上下楼梯机项目设计方案

1 上下楼梯机项目设计方案 第 1 章 绪论 内外上下楼梯机的研究现状 在欧美地区与日本，能够上下楼梯的轮椅，即所谓的上下楼梯机的设计水平都比较的成熟，产品的质量与外观都处于领先的地位，无论是控制技术还是动力驱动技术都领先与其他国家和地区，他们在注重功能的同时也和好的把握了产品的外观，以及他们在人机关系上的考虑都给其他国家提供了借鉴。 国外对上下楼梯机的研究开始得相对较早，最早的专利是 1892 年美国的明的爬楼梯轮椅。此后，各国纷纷开始投入对上下楼梯的生产研究，其中美国、英国、德国和日本占 主导地位，技术相对比较成熟，且有一些产品已经投入市场使用。我国对此类装置的研究虽然起步较晚，但近年来也涌现了很多这方面的专利，然而投入实际使用的还很少。 总结目前国内外现有的上下楼梯机和专利，按爬楼梯功能实现的原理主要分为履带式、轮组式、步行式上下楼梯机。下面分别对国外、国内各种类型装置的发展作简要介绍，并分析其各自优缺点。 一、履带式 履带式上下楼梯机的原理类似于履带装甲运兵车或坦克，其原理简单，技术也比较成熟。由英国 司开发生产的一种电动轮椅车，车底部设置的是履带传动，可爬楼梯的最 大坡度为 35， 自重 34大载重量 130下楼梯速度每分种 15 20 个台阶，充足电后可连续上下楼梯 1000 级。台阶 最大高度不超过27种轮椅车可在平地自由运行，还可拆卸为两部分，便于装运。 如图图 1国 马 2 1国 司生产的电动爬楼梯轮椅，它的底部有四个车轮供正常情况下平地运行使用，当遇到楼梯等特殊地形时，用户通过适当操作将两侧的橡胶履带缓缓放下至地面，然后把这四个车轮收起，依靠履带无需旁人辅助便能自动完成爬楼等功能。 履带型机构的爬楼梯轮椅应用较多，它采用比星型轮机构更为连续的行走方式 ，传动效率比较高。在上下楼梯过程中，轮椅的重心总是沿着与楼梯台阶沿的连线相平行的直线运动的，其重心的波动很小，运动非常平稳。 且使用地形范围较广，在一些不规则的楼梯上也能使用。它除了具备爬楼梯功能外，也能作为普通的电动轮椅使用。 履带式爬楼梯轮椅最大不足是平地行走时阻力较大，运动不灵活， 而且转弯不方便， 在爬楼梯时履带容易损坏楼梯沿。为克服这一缺点，国内外提出过各种各样的改进机构，一种改进的轮履带混合机构的爬楼梯轮椅，它在平地行走时利用轮式机构，爬楼梯时放下履带机构进行工作 ，如此交互使用就能很好的解决平地行动迟 缓的问题。 二、轮组式 轮组式上下楼梯机按轮组中使用小轮的个数可分为两轮组式、三轮组式以及四轮组式。 轮 组 式爬楼梯轮椅的爬楼梯机构由均匀分布在 “Y”形或 “+”字形系杆上的若干个小轮构成。各个小轮既可以绕各自的轴线自转，又可以随着系杆一起绕中心轴公转。在平地行走时，各小轮自转，而爬楼梯时，各小轮一起公转，从而实现爬楼梯的功能。 单轮组式结构稳定性较差，在爬楼过程中需要有人协助才能保证重心的稳定；而双轮组式虽能实现自主爬楼，但由于其体积庞大且偏重，影响了它的使用范围。 美国著名发明家 明的了一种能自动调节重心的如图 1示的两轮组式轮椅 有 6 个轮子，前面有一对实心脚轮，后面有两对行星结构的充气轮胎，通过两后轮交替翻转可以上下楼梯。 乎能适用于所有楼梯，此外它也能在沙滩、斜坡和崎岖的路面上行驶，而且后轮可以直立行走，为使用者提供了更多方便之处，帮助他们能达到正常人的高度。 目前星型轮机构爬楼梯轮椅图 1椅 3 中性能指标最高的产品，它结构非常紧凑、运动灵活、操作方便 不仅能爬 21 厘米以下高度的楼梯和不超过 15 厘米高的 “马路牙子 ”，在沙滩、斜坡和崎岖的路面和小山坡上前 进，而且后轮能 “站起来 ”直立行走，使坐在上面的人升高，可以取放位于高处的物体。：在平地上前进时，6 只轮子同时着地，当遇到崎岖路面、沙土地或斜坡时，由 4 个后轮驱动行走；只靠一对后轮接触地面的直立模式， 以保持这种站立姿势，也能直立行走；由两对后轮交替爬台阶的爬楼梯模式。 仅采用了比普通轮椅复杂的驱动结构，而且安装了多个感知人轮椅重心位置的陀螺仪，控制器根据陀螺仪的信号时时调整重心的位置，使轮椅能够在不同路面和直立状态下保持平衡。国内外发明了多种星型轮式爬楼梯轮椅，除了 ，大多数都采用 3 个或者 3 个以上星型轮，星型轮多的优点是轮椅爬楼梯时的稳定性好，缺点是体积较大，很难在普通住宅楼梯上使用，这也是星型轮式爬楼梯轮椅尽管发明专利很多，真正实施和推广的却很少的主要原因。 