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【JQ048】无框架立体定位神经外科手术机器人【机械专业毕业设计论文】【优秀】【通过答辩】

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框架 立体 定位 神经 外科手术 机器人 机械 专业 毕业设计 论文 优秀 优良 通过 答辩
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内容简介:
南 京 理 工 大 学 学生毕业设计(论文)中期检查表 学生姓名 蔡如君 学 号 0101160101 指导教师 段齐骏 选题情况 课题名称 无框架立体定向神经外科手术机器人 造型设计 难易程度 偏难 适中 偏易 工作量 较大 合理 较小 符合规范化的要求 任务书 有 无 开题报告 有 无 外文翻译质量 优 良 中 差 学习态度、出勤情况 好 一般 差 工作进度 快 按计划进行 慢 中期工作汇报及解答问题情况 优 良 中 差 中期成绩评定:优 所在专业 意见: 负责人: 年 月 日 南 京 理 工 大 学 毕业设计(论文)任务书 学 院(系): 机械工程学院 专 业 : 设计艺术 学 生 姓 名: 蔡如君 学 号: 0101160101 设计 (论文 )题目 : 自动寻迹医疗手臂 起 迄 日 期 : 2005 年 2 月 20日 2005 年 6 月 16日 设计 (论文 )地点 : 南京理工大学 指 导 教 师 : 段齐骏 张锡 曾山 施祖康 专 业 负 责人 : 张锡 发任务书日期 : 2005 年 3 月 10 日 任务书填写要求 1毕业设计(论文 )任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写,经 学生所在专业 的负责人 审查、学院(系)领导签字后生效。此任务书应在毕业设计(论文)开始前一周内填好并发给学生; 2 任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式(可从教务处网页上下载)打印,不得随便涂改或潦草书写,禁止打印在其它纸上后剪贴; 3 任务书内填写的内容,必须和学生毕业设计(论文)完成的情况相一致,若有变更,应当经过所在专业及学院(系)主管领导审批后方可重新填写; 4 任务书内有关“学院(系)”、“专业”等名称的填写,应写中文全称 ,不能写数字代码。学生的“学号”要写全号( 2000 级为 10位数),不能只写最后 2 位或 1 位数字; 5 任务书内“主要参考文献”的填写,应按照国标 714 87文后参考文献著录规则的要求书写,不能有随意性; 6 有关年月日等日期的填写,应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求,一律用阿拉伯数字书写。如“ 2004 年 3 月 15 日”或“ 2004 毕 业 设 计(论 文)任 务 书 1本毕业设计(论文)课题应达到的目的: 通过本 次毕业设计综合检验学生四年来的学习知识,锻炼学生的综合应用能力,提高理论联系实际的能力,锻炼学生独立解决问题的能力,培养学生的实际动手能力,通过本次毕业设计提高社会的适应能力,了解医疗器械设计的方法与要求,了解产品造型设计与结构、材料、工艺的关系,掌握一定的工程技术知识。 2本毕业设计(论文)课题任务的内容和要求(包括原始数据、技术要求、工作要求等): 一收集资料 1 了解三类医疗器械的各项标准及同类产品的技术应用情况。 2 了解医生和病人对医疗器械外观及交互界面的需求情况。 二确立设计概念 1 分 析医疗器械使用功能、结构特点、可变的造型要素。 2 分析各种使用环境、人的习惯操作动作对造型的影响。 3 确定本次的设计目标。 三初步设计 1 方案初步设计。 2 方案检讨。 3 方案细化。 四方案确定 1 方案优化组合。 2 三维虚拟仿真建模。 3 模型制作。 4 方案确立。 五完成工程设计 六模型制作 1 模型制作。 