老年助行机器人结构设计及仿真分析

目前,我国已进入老龄化阶段,为了缓解老年人日常行走不便带来的问题,设计了一款可以辅助老年人日常行走的助行机器人。对现有助行机器人结构上存在的问题进行分析,提出了一种可升降结构的助行机器人设计方案,并结合人机工程学设计原则,运用UG软件进行结构设计和运动仿真。该助行机器人的升降结构仅用了一个直线电机就可以实现。仿真结果证明了机构的合理性,可以用于老年人日常行走辅助工具。     

KANO模型在智能花盆设计的应用研究

在产品设计中,KANO模型是用来对用户的需求进行分类,从而协助设计师找到提高用户满意度的设计切入点,使企业能够做出正确的产品定位。调研用户对产品的功能需求,针对每个需求设计调研分析评价表,定义用户满意度与用户需求水平之间的关系表达式和可变参数,通过计算得到每个需求的类型,从而完成需求分类。以智能花盆产品设计为例,通过KANO模型从产品功能需求分析的角度出发,发掘人们对于桌面盆栽植物养护需求,设计智能化的花盆产品,并设计与产品需求相关的移动终端程序界面。为产品创新提供设计思路,并为相关产品的设计提供参考。     

外骨骼助行机器人的人机耦合运动特性

利用Motion Analysis三维动作捕捉分析系统,实时记录人体在平地行走的运动过程,获得了步态参数,通过分组对比,研究了老年人的行走特点。根据老年人的运动特性,设计了一种老年人外骨骼助行机器人,建立了穿戴者与外骨骼助行机器人的人机耦合模型,研究了人机耦合运动特性,为外骨骼助行机器人的耦合仿生设计提供了运动学基础。     

老年人外骨骼机器人斜坡行走的运动学分析

利用Motion Analysis三维动作捕捉分析系统,记录了老年人穿戴外骨骼助行机器人在20°斜坡行走的步态数据,建立了运动学耦合模型,分析了老年人穿戴外骨骼助行机器人斜坡行走的运动特性。研究结果表明,老年人穿戴外骨骼助行机器人上斜坡时,髋关节的运动范围为5.5°~59.5°,膝关节的运动范围为7.2°~68.2°,踝关节的运动范围为10.4°~32.4°,外骨骼助行机器人的踝关节始终处于背屈状态;老年人穿戴外骨骼助行机器人下斜坡时,髋关节的运动范围为10.1°~30.1°,膝关节的运动范围为9.3°~75.3°,踝关节的运动范围为-8.8°~19.8°,外骨骼助行机器人的踝关节处于背屈和跖屈交替变换的状态,为提高老年人与外骨骼助行机器人在斜坡行走的运动性能提供运动学依据。     

基于人机工程的脑瘫儿童助行车设计

脑瘫儿童助行车是辅助脑瘫儿童行走并帮助恢复运动肌能的工具,市场现有的助行车缺乏对脑瘫儿童生理与心理需求的分析,产品的尺寸、功能与结构不能满足儿童的易用性需求。根据人机工程原理对脑瘫儿童助行车进行设计研究,了解目标用户的生理与心理模型;通过分析产品、目标用户及环境之间的关系,运用概念模型设计、人体测量和样机模型试验等方法对助行车进行设计,使产品更加稳固与舒适,并增强操作体验感,为弱势群体辅助产品设计提供参考。     

基于需求动态论的服务机器人造型设计研究

为使用户对服务机器人造型设计有较高的满意度,针对用户动态需求,对服务机器人造型设计进行研究。基于动态需求理论、恐怖谷理论及产品情感体验理论提出面向机器人造型设计的用户年龄需求模型;通过问卷调查,搜集用户感性评价,经统计分析,得出针对服务机器人造型满意度的用户年龄群体差异性及基于机器人造型设计的用户情感体验差异性,最终得到用户年龄与服务机器人造型、用户情感体验及用户满意度的映射关系,为服务机器人造型设计提供依据。     

产品设计中基于FBS模型的用户需求分析方法

为研究产品概念设计过程中的用户需求,运用功能-行为-结构(FBS)设计模型对产品进行分析,从而得出用户需求的最优解。运用改进的FBS设计模型对目标产品进行分析,得到模糊需求;结合弹性界限的概念,运用自然交互技术对模糊需求求解,同时结合情境感知对用户需求进一步分析;结合案例验证了文中方法的可行性。结果表明:改进后的FBS设计模型可用于分析用户需求,并能够通过自然交互技术得到用户需求的最优解。     