它最大的优点就是在轮椅重心安装了陀螺仪，控制器根据陀螺仪的信号调整重心的位置，使轮椅能在不同状态下保持平衡。经过数十年的研究开发，它己经由 展到了 能也越来越强大，是目前该领域中性能最高的产品，它的售价在 3 万美元左右，相当于一辆中档桥车的价格，难以被普通使用者接受。 我国在上世纪八十年代对轮组 式上下楼梯机已有研究， 1987 年专利号为86210653 的国家专利中介绍了一种平地、楼梯运行多用轮椅，前滚轮和后滚轮都用多个星形轮组成，除自转外还绕滚轮轴公转而实现上下楼。内蒙古民族大学物理与机电学院的苏和平等人借鉴了 爬楼方式，采用星形轮系作为爬楼梯机构，设计了一种双联星形机构电动爬楼梯轮椅。改轮椅爬楼时需要人工辅助或者楼梯扶手的辅助支撑，使其能调整重心的位置，安全爬楼。 轮组式上下楼梯机的活动范围广，运动灵活，但是上下楼梯时平稳性不高，重心起伏较大，会使乘坐者感到不适。此外，轮组式上下楼梯机体积 较大，很难在普通住宅楼梯上使用。 三、步行式 图 1行式上下楼梯机 4 早期的上下楼梯机一般都采用步行式如题 1示，其爬楼梯执行机构由铰链杆件机构组成。上楼时先将负重抬高，再水平向前移动，如此重复这两个过程直至爬完一段楼梯。步行式上下楼梯机模仿人类爬楼的动作，外观可视为足式机器人，采用多条机械腿交替升降、支撑座椅爬楼的原理。 步行式上下楼梯机爬楼时运动平稳，适合不同尺寸的楼梯 ;但它对控制的要求很高，操作比较复杂，在平地行走时运动幅度不大，动作缓慢。 综上所述， 国内外的同类产品对本课题的研究都有一定的借鉴意义，在外观造型方面，国 外产品重视造型设计，外观流畅多变；而国内的产品整体结构严谨，忽视了产品的外观，如此一来，实用而不美观，产品缺乏设计感。通过以上对国内外同类产品的调查和、分析、比较，此次上下楼梯机的设计会将国内外同类产品的优点进行优化整合，使产品更加完善和创新。 计依据和意义 一、 设计依据 老年人、残疾人是人群当中的弱势群体，他们的身体行动不方面，而作为身体健全、行动便利的我们应当给予他们更多的人性关怀，让他们尽可能享受美好的生活。所以当我们没时间陪在亲人的身旁时，就需要借助一些专门的产品来方便他们的生活， 让他们也能感受到生活的乐趣。 现代生活节奏的加快，人们越来越希望使用多功能、便捷的产品，上下楼梯机提供给用户人性化、安全的生活，使残疾人和行动不便的老年人的生活范围更加广泛，所以上下楼梯机的消费市场前景广阔。 通过对收集到的资料整理和分析，市场上的上下楼梯机存在以下的不足之处： 1 楼梯机结构外露，机器运转时对人的安全造成威胁。 2 座椅部分由于固定不可调，因此影响使用者的姿势的调整。 3 体积偏大，笨重。 4 成本过高，造价高昂，技术没有得到很好的发挥。 5 造型过于简单，产品的审美价值没有得到 都很好的体现。 6 结构过于复杂，操作繁琐，安全性能过低，不利于残疾人和老年人使用。 5 而本课题的研究就是从解决这些问题入手来进行设计，目的是为了让上下楼梯机更加的适合残疾人和行动不便的老年人使用，充分运用所学设计理论，使产品的形势与功能都能比较完善，从而让那些弱势群体得到最大的人性关怀。 二、 设计意义 老年人及残疾人生存质量越来越受到人们的关注，我们应该让他们感受到社会对他们的关爱，所以提出了“上下楼梯机”的方案。利用简便的操控系统对上下楼梯机的控制来完成对老年人及残疾人群的上下楼梯的行动，运用目前已被 掌握的技术，优化产品的性能，使产品更加的实用。 设计就是运用科学技术创造人的生活和工作所需的环境，并使人与物、人与环境、人与社会相互协调，其核心是为“人” 1。本设计在改善行动不便人群生存环境的同时也在促进和谐社会的建设，对于缓解老龄化加快的社会压力有极大的帮助，同时改变同类产品价格居高不下的市场局面，充分考虑弱势群体的经济状况，开拓市场，以创新赢得广阔的市场。 6 第 2 章 设计调查与分析 场调查与用户调查 在明确了 本次设计的方向后 ， 设计者 对用户 使用同类产品 的评价 进行观察， 主要是通过询问法、网络信息搜集两种方式进行调查。 一、 市场调查 调查数据表明，我国残疾人口规模大，社会面临的伤残风险增加，残疾人口进入快速增长时期。