无框架立体定位神经外科手术机器人造型设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 绪论 医疗器械工业 一种为人类健康服务的工业。就是用高新技术为医学科学提供新产品、新仪器、新设备、新工具、新材料的工业，这是一个活跃的产业，国际上有很多跨国企业把发展的方向投向现代医疗器械工业上。这是一个新兴的高科技产业，它既依赖于基础工业的发展，又推动了医学的进步。医疗器械工业备受科技界、产业界重视，它既有巨大的经济效益，又有显著的社会效益。 随着社会的发展，人们生活质量日益提高，对于各种高科技的应用也带来了丰富的物质基础。然而，无论 社会发展到什么程度，病人这个特殊的群体是永远 会存在的。 医生和护士因他们服务于病人而被视为崇高的行业，医疗器械 作为医生手中的工具，服务于医生、作用于病人，在健康事业中的作用不言而喻，这次毕业设计我能参与医疗器械的设计，这让我感到很荣幸，同时也暗下决心要把任务圆满完成。 由于这是个团队合作完成的课题，所以这次毕业设计，除了进一步学习和了解 产品造型 设计 知识之外，我还将 获得另外一个收获，那就是明白如何在一个团队中摆正自己的位置，协调好技术与外型的关系，求同存异，并最终和团队其他成员取得一致。 2 课题介绍 2 1 选题背景 本课题 为 跨专业联合设 计，由机械设计专业的两位同学、工业工程专业的两位同学、机电一体化专业的一位同学和我共同参与 ， 课题提供者是 南京国康机器人公司，名为“ 无框架立体定位神经外科手术机器人 ”。该医疗器械属三类医疗器械，在设计技术、工艺上都有非常高的要求，它将被用来做开颅手术 。 时尚产品诸如手机 、笔记本电脑等，生产商往往会 通过外型设计吸引消费者来达到提高销量的目的，这个销售策略早已被认同， 而这一点在某些高技术、用买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 途又比较单一的产品上常常被忽略 ， 这是使用人群少、选择范围窄等原因所导致的 。而 像 医疗器械这类常常 是 定点、定购 的产品， 生产商们 更 容易 只 重视其技术含量是否达标，至于外型，这类产品有太多的同类或是早期的产品可以借鉴， 所以并不需要太多关心。 当人们第一眼注视一件东西时他看到的是它的外观，人的判断将从外型开始。由此可见外形对一件产品来说多么重要。 相对于时尚产品来说，医疗器械的外观将更注重人机方面的考虑 ，力图使人机工学与形式美相结合 ， 达到“看起来漂亮、用起来舒服”的效果。 2 2 医疗导航机器人总体介绍 本次设计所做的医疗导航机器人的效果图如下（图 图 体效果图 本产品 主要用于立体定向导航（脑）神经外科 手术。在脑部穿刺手术中，应先对 标记点注册， 即 手动移动各关节使探针接触标记点，并锁定各关节，编码器记录各关节角位移 并 传给控制程序。手术时，控制程序会控制制动器在各关节移动到特定角度时锁死各关节，完成导航，辅助医生进行穿刺手术。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 在外形尺寸与工作区间上 ，采用参数化设计方式，由用户个性化需求确定外形尺寸及工作区间。 2 3 资料的收集和分析 2 3 1 国内外医用机器人的发展及其现状 随着机器人技术的不断发展，机器人的应用范围越来越广泛，已经不再局限于传统的制造业 。 近年来，随着 医 学 的需要 和计算机辅助外科手术技 术的兴起，医用 外科机器人技术已经成为机器人应用研究的热点。 医用 外科机器人不仅定位准确，状态稳定，而且可以实现手术微创，提高手术安全性，缩短医疗时间，降低医疗成本，能大大 地 提高手术的质量。许多国家纷纷设立专项计划研究医疗外科机器人技术，并将成果产业化。 自上个世纪 80 年代以来，医疗外科辅助机器人技术取得了许多研究成果，很多已经商品化。 