2 检验各项人机界面指标、结构、造型设计的合理性, 七完成设计展示版面 八论文写作 毕 业 设 计(论 文)任 务 书 3对本毕业设计(论文)课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等: 1 毕业设计 前期资料一套 2 论文一份 3 展示版面一套 4 实物模型一个 5 工程图纸一套 4主要参考文献: 1 王受之,世界现代化设计史,中国青年出版社 2罗仕鉴,朱上上,孙守迁,人机界面设计,机械工业出版社 3. 美国 疗器械良好制造规范 (质量体系 (章 ( 2005 年 2 月 17号),医药网 4 美 莱斯利施特勒贝尔,霍利斯托德,理查德 D扎基亚,摄影师的视觉感受,中国摄影出版社 料应用技术,化学工业出版社 光泽,刘玉霞,杨翔宇,曹建国,伍少初,现代设计法,重庆大 学出版社 毕 业 设 计(论 文)任 务 书 5本毕业设计(论文)课题工作进度计划: 起 迄 日 期 工 作 内 容 2005 年 2 月 21 日 3 月 13 日 3 月 14 日 3 月 24 日 3 月 25 日 4 月 4 日 4 月 5 日 4 月 12 日 4 月 13 日 4 月 29 日 4 月 30 日 5 月 20 日 5 月 21 日 5 月 30 日 毕业设计前期工作、资料收集、调研分析等 方案设计 方案确定 工程设计 模型制作 论文写作 展示版面制作 论文答辩 所在专业审查意见: 负责人: 年 月 日 学院(系)意见: 院(系)领导: 年 月 日 南 京 理 工 大 学 毕业设计 (论文 )外文资料翻译 学院 ( 系): 机械工程学院 专 业: 设计艺术 姓 名: 蔡如君 学 号: 0101160101 外文出处: : 指导教师评语: 翻译基本正确,中文叙述通顺。 签名: 年 月 日 注: 请将该封面与附件装订成册。 (用外文写 ) 附件 1:外文资料翻译译文 以 概 念 为 基 础 的 面 与 结 构 的 不 协 调 性 分 析介绍一:总揽 一种新的针对人机间不协调性的分析,我们认为作为一种新的分析方式它有以下几种可取之处: 它集中于概念分析而不是针对任务或程序。 因此, 它弥补了现在的大多数针对可用性分析的方式的不足。特别是, 它从概念上分析了人机间的不协调性。 它是轻巧且简 洁的 不会受太多细节的制约。 析方式甚至不必做到非完成不可或是结果必须有用。 作为一种认知符号, 它在思想模型与设计工作之间架起了一座桥梁。 它与很多绿色认知观念关系密切。 初由 在 并得到 资金支持,认证字号为 39108。 (先的名字叫 体论创作模型 但这后 来被证明太不醒目。 ) 我们选择大波斯菊作为我们研究的象征: 小巧、优雅同时生命力旺盛。 介绍二: 够带来的帮助。 帮助分析者们用一种富有结构性和严格的方式去思考系统和使用者的各种表现。 举例说明: 我们向伦敦救护车的呼叫操作手柄采用了 我们发现了关于“呼叫”的两种概念: 紧急呼叫 (有人拨打 999来通报事故 );这种概念归结于呼叫线路的识别、被通报事故的自然属性、报告者的地点,等等。 事故 有诸如伤亡人数、地点、事故类型等的属性。 在公共场所发生的事故 ,比如道路交通事故或火车撞击事故 , 为了某一起事故经常会有一打甚至几百个呼救电话打过来。 . 问题是 . 那时,救护车人员的计算机系统就迫使他们去搞处理呼救而不是事故本身 , 使他们专注于呼救的来源、去处理每一通电话。 这样,他们便不得不成百上千遍地辨别信息。在繁忙的时间段,这会耽误他们处理别的事故 . 当然,这是明显的后见之明。 但这在当时并不明显:这需要严格的、富有结构性的 统来区别开这两种概念。 对于更多细节问题, 持考虑诸如黏度等问题的结构不协调性 . 但这个话题对于总 揽来说需要太多的细节,所以我们把它放到指南里面。 介绍三: 不协调性的概念。 一个具有高度可用性的成功的信息设备在各方面都必须是成功的 。首先它必须做到的就是,它必须使被制作进设备的概念与计划使用者的概念相匹配。 如果使用者在考虑关于歌的问题,那么设备也需要考虑一个整体的歌,而不是分开的字符。 在人机界面上的概念设计必须是有效且有用的;如果使用者改变了某些东西,这不应该会使设备另外某些不可见但却相关联的部分发生改变。 (想象一下,当你改变了数据表内的某个单元,几乎所有另外的部分都发生了变化,这将是怎样一种情形 ? ) 所有真正的设备终结完美要求和真实的受限制的世界之间的一种平衡,所以了解我们能达到怎样的平衡就很重要了。 究的就是设计所能够达到的满足使用者要求的程度到底是如何。 