截至 2006 年 4 月 1 日，全国各类残疾人总数为 8296万人，占全国总人口的 其中 60 岁以上的老年残疾人增加了 2365 万，占到新增残疾人口数量的 中国 十一五 的五年是中国人口老龄化快速发展的五年， 60 岁以上老年人口增长了 3000 多万 ， 80 岁以上高龄老人增长了 500 多万，分别是 “ 十五 ” 期间的 和 。 十二五 期间，老 年人口将超过 2 亿，到本世纪 40 年代末，将超过 4 亿，约占当时总人口的三分之一。 ”随着寿命的延长，人口的伤残期延长，残疾发生风险也在逐步增大 2。 调查表明，残疾人家庭收入低，贫困问题仍然比较突出。截至 2006 年 4月 1 日，中国有残疾人的家庭户共 7050 万户，占全国家庭户总户数的 残疾人家庭人均收入不足全国人均水平的一半。 调查数据还表明，残疾人的基本需求与已经提供的服务之间存在较大差距。残疾人曾接受过医疗服务与医疗救助、贫困救助与扶持、康复训练与服务和辅助器具配备服务的比例不高。 根据调查发现，市 场上存在的上下楼梯机并不多见，尤其是国内市场更是屈指可数，适合老年人或残疾人使用的也很少，不仅仅是成本和造价太高的缘故，而且大多数产品太过于机械化，忽略了需求者得审美要求。一些发达国家对于上下楼梯机的技术研究已经相当的成熟，外观造型也能充分体现产品的审美价值。国内上下楼梯机的使用状况并不普遍，甚至可以用稀少来形容，一旦该产品的成本和外观以及技术的问题得以解决，国内的需求就已经相当的大，进而市场需求也将会很大。 二、 用户调查 7 1. 产品使用人群分类： (1) 暂时失去行动能力的人 (2) 永久失去行 动能力的残疾人 (3) 日常生活无法自理的残疾人 (4) 行动不便的老年人 调查表明，那行动不便的人基本上都是常年生活在家中的狭小空间，居住于高层建筑的更是无法出门，影响他们的生理及心理的健康。 (1) 您使用过辅助器具吗？（ ） A 正在使用 B 曾经使用 C 未曾使用。 被调查对象有超过半数以上的人选择正在使用，他们的生活需要辅助器具的帮助才能得到基本的满足，只有小部分经济状况不好的人选择未曾使用，余下的人选择曾经使用。 (2) 您使用的辅助器具来自？（ ） A 自己购买 B 残联配 送 C 借用 对于使用过辅助器具的被调查的对象 90%的人是属于自己购买，少数人是残联配送和借用的。 (3) 您对目前使用的辅助器具满意吗？（ ） A 非常满意 B 一般满意 C 不满意 对于长期使用辅助器具的被调查对象来说，因为使用习惯，所以大体上都觉得他们使用的辅助器具满意。 (4) 您听说过上下楼梯机吗？（ ） A 听说过 B 没听说过 听说过上下楼梯机的和没有听说过的百分比相当，说明上下楼梯机在普通民众当中的被认知度还不是很高。 (5) 您都是怎么上下楼梯的？（ ） A 靠别人搀 扶或背 B 不上下楼 C 借助简单装置上下楼 将近一半的被调查者选择 A 项，其余一些人都是长期不上下楼或是借助简单的辅助装置上下楼。 8 (6) 您对于上下楼的功能有什么要求？（ ） A 只要能上下楼梯就行 B 多功能的 C 其他 被调查对象对于上下楼梯机的基本安全功能都十分关心，能否安全顺利的上下楼是他们最关心的，在这个基本功能满足之后他们才考虑上下楼梯机的其他功能。 (7) 您对上下楼梯机了解多少？ （ ） A 不了解 B 基本了解 C 很了解 被调查对象超过半数的人对于上下楼梯机不了解，这对于产品的推 广是一个不利的因素。 (8) 您希望上下楼梯机的价位是多少？ （ ） A 3000 以内 B 3000C 5000 以上 在了解了产品的功能过后产品的价格就成为重要的参考对象，基于上下楼梯机的适用人群定位为中低档市场，所以被调查对象期望值在 3000 (9) 您对于上下楼梯机的材料有什么要求？ （ ） A 环保材料 B 特殊材料 C 无所谓 材料的选用直接关系到产品的成本，环保材料成为上下楼梯机适用人群的首选。 (10) 您喜欢什么样式的上下楼梯机？ （ ） A 履带式的 B 轮式的 C 步行式的 D 其他 上下楼梯机运动方式的不同安全性能也有所不同，越安全的运动方式自然乐手消费者的欢迎，所以百分之七十以上的人选择履带式上下楼梯机。 