基于模糊Kano模型的游客服务机器人造型设计

为在设计开发时准确把握服务机器人复杂多样的用户需求,结合相关研究案例,确定了基于模糊Kano模型的研究方法。通过模糊Kano问卷调查与分析,将产品的质量要素进行划分,以准确、客观地反映用户的实际需求,从而获得用户的重点需求质量要素。以某景区游客服务机器人为例,将相关重点需求质量要素进行设计应用,提出造型设计方案,从而提供更为适用的产品特性,也为同类产品的用户需求研究提供参考。     

基于UCD-Kano模型的家用洗衣机设计研究

为设计出满足用户需求的产品,基于UCD-Kano模型进行用户需求研究。通过建立用户模型并分析Kano问卷调查结果,得出目标用户对产品的潜在需求,定义用户需求水平与用户满意度之间的关系表达式,计算得到用户需求类型,挖掘出用户的重点需求。以洗衣机设计为例,从用户的不同需求层次出发,对洗衣机的功能、外观和交互方式进行设计,以增强用户使用体验,提高用户满意度,为产品创新设计提供了新思路。     

个人卫生护理机器人的人机工程设计研究

针对老年产品设计时主要考虑的问题,运用人机工程学设计原理对洗浴机构进行设计分析,确定相关机构的合理尺寸,以便更好地满足老年人洗浴护理的需求和提高洗浴过程中的舒适感。并邀请用户对洗浴机构试用体验,进行测试分析,验证了人机工程设计的可行性,考虑到老年人洗浴时特殊的生理和心理需求,从多角度阐述了外观造型的人性化设计理念,结合整体洗浴机的尺寸设计了个人卫生护理机器人的外观造型,为护理机器人的人机工程设计提供了新的思路和参考。     

以用户为中心的设计理念在老年产品开发中的应用

为探索以用户为中心的设计(User-centered Design,UCD)在老年产品设计中的应用,以老年人自助换鞋器为例对老年人换鞋过程进行需求分析,从老年用户视角拟定评价指标集,实现对设计方案的量化评估.通过对老年人换鞋过程的详细观察和对老年人自助换鞋需求的深入访谈,依据得出的不同用户需求特征,对自助换鞋器进行方案设计.在此基础上,通过用户调研确立了设计方案的评价指标集,实现了对多个设计方案的模糊综合评价.量化分析方法能提高方案设计的合理性和方案选择的科学性,为老年产品的设计实践提供参考.     

已有产品功能创新设计过程模型及应用*

针对已有产品功能创新设计过程不能及时、动态地反应用户需求的问题,应用需求进化定律将不同的用户需求进行预测并规划明确产品的需求目标。通过建立需求目标与功能进化的相互关系,针对不同的需求目标选取对应的功能进化改进定律对已有产品从功能层面进行系统设计。功能改进后满足的需求又可以重新作为产品的调查需求,发现用户的新需求或已有需求的发展,进而再次驱动功能创新设计来满足用户需求,实现功能进化随需求的进化而进化,从而为功能创新设计提供一种新方法。在此基础上提出了已有产品的功能创新过程模型,并以TTSJ900架桥机创新设计为例验证了该模型的合理性。     

基于产品亲和力的微型医疗机器人设计研究

针对目前微型医疗机器人外观亲和力缺失的现象,为使微型机器人具备让人信任、亲近的造型特点,提出基于产品亲和力的微型医疗机器人设计方法。从产品亲和力的外在要素和内在要素两个方面对现有医疗机器人展开分析,确定产品整体设计定位。在产品亲和力的感知亲切和情感契合两方面展开设计构思,对产品形态、色彩等方面进行了创新设计,满足了用户情感诉求和赋予产品精神文化内涵,为相关行业进行微型医疗机器人产品设计提供参考。     

基于UG与ADAMS的助行机器人步态规划研究

基于ADAMS并结合UG强大的建模功能,建立了助行机器人的结构模型,分析了助行机器人的行走步态,并对其步态规划进行了计算机仿真,为助行机器人的设计与制作奠定了坚实基础。     

