针对个体差异性的护理床人机工程设计研究

针对目前康复辅具广泛采用标准化设计,提出针对个体差异性的人性化设计方法。以护理床为例,利用西门子人机工程仿真软件JACK研究护理床人机交互中不同身高和体质量的患者在平躺、起背、屈腿等不同功能模式下与护理床的匹配度,根据分析结果得出针对个体差异性的通用型护理床整体及各部分的尺寸及新的护理床护栏设计方案,为相关产品的设计提供参考。     

多功能护理床翻折机构设计与运动优化

为解决卧床病人的康复护理难题,基于人体工程学原理,设计了三种翻折机构,实现了护理床的抬背、翻身和曲腿功能;建立了翻折机构的运动学模型,对其运动状态进行了分析;利用ADAMS软件对各构件的结构尺寸进行了灵敏度分析,以翻折架最大角加速度最小化为目标,对机构的关键结构尺寸进行了优化;分别对优化前后的翻折机构进行了运动仿真,结果表明:优化后,机构运动更加平稳,舒适性更好。     

坐式下肢康复训练机器人的设计

基于运动康复医学理论,针对下肢瘫痪患者早期及中后期康复训练的需求,设计了一款坐式下肢康复机器人,对肢体运动功能受损的肌肉进行训练。对下肢康复训练机器人进行了创新设计,其结构组成主要包括下肢康复机构和座椅辅助机构,利用该下肢康复训练机器人可使患者受损的运动功能得到最大程度的恢复和重建。     

新型护理床的起身机构设计与运动仿真

运用人性化的设计方法,完成了多功能康复床起身功能的机构设计与分析.结合UG进行实体造型和运动仿真,并确立了机构的活动范围,分析了速度、位移的变化规律.设计结构简单可靠,操作方便,为多功能护理床的研制提供了参考.     

下肢肌力训练装置的设计与仿真

脑卒中和老龄化等原因导致下肢运动障碍的患者增多,康复需求激增,而康复医师数量不足与患者数量增加的矛盾越发突出.针对患者的康复需要,根据人体下肢运动机理,设计了一种结构简单、价格低廉的下肢肌力训练装置,主要包括升降座椅模块、脚踏交互模块、直线滑块模组、动力模块等.建立人机运动模型,计算训练装置的主要设计参数:座椅高度为340～ 500 mm,直线滑轨长度为1000 mm,满足下肢康复需要.采用复数矢量法,对人机模型进行运动学分析,求解髋关节、膝关节变化与脚踏板的关系.使用ADAMS软件,进行下肢抗阻训练,仿真结果表明:阻力越大,下肢伸腿关节力矩越大,屈腿关节力矩越小.该研究成果为样机研制提供选型依据.     

膝关节康复机械腿的摆动控制研究

针对膝关节康复外骨骼的摆动训练需求,对外骨骼机械腿的人机交互控制策略进行了研究,并对现有下肢康复外骨骼的控制策略进行了归纳,提出了一种基于导纳原理的等效惯量补偿控制方法。首先,根据人体膝关节康复训练具有周期重复性的特点,在等效惯量补偿控制方法中引入自适应频率振荡器,从而在穿戴者摆腿运动中获取了稳定的频率及相位运动模式信息;然后,对穿戴者的下肢关节力矩进行了估计,生成了一个同周期的助力力矩,且在相位上和穿戴者下肢的肌肉力矩趋于同步;最后,对膝关节外骨骼机械腿进行了补偿控制及先慢-后快-再变慢的运动控制实验研究。研究结果表明:外骨骼机械腿能模拟康复运动所需模式,并拥有良好的摆动效果。     

下肢外骨骼康复机器人动力学分析与仿真

下肢外骨骼康复机器人动力学模型的准确建立,是实现机器人精确控制的前提条件。文中将下肢外骨骼机器人简化为7杆模型,并将下肢运动周期划分为单腿支撑和双腿支撑两个阶段,采用拉格朗日方法建立外骨骼康复机器人系统的整体动力学模型。通过人体下肢运动的实时动作捕捉及其运动轨迹的数据分析,得到人体正常行走时的关节运动规律,推导出各个关节所需的驱动力矩。利用SolidWorks建立机器人三维简化模型并导入ADAMS软件进行动力学仿真,验证了理论推导的准确性,为机器人电机的选型和控制系统的设计提供了理论依据。     

