按摩機器人設計報告樣本

《產品開發(fā)與技術經濟分析》課程設計主題：第13屆全運會服務機器人設計題目：舉重運動理療機器人設計學校：沈陽工業(yè)大學專業(yè)：機械學院工業(yè)設計08級學號：姓名：楊新宇指引教師：張劍時間：1月11日目錄第1章緒論 41.1產品開發(fā)背景 41.2開發(fā)課題目和意義 41.3SET因素分析 51.4國內外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 51.4.1國內發(fā)展概況 51.4.2國外發(fā)展概況 61.5有關技術分析 71.6有關專利分析 71.7領先客戶分析 81.8競爭對手價值分析 9第2章產品系統(tǒng)設計 92.1可行性分析與功能 92.1.1可行性分析 92.1.2功能分析 102.2產品構造原理圖 132.3產品使用情景分析 142.4生活方式和流行趨勢分析 162.4.1生活方式分析 162.4.2流行趨勢分析 162.5色彩設計 202.6人機設計 202.7材料選取 21第3章建模與設計效果圖 213.1草圖繪制 223.2建模草圖與建模圖 233.3工程尺寸圖 243.4設計效果圖 253.5版式設計 26第四章附配件選購 27參照文獻 28緒論全運會比賽中會浮現(xiàn)各式各樣問題，而失誤，潛能，緊張三個重要方面因素對運動員影響是最大，咱們在科學分析基本上，能否通過某些按摩方式來減少這些不利于比賽發(fā)揮因素，從而提高比賽成績。1.1產品開發(fā)背景如下一組數(shù)據(jù)（表1-1）表白，國內舉重運動員在舉重試舉過程中浮現(xiàn)失誤（如圖1-2），國內失誤率比較高，而國際上舉重失誤率平均水平在60%左右，因此，減少比賽失誤對獲得良好比賽成績影響最大。另一方面，運動員在比賽中不能發(fā)揮自己最佳水平，甚至是不能發(fā)揮自己正常水平，通過對運動員賽后談話，理解到影響發(fā)揮此外一種重要因素就是緊張，相稱多運動員在賽前會出項不同限度失眠，焦急，緊張，而賽前放松，使舉重運動員可以保持良好精神狀態(tài)上場顯得尤為重要。圖1-2圖1-3表1-1試舉（次）成功率第九屆全國運動會148/30250%遼寧省錦標賽90/30730%全國錦標賽85/28031%1.2開發(fā)課題目和意義國內在機器人研究方面給重要集中在工業(yè)機器人，在隨著奧運會之后，國家在體育方面投入逐年增長，在對運動員訓練方面趨于更加科學。通過對運動員理解，咱們總結了一下四個方面重要影響比賽因素：體能，心理，技能，戰(zhàn)術。良好體能是運動員基本規(guī)定，在比賽中，需要消耗大量體力，而能否將比賽堅持到最后，就要依托運動員良好身體條件；心理因素是影響正常發(fā)揮首要因素，對于比賽未知，對自己訓練不自信，對對手畏懼等等都是影響比賽發(fā)揮自身心理因素；技能是一種先進運動員必備條件，對每一種動作不斷訓練和完善，使自身發(fā)揮達到最佳；戰(zhàn)術是合理運用比賽條件，競爭對手比賽狀態(tài)，充分發(fā)揮自身優(yōu)勢從而獲得比賽勝利。有各式各樣問題浮現(xiàn)，使得運動員發(fā)揮受到了制約，因而，咱們思考：能否針對其中某一項，通過進一步分析，結合中醫(yī)按摩理論，對運動員有效減壓或者是有效身體刺激，從而使運動員正常或者是超常發(fā)揮，這也是咱們開發(fā)這項課題目和意義所在。