在康复医学和工程技术快速融合的背景下，外骨骼作为重要的医疗康复辅助设备，正由实验室原型走向临床应用，设计的质量直接影响到患者的康复进程和生活质量。外骨骼产品不能只具有精准的助力功能，还要和使用者的生理构造、行为模式、心理感受等各方面相契合，从满足人体基本适配、贴合实际使用习惯、回应深层情感需求三个方面实现外骨骼产品由“能用”到“好用、愿用”的飞跃。这是一项需要多学科知识交叉的系统性设计难题。因此，对外骨骼在人体适配、使用适配、体验适配这三个方面的设计原则及实践路径进行深入研究，对使外骨骼从技术驱动转向需求驱动、从功能实现转向用户体验优化有着十分重要的意义，也是提高产品接受度、保证康复效果、最终惠及广大患者的关键所在。

　　一、人体适配：外骨骼产品设计的生理基础

　　骨骼关节运动规律决定结构对位。 外骨骼是与人体紧密贴合、协同运动的可穿戴设备，其设计的根本前提就是必须与人体骨骼关节系统的运动规律实现精准对位。人体骨骼是运动的杠杆，关节是运动的枢纽，肩、肘、髋、膝、踝等每一个关节都有它特有的活动自由度、运动范围和瞬时旋转中心。外骨骼的机械关节轴线要和人体相应关节的生理旋转轴心在运动过程中保持高度的动态对齐，否则会产生异常的剪切力或者约束力，不但不能起到有效的助力作用，反而会限制自然运动、造成关节磨损甚至软组织损伤。例如，膝关节在屈伸过程中瞬时旋转中心是不断变化的，因此外骨骼膝关节结构要采用仿生设计（多轴心或者滑动轴心结构），以适应复杂的运动轨迹，保证助力方向始终与肢体运动方向一致。对骨骼关节运动规律进行深入研究和建模，是外骨骼实现安全、高效、符合生物力学原理助力的结构基础，决定了外骨骼机械骨架、连接部件、驱动单元布局的主要构型，是产品设计的首要物理约束条件。

　　肌肉力量特征影响助力模式选择。外骨骼的主要功能之一就是给予使用者辅助力量，通过补偿或者加强使用者的肌肉力量。因此，其助力模式的选择和设计必须以对人体肌肉力量特征有深刻认识为基础。各个肌肉群力量大小、发力速度、耐力特点、激活顺序等存在很大差别。对于康复用途的外骨骼，必须重视由于神经损伤（脑卒中、脊髓损伤）或者肌肉萎缩引起的肌力减退、不协调或者痉挛模式。例如，偏瘫患者的肢体在启动时无力，但运动过程中由于肌张力增高而产生异常协同模式。外骨骼的助力策略可以设计成在动作开始时给予较大的助力来帮助启动，在运动过程中逐渐减小助力甚至施加轻微的阻尼，从而抑制异常的协同，促进主动控制。此外，助力的大小、施加的时机、作用的方向都要根据各个肌肉群的功能以及患者的残存能力来精确地进行编程。科学的外骨骼医疗康复方案会利用表面肌电（sEMG）信号、关节力矩传感器等实时捕捉用户的发力意图和实际能力，实现按需助力或者自适应助力，使外骨骼成为人体运动系统智能的延伸。

　　身体尺寸差异驱动产品调节能力。人体的体型、肢段长度、围度存在着巨大的个体差异，这种差异存在于不同性别、年龄、人种之间，也存在于同一个体在康复过程中身体维度的变化上。因此，一款实用的、面向广大用户群体的外骨骼产品只有具有很强的尺寸调节能力，才能实现对个体用户的精确匹配。身高不同导致下肢外骨骼的股骨、胫骨长度调节范围不同，产品设计时要确定覆盖主要目标人群的伸缩区间，还要保证调节机构操作简便、锁紧可靠；

　　肢体围度不同，大腿、小腿、腰部、足部等部位的绑带和衬垫设计，可更换不同厚度衬垫或者可调节周长的绑带设计是解决该问题的一种常用方法；体重载荷影响产品结构强度设计和驱动电机选型，不同的体重用户需要选择相应的承载能力外骨骼型号或者通过可调参数进行匹配。除了静态尺寸的差别之外，动态尺寸的变化也不能忽视，患者穿的衣服厚度不同、康复期间肌肉萎缩或者恢复导致的围度改变、长时间站立造成的下肢轻微水肿等，都需要产品具有一定的适应性。另外，儿童和青少年患者还要面对身体不断生长发育的问题，而随着身高增长逐渐调节的外骨骼设计可以延长单台设备的使用寿命，这是外骨骼实现个体化适配、保证穿戴舒适、生物力学效能的基础，直接决定产品的普适性、用户体验和长期穿戴的依从性。

　　二、使用适配：外骨骼产品设计的行为依据

　　穿戴操作流程决定产品结构简化方向。骨骼的使用始于穿戴，尤其对于上肢功能受限或者独居的康复患者来说，穿戴的方便性、独立完成的可能性十分重要。复杂的穿戴步骤、繁杂的绑带扣件、需要别人帮忙才能完成的操作，都会成为产品日常使用的主要障碍，甚至造成弃用。因此外骨骼整体结构设计和连接结构设计要以简化穿戴操作流程为根本出发点。这就需要设计师从用户角度出发，对整个穿戴行为进行分析并重新设计。结构上应采用前后开合、侧向进入等容易穿脱的整体构型，而不是必须从脚部或头部套入的筒状结构；连接件最好可以实现“一键式”锁紧和释放，使用磁吸搭扣、自动收紧结构等，减少传统插销、魔术贴造成的操作不便。绑带排布要清楚有序，有明显的穿戴顺序引导标识，防止缠绕错位。通过结构简化、人机交互设计，用户可以在最短的时间内，用最少的步骤、最小的体力消耗，独立、安全、正确地完成外骨骼的穿戴。