1987 年 ,人研制了基于 的计算机辅助外科手术 统 ； 1989 年日本的 司生产了商品化的脑外科机器人1992 年意大利的 究了基于 矫形外科手术系统 ； 1995 年 ,人开发了一套基于 像的机器人控制的立体定位神经外科手术系统 ； 1997 年德国的 究了用于内窥手术的 7 自由度机器人 ； 1997 年意大利的 究了腹外科的微机器人系统 ； 2001 年 7月法国医生雅克马雷斯 科领导的医疗小组在美国纽约为远在法国斯特拉斯堡的病人进行了胆囊摘 除手术，手术圆满成功 6。 在国内， 目前 相关部门已经开始关注这类医疗电子设备的研究与开发 ,但 总的来看 ,国内 医用机器人系统的研究刚刚起步。由北京航空航天大学和海军总医院联合研制的机器人辅助立体定向神经外科手术系统 已应用于辅助立体定向、放射性同位素置入等手术 。 2 3 2 无框架立体定向导航手术过程 脑组织是人体内有别于其它生理组织结构的特殊器官，一旦损伤目前科技买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 手段尚不能使其再生，因此脑神经外科手术是外科领域乃至整个医学领域中难度最大、要求最高的手术。 目前的脑外科手术系统可分为框架式结构的立体定向和无框架式的立体定向两种方式。 传统脑外科立体定向手术是依靠立体定向仪来定位的，而立体定向仪必须通过框架用螺钉固定 在病人的脑颅骨上，这给病人造成了较大创伤和心理恐惧。另外，传统的立体定向手术一般都只能根据病人的二维医用图像来确定病灶靶点及穿刺路径，这样便造成手术质量在很大程度上取决于医生经验的现象。而无框架立体定向导航机器人手术系统可以有效地避免传统脑外科立体定向手术的缺陷，故而越来越受到重视。无框架立体定向导航脑外科手术过程如图 术时 首先在患者头部特定部位贴上能被 别的标志点 ，然后 图 框架立体定向导航脑外科手术过程 利用 行影像扫描。将扫描结果输入计 算机，进行头模的三维重建。在图像空间进行标记点和病灶点 (手术的对象，如肿瘤、血块、异物等称为病灶点 )的坐标测量，进行路径规划并显示在重建的三维模型上。手术时病人的头部买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 与手术床相对固定，用机器人的手臂在机器人操作空间对标记点进行注册。利用标记点在机器人操作空间和图像空间的测量结果，计算机软件通过计算可得到机器 热 操作空间到图像空间的映射变换。根据这个影射关系和规划的路径，可以得到手术时机器人的位姿，以及运动到该位姿各个关节的运动参数。然后进行计算机仿真机器人手术，直到确定最佳方案。最后按最佳方案控制机器人移动到 手术探针的轴向与规划路径重合，锁定各机械臂，从而辅助医生进行手术操作。 该系统将计算机技术与机器人技术 相结合，实现了无框架定位，同时利用 了 三维重构技 术。 3 设计构思 对于医疗器械的外观设计，首先在整体上要给人科技感、信任感。而对于开颅手术器械来说，这一点 尤为重要了。 这倒不一定体现在其结构如何烦琐、或是器械规模如何浩大。它的整体外型应该是简洁的，从而医生在使用时不至于 被 干扰视线 ； 它的结构应该能体现它的精密性， 它是稳重的、可信赖的，它的人机界面应该是最人性化的，因为它的使用者 手术医生的工作 将 是长 时间 而不容 许半点差错的 。 基于以上的设计出发点， 本次 设计应用了产品符号语义学说、人机工学理论和基本数据以及某些美感形式法则。 对于医疗器械 产品 而言 ， 其 加工的可能性 、 难度 以及该产品所特有的便于消毒 问题 ，将成为 本次 设计 重点需要解决的问题 。 通过前述原则、理论与方法的应用，确实找到了这些问题的解决方案。 4 从不对称结构中寻找平衡 整体设计过程 我们的设计从一开始的想法就是从“解放手术医生劳动力”的人性化考虑开始的。经过精确计算设计的手术导航机器人，可以在计算机 引导下 自主对手术部位进行精确定位，这不仅仅极大地减少了手术医生 的工作量，也大大提高了手术精确度。