从这层关系上看 从前对概念性不协调关注甚少的使用者评价分析法有非常大的区别。 介绍四: 述了两种概念 ,每个用相同语言来表达:使用者持有的概念, 被制作进设备的概念。 考虑一个移动电话(手机)的电话簿。使用者的概念就是一个人的名字和一个电话号码。设备的观念只是一个地址簿的条目, 而这相 对与人来说就会变成两条:名字和电话号码,这些都可以在界面的视觉效果上达到需要的目的。 但是设备只有有限的空间,所以条目会有一个最大数, 设备总会有相对应的最大值,表现在 就是一个设备约束关系。这不会出现在使用者的最初观念里,这个问题不会有太大的麻烦,但如果这样强制的限制出现太多,学习和记忆就会出现困难。 使用者同样会有一群人的概念,比如一个团队的各个成员。手机不会明白什么叫一个团队,于是不协调性出现了, 它会制造麻烦。 为了向队中每一个成员发送信息,一条信息便不得不独个发送多次 这便是 现的一个粘性循环。 为了所有这些表现出来,模型的制作者必须对使用者的观念有足够充分的了解,同时,对设备的性能也要了解。 然后所有这些概念与特征需要得到分析并表现成为一个正式的 型。我们用表格来表现使之更容易被理解: 名字 . 使用者? . . 能否创造 ? 能否改变 ? 条目 是 是 是 是 是 条目名称 是 是 是 是 是 团队 是 否 否 否 否 为了帮助组织和分析这样的表格我们制作了一个编辑和分析工具: 译模型的屏幕抓取。 介绍五: ,首先且最重要的,一个评估的技术。那么它如何体现在设计的过程中呢? 我们现在没有一个过程的模型,但以下是我们的观点: 设计的进化 : 在设计中,你经常做的就是试图使设计更贴合使用者想象的他们需要 产品为他们做的事。使用者的想法是以以下几点作为出发点的: 他们工作所使用的“真实世界的东西”。 那些东西被向他们描述的方式。 他们从前在这些系统中所得到的经验。 你经常想做的就是开拓思维, 帮助你接合使用者的观点,助你联系现在的设计系统并考虑如何设计与未来时代的产品相适应的方式。 设计的进化演变 有时,设计就是尝试新的人机交流界面的方式。那么现存的你可以调用的使用者概念是什么,什么又是新的呢? 对于那些新的玩意,你又如何用来制作产品使使用者更快更好地意识到他们的好处?让 帮你吧。 关于使用者的来历; 他们对于现在这个领域的想法并由此; . 对于一个新的设计,哪些方面需要特别注意? 可以使用哪些最初的想法? 可以从现存的系统中得到哪些有用的方面(如果有的话)。 在摘要中 , 持考虑使用者的现在和将来的心理,一个有用的设计在满足那些需要新事物的人们时候需要解决一个关于安于现状和努力发掘新事物之间的一个平衡 . 但需要避开不许要的发展和概念的混乱。附件 2:外文原文 (复印件) is a to on We as an it It on or it of to In it It is no by do to be or to be As a it a It a to s in a at by 39108. ( We to p 2: to in a e s We 999 to an as of as as of of in as or or of a . at a to to to So to or of At a to . of it t at it In as . an is to A in it is by by If in in be at if it in to of (a in a in is a of so it is to we to a of In it is to of by a of a a a of an to a of at a so is a of is a as a is of s No in if it be to of a of as of a t so is a To a to a to be to an be To to of s to to be as a We it to in a . . . o we an . of p 5: an So it a We do a , is as In to re be on re to in to to in of is of So . so of . a to be be if In in a of of . to of or 南 京 理 工 大 学 