行动不便的老年人和残疾人的生存状况普遍比较的差，他们生存的环境不变更性相当的大，丧失行动能力的他们不仅是生理缺陷，长期以来会造成 他们的心理缺陷，有的甚至导致心理扭曲，生理和心理的双重压力使得他们的生存图 2斯洛需求理论 9 状况不容乐观。 研究表明，弱势群体特别是残疾人特别渴望他们的基本生理需求得到满足，而他们对于心理的需求就是能 够得到人们的理解和关怀。依据马斯洛的需求理论，人的需求是由低层次向高层次发展的，如图 2示。 (1) 生理需求。这是一切需求中最基本、最优先的一种需求。由于残疾人和行动不便的老年人基本的生理需求已经丧失，所以需要辅助于工具才能实现他们的基本生理需求。 (2) 安全需求。行动不便的老年人和残疾人居住的环境要有特殊的要求；家具等室内使用器具要便于他们使用和行动，而且上下楼的安全要求要更加的高。 (3) 归属的需求。首先，他们需要家庭的温暖，需要别人的理解；其次，他们也渴望参与社会活动，渴望与邻里、亲朋好友的 接触和交流，害怕孤独。 (4) 尊重需求。丧失行动能力的残疾人和老年人都具有较强的自尊心理，对于别人的对自身的看法他们相当的敏感，所以这类人群的尊重需求相对来说比较的高，所以在设计产品的时候要充分的考虑这一需求。 (5) 自我实现的需求。这是最高层次的需要，它是指实现个人理想、抱负，发挥个人的能力到最大程度，完成与自己的能力相称的一切事情的需要。而老年人也希望为社会做一些力所能及的事，充分发挥自己的潜能和余热，实现自身的价值或未完成的心愿，也从中体验到成功的喜悦和满足感。 研分析与设计定位 一、 调研分析 有问题就需要解决，这是设计首先要考虑的，设计的目的就是为了解决现有产品存在的问题。通过对市场上的同类产品的设计调研 ,发现国外市场现有的产品在一定程度上已经趋于成熟 ,而国内正处于起步的阶段，产品无法得以大范围的推广，不能全面的满足消费者的需求。而且 ,我们的设计对象是行动不便的老年人和残疾人 ,主要是针对他们行动不便，上下楼梯困难的问题而展开的设计。所以首先我们明确了设计定位之后，从消费者的生活环境和心理特点着手，注重各种功能的结合，再加上对外观造型的考虑，是产品更加的完善。调查显示 ,现有很多上下 楼梯机器机械化严重，结构过于复杂，不便 10 操作消耗了大量的时间；机体本身的重量过于大，增加了使用者的额外负担；外观造型笨重、呆板；一些结构的外露使机器的安全性能大大降低；此外，国内一台上下楼梯目前普遍的价格都比较高，远远超过行动不便的残疾人和老年人的经济承受能力。机鉴于此，设计者要充分了解这些问题的根源，使问题清晰化，明确化，并运用所学知识解决问题。 除去以上产品功能造型上的缺陷外，市场上现有同类产品的色彩运用和材料的运用同样也存在诸多问题，但是色彩和材质也是消费者在购买产品是参考的重要因素，所以材质和色彩也需 要设计师精心的搭配和挑选，同样的产品，不同的造型，色彩搭配，以及不同的材质都能产生不一样的市场效果，注重这些，产品会更加的具有魅力。 二、 设计定位 基于以上的调查分析，对产品的设计进行定位，设计定位就是设计师的参考基准，准确的设计定位能帮助设计师在设计过程中将注意力集中在最重要的问题上，并且还能为设计过程指明方向，少走弯路。通过寻找产品特征、建立产品差异空间，形成产品概念，从而得出设计定位： 1. 市场定位：中低档消费市场 2. 目标消费群：丧失行动能力的老年人和残疾人 3. 销售区域定位：中国大中城市地区 4. 产品类别定位： 辅助行动工具 5. 使用场所定位：医院，普通高层家居，养老院 下楼梯机设计原则 1. 无障碍设计的原则。所谓无障碍设计就是要充分考虑到残疾人和老年人的生理缺陷，使他们在使用上下楼梯机的时候能够避免遇到不必要的问题，这不仅能够使他们的生理需求得到满足，而且心理上也能够得到安慰。 2. 绿色设计原则。尽量考虑到所使用材料为环保的材料，那样才能在产品回收循环的时候不致于污染环境，材料的运用也要考虑到对人体的无危害性，尽可能采用绿色环保材料。 3. 人性化设计原则。肢体残疾的群体在日常生活中与健全人相比， 存在较大的障碍。因此，设计师就应该给予他们特殊的人文关照。为该特殊的 11 群体营造一个安全、舒适、人性化的生活环境 3。 针对老年人及残疾人的上下楼问题，本着人性化和无障碍设计的原则，展开设计思路，充分运用人机工程学的知识进行设计。 