器械采用的主要机构是一个平行四边形结构，这个结构 的 一个好处，就是当其前面的关节被后面的平衡系统所平衡的时候，它的中间两个关节就很容易买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 被移动（因为重力在这些运动方向上没有分量），这也是为器械的使用者所做的考虑， 因为如果用其他的关节结构 ，虽然结构会变的相对简单，但它的旋转关节会由于相对较大的摩擦力和惯性力而变得笨重，从而使手术医生的劳动强度变大。 当然从外型设计的角度讲， 平行四边形 结构 很容易 在视觉上 使人觉得呆板，而单臂式结构则显得 精致 ，这点从下面两个图中可以很容易得到比较： 图 示的是一个三维扫描仪的主体部分 ，其由高强度的碳素纤维和铝合金制成的手臂可以在很大的范围内灵活地运转。碳素纤维是新开发的高强度超轻材料，通常被用在航空飞机之类有特殊要求的产品上。对碳素纤维的运用使整个扫描仪的重量不到 5 公斤，从而使使用者操作起来轻巧方便，这当然是一个很好的设计，但是由于碳素纤维本身昂贵的价格带来的高成本，这个仪器的售价达到 图 素纤维三维扫描仪 图 器人平行四边形结构 了 40 万人民币。 而这个平行四边形结构（如图 以 采用 普通金属材料 制作而成 ， 它的成本相对而言便宜许多，开发产品的最终目的是赢得市场，而价格是取得市场的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 非常重要的因素 ；另外， 由于金属材料的大比重，使得结构稳定性成为设计必须考虑的问题， 所以我们采用了这个平行四边形结构作为这个导航机器人的主体手臂部分。 这个主体部分的前倾及其只有一点与支架部分相连造成了这个主体结构的不平衡以及琐碎感 ， 本次设计 希望通过改变机构的其他部分和杆件本身的形态来缓解这些种视觉上的不平衡感。 调和法则的运用 底座设计 所谓调和法则就是使整体各部 分 统一和谐，其特点是在差异中趋向 于“同一”和“一致”，使人感到融合、协调，其运用到 造型设计 中就是在整体设计中就各部位做相对应 的结构处理，以达到统一的美感 2。 就这次设计所做的导航机器人来说， 整个机构的重量达到了 45 公斤，且前后跨距相当大，底座的任务是负担整个机构，所以它必须结实且能平衡机构。原设计方案的底座设计略显单薄（见图 且结构太过于对称。 以下是我的改进方案（见图 图 底座的内部结构。 由于器械是向前探出的形式，整个底座前小后大、前薄后厚，如此不仅 可以 在力学上、更可以在视觉上很好地平衡它需要支撑的机构 ，使器械 更富有整体性。 图 先的底座方案 图 座方案 图 座的内部结构 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 底座内有让底下轮子止住不动的刹车装置，底座上的牵拉把手就是控制刹车装置的。整个底座的外轮廓是跟着内部结构来的，前后的弧线使底座看起来饱满结实，加厚底座是为了加重底座的重量使之更加稳固。 构成元素的语义及其视觉效应的体现 机器人结构设计 在 视觉交流 中，人们是通过表情和眼神的视觉语义象征来理解对方。 而当 人们在操作使用机器产品时，是通过产品部件的形状、颜色、 质感来理解机器 。在产品设计中， 每一个手柄、旋钮、把手都会 “说话 ”，它通过结构、形状、颜色、材料、位置来象征自己的含义， “讲述 ”自己的操作目的和准确操作方法。 产品的各组成元素就像产品的“细胞”，它们既有各自的作用，又统一起来一起 构成产品给人的总体印象。 对于像 导航机器人这样的机构来说，它的构成元素包括杆件的形态、它们连接的状态等等， 处理好这些构成元素 便等于 处理好 了机构的大致造型效果。 品符号学的概念 产品符号学 把产品的象征功能与传统的几何、劳动学 、技术美学 等结合 在一起，采用比喻和语义方法 ， 提出了 新的设计思想。它关心的是设计对象的含义 ,对象的符号象征， 以及 在 不同 心理、社会、和文化环境中 的 使用 情况 。它 针对 “ 以机器功能为本 ” ，提出 “ 以人为本 ” 的设计思想以适应微电子时代的产品设计。它提出了几种产品语义设计观点，使产品适应人的视觉理解和操作 3。 例如视觉经验认为圆的东西可以转动，红色 某些特定场合 往往表示危险。 