1.3SET因素分析S（社會因素）：科技水平提高，機器人為人們服務觀念也進一步人心，機器人服務于人類已經變成了一種可以實現(xiàn)愿望，因此許許多多不同功能機器人也應運而生，例如高空作業(yè)機器人，防爆機器人，爆破機器人，尚有各類機械手等等，機器人已經進一步人類之中，并時刻發(fā)揮著其職能與作用，而如今人們生活水平升高，使得人們注意力逐漸轉移到保養(yǎng)與健身，因此運動會變成了人們追捧熱潮，為眾多運動員設計一款可以在比賽時按摩放松機器人也變得尤為重要，因此應運而生按摩機器人能為運動員帶來福音。E（經濟因素）：經濟迅速增長，物資種類繁多，生活速度加快，使得人們對經濟型產品愈發(fā)注重，在現(xiàn)如今，如何減少生產成本也是咱們一種核心性問題，并且在此基本上，還要努力做到低碳環(huán)保，低能耗，高效率完畢各項任務，這樣機器人，才會在各類活動中普及開來，咱們要運用如今高科技技術，減少機器人成本，形成各類服務性機器人量化生產。T（技術因素）：人們科技發(fā)展使得機器人控制系統(tǒng)變得更加完善，制系統(tǒng)有兩種方式。一種是集中式控制，即機器人所有控制由一臺微型計算機完畢。另一種是分散（級）式控制，即采用多臺微機來分擔機器人控制，如當采用上、下兩級微機共同完畢機器人控制時，主機慣用于負責系統(tǒng)管理、通訊、運動學和動力學計算，并向下級微機發(fā)送指令信息；作為下級從機，各關節(jié)分別相應一種CPU，進行插補運算和伺服控制解決，實現(xiàn)給定運動，并向主機反饋信息。依照作業(yè)任務規(guī)定不同，機器人控制方式又可分為點位控制、持續(xù)軌跡控制和力（力矩）控制。1.4國內外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.4.1國內發(fā)展概況針對運動員按摩器材在國內外已經比較常用了（如圖1-4），但是，多數(shù)器材是放置在訓練場地，尚有某些訓練中心引進了理療儀對運動員進行理療按摩以達到緩和疲勞（如圖1-5），由于這些器材運送不便，在比賽場館內多數(shù)還是選取教練員賽前及時放松（如圖1-6），因此在賽場上選用按摩機器人當前還沒有浮現(xiàn)。在國內有某些按摩機器人研發(fā)項目，多數(shù)是由大學和研究院聯(lián)合研制單純機械式按摩儀器，在機器智能和自動控制技術方面還沒有攻破，通過理療師按摩效果和機器人按摩效果相對比，對機器進行不斷調試，使其力度，舒服度，位置精準等等方面達到比較好效果。圖1-5圖1-6圖1-71.4.2國外發(fā)展概況美國和日本機器人技術在國際上仍始終處在領先地位，其技術全面、先進，適應性也很強。各國政府在服務機器人實際研究和應用方面予以了很大支持，如德國保姆機器人（下圖1-8），美國DreamBots公司研發(fā)Wheememini按摩機器人（如圖1-9，1-10），這款機器人帶有傾斜感應，可以保證在使用時不會滑落，價格50美金，局限性1磅，3節(jié)AA電池。圖1-8圖1-9圖1-101.5有關技術分析理療按摩機器人在按摩方式上采用了物理式捶打和磁流式按摩，同步針對經絡有效刺激，同步在輔助功能上增設3維成像，自動檢測肌肉激活狀態(tài)兩個功能。