12 第 3 章 草图构思与方案确定 计构思 经过了前期充足的调查准备和对现有同类产品的分析，设计工作进入了构思阶段，充分利用各种表现手法把设计想法由理论转化为草图方案，使得设计想法更加直观。工业设计师常采用概念草图 表现不同的可供选择的概念构思，只有通过草图的表达，才能最大程度地扩展设计师得设计思路，得到最佳的设计草案。 创意是设计构思最重要的部分，充分考虑对产品的前期调查工作中发现现有同类产品存在的问题，分析问题，解决问题，从其创新性、可行性、经济性等方面 逐一考虑创新点的取舍，并最后确定实现所选创新点的一些方案4。 创新点 1：要满足使用者安全上下楼这一最基本的本功能，在此功能的基础上适当的添加一些辅助的功能，比如，储物，按摩之类的，采用目前先进的技术来实现这些功能：上下楼梯机的转向控制，速度控制，座位部分的位置 调节；通过操纵杆控制控制器调节；按摩功能的实现可以通过安装配套的按摩椅。 创新点 2：功能方面的操作要避免过于复杂的动作，针对设计对象，设计符合用户生理和心理要求的操作模式。 创新点 3：造型要美观大方，跳出现有产品机械化的外形，可以考虑人体的曲线来设计。产品整体造型运用形式美法则： 对称与均衡 、 对比与调和 、稳定与轻巧 、 比例与尺度 、 变化与统一 、 节奏与韵律 5。 创新点 4：产品的颜色搭配要得宜，整体颜色搭配避免突兀，要给使用者亲和力、温馨感，同时在整体色调中搭配相关色彩，突出要重点表达的细节。 创新点 5： 材料的应用：充分考虑产品的成本选择适合产品的材料，诸如强化塑料，轻便而且强度足够；靠垫，坐垫的采用皮质透气材料，以防止使用者长期使用而导致身体皮肤不适。 13 创新点 6：操作方式要便于用户使用，防止错误操作，减少使用的疲劳，考虑操作界面的人机数据。也可以采用高科技的触摸屏界面，表现要突出，设计符号要便于识别。 创新点 7：进出装置的可伸缩设计、推拉门的设计、可升降的设计。 创新点 8：安全性设施：防滑、防止结构外漏的设计。 创新点 9：新技术、高科技的运用。使产品科技含量高，产品质量好。 图分析 比较 表 方案 1 有设计现代感 使机器运转更加稳定。 方案 2 合人机工程学基本要求。 14 方案 3 重大方。 方案 4 背的角度可调，以控制机器 运行时的稳定性。 方案 5 于通用设计。 15 方案 6 1. 此设计的最大特点是靠背的角度可调的履带式上下方式，人的整个身体可以固定在座位上 2. 造型流畅而显大气。 方案 7 1. 上下楼方式 为 履带式，智能操控。 2. 造型很具有现代感 方案 8 求解决机器上下楼的稳定性 致。 定。 16 方案 9 观仿生于花瓣。 人体包裹于机器内，安全舒适。 方案 10 板下面有在平地行走的滚轮，便于平地行走。 止结构外露。 方案 11 尚美观。 17 方案 12 动方式为间歇式上下楼。 方案 13 方案 14 可用于护腿。 18 方案 15 保证使用者的安全。 通过对比分析，方案 3 和方案 9 并没有太多的创意亮点，虽然外形有一定的改进，但使用起来安全性能较差。方案 12、方案 13 和方案 14 都采用了轮式的上下楼的方式，外观造型有了进一步的突破，融入了设计者的设计理念，但创意不够新颖，没有太大的特色。相比较起来，方案 1 是这十五个 方案中最具有创意的方案，选用最理想、最稳定、最安全的上下楼的方式 履带式，而且履带的造价成本不高，作为部分的设计采用可滑动导轨式，功能和外形柔和的比较到位，因此而定位为最终方案。方案 6 的创意点是座椅部分带有按摩装置；方案 7 是外观造型的设计；方案 8 的亮点在于座椅部分能随着机器在楼梯上的上升而位置发生改变而使整个机器重心稳定；方案 10的创新点在于将轮式和履带式上下楼的方式结合起来。其他方案，如方案 2、4、 5、 11 也都各具特色，充分展示了以人为本的设计原则，具有较强的可行性和前瞻性，可以深入研究设计。 计深入 在设计深入阶段，首先将先前所捕捉到的构思进行比较和分析，进而在以后的设计发展中有的放矢，而不至于将面铺的太广而难以深入。根据初步评审的可实现性、功能性、合理性、目的性原则，筛选以上方案得出优选方案，与现有产品相比较，具有功能多元化，创新的造型，自然温和的色调，环保新材料的运用，符合以人为本、绿色设计的这一设计理念，以下是对初 19 选出来的方案进行详细说明。 