毕业设计 (论文 )前期工作材料 学生姓名 : 蔡如君 学 号: 0101160101 学院 (系 ): 机械工程学院 专 业 : 设计艺术 设计 (论文 )题目 : 无框架立体定向神经外科手术机器人 造型设计 指导教师 : 段齐俊 副教授 (姓 名 ) (专业技术职务 ) 材 料 目 录 序号 名 称 数量 备 注 1 毕业设计 (论文 )选题、审题表 1 教师完成 2 毕业设计 (论文 )任务书 1 教师完成 3 毕业设计 (论文 )开题报告含文献综述 1 学生完成 4 毕业设计 (论文 )外文资料翻译含原文 1 学生完成 5 毕业设计(论文)中期检查表 1 教师完成 2005 年 5 月 注:毕业设计(论文)中期检查工作结束后,请将该封面与目录中各材料 合订成册 ,并统一存放在学生“ 毕业设计(论文)资料袋 ”中(打印件一律用 型)。 南 京 理 工 大 学 毕业设计说明书 (论文 ) 作 者 : 蔡如君 学 号: 0101160101 学院 (系 ): 机械工程学院 专 业 : 设计艺术 题 目 : 无框架立体定位神经 外科手术机器人 造型设计 指导者: (姓 名 ) (专业技术职务 ) 评阅者: (姓 名 ) (专业技术 职务 ) 2005 年 6 月 段齐骏 副教授 毕业设计说明书(论文)中文摘要 医疗器械 由于其使用者和受用者的特殊性,它 的外形 设计 更 注重实用性和人性化 的体现 。 本文从使用者的角度出发 , 以人机工程学基本理论为基础 , 应用了产品 语义 学、调和法则等设计原理, 对医疗导航机器人做了一系列改良设计 ,使之在外型上能传递令人亲切的感受,功能上体现人性化的关怀, 使设计真正体现出对人的尊重和关心。 同时本文 也 讲述了 设计 的团队精神 的重要性。 关键词 人性化设计 人机工程学 医疗器械 改良设计 团队精神 毕业设计说明书( 论文)外文摘要 s of of be in of is to as a of at it a a is It to of in 南 京 理 工 大 学 毕业设计 (论文 )开题报告 学 生 姓 名: 蔡如君 学 号: 0101160101 专 业 : 设计艺术 设计 (论文 )题目 : 无框架立体定向神经外科手术机器人 造型设计 指 导 教 师 : 段齐骏 2005 年 3 月 15 日 开题报告填写要求 1开题报告(含“文献综述”)作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下,由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成,经指导教 师签署意见及所在专业审查后生效; 2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式(可从教务处网页上下载)打印,禁止打印在其它纸上后剪贴,完成后应及时交给指导教师签署意见; 3“文献综述”应按论文的格式成文,并直接书写(或打印)在本开题报告第一栏目内,学生写文献综述的参考文献应不少于 15篇(不包括辞典、手册); 4 有关年月日等日期的填写,应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求,一律用阿拉伯数字书写。如“ 2004 年 3 月 15 日 ”或“ 2004 毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告 1结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写 2000 字左右的文献综述: 文 献 综 述 随着科学技术的日新月异和社会主义市场经济的发展, 人民物质文化生活水平 得到改善,生物一心理一社会医学模式转换,健康观念变化,人口老龄化加快与独生子女增加,医疗服务消费支付能力提高,医疗服务需求的多样性与多层次性日渐突出。与之相适应,高科技时代的医疗产品设计 开始越来越满足“人”的多方面需求。 司推出直立 核磁共振扫描系统 就是一个以人的需求为设计出发点的例子 :这是一种 直立核磁共振系统 ,它使 患者 能 步入检查室接受扫描。这种直立 许身体的所有部分,尤其是关节和脊柱,能够在沉重状态下进行扫描检查。