你会 通过 门 的形状、位置、和结构 来确认那是一扇门， 没有 人 会把一面墙当成一扇门是因为 人们早已经把门的形状、结构、位置以及它的含义 同人们的行动目的和行动方法结合起来，这样形成的整体叫行动象征。 同样，水壶、 自行车、菜刀等等都 具有行动象征 。设计者应当把 这些东西 的 象征含义 用在机器、工具、产品设计中，使用户一看就明白它的功能、它的操作方式，不需要花费大量精力重新学习陌生的操作方法。把产品符号学的思想用于电子产品设计，就是要从人的视觉交流的象征含义出发，它通过结构、形状、颜色、材料、位置来象征自己的含义，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 “ 讲述 ” 自己的操作目的和准确操作方法。换句话，通过设计，使产品的目的和操作方法应当不言自明，不需要附加说明书解释它的功能和操作方法。怎么才能在人机界面设计中实现这一目标呢？产品语义学认为：这些几何形状的象征含义是人们 从小在大量的生活经验中学习积累起来的，这是每个人的几何形状知识财富，设计师应当采用人们已经熟悉的形状、颜色、材料、位置的组合来表示操作，并使它的操作过程符合人的行动特点。 行四边形结构设计 如前所述 ， 平行四边形结构很容易给人呆板、笨重的感觉，因为它的四条边是俩俩对应的， 为了避免平行四边形结构带来的视觉上的 这种 僵硬感， 作者 曾尝试过几种方式，表 1 归纳了这几种方式和它们最终没有被采纳的原因。 表 1 几种想法与其没有被采纳的原因 方式 所采取手段 所达到效果 缺 点 草 图 方式1 用护套把四根杆子套起来，上下两根杆则分别从护套的两侧伸出来 。 运动从外面看就简化成护套的转动和上下杆的移动了，护套能使机构的整体感强很多，它对机构的一般运动也不会有干涉 。 一旦运动到几个极限位置时杆件与护套之间就会产生明显的干涉 。 方式2 改 变 杆件 的形态，比如做成弧度状。 使平行四边形结构的形式变活泼起来 。 材料 屈服极限降低， 强度减小，容易造成不必要的麻烦。带来的加工的麻烦将大于修改的必要 。 方式3 在表面加肌理效果 。 达到各种丰富的视觉形象 。 造成消毒不便 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 在经过反复的斟酌之后 ， 最后 的设计 方案利用了 产品符号学的原理 。 首先是杆件， 四根杆的粗细因各自的承载不同而互 不一样 ,负主要 承载 的 大臂 最粗，起平衡作用的平衡锤短而重且没有电路通过，圆弧形是最适合它的了 。另两根杆较之而言要纤细些，其中与主杆对应的 拉杆 因为承载小，同时也是对比突出的需要做成最细，而 上臂 则因通过电路较多 而相对较粗，这两根杆做成 圆形截面 也是为了 起 对比的作用。 由此，几 根 杆 件的运动 及各自的承载 便一目了然 连接部分都用黑色的圆形护盖， 圆形的几何状态暗示了关节转动这个运动方式，这是圆形护盖这个元素所传递的语义。 圆形和长方形是 大自然中 最 常见且最 容易被人们接受的形态 1，在医疗器械中应用这些形态能给使用者医生以亲切感，从而 减弱医疗器械带给人的疏离感， 在手术 中 有助于保持 医生 心态的平稳，这 也 是一个从人性化设计出发的考虑。 旋支架设计 对于旋转支架，我是这样考虑的 ：它的任务是负担杆件，所以相对于轻巧的杆件它应该厚实些；它又是会旋转的，但是旋转缓慢且角度不大，所以它应该有些弧度来表示它的转动动作；作为整体机构的一部分，它的形状必须能做到上下呼应 。 在参考了一些国外的同类产品的设计后，我发现 在 它们都有一个共同的特点，就是为了在 造型设 计上尽量避免产品给人产生的笨重、粗糙、冰冷的感觉，而 使用一些平行的线条 ，从而 使产品造型活跃又不失整体。 而平行四边形结构、杆件大形都是互相平行的状态，所以支架的大形应基本延续这种状态 ，考虑到它同时应该是原弧形来体现它的转动，于是我把基本形态确定在 如“ 匚 ” 上。用大的导角来连接直角，同时也体现弧度的意味。 下图是两个方案的比较，图 原方案的剖面图， 图 我的方案的立体图。两个方案虽然相象，但还是有些细微的差别，由图上可以看出，图 面部分压低了更与地面平行一些，这是考虑与上臂的呼应。