　　康复训练阶段引导功能模式要分层设置。康复是动态的、分阶段的过程，患者的康复功能水平会随着训练而逐渐提高。外骨骼作为康复工具，功能设置要具有足够的灵活性和可扩展性，以满足卧床期、坐站转移训练期、步态训练初期、社区行走期等不同康复阶段的差异化需求，所以产品设计要遵循功能模式分层设置的原则。从最基本的层面来说，需要有“被动模式”，即由设备带动完全无力的肢体做关节活动度训练，防止关节挛缩、肌肉萎缩。随着功能好转，给予“助力模式”，根据患者的主动发力意图给予不同程度的辅助，鼓励主动参与，这是诱发神经可塑性、重建运动控制的关键。最高阶段只用“监护模式”，设备不提供主动助力，但是实时监测步态参数、身体姿态，在检测到失衡风险的时候提供保护性支撑或者预警。这种分层的、可配置的功能模式，可以使得一个外骨骼可以跟随用户走过更长的康复旅程，从而提高设备的利用率和经济性。

　　使用场景差异要求产品形态灵活转换。外骨骼的使用场景不是单一的训练室，它可以在医院走廊里做步行训练，在家里做起居移动，还可以帮助用户在社区里做一些有限的活动参与。但不同的使用场景对产品提出了不同的要求。例如，训练室内会更加重视功能的全面性以及数据的精确采集，这对于设备的重量和外观要求比较宽松；在家庭和社区场景中，轻便、紧凑、外观接近普通衣物或者辅助器具就变得十分重要，可以降低用户的心理负担，便于在狭窄的空间里移动，适应不同的地面环境，这就需要外骨骼有“形态灵活转换”的能力。例如，用可拆卸的电池包、驱动器或者辅助支撑杆件来实现高功能训练模式和轻便日常模式的切换。设计可折叠或者快速拆卸的部件，便于收纳和运输。只有按照场景需求对形态、重量、功能侧重进行调整的产品，才能真正融入到用户的实际生活中，实现从治疗设备到生活伙伴的角色转变。

　　三、体验适配：外骨骼产品设计的情感回应

　　佩戴舒适感受决定长期使用可行性。外骨骼需要长时间佩戴才能进行持续训练或者提供日常生活辅助，因此佩戴舒适性是决定患者能否长期坚持使用外骨骼产品的基础条件。舒适性是多因素综合体验，包含力学、热学、触觉等各方面。力学舒适性要求外骨骼与身体接触的界面（绑带、衬垫、支架）压力分布均匀，在骨突部位（髂前上棘、腓骨头）和神经血管丰富的区域不能有局部高压点。同时，设备自身重量要合理分布，最好能通过优化力传递路径把部分载荷转移到承重能力较强的躯干骨骼上；热学舒适性要求接触材料透气、排汗，长时间穿戴不易积聚热量和湿气，防止皮肤浸渍、过敏、产生异味；触觉舒适性是指衬垫材料柔软、亲肤、边缘光滑无毛刺、内部无异物感，穿戴时没有摩擦痛的感觉。为了达到以上目的，必须选用或者研制出记忆海绵、硅胶、透气网状面料等高性能的界面材料，并配合3D曲面的设计，加入主动散热或者压力检测调节的功能。改善佩戴舒适度以提高患者使用意愿，使患者能够长期使用外骨骼产品进行康复训练，从而实现康复效果的持续改善。

　　操作认知门槛影响独立使用能力。外骨骼产品使用者主要是肢体功能障碍患者，部分患者存在认知能力差、操作经验少的问题，只有降低操作认知门槛，才能使患者独立使用，提高产品的实用性。操作设计上要简化操作界面，使用清晰直观的按钮、显示屏，标注简单的操作指引，避免复杂的操作逻辑和专业术语，使患者能很快理解并掌握操作方法。同时，设置语音提示、一键启动等方便患者操作的功能，降低操作难度，适合老年患者等认知能力较低的患者使用；对于老年患者等认知能力较低的患者，可以简化操作步骤，使患者可以独立完成穿戴、启动、调节等操作。降低操作认知门槛，以便更多的患者可以独立使用外骨骼产品，提高产品的使用便捷性、适用性。

　　外观心理接受度影响日常穿戴意愿。外骨骼作为明显可见的辅助设备，其外观设计对使用者心理感受、自我形象认知和社会环境中的接受度产生深刻的影响。一个设计精良、外观时尚，甚至带有科技美感或者低调化设计的外骨骼，可以促使用户产生更加积极的心理认同，把其看作是增强能力的可穿戴科技或者个性化的时尚辅具，进而更愿意在各种场合使用。从心理角度来说，好的外观设计可以促使用户跳出“患者”的身份，加强自己作为科技使用者或者积极生活者的自我认同感，这对改善生活质量、推动社会参与有着无法忽略的积极作用。因此，外观设计是产品物理属性和用户情感世界、社会世界之间的桥梁，是体验适配不可缺少的一部分。

　　新时代外骨骼医疗康复产品设计要以适配性为根本，从人体适配、使用适配、体验适配三个角度共同推进。人体适配为产品设计提供生理基础，使用适配为产品设计提供行为依据，体验适配为产品设计提供情感依据，三者环环相扣、缺一不可。通过科学合理的设计，可以提高产品的适应性、实用性、舒适性，使患者更好的进行康复训练、恢复肢体功能。此外，还可以促进外骨骼医疗康复产品升级，满足新时代医疗康复需求，促进康复医学事业高质量发展。

　　武汉轻工大学艺术设计学院 潘玲