基于JACK的老年人下肢屈伸锻炼人因分析及仿真

为了获得关于老年人下肢康复锻炼的人体工程学信息，为康复训练产品的参数设定提供支持和指导。本研究采用了JACK人体工程学分析软件，建立了针对下肢屈伸运动的三维模型和数字人体模型，进而构建了虚拟运动环境，将虚拟化的老年人数字模型融入其中，以全面分析老年人康复锻炼任务的整个过程。在康复运动过程中，收集并分析了与舒适度、力学解算、工作姿势、下背部受力以及静态力强度相关的数据结果。通过对这些测试数据的深入分析，我们得出了与人机工程学相关的产品尺寸范围，为设计出更加符合人体工程学原理的康复训练产品提供了有力支持。

随着人口老龄化进程的迅速推进，老年人的康复问题愈发显著。脑卒中是一种常见的临床多发疾病， 尤其在老年人中更加常见。其典型症状包括患者失去控制的脸部、手臂或腿部，同时也有头痛、大小便失禁等症状[1]。鉴于医疗资源有限，目前治疗该疾病患者的康复方法逐渐转向了使用康复设备来锻炼患者的身体。因此，康复设备行业正逐渐成为热门领域，所以设备的人机适宜性就很重要。人机工程学已大量应用到汽车、机械设计、航空航天等领域，大量的研究者运用Jack 仿真软件进行各种场景下的人机因素分析[2]。下肢屈伸锻炼作为一种常见且有效的方式，被广泛应用于老年人的健康管理与康复中[3]。国内大学和科研机构也开展了相关产品的研发，清华大学、哈尔滨工程大学、燕山大学、浙江大学、国家康复辅具研究中心等机构在下肢康复机器人开发方面取得了一定研究成果[4] [5] [6]。然而，传统的下肢屈伸锻炼模式存在着个体差异、缺乏个性化指导以及无法实时反馈等问题，限制了其应用。近年来，下肢康复训练器械的设计方式主要可划分为低自由度、穿戴式、悬挂式和坐卧式等[7]。由于其构造轻便且价格相对便宜，少自由度康复锻炼器械已在家庭康复方面得到广泛应用[8]。这种器械令病患肢体按照一定的旋转轨迹规划动作，从而实现特定的康复目标[9]。尽管如此，这种类型的康复设备自由度较低，其旋转轨迹是固定的，无法进行调整。因此，在患者使用时，可能会因动作不当或幅度控制不合适而导致额外的伤害。同时缺乏人机交互过程的设备可用性、易用性和舒适性研究[10]。因此，初期必须考虑人机工程问题，包括不同个体的适应性和适宜性。为了解决这些问题，并提升老年人下肢屈伸锻炼的效果和安全性，本论文通过将医学知识、人机交互和仿真技术相结合，旨在为个体提供个性化、可靠的运动指导与训练模拟。

本研究旨在分析老年人下肢屈伸锻炼的人因特征，通过采集大量老年人的生物特征数据、运动表现及主观感受，结合JACK 的算法模型和人机交互情况，探索个体差异对于下肢屈伸锻炼效果的影响，并验证JACK 在个性化指导与反馈方面的可行性与有效性。本论文的研究成果有望为老年人下肢屈伸锻炼的个性化设计、运动评估及康复提供科学依据和技术支持。