物理式捶打，采用凸輪機械構造可以實現(xiàn)，如圖1-11所示，凸輪轉動感帶動扇形齒輪來回擺動，從而驅動滑塊左右運動從而實現(xiàn)捶打功能，通過調節(jié)轉速來控制捶打頻率。磁流式按摩針對重要穴位和經絡，按摩球按摩方式類似手推拿方式，脈沖電源控制按摩力度。三維成像技術，屬于新興技術，如深圳華朗科技公司生產三維掃描成像儀，在這方面技術已經比較成熟了，其成像效果圖如圖1-12所示，可以對人體骨骼，經絡，血管等等進行成像。圖1-11圖1-12自動檢測裝置檢測肌肉激活狀態(tài)，通過檢測在按摩之后，肌肉興奮狀態(tài)，鑒定運動員能否上場比賽。在一項關于表面肌電信號數(shù)字傳感器研究生研究論文【1】中表白，通過對表面肌電信號測定和分析，可以在運動技術合理性分析，肌纖維無氧呼吸無損性預測等方面起重要作用。1.6有關專利分析有一定針對性按摩放松方式專利集中在理療儀，理療儀中重要是磁療，光熱療，針灸，電子脈沖等等技術。如深圳國松電子公司生產relaxmedic數(shù)碼經絡理療儀【2】（如圖1-13）：這款理療儀重要新型USB低頻理療儀，采用低頻微電脈沖理療技術基本原理，通過微設計手段制成專用模塊，形成合用以便小型電子儀器，在顧客接口軟件控制下，實現(xiàn)仿真推拿、按摩，啟動時間設定，脈沖輸出強度調節(jié)，達到了治療保健作用。專利號：20225990專利號：CN7957.2專利號：20225990專利號：CN7957.2圖1-13頸椎按摩理療儀專利號：4945新型涉及一種具備馬達振動按摩構造和電脈沖振動按摩構造頸椎按摩理療儀。磁流體按摩理療儀專利號：10062785磁流體按摩理療儀由按摩墊、弧形板、氣墊裝置、氣泵裝置以及控制器裝置構成，通過控制器裝置控制器控制脈沖電源發(fā)生器向電磁線圈生產脈沖電源，運用脈沖電源控制按摩墊電磁線圈磁場變化來控制磁流體比重變化，從而控制按摩球浮力變化，運用按摩球浮力變化來按摩身體穴位，提高了理療頸椎病以及腰椎病質量。1.7領先客戶分析全運會比賽各種項目中，不也許對每一類運動員均有一款理療按摩器。針對國內體育運動優(yōu)勢項目，如：舉重，游泳，射擊，體操，乒乓球等等此類項目運動員，提出一種類似于按摩師，卻區(qū)別于她們按摩方式，可以提高運動員比賽成績和發(fā)揮穩(wěn)定性。舉重運動是國內一項起步比較晚，但是發(fā)展比較快，比較好一種體育運動項目，然而，國內舉重運動員幾乎所有人飽受各式各樣傷病困擾，運動員比賽壽命短，普通在3-7年，并且某些運動員由于受到經濟條件限制，沒有得到較好訓練，在比賽中屢次浮現(xiàn)失誤，導致殘疾或骨折。除此之外，舉重運動員比賽中體能消耗大，失誤率高，缺少理療按摩和有效指引放松，而理療師按摩水平參差不齊，價格也是因人而異，因而，運動員需要得到有效按摩和放松顯得尤為重要。設計一款可以結合中醫(yī)按摩理療機器人，既不會使運動員對于冷硬理療器械產生排斥，又可以達到中上等水平理療按摩師按摩水平，從而使運動員在比賽中獲得良好成績，集技術，人機工程，美學于一體，正符合舉重運動員比賽需求。1.8競爭對手價值分析對于競爭，無非是按摩器（理療儀），機器人，理療師三者之間比較，那個更加合算更加具備市場競爭力。