下肢康复训练机器人的设计开发

针对当前下肢运动障碍患者众多,而国内传统康复训练设备机械结构复杂、穿戴适应性差、步态训练人机运动精度低和协调性弱等问题,在深入分析了现有康复设备存在不足的基础上,设计开发了下肢康复训练机器人。该机器人的外骨骼机械腿采用曲柄滑块方式驱动关节运动,可自由调节机械腿长度与两腿宽度,再搭配跑步机与减重机构共同组成了机器人的机械部分。同时,该机器人集成了外骨骼腿和跑步机的控制系统,并应用提出的外骨骼腿的位置控制以及与跑步机速度的协同控制方法。最后,在实验室搭建了所设计的下肢康复训练机器人系统,并进行了人体带载实验。结果表明,该康复训练机器人对不同尺寸人体具有很强的穿戴适应性,同时具有精确的轨迹跟踪能力,以及良好的协调运动控制稳定性。     

下肢康复外骨骼的步态交互设计研究进展

中国正向深度老龄化社会高速迈进,脑卒中等老年性疾病人群逐年增多,开展面向助老适老的智能产品研究具有广阔的应用前景与重要的学术价值。下肢康复外骨骼是一种与穿戴者肢体交互并为其提供相应运动辅助和训练的人机交互共融智能产品。利用下肢康复外骨骼进行科学有效的康复运动训练,患者的肌力得以增强,脑神经和患肢之间的传递通路得以重建。根据穿戴者的下肢运动功能缺失或减弱程度生成并调整步态以进行安全有效的康复训练,是目前下肢康复外骨骼的研究前沿与热点。针对下肢运动功能障碍导致的行走方式差异化和康复步态规划个性化问题,结合国内外下肢康复外骨骼步态交互设计的研究进展,围绕下肢康复外骨骼步态性能评价标准、步态生成方法、步态控制策略和典型康复应用进行了重点分析探讨。最后总结并对下肢康复外骨骼的步态交互设计未来发展方向进行了展望,为相关研究人员提供参考。     

基于计算机运动仿真模型构建的护理床设计分析

护理用床的使用者大多是特殊人群,如行动不便的老人、身体患有残疾缺陷的患者等。在实际设计制造的过程中,设计者需要站在患者的角度进行产品设计。本次设计的护理床包括动力装置、床体结构、执行装置和调控装置等,其翻身机构和屈腿机构采用的工作原理十分科学。整个设计构件的张合幅度和规格应该根据实际案例数据分析进行设计。本次设计将护理床的主要功能部分进行有效设计和分析,并在原有的基础上进行了相关优化和调整。利用计算机进行模型的构建,设计完成后借助Pre/Engineer软件中自带的运动仿真功能模块进行整个调节过程的模拟。该机床设计能够满足大多数病人的各项日常身体调整需求,实用性较强,操作较为灵活。     

计算机辅助概念设计研究现状和发展趋势

指出产品概念设计包含设计功能、原理、形状、布局和结构设计等内容,阐明计算机辅助概念设计的内涵。从工程设计、工业设计、人工智能和新技术４个角度探讨目前国内外该领域的研究发展现状,结合现代产品设计模式的发展方向,指出ＣＡＣＤ以设计创新和建模技术为核心的六大关键技术,以及ＣＡＣＤ的发展趋势。     

现代设计方法在工业洗衣机模糊控制系统中的应用

这里以工业洗衣机模糊控制系统的研制为实例，分析了现代设计方法中的几种主要方法如创新设计、并行设计、虚拟设计、智能设计、可靠性设计、安全设计等在工业洗衣机模糊控制系统研制中的应用及作用。采用现代设计方法设计的工业洗衣机模糊控制系统各项性能均达到设计要求，超过国家相关标准。     