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 方案的剖面图 图 案的立体图 两个方案的差距都体现在细节上，这是因为所谓改良设计 其实基本上都会在细节上体现，以小见大， 一点人性化的设计带来的细微的改动可以给人以最温暖的感受 2，这一点已经多次在各种产品设计中体现了 。 比法则的应用 所谓产品造型元素的对比法则，就是通过组成元素间的形态对比、材质对比、色彩对比等，从而带来整体上的视觉变化，使人产生 丰富的心理感受 ，元素的对比法则有主从律、适合律等几个定律可以遵从。 各元素的对比性 和统一性 在产品设计中有非常重要的作用，因为它传递着产品带给使用者的感受。如果组成一个产品的各元素对比和谐，则它可以传递亲切、友好的信息，使使用者心境平和，而这一点，对于医疗器械尤为重要。 在这次改良性的设计中 的 各方面都应用到了这个原理 ，在杆件设计中用黑白对比、圆形和长方形的对比、白色和黑色的统一来 体现元素的对比和统一；底座、旋转支架和杆件均相互呼应以取得平衡的视觉感受。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 人机工程学的设计应用 细节设计 在前面的内容中 我提到过，医疗器械不是一件时尚产品，人们不会象挑选手机、 样根据自己对色彩和样式的喜好来选择它，而是更注重它的实用性。 但它同时也是一件商品， 世界著名设计家雷蒙 洛维提出： “ 丑的设计是卖不出去的（ ” ， “ 向设计投资的时代已到来，仅靠产品性能和质量是很难在竞争中取胜 ” 7。 这就要求 我们在追求产品实用性的同时还要顾及其形式的美。其实这两者并不矛盾，前者反映在理论上就是人机工学，而后者便是设计艺术学了。艺术设计与人机工学的共同之处在于，两者都以人为核心，以人类社会的健康 发展为终极目的 4。 本产品的细节设计 （ 细节设计包括手柄、把手等虽小但被用到的机会较多的部分） ，始终都遵循着人机工程学的基本原理。 在 某种程度上人机工学原理是对艺术设计的限制，它使艺术设计形式受到设计者自我意识的影响更少，而设计者在设计过程中，更加关注使用者，从而使设计真正能为广大消费者服务。 控制柜及手术台的设计 导航机器人在工作中，控制它的方式有手柄控制和计算机控制。当需要手动移动各关节及锁定各关节 时，机器人由手柄控制；而在 手术时，需要控制程序来控制制动器在各关节移动到特定角度时锁死各关节， 完成导航，辅助医生进行穿刺手术，这个控制任务由计算机操作，并通过数据线 把数据传导到机器人 。这两个控制方式，手柄被直接安放在机器人上，而 计算机则独立放置，并连同键盘、显示器等形成一个控制柜。 导航机器人在实施手术时，患者的姿势是仰卧式，这一点与一般脑科手术无异。 医生在操作电脑时是坐姿状态， 设计这两 件 东西 是 以 人机工学原理 为出发点的 。 首先是尺寸，由于医生是 坐 着使用 操作鼠标和键盘 的 ，一般在 坐 姿作业时，工作买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 台的高度 在 70000 间为最佳，而台下空间高度为 60050间 ，考虑到控制柜 的高度 与手 术机器人的 高度（一般状态 1300 协调关系，我把控制柜的高度定在 780下空间为 600这也符合人机工学中60050标准的。（见图 图 制柜左视图 控制柜的正面做成向内凹的弧度是出于方便坐姿者放腿的考虑 ，键盘做成微向下倾斜的角度也是为方便使用者更舒适的操作 ，而鼠标放置的平台隐藏在柜子侧 面，要使用时可以 抽 出来，此举是为了节省空间。 液晶显示器的角度和高低都可以任意转换和固定 ，这样方便了手术医生在手术中不管是坐姿还是站姿都能看到由探针扫描的病灶部分的情况。 手术 台的设计参 照 了市场上已有产品的一般造型，在这里就不多说了，就是在色彩上考虑了和导航机器人及控制柜的协调问题。 