基于情感化设计理论的儿童学习陪伴型机器人造型设计

为使儿童学习陪伴型机器人具备符合儿童审美及情感需求的造型特点,从情感化设计的理论出发,在分析了情感化因素对儿童心理和生理产生的影响后,通过对现有机器人造型的对比分析,确定了产品的整体设计定位。运用诺曼的情感化设计三层次理论展开设计构思,针对儿童情感需求,对产品的形态、色彩、功能和动作等方面进行了创新设计,为相关行业进行儿童机器人产品设计提供参考。     

多功能助行轮椅的设计分析

针对老年人和下肢残疾者出行问题,创新设计了一款多功能助行轮椅。本轮椅通过简单的机械结构设计和快拆结构设计,具备了轮椅和拐杖的功能,实现了轮椅和拐杖之间快速转换,满足了老年人和患者不同阶段的康复助行需求。通过ANSYS软件对其主要结构进行力学分析,结论显示结构满足使用需求,具备一定的安全性和稳定性。     

集成QFD/TRIZ/AHP的适老化钢制衣柜设计研究及应用

为提高钢制材料在老年人家具领域的可发展性以及准确地为老年人在钢制家具产品的互动上提供良好的体验,运用层次分析法(AHP)来确定客户的需求权重,通过功能质量展开法(QFD)发掘出客户的核心需求,从(TRIZ)发明问题解决理论的40条发明原理中,寻找最佳解决方法.在老年人钢制衣柜创新设计流程引入了QFD、AHP和TRIZ相结合的分析方法,主要从用户需求、设计指标决策及解决方案的角度阐述理论的应用方式,形成符合老年人用户需求的钢制衣柜产品,设计过程科学性的进一步提高,可为同类老年人钢制家具产品的创新设计提供有效参考.     

下肢外骨骼助行机器人研究现状及发展趋势

随着科学技术的进步和人们对于增强自身能力的渴望,下肢外骨骼助行机器人已成为国内外"人机一体化"的一个重要研究方向。根据研究工作积累和文献资料调研,总结了国内外主要研究机构对于下肢外骨骼助行机器人的研究现状,分析了下肢外骨骼助行机器人研制需要解决的关键技术,对下肢外骨骼助行机器人的发展趋势进行了预测。研究工作表明:下肢外骨骼助行机器人在穿戴性、智能化以及便携性等方面都有了突破性的发展,但是应当加强对微型能源、轻质便携材料、多功能系统等的研究和开发,才能广泛应用于军事、科考、旅游、交通、救灾等领域。     

下肢外骨骼助力机器人关节驱动设计及试验分析

针对人体下肢关节特点与助行要求,设计了外骨骼机器人关节结构;通过ADAMS软件仿真,分析了外骨骼机器人水平助行过程中关节功率配置需求,根据关节需求设计了外骨骼电液伺服驱动系统;为满足外骨骼机器人对人体下肢关节助力及柔顺性要求,提出了基于关节误差估计的PID控制方法。详细介绍了外骨骼机器人下肢关节结构的运动形式与技术参数,优化配置了关节结构的运动范围与驱动行程,对该机器人进行了运动学分析并通过外骨骼的典型动作进行验证;划分了外骨骼助行过程中步态与关节驱动映射,给出误差估计与补偿PID控制的具体参数;分别从关节跟踪与助力功率的角度,量化分析、对比了基于关节误差估计与常规PID两种控制方法的助力指标参数。试验结果表明,所设计外骨骼关节与驱动系统可实现穿戴者助力行走;对比常规PID控制,抑制了关节驱动控制输出区间的不连续,改善了关节跟踪误差,提升了助力效果与柔顺性。     

基于INPD与SD的角向磨光机造型设计

针对目前国内市场上角向磨光机趋同化的问题,提出一种新的设计程序方法以开发新市场。将INPD方法作为研究主线,分析现有产品设计定位和SET因素,识别产品机会缺口;深入了解目标用户群体的需求、喜好和经济能力,理解产品机遇;结合SD法对用户需求进行定量分析,建立意象词汇与造型之间的映射关系以指导造型设计。根据设计方案与样本的雷达图比对,验证了产品方案与目标用户需求的一致性,为相关产品的造型设计提供参考。