通過調查和分析咱們做一種橫向和縱向比較，容易從表中得出，按摩機器人綜合競爭力還是比較大，如表1-2所示： 成本 舒服度 時間同步經穴理療師 4300/月 ***** ******理療儀 **** 3年 ******理療機器人 **** 3-5年********表1-2產品系統(tǒng)設計2.1可行性分析與功能分析2.1.1可行性分析從為什么（why），能不能（can），如何做（how)三個層面分析，明確理療按摩機器人設計和開發(fā)可行性。1.為什么？運動員得到有助于比賽發(fā)揮各方面服務，可以使她們專心參加比賽，充分展示自身體育競技水平，體現(xiàn)更高，更快，更強體育精神。同步，運動員自身經濟實力使得她們不可以請到高水平教練和按摩師，并且按摩師往往是按摩了某一種或某幾種重要部位，不能對各種部位同步進行按摩，當運動員上場比賽時候，浮現(xiàn)發(fā)力不夠，導致失誤。她們又排斥那些單一理療器械，這就構成了設計一款介于按摩師與理療儀之間按摩機器人產生前提。2能不能？科技發(fā)展日新月異，在技術層面不斷成熟，智能化，自動化機械裝置和系統(tǒng)可覺得理療按摩機器人提供了有力支撐。除此之外，機器人人性化設計使得越來越多人容易親近這樣一類新型科技成果，工業(yè)生產中，機器人甚至已經融入了制造生產線，充分發(fā)揮了高效，經濟等方面優(yōu)勢。因而，無論從經濟，還是個人角度，理療按摩機器人都逐漸具備可以融入人們生活當中條件。3如何做？1，明確機器人作用是理療按摩，目是使運動員可以減少失誤，發(fā)揮水平。2，充分理解運動員賽前，賽中，賽后心理，身體狀況。3，實驗理療儀與按摩師按摩先后，運動員比賽發(fā)揮，記錄失誤率，比賽成績。4，將中醫(yī)按摩融入按摩機器人當中，測試按摩先后發(fā)揮水平。5，對形態(tài)，色彩，材質等方面進行設計，符合運動員喜好。6，對人機界面設計和操作系統(tǒng)改進，使之符合人性化設計規(guī)定。7，組合所有因素，進行經濟技術分析，控制成本，得到最后產品。2.1.2功能分析理療按摩機器人所具備功能需要滿足中醫(yī)按摩，從而涉及到人體穴位于經絡按摩。同步，按摩需要有效同步刺激，這是理療師所不能到達，各個按摩裝置同步運營需要控制系統(tǒng)合理控制。此外，機器人具備機械捶打，紅外感應，三維掃描，定位，力度控制，自動檢測等方面功能，又結合了理療儀與理療師各自長處。功能實現(xiàn)方式：1，3D掃描生成人體三維模型；2，自定位，依照人體構造特點尋找穴位分布；3，同步，有效刺激按摩；4，檢測，穩(wěn)定激活狀態(tài)；如圖所示：通過光線反射，接受器解決之后能生成人體三維模型，功能實現(xiàn)方式原理圖如2-1所示；生成人體模型，依照系統(tǒng)定位和數(shù)據(jù)解決，尋找人體穴位分布，在二維坐標上調節(jié)按摩裝置位置，運動員需要按摩重要穴位如圖2-2，圖2-3所示；中央控制器依照語音提示和對話，啟動按摩裝置，對運動員進行短暫有同步刺激，使運動員在按摩之后，經脈暢通，精神煥發(fā)；運動員在按摩完之后，背部，腦部得到了有效地放松，依照大腦活動，人呼吸節(jié)奏，肌肉收縮和舒張狀態(tài)檢測，使運動員保持一種比較好身體狀態(tài)參加比賽。