手柄 设计 在 导航 机器人机构中，共有回转支架回转、大臂摆动、小臂摆动、手腕回买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 转、手腕摆动五个自由度， 这些自由度的控制都必须由手柄控制完成。 其中在平行四边形结构中只需定义一个自由度便可确定其他三个转轴的运动，这便是平行四边形结构的好处了。 在上述五个自由度中，前四个 由于 主要 通过推动上臂来完成，所以归结到上臂上的手柄控制，而手腕摆动由于动幅较小，属于微调范围，单独由一个手柄控制。 手柄按 钮 控制方式 为：当手柄上的按 钮 被按下时，它所控制的自由度便可运动，一旦手指抬起，这个自由度便被锁死。 由于上臂上的手柄的控制电路由上臂内部通过，它的形态便是“包裹”在上臂上。 在原来的设计方案中，上臂上的手柄的按 钮 被设计放在 手柄上部。 而在我的设计中，我把按 钮 改成了放在侧面。 如图 示。 图 柄草图示意 由于导航机器人的自由度控制是被动式的，也就是说，自由度需要人来推动它才会运动 ，所以在使用手柄时，人需要握紧手柄来获得所需的摩擦。 当按 钮 安放买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 在手指关节的受力点 手柄上侧时，便很容易 产生误按。 考虑到手柄所处的一般高度（如图 示） ， 把按钮放在侧面。当人手握上去后，指腹和 指尖的图 柄操作方式示意图 部位正好按在按 钮 上，手柄的曲线与人手曲线相吻合，由此方便用力。 另外，一个按 钮 分别由一个手指控制并对应一个自由度，也非常容易记忆。 手柄设计效果如 下 图 在材料方面， 为 方便 消毒， 手柄的材料 仍然是工程塑料，为了易于辨认，我把它做成与杆件不同的颜色。关于颜色的设计我将在后面论述。 图 制手柄 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 手腕摆动由 一个微调手柄控制。手柄设计如图 部呈圆柱形方便抓握，按 钮 安放在上部突起的梯形台上方便按动，这样的设计也使整个造型看上去简洁明了 。 腕弯柱设计 这个设计并不是 作者 的想法，在这里提是因为它也是整个设计的一部分，也更因为这是个很人性化的考虑 。在 腕转和腕摆 的连接问题中，没有直接连接而是用 弯柱 连接（如图 ，这是为了手术时医生视野无遮拦。在手术操作中以手术者的角度往手术部位看，会发现视线正好被腕摆档住。当腕转和腕摆以如上的弯柱形式连接时，手术时医生视野便不会被遮拦，而且 弯柱也不会 与手术器械安装平台上的手术器械干涉。 我觉得这 个想法很细致也很人性化 。 其他细节设计 在产品设计过程中，细节处理是非常重要、也是非常多的。可以说产品设计就是对一系列细节的处理，譬如以下几处，就是称不上细节的细节。 图 杆与平衡锤连接设计 图 腕弯柱设计 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 这个设计就是完全出于美学方面的考虑了 （如图 。 平衡锤的任务是平衡前面手腕处的重量，所以它必须有 相对大的体积来承放重物，圆弧形是最适合它的形状，与之连接的拉杆则是长的圆杆，为了使两者的连接不显得太突兀，我用相承接的两个圆来连接它们，连接两个圆的弧线与平衡锤外弧线相呼应形成视觉上的协调。 我用圆形来处理的连接不止这个， 基本上所有杆件的连接都是用的圆形，上面已经论述过，圆形是最容易被人们接受的形状，所以有较强的亲和力，从而缓解医疗器械这样一个另人畏惧的器械所产生的疏离感。 如图 上臂向支架倾斜是为了因为 腕转和腕摆较重，如此设计就能将其和平衡锤放到一条直线上，从而达到更好的平衡效果。 图 臂细节设计 图 架平衡块设计 图 示 的平衡块 既能放置大齿轮又能同时起到平衡重量的作用。它所用的黑色使之不显得突兀反而 在视觉上 有平衡支架另一面 的机 构的作用。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 颜色 与材料 设计 颜色 设计 由于医疗器械是特殊的产品，所以它的颜色会有特别的要求，在这里我要阐述一下余像的概念。