这套系统的其它特征包括患者舒适度极高,因为能够从磁体内部毫无障碍的观察扫描室;患者面孔之前没有任何障碍物。这套系统能够扫描患者的各种疼痛部位,无论是坐还是躺下,能够在弯曲、旋转、侧弯等位置。 象 司 那样,许多国外的医疗器械生产商,象 通用电气、西门子、飞利浦 都非常重视医疗器械的人性化设计。 飞利浦电子集团日前宣布 推出新一代智能超声设备统。凭借智能控制功能以及先进的人机工程设计, 声系统提供广泛的高性能临床应用,包括新一代实时 4D 成像、语音控制与注解、以及自动成像优化技术等。它的优势远远不止局限于卓越的图像质量。它同时还能为临床医生和管理人员提供许多他们一直渴望的功能 强的诊断能力、简化系统控制以及更广泛的临床应用。它实现了超声技术的人性化。 ”统采用最先进的高清晰度成像和诊断技术,可提供更高水平的诊断性能。它可帮助临床医生提高临床检查效率并 实现更高自动化控制,同时还具备易用性。该系统同时还能减少操作者由于重复操作带来的应激损伤。 其实不止医疗器械领域,工业设计发展至今,以人为本、人性化设计在各种领域都得到不同程度的应用。在数字化领域,苹果电脑的创始人史蒂夫乔布斯第一个将电脑 定位为个人可以使用的工具,就像汽车一样。 1977 年苹果电脑型电脑,第一台由工业设计师全面设计的个人电脑面市,是微电脑产业的真正萌芽。苹果电脑型电脑的设计与传统电脑令人望而生畏的仪器感大相径庭,标志着数字化产业人性化设计的开始。 科技的飞速发展,信息渠道的畅通无阻,给人们 的生活带来无限便利的同时,也加快了工作和生活节奏,人们的内心充满了对技术的恐慌感。赋予高科技产品以人性化的友好界面,比任何时候都显得更为重要,苹果电脑的界面设计开创了软件操作人性化的先河 。 设计人性化是人类追求理想化、艺术化生活方式的永不言止的设计境界。随着人类认识水平的逐渐提高、深化和上升,人类认识将由 “ 必然王国 ” 走向 “ 自由王国 ” ,这是认识发展的必然规律。而人类的设计也必将随着自身认识的提高走向更高的境界,即人类社会所孜孜以求的理想化、艺术化的造物方式和生活方式,由不自觉走向自觉,由追求物质需要为主到两者 兼顾并以追求精神享受为主。由设计的 “ 必然王国 ” 通向设计的 “ 自由王国 ” , “ 随心所欲而不逾矩 ” ,这是设计师及消费者的共同梦想。日本设计师在 90 年代提出了一项称为 “ 人的感觉的计划 ” ,其目的是 “ 要拢出怎样才能使日常使用的产品让人用起来感到更舒适、更惬意的办法 ” ,设计制造出消除压力和疲劳、有助于创造 “ 一个更人情化的环境 ” 的汽车、空调器和衣服,设计出 “ 有人的感觉的电器 ” 。已将设计的精神因素提高到很高的层面。设计的层次越高,其精神性的因素就越多、越圆满,物质性和精神性、理性化和人性化的结合就越完美、越融洽。从某种意义上说 ,设计的不断发展和提升的过程即是人的认识、思想和情感的不断完善的过程,人类设计是人类情感、文化精神及伦理道德的观照。设计是无 “ 情 ” 的,又是有 “ 情 ” 的。“ 情 ” 即映射于人类普普通通的设计中;设计是无生命的。又是有生命的, “ 生命 ” 即蕴含于人类对物的设计和使用过程中。人类社会的一切都已打上了人类精神意识的烙印,设计也不例外。可以预言,设计人性化将是未来设计的必然趋势和最终归宿,设计师的工作即是:使人们从物的挤压和奴役中解放出来,使人的生存环境和物品更适合人性,使人的心理更加健康发展,使人类感情更加丰富,人性更加完美 ,真正达到人物和谐, “ 物我相忘 ” 的境界。陈绶祥先生曾出书名日: “ 人诗意地安居 ” ,对于设计界来说,何时才会出现 “ 诗意 ” 的设计和设计的 “ 诗意 ” 呢 ? 对于今天的设计师而言,设计人性化永远是常念常新的课题,也是设计师永恒追求的目标。 而所谓人性化产品,就是包含人际工程的产品,只要是“人”所使用的产品,都应 在人机工学上加以考虑,产品的造型与人机工学无疑是结合在一起的,我们可以将它们描述为:以心理为圆心,生理为半径,用以建立人与物(产品)之间和谐关系的方式,最大限度地挖掘人的潜能,综合平衡地使用人的肌能,保护人体健康, 从而提高生产率。仅从工业设计这一范畴看,大至宇航系统、城市规划、城市设施、自动化工厂、机械设备、交通工具,小至家具、文具、服装以及盆、杯、碗筷之类生产与生活所创造的“物”,在设计与制造时都应该把“人的因素”作为一个重要的条件来考虑。