圖2-1圖2-2圖2-3推拿，揉捏，捶打按摩方式分析采用機械式捶打方式分析圖2-4圖2-52.2產品構造原理圖構成某些：1，動力源：220V，50HZ交流電源驅動0.37kw小功率電機運轉。2，傳動：傳動系統(tǒng)。3，控制：交互界面，控制器。4，執(zhí)行：掃描成像儀，機械指，捶打按壓片。傳動帶輪，軸，連桿，凸輪如圖2-6，2-7所示:圖2-6圖2-72.3產品使用情景分析1，產品體積和重量大，限制了理療器械移動和運送，同步會占用比較大空間。（圖2-8所示）情景一：甲運動員在訓練場館訓練完事之后，習慣性去理療中心進行理療，那邊理療效果特別好，并且甲對某一型號按摩椅特別愛慕，每次參加比賽之前都必要上那邊坐坐，以為這樣可以帶來好運。在傍晚時分，甲在全運社區(qū)公園靜靜坐著，明天就是全運會了，甲昨天和妻子鬧了別扭，心理特別不舒服，理療中心當前又關門了，甲就在想：要是那款理療椅能在明天比賽時候浮現(xiàn)，讓自己能靜靜躺在上面享有一刻，那該是多么舒服事！2，理療器械按摩或者是滾球彷推拿手法按摩，或是磁療，將兩者有效地結合起來，有所針對按摩。（圖2-9所示）情景二：乙運動員前天在騎車時候不小心摔倒了，臉部擦破了某些皮，明天就輪到她上場比賽了，當前頭部尚有點暈暈，她又怕在按摩太陽穴時候拉動傷口，背部也有一點酸痛，她在想：要是那些按摩器械能用特殊按摩方式不接觸皮膚，給我大腦提提神，然后有個理療師給我推拿推拿，讓腰部松松該有多好啊！圖2-8圖2-93，市場上多數(shù)按摩器械mini，便攜，但是不可以同步在滿足之前這些功能同步還具備科技感，智能，趣味感，以迎合人們需求。（圖2-10所示）情景三：丙運動員從小就喜歡變形金剛，喜歡那些富有科技感產品，雖然市面上小按摩器比較小巧，但是在運動場館使用這些小按摩器總是感覺但是癮，今天有自己比賽項目，丙在想：要是我能像山姆（電影《變形金剛》男主角）同樣擁有一種屬于自己機器人，每次比賽前給我加油，我就能鼓足勁，讓她見證自己賽場上輝煌，那該有多好??！圖2-102.4生活方式和流行趨勢分析2.4.1生活方式分析1飲食在一項對運動員個人生活方式調查中，理解到運動員大某些時間是在訓練中心進行訓練。舉重運動員每天都需要進行臂力強度，韌帶拉伸，關節(jié)活動，姿態(tài)校正等訓練，由于訓練強度大，她們飲食以蛋白質和碳水化合物為主，經常需要補充維生素B2，為了使營養(yǎng)跟得上，每天需要食用菜花，黃瓜，土豆，大蝦，醬牛肉等食物。2興趣運動員在訓練之余興趣各不同樣，但是在一項調查報告中，52名運動員中有34名喜歡音樂，電影，一某些運動員喜歡駕車，尚有一某些運動員喜歡睡覺，品茶，寫作，收藏（如圖2-11所示），這表白運動員在訓練之外還是很喜歡非運動類休閑方式。圖2-112.4.2流行趨勢分析1.顏色流行趨勢綠色概念銀色流行是家電永恒主題圖2-12圖2-13流行色低調中性色在所有色調之間游走優(yōu)雅、剪裁、簡樸（圖2-14所示）熱烈、異域、原始（圖2-15所示）圖2-14圖2-15高濃度色彩在自然與反叛之間搖晃粉彩色和蒼白羊皮紙中性色調實驗、藝術、體現(xiàn)（圖2-16所示）新鮮、輕松、天真（圖2-17所示）圖2-16圖2-17+顏色趨勢主題：“裸露”、“復古當代”、“軟工業(yè)”和“再造”將來四種重要趨勢主題呈現(xiàn)出多樣化特性，但它們有一種共同點。作為對這個充斥著大量消耗和過度使用復雜世界回應，顏色專家們對趨勢預測為對本質和不加修飾美感回歸。（圖2-18所示）（摘自中華人民共和國流行色協(xié)會網）【3】圖2-18