方案一： 图 3案一效果图 方案特色 1：结构和外形紧凑，黑白色搭配，给人强烈的科技感、宁静的感，如图 3 方案特 色 2：扶手与靠背结合，而且这个结构可以旋转 120，以符合人的坐姿，在机器上下楼时可以稳定重心 如图 3 方案特色 3：色彩搭配温和，符合用户的心理需求。 图 3案一色彩效果图 图 3案一色彩效果图 技术材质： 该款 上下楼梯机 采用复合亚克力材质，具有安全、坚固、耐磨等特点，表面进行了皮纹防滑处理 ，如图 3 20 方案二： 方案二特色 1：整体造型线条流畅，结构紧凑，外观简洁大方，体现科技感，如图 3 图 3案二效果图 方案二特 色 2：扶手部分既有放置手的作用，又有保护人体，防止机器倾斜时对使用的安全造成威胁。 方案二特色 3：座位部分充分贴合人体臀部，腿部，背部的曲线，给人一个最佳的坐姿。色彩方案如图 3 3 图 3案二色彩效果图 3案二色彩效果图 技术材料：座椅部分采用软质塑料，履带外壳采用强塑料：满足与人体接触部分软，与机器接触部分强度硬的要求 ， 也符合人性化设计的要求，安 21 全实用。 方案三： 亮点 1：造型配色上比较有科技感和技术感，给人安全实用的心理作用，如 图 3 3案三效果图 亮点 2：这款上下楼梯机为普通轮椅通用行机器，可以将普通的轮椅置于其上借助外力在后部的稳定进行工作，如图 3图 3 3 案 三 使 用 方 式 效 果 图 3案三使用方式效果图 亮点 3：对于电动机的控制部分置于上部把手，通过旋转把手来实现电动机的工作与否。 亮点 4：固定轮椅部分的位置可调节，以适应不同轮椅的要求。 22 亮点 5：楼梯机履带外壳部分中空以便节省材料，和减轻机器的重量。 亮点 6：把手部分可以旋转，以调节整个机器的重心。 技术材料：整个履带外壳采用钣金件：一是为了稳住整个机器的加上轮椅的重心，把手部分采用软质橡胶以增加摩擦力。 方案四： 特点 1：造型时尚，略显科幻，适合青年伤残人士的使用，如图 3 3案四效果图 特点 2：采用两轮组式的运动方式，运动速度缓慢平稳。 特点 3：控制方式采用智能控制系统，以控制座椅部分升降和机器的转向，如图 3 3案四效果图 3案四效果图 特点 4：控制按钮设置在扶手的把手部分，而且设计成隐 藏式的，避免 23 误操作，如图 3 技术材料：整个机器外壳采用加强塑料，目的是为了保证整个机器的安全的基础上减轻机器的重量，把手部分采用软质塑料或橡胶以增加摩擦力。 方案五： 亮点 1：造型有酣畅淋漓之感，线条流畅，动感强烈，如图 3 3案四效果图 亮点 2：与履带结合的保护外壳设计有导轨，使座椅能顺着导轨运动以调整座椅位置保证机器运行时的重心稳定，如图 3 亮点 3：色彩搭配协调，充分体现上下楼梯机的材料质感，如图 3 亮点 4：靠背采用包裹式设计，放置身体侧歪，既有美观的形 态，又有实用的功能，履带固定在外壳之上，如图 3 3案五效果图 3案五局部效果图 24 技术材料：整个机器外壳采用加强塑料，目的是为了保证整个机器的安全的基础上减轻机器的重量，把手和控制操杆部分采用软质塑料或橡胶以增加摩擦力。 计方案的优化 产品的设计要想达到质的转变，必须要有量的积累。在考虑设计方案时，不能只单纯地从形态的角度去设计产品，产品的功能和结构等因素也直接影响产品的造型。 在方案优化阶段，产品形态要素应以尺 寸为依据，对产品使用方式、人机关系、产品结构、制造可行性和成本反复斟酌，寻求最合适的细节设计方案。从以下几方面细化设计： (1) 人机关系。“以人为本”是设计的根本目的，所以在探讨设计的合理性时应将人机关系放在第一位。 人性化产品，就是包含人机工程的产品，只要是 “ 人 ” 所使用的产品，都应在人机工程上加以考虑，产品的造型与人机工程无疑是结合在一起的 ，如图 3。这次设计中，设计者考虑了 产品长期使用的效果及 使用时的 舒适性， 并对 伤害与危险 进行了排除。 一切与人发生关系的接触面都是需要考虑的问题的切入点。 图 3机关系图 此产品设计的目的是能使用户能以舒服的姿势上下楼梯，主要是通过与履带装置的结合以及座椅的人性化设计来实现的。 座椅：其高、深、宽取决于患者的体型，其材料质地也取决于人的生理状况。 