显示系统  48-50
  3.5 人-机-环境系统中环境因素  50-53
    3.5.1 作业空间设计研究  50-51
    3.5.2 工作环境影响  51-53
第四章基于人机工程学的扭腰康复机结构设计  53-61
  4.1 扭腰康复训练机扭腰座椅系统设计  53-57
    4.1.1 座椅设计原则  54
    4.1.2 椅面高度确定  54-55
    4.1.3 椅面深度确定  55
    4.1.4 椅面宽度确定  55
    4.1.5 靠背高度和宽度确定  55-56
    4.1.6 座椅椅面、靠背倾角  56
    4.1.7 座椅的坐垫  56-57
  4.2 限肩垫结构尺寸确定  57-58
  4.3 门型架结构尺寸确定  58-59
    4.3.1 门型架高度求解  58
    4.3.2 门型架与座椅距离求解  58-59
    4.3.3 门型架长度求解  59
  4.4 脚踏板结构尺寸确定  59-60
  4.5 电脑支架高度确定  60
  4.6 扭腰康复训练机最终结构尺寸  60-61
第五章扭腰康复训练机造型设计方法  61-67
  5.1 造型设计方法系统各元素研究  61-62
  5.2 造型设计方法系统表建立  62-63
  5.3 扭腰康复训练机具体设计  63-67
    5.3.1 从“物”的角度进行设计  63-66
    5.3.2 从“人”的角度进行设计  66
    5.3.3 从社会的角度进行设计  66
    5.3.4 从环境的角度进行设计  66-67
第六章扭腰康复训练机外观造型设计  67-75
  6.1 设计方案确定  67-70
    6.1.1 门型架设计方案确定  67-68
    6.1.2 座椅、肩部装置、腿部装置设计方案确定  68-69
    6.1.3 整体造型最终方案  69-70
  6.2 计算机模型建立及效果图  70-71
  6.3 细节设计  71-73
  6.4 色彩方案  73-75
第七章扭腰康复训练机设计的评价  75-79
  7.1 生物力学分析与评价  75-76
  7.2 人机评价  76-79
第八章总结与展望  79-81
  8.1 结论  79
  8.2 创新点  79
  8.3 未来研究方向  79-81
参考文献  81-85
致谢  85-87
攻读学位期间发表的学术论文  87

基于人机工程学的扭腰康复训练机设计

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