“裸露”代表選取散發(fā)出寧靜美感天然形式和材料趨勢。典型顏色涉及淡灰色、米白色和中性沙礫色。受斯堪納維亞影響，“復古當代”這一顏色趨勢由復古靈感創(chuàng)造美學塑造而成，這種美感結合了諸如赭黃和鮮綠等高度飽和色簡約形式。

《勞爾顏色體驗集+》使用了“女性柔美和精致”、“典型”和“優(yōu)雅”這些詞匯來形容“軟工業(yè)”趨勢特性。這些趨勢顏色是金屬色和柔和色結合，如：銅色和淡翡翠綠結合。

個性化設計和一種實驗性、色彩豐富美感，即：偶爾涉及一種刻意不協(xié)調，都是“再造”趨勢核心所在。燦爛、動感顏色，例如：原紅、原藍或混有柔和、素凈米色和灰色霓虹色。2.材質流行趨勢近十年來，隨著技術不斷發(fā)展，新材料不斷被開發(fā)和應用。工業(yè)產品對材料使用也趨于多樣化，設計師更多考慮將情感融入材質當中，例如石頭，木頭，樹皮等老式材質容易使人產生一種樸實，自然，典雅感覺，玻璃，鋼材，塑料體現(xiàn)強烈當代氣息。如圖2-19所示：這款叫做“媽媽”椅子，采用柔軟，舒服材質，給人保護感，溫暖和舒服感，就像躺在媽媽懷里同樣。設計師但愿通過還原材料本質呈現(xiàn)一種真實感，面料采用尼龍和棉花，內層加海綿，不加任何表面解決，體現(xiàn)了材質真實本質美感。圖2-19簡約自然，原滋原味風格，以蘋果為代表。如圖2-20，2-21所示，晶瑩水晶，光潔表面，對新材料運用敢于突破和創(chuàng)新是蘋果一貫作風。圖2-20圖2-21對天然材料如，木材，皮革，藤條等運用，體現(xiàn)設計中材質親和力。丹麥設計十分簡潔而實用，偏愛自然色彩和紋理，營造一種溫馨，宜人感受，如圖2-22，2-23所示。圖2-22圖2-233.產品形態(tài)流行趨勢從規(guī)整幾何形態(tài)到圓滑曲線，通過近幾年紅點獎某些作品形態(tài)分析，咱們發(fā)現(xiàn)依托先進制造工藝，新型材料，越來越多人喜歡在產品設計中融入曲線元素，也有保持規(guī)整形態(tài)又添加小某些圓角產品。如圖2-24所示：圖2-242.5色彩設計對于舉重運動員，賽場氛圍緊張，選用比較柔和中灰比較適當，在視覺上給運動員某些比較強力量感，選取大紅色，外圓液晶顯示采用半透明湖藍色搭配，比較有科技感。圖2-252.6人機設計1，人機系統(tǒng)與界面設計（圖2-26所示）2，人體工程學分析【4】（圖2-27，2-28所示）圖2-26圖2-27圖2-282.7材料選取理療器械常采用材質為：尼龍（圖2-29所示），棉，軟塑，PP外殼，金屬支架（圖2-32所示）等等。在設計理療機器人時，添加一塊弧形外蓋液晶顯示屏，使用者接近機器人，啟動三維掃描裝置時候，可以透過顯示屏將光線發(fā)射出去，在覆蓋頭部頭罩內添加一層海綿，防止浮現(xiàn)磕碰而事運動員受傷。外層采用PP材質（圖2-31所示），具備一定硬度和強度，耐腐蝕，并且PP材料成型比較容易，坐墊采用三層棉料，夾層添加按摩磁頭，在二維定位板上安裝推拿球，在金屬底座盤上包裹一層軟塑材質（圖2-30所示），起到減震作用，機器人用三個成等腰三角萬向腳輪行走。圖2-29圖2-30圖2-31圖2-32