若将产品类别区分为专业用品和一般用品的话,专业用品在人机工学上将会有更多的考虑,它比较偏重于生理学的层面,而一般性产品则必须兼顾心理学层面的问题,需要更多地符合美学及潮流的设计,也就是应以产品的人性化需求为主。 这次我参与设计的自动寻迹医疗手臂是一个真实的课题。本身这个产品的开发 就是出于人性化考虑。 自动寻迹医疗手臂是一种神经导航手术系统,它通过 磁共振,对贴在人脑上的标志点进行影象扫描,在电脑中重新构造出人脑模型。找出病灶点后,机械手通过程序,找出手术入路点,用最佳路线进行手术。借助它,医生只要通过一个很小的开口就能进行手术,而不象以往那样需要对病人进行开颅手术。同时手术的精确性也提高了很多。与传统外科手术相比,它的手术切口明显减小,因此减少了许多手术并发症,提高了患者术后舒适度,缩短了恢复期,降低了住院费用,因此受到了医生和患者的普遍欢迎。同时,它使用了神经导航手术系统,与人 类相比,机器人具有定位准确、状态稳定等优势,在保证了手术的安全性的同时减少了医生的劳动强度。 这套系统在结构上和程序设计上体现了人性化设计这个主题,我需要做的就是从外型设计上入手,从外向内地改善医疗器械带给人的视觉感受,并依照人机工学原理设计硬、软件的操作界面。 医疗器械就必须是冷冰冰、缺乏人情味的吗?它们的受用者是一种特殊的人群,他们是脆弱的、需要帮助的一群人,他们在接受治疗时心情是忧郁的甚至是压抑的。由于在他们接受这套系统的手术时神志是保持清醒的,所以器械对他们情绪产生的影响将会是显而易见的。我 不敢说器械能达到安慰他们的作用,但一个经过精心设计的造型能消除他们对器械的疏离感,在手术过程中保持心情愉悦并由此达到良好的手术效果。 参考文献: 1 王受之,世界现代化设计史,中国青年出版社 2罗仕鉴,朱上上,孙守迁,人机界面设计,机械工业出版社 3. 美国 疗器械良好制造规范 (质量体系 (章 ( 2005 年 2 月 17号),医药网 4 美 莱斯利施特勒贝尔,霍利斯托德,理查德 D扎基亚,摄影师的视觉感受,中国摄影出版社 料应用技术,化学工业出版社 光泽,刘玉霞,杨翔宇,曹建国,伍少初,现代设计法,重庆大学出版社 机工程学设计应用,中国轻工业出版社 工艺美术概论 , 中国人民大学出版社 艺术设计学 , 四川人民出版社 工业设计史 , 北京理工大学出版社 代立体定向神经外科学,中国科技出版社 毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径): 1:调查传统医疗器械的弊端与不足。 2:调查医疗器械给人们带来了哪些好处,产 生了哪些新的问题,怎样解决。 3:了解所设计医疗器械的基本结构。 4:调查了解医生及患者使用医疗器械的感受及他们的建议,明确医生及患者对医疗器械的期望与要求。 5:通过调查,了解国外同类产品的基本造型,色彩,商家的销售策略,及取得的效果。 6:明确要求与条件以后,完成基本的造型设计。 7: 联系具体环境,对产品造型与色彩等进行细分。 8:完成造型设计。 毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告 指导教师意见 : 1对“文献综述”的评语: 在大量阅读国内外文献基础上,文献综述较好地描述了 国内外现状, 提出了项目进行的思路,内容较好。 2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计(论文)结果的预测: 承担的内容是系统总体结构的造型设计, 设计过程中需要考虑机构的整体利益,又因为设计对象本身各关节之间具有相对运动特征,因此给设计和模型制作带来了一定困难。 通过加强指导,自己努力学习相关知识,估计无多大风险。可以顺利完成任务。并建议在毕业设计中可以针对“人机工学”问题来进行一些探讨。 