坐垫：为避免压疮，对垫子要高度注意，有可能尽量用蛋篓型，这种垫 25 由一在 坐位 时，坐骨结节承压很大，常超出正常毛细血管端压力的 116 倍，易于缺血形成压疮。为避免此处压力 过大，常在相应处的垫子上挖去一块，让坐骨结节架空，挖时前方应在坐骨结节前 ，深度在 右，挖后垫子呈凹字形，缺口在后，若 采用 上述垫子加上切口，可以相当有效地防止压疮的产生。 脚托及腿托：腿托可为横跨两侧式，或两侧分开式，这两种托都以采用能摇摆到一边和可以拆卸的为最理想。必须注意脚托的高度。脚托过高，则屈髋角度过大，体重就更 多地加在坐骨结节上，易引起该处压疮。 靠背：靠背有高矮及可倾斜和不可倾斜之分。如患者对躯干的平衡和控制较好，可选用低靠背的轮椅，使患者有较大的活动度。反之，要选用高靠背轮椅。 扶手及臂托：一般高出椅座面 5些臂托可调节高度。还可在臂托上架上搭板供读书、用餐。 机器行驶的速度一般控制在 每分种 15 20 个台阶 ，可爬楼梯的最大坡度为 35， 台阶 最大高度不超过 27证整个机器的安全稳定运行，从而保证人的安全。 (2) 结构。结构与形态两者相互依存，不可分割。结构与形态实质上是“手 段与目的的完整协调”。形态必然以某种结构形式存在，不同类型的形态，它们的结构具有不同的受力特点和构造特点，大至结构体系的构成，小至构件的尺寸大小。而结构则必然以一定的形式表达，无论是自然形态还是人工形态，结构都是其基本因素 7。 (3) 环境。任何产品均在于一定的时间和空间中，不可避免的与周围环境进行交互。产品环境是指产品在生产、销售、使用和处置过程中有可能影响和辐射到的周围环境，它融合了时间、空间、自然、社会、科学、技术和各种相关因素的综合体系 8。 上下楼梯机的使用环境就是楼梯，和室内平整地面，机器 在运行过程中必须与楼梯环境紧密结合，以使机器发挥更大的效用。 (4) 材料和工艺。如果产品的形态是感人的，那么利用良好的材质可以使产品设计以最简约的方式充满艺术性。不同的质感肌理带给人的心理感受不同。如玻璃、钢材可以表达产品的科技气息；木材、竹材可以表现自然、纯朴、人情意味等 9。 26 靠垫和座椅的材料：为了使体压分布合理，需精心设计好靠垫的弹性材料，可以采用不同材料配成三层结构合适。与人体接触的面层采用柔软材料；中层采用硬一些的材料，有利于身体保持良好的姿态；最下层是承受压力的部分，用稍软的弹性材料起缓冲作 用。 经过对上述五个优选方案的筛选和分析，决定将第五个方案即确定为最优方案，理由如下： 首先分析造型，方案一的造型简洁、大方；方案二的造型有一定的突破，线条流畅；而方案三造型虽然比较简单，但功能上具有一定的可行性；方案四造型略显时尚，适合年轻的伤残人使用；方案五整体造型体现了科技感、技术感的结合，满足用户的心理需求。时尚的造型曲线，体现了很强的运动感。 其次在色彩选用和搭配上，五个方案的色彩方案都有一定的代表性，不同的颜色体现的质感不同，带给人的感觉也不同，但方案五的色彩运用在体现了强烈的时尚感、动感的同时 也也给人科技、先进的感觉，这是另外几个个方案无法比拟的优点。 再次在功能上，每个方案都体现了无障碍设计、人性化的关怀，合理的人机交互方式，都考虑到操作程序的简化，但第五个方案的功能作用较为齐全，并且有特色。功能不仅是实用功能，给人精神上的愉悦、享受也是一种功能 10。 最后是技术原理，五个方案都选择使用目前较新的材料以及加工工艺，其中方案五选用最稳定的履带式连续上下楼的运动方式 经过整体的综合分析考虑，方案三能满足各个类型的使用者，在造型上、功能上、技术上具有更多的优点，更为成熟，所以选取它为最优方案做细 节细化。 27 第 4 章 定稿方案优化 能定案 产品的功能分实用功能和美学功能，实用是设计产品必须考虑的首要问题，还要使其达到方便、安全、高效的要求，符合人们日常生活和生产的需要。与此同时还要考虑到应有益于人们的身心健康，避免污染环境，符合人们健康向上的审美观和习俗爱好等 11。 实用性：上下楼梯机的设计首先考虑能否安全上下楼，在基本功能实现的基础上，提高产品的共用性，尽可能使潜在的用户能够使用该产品。此设计针对上下楼，坐姿可调等功能进行深入研究以满足不同使用者的要求。 可控性：在 行动不便的老年人和残疾人上下楼过程中，有些事情是个人独立完成的，有些需要他人的帮助。而对于老年人和残疾人来说，自己独立完成的事情很少，需要身边的其他人帮助才能完成上下楼的整个过程。