机械运动方案相似设计研究

概念设计是产品开发过程中的决定性阶段 ,机械运动方案设计是机械产品概念设计的关键内容。本文提出了机械运动方案相似设计理论和方法 ,并对构造相似元、计算相似度、实例再设计等关键技术进行了研究 ,给出了相应的解决方法     

Design justification of manufacturing systems—a review

The development of design systems which ensure economic feasibility has been the focus of recent research in the manufacturing area. Traditional design and justification approaches have been cited as having shortcomings; thus, there have been a variety of modifications and enhancements developed. An approach that is conceptually different from the traditional approaches seeks the integration of the economic analysis within the design process. We denote this approach as thedesign justification method. This paper reviews literature related to the explicit and implicit integration of economic factors in the manufacturing system design process, followed by supporting issues for the implementation of the design justification concept.     

绿色设计的体系结构及实施策略

绿色设计是一种全新的设计理念,是设计方法和设计工具的有效集成。在分析绿色设计产生背景的基础上,给出了绿色设计的概念与特点;并针对目前缺乏系统性、可操作性的绿色设计理论和工具的现状,提出了绿色设计体系结构和各模块的设计模型;最后,讨论了绿色设计的实施策略、方法,以及在我国开展绿色设计研究的重要性和必要性。     

基于模块化的概念设计模型的研究

从实现计算机辅助概念设计的目的出发,建立产品概念设计模型和动态需求的概念,同时把模块化设计方法引入到概念设计领域。该模型在设计过程中分为三层:用户层、功能层和结构层。通过层次分析,完成从用户需求到产品功能结构、产品模块结构的映射,这使复杂的设计任务转化为许多简单、基本的设计任务,从而达到满足用户要求、提高产品质量,缩短产品开发时间。     

生长型设计中公差进化设计方法研究

为实现生长型设计中尺寸链及形位公差项目的自动生成,在产品结构设计自动化技术基础上,研究生长型设计中公差进化设计的策略与原则。指出生长型设计中紧随结构的自顶向下、不断进化,公差进化设计模型也呈现为一种层次式结构;同时由于功能表面及其名义特征所具有的承载功能及几何信息的特点,可作为公差进化演绎的单元载体;在此基础上建立公差进化设计的基本过程模型。提出产品结构进化设计中,构建基于功能表面的装配网络以及基于名义特征的约束网络的双层装配约束网络的基本方法,给出辅助公差进化设计的公差断言;在此基础上,给出基于双层装配约束网络及公差断言的尺寸链及形位公差进化设计的基本过程。以活塞精镗销孔夹具的公差设计为例,说明所提出的公差进化设计方法在生长型设计中的成功应用。     

产品设计中系统设计思想培养的研究与实践

从高等学校工业设计教育教学和实践创新的角度出发,针对如何培养工业设计专业人才具备系统设计思想的问题,分析了产品设计中系统设计思想培养的必要性。阐述了培养过程和具体方法,并通过设计实例说明系统设计思想的运用,为提高工业设计专业学生的设计创新能力,提供了一种有效的教学方法。     

直齿圆柱齿轮传动摩擦学设计模型的构建

齿轮传动是最重要的机械传动形式之一。传统的齿轮传动强度设汁方法没有考虑润滑要求,而润滑设计又不能兼顾强度需要。以赫兹理论和弹流润滑理论为基础,建立了直齿圆柱齿轮传动的摩擦学设计模型,基于此模型对齿轮传动进行设计,对提高其使用寿命具有重要意义。     

支持概念设计的分布式协同设计环境的研究

一个复杂产品的概念设计往往需要多学科领域专家之间的协同。基于黑板模型 ,本文提出了一个分布式模块化协同设计框架结构。首先分别介绍了支持该框架结构的几个关键技术 ,即产品信息共享模型、设计问题的分布式构模方法以及基于约束的冲突检测方法。然后利用这些框架支持技术以及网络使能技术开发了一个分布式模块化协同设计环境 DCMDE,能有效地支持不同地理位置、不同学科的设计人员进行机械产品的协同概念设计。一个齿轮箱协同方案设计实例显示了系统的有效性