指导教师: 年 月 日 所在专业审查意见: 负责人: 年 月 日 本科毕业设计说明书(论文) 第 1 页 共 1 页 目 次 1 绪论 1 2 课题介绍 1 选题背景 1 导航机器人整体介绍 2 资料的收集和分析 3 内外医用机器人的发展及其现状 3 框架立体定向导航手术过程 3 3 设计构思 5 4 从不对称结构中寻找平衡 整体 设计过程 5 调和法则的运用 底座设计 7 构成 元素的语义及其视觉效应的体现 机器人结构设计 8 品符号学的概念 8 行四 边形结构设计 9 旋支架设计 10 比法则的应用 11 5 人机工程学 及美学 的设计应用 细节设计 12 控制柜及手术台的设计 12 手柄设计 14 手腕弯柱设计 16 其他细节设计 17 6 颜色和材料设计 19 颜色设计 19 材料 设计 21 7 模型制作 21 设计感想及总结 22 致谢 24 本 科 毕 业 论 文 第 1 页 共 24 页 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 本 科 毕 业 论 文 第 2 页 共 24 页 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。 本 科 毕 业 论 文 第 3 页 共 24 页 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 本 科 毕 业 论 文 第 4 页 共 24 页 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 本 科 毕 业 论 文 第 5 页 共 24 页 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 本 科 毕 业 论 文 第 6 页 共 24 页 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 本 科 毕 业 论 文 第 7 页 共 24 页 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 本 科 毕 业 论 文 第 8 页 共 24 页 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, 本 科 毕 业 论 文 第 9 页 共 24 页 “ 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 。 本 科 毕 业 论 文 第 10 页 共 24 页 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。 本 科 毕 业 论 文 第 11 页 共 24 页 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。 本 科 毕 业 论 文 第 12 页 共 24 页 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 本 科 毕 业 论 文 第 13 页 共 24 页 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 本 科 毕 业 论 文 第 14 页 共 24 页 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 本 科 毕 业 论 文 第 15 页 共 24 页 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 本 科 毕 业 论 文 第 16 页 共 24 页 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 本 科 毕 业 论 文 第 17 页 共 24 页 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。 本 科 毕 业 论 文 第 18 页 共 24 页 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 本 科 毕 业 论 文 第 19 页 共 24 页 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、
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本文标题:【JQ048】无框架立体定位神经外科手术机器人【机械专业毕业设计论文】【优秀】【通过答辩】
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