就此设计者要尽量简化他们的操作，提高机器的可控性能。 安全性：操作可逆的设计，消除或减少误操作造成的不利后果，操作时间和频率可根据操作者的不同可调节。预防了误操作造成的伤害，确保了用户的安全性，体现“以人为本”和“无障碍设计”的这一理念。 舒适性：舒适性是产品设计过程中必须要考虑的因素，这里的舒适有多层含义，包括经济、省时、易操作 、易维护等。各种功能的组合使消费者节省了资源，设计者的设计要尽可能考虑到使用者使用产品时的感受，使他们充分享受产品带给他们的 耐用性可维修性：在现实生活中，很多残疾人原本不能使用某些产品，但是通过改良设计，他们也都能够运用了。通过对设计对象的认知能力的考察，在设计过程中进行改良设计，已达到尽可能的用户使用的产品。 本设计通过对现有的产品功能和造型上的改良设计，满足了老年人、残疾人的不同使用方式，解决了消费者身体上和心理上的困扰。体现“老有所享、老有所乐”的设计思想。 彩定案 28 人对色彩 的情感反应与人的生活实践经验有密切关系，是人类生活中历史积淀的结果。色彩在产品设计中的运用，因人的生活经历、年龄，文化背景、风俗习惯、生理反应有所区别，而且有一定的主观性。人们有时对颜色的象征性、情感性的表现有许多共同的感受。必须认真研究色彩认知的各种因素 11。 4彩方案一 4彩方案二 深蓝色给人成熟、安静、神秘之感，增加了产品的稳定性和安全性，如图 4 绿色是生命的颜色，看到绿就能想起热爱生命，拥抱自然的情感，深绿色给人 以森林般的冷静感觉 ，借此色彩以表达产品的人性关怀，如图 4 4彩方案三 4彩方案四 橙色 给人以温和、有能量、有律动的感觉，是快乐、欢喜的色彩。 以高彩度的橙色作为主色彩，给人以既新鲜又充满活力的感觉 ，使使用者心理上长生愉悦感，如图 4 灰色给人平静、稳重的感觉，搭配黑色更能体现产品的稳定感，如图 4 29 第 5 章 电脑制作效果图及后续设计 寸设定 产品尺寸是设计过程中考虑的一个重要因素 。尺寸图，也就是工程图，一般是 指二维的零件图或装配图，所以加工零件前，都要先将工程图读懂，然后再确定加工方法 ，才能将产品生产出来 12。 图 5观尺寸图 制作详细的尺寸图可以方便自己和他人对产品的整体的把握，能够准确地表述出产品的体积、结构，更便于根据图纸来加工出符合设计者意图和要求的产品，如图 5 算机三维建模和效果图制作 三维模型可以模拟物品的真实形体、材质，通过三维模型可以直观的了解产品的整体情况，把构思方案形象的体现出来 13。 30 图 5案五建模 图 5案四 建模 用三维模型做完后，设计者使用 式将模型导入到 染软件中经行渲染，其能够实现真实的三维产品效果图，模拟产品的材质、光影和色彩效果。在使用 染器中，调试出合适的光影效果，充分考虑材质、色彩之间的关系。 渲染好后，设计者使用 面软件制作了有关方案的效果图， 31 调节产品效果图的整个色彩关系，以达到最佳的表现效果。 配工程图及动画制作 在完成效果图后，使用 3画工具进行装配图和爆炸图的制作，在 3将产品的各个结构分解开，渲 染出装配工程图和爆炸工程图，如图 5 图 5案五结构爆炸正视图 图 5案五结构爆炸后视图 32 告、展板和 设计制作 广告是为了某种特定的需要，通过一定 形式 的媒体，公开而广泛地向公众传递信息的宣传手段 14。 为了能更好的展示、宣传方案构思，设计者运用面软件将渲染出的模型的效果图进行处理再制作，主要以表现产品独特的功能、人性化的设计为主，从而完 成了广告的制作。 展板是展示中的“说明书” 15。 展板的设计与制作，考验了设计者平面软件的应用以及排版知识的运用，对文字转为视觉表达的能力和审美能力。在这阶段要使展板的背景、素材与产品想吻合，不能宣兵夺主，使展板的整体色调、风格与产品的基调相统一。 答辩中使用，所以要明确清晰的表述设计者的整体设计过程、构思过程和完成效果，讲究版面简洁大气，主题明确。 33 第 6 章 结论 得体会 一个好的设计需要注意到方方面面，稍微的马虎就能给整个设计带来不必要的麻 烦，而要成为一个好的设计师就要充分考虑到设计过程中可能遇到的诸多问题，养成良好的设计习惯，积累更多的设计经验，对于设计工作都是相当重要的。经过几个月的毕业设计，尽管设计之中有许多的缺点和不足，甚至