见下图 视左图中的黑点约 30 秒钟，然后看右边的黑点，可以看见各种色彩的余像。 你将 发现，红色块的余像是蓝绿色 。 图 像的诠释 余像的概念：刺激消失后看到的、多少与刺激场相似、并随眼睛移动的视觉影象。 余像会消失，然后又重新出现。在长时间的凝视后，余像出现的时间有时会很长，有时眼睛接触的光线会被余像完全笼罩住，在这种情况下，余像对准确的感觉会产 生干扰作用 在手术室中，外科医生长期凝视便是患者伤口处，当他望向别处时，便产生蓝绿色余像。这时的余像虽然没有强烈到干扰他的正常视觉，却会使他感觉心理紧张，加速疲劳。已知道的对 余 像能产生影响的主要因素有原刺激之后出现的刺激性质、影 像 在视网膜上的形成部位、眼睛的适应状态等。 事实证明，当刺激之后再感受与原刺激 相对的刺激，也就是 当眼睛看到与余像相近的色彩时，可以买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 起到减弱余像的作用 1。 手术室墙面刷成浅绿色，手术室工作服为蓝绿色， 是应用了这个道理。 当我试图直接在导航机器人上应用这些颜色时却发现有些不伦不类。这是一 个结构感很强的器械，当它被镀上传统的蓝绿色后 ，色彩与机构极不协调，就像一个机器人穿上了花衣裳 （如图 蓝色为底色是最终确定的方案， 其余是各种色彩方案 ） 。也就是只有黑白两色时，它才拥有了它所应该具有的 科技感、信任感 。图 彩方案 整个机构被分解开来的零件其实很多，全部用一种颜色会显得很单调，但用黑白两色搭配使用时，也就是相同性质的部件被用上一种 颜色时，机构就具有一种和谐、统一的效果。 底座用了黑色使之显得塌实沉稳，回转支架和杆件都用了白色，连接处的圆形护盖则都是黑色 ，这些在上文都已论述过。所有的部件的颜色应用在效果图上都一目了然，这里就不一一 详 述了。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 料 设计 为了便 于消毒，器械外表面应该是光滑的 ，而 杆件 及各组成零件又形状复杂。综上所述，表面包裹材料是工程塑料最为合适，复杂的造型可以通过模具压模获得。颜色可以通过喷漆上色。 7 模型制作 导航机器人是个会动的机 构， 所以必须把那几个自由度做出来。模型要做的精细，粗粗糙糙的还不如不做 。因为担心费事费力做机构出来不会动或是会互相干涉， 作者就 决定先做个草模来分析一下结构。 图 模照片 历时七天左 右，草模出炉（见图 18），材料全是木头，主要工作包括用锯子粗加工和用砂纸和锉子细加工，转动机构全部用螺钉连接 。 经过草模的制作，心中对正式模型的制作基本 了然。在软件中分析了整个机构后发现光是外型的零件就有五六十个之多，一个一个用手工加工难免粗糙，最后便决定用雕刻机一个一个雕出来然后打磨，最后喷上漆后组装起来。模型的比例确定为 1： 4。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 由于对雕刻材料 代木的 了解不够 ，所以 做的过程中也碰到不少 郁闷 的事情，比如当比例仅为 1： 4，有些零件就非常的细小，打磨困难就不说了， 零件 太小难以承受重量的问题就比较麻烦，后来采 取在零件中打孔的办法来减轻重量。再比如由于零件多来不及细细雕，为求速度只能用大的铣刀粗雕，出来的效果就没有当初想象的好了。为省料，往往一块材料要利用几次，从雕了一层的代木上往下锯小小的零件也并非易事。 不断碰到问题，不断想办法解决问题， 这也许能概括做模型的整个过程吧。 不过令人还算感到欣慰的是：模型最后的效果总算差强人意。（见图 图 型 照片 6 设计感想及总结 这次设计的开始并不是一帆风顺， 由于内部结构都已经定好，所以我的很多想法都没有用的上， 而整个机构的结构性很强，在外型 创新 上很难有大的突 破。这些都曾经让我感到很迷茫，不知道从何入手来做。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 最后我把 整个机构拆成各个部分，譬如手臂部分分成了平行四边形结构、手柄，而平行四