产品设计与开发课程总结报告-按摩机械

1、机械工程学院产品设计与开发课程设计综合报告柔性按摩机械手系统组 名：E组组 长： 组 员：2014年12月30日目 录一、课程设计简介31.1背景及市场调研31.2设计目标31.3实施方案31.4预期功能4二、创新性分析42.1滚轮的按摩方式42.2按摩的适用人群广52.3实现快慢速度可调5三、方案设计53.1确定人体机构的尺寸53.2按摩椅的整体设计63.3慧鱼模型的搭建83.4零件的选型93.5零件的组装93.6成品的调试与修改9四、产品经济性分析10五、总体机构图11六、关键件工程图11七、关键件制造工艺规程设计12八、感想与体会128.1、设计与制作成果128.2、不足与后续改进128

2、.3、感想13一、课程设计简介1.1背景及市场调研健康产业是21世纪的朝阳产业，电动按摩椅属于健康产业里的按摩健身器材类别，拥有巨大的市场发展潜力。据统计，国际市场按摩产品的销售已达100多亿美金，每年的增长速度达30；日本仅按摩椅市场每年销售量就高达60万台，销售额约80亿人民币；国内市场才刚刚起步，但利润惊人，单品销售毛利率高达100%-250%，盈利能力仅次于保健品，是健康产业中当之无愧的“黄金宝座”。电动按摩椅单品利润高，盈利性强，能够承担渠道费用，带动了其它按摩健身器材的发展，如足浴盆就曾借用电动按摩椅渠道进入商场、专卖店、大卖场。对于健康产业来说，电动按摩椅的市场地位是其它品类无法

3、撼动的。据相关机构分析，电动按摩椅近几年来取得快速的发展，主要是由以下几个原因促成：人口老龄化。据统计，全国60岁以上老年人超过1.4亿人。电动按摩椅使用者大部分是中、老年人。亚健康人群和各种职业病人的猛增。城市中精英阶层（35岁到55岁年龄段人群），由于长时间超强度，超负荷工作，出现例如腰、椎、肩、颈痛、胃肠消化功能异常、疲劳、精力不足、腰腿酸痛、近视、肥胖、失眠、神经衰弱、工作效率低下等。电动按摩椅按摩放松效果非常好。养生、保健观念的增强。预防与保健越来越受到人们的重视，电动按摩椅为人们保健按摩提供了极大便利。人们追求高品质的生活方式，和成功人士的生活标准，电动按摩椅恰好满足这两方面。分析

4、还表示，电动按摩椅在国内市场的表现，不过是“小荷才露尖尖角”，其未来发展的商业潜力更大。1.2设计目标通过大量文献资料的查阅，在对电动按摩椅有了深入了解的基础上，我们小组决定设计以推杆电机为动力，直线导轨为导向，然后通过带动滚轮的上下移动，并且实现客户自己可控调节，最终在人的肩膀上达到按摩放松作用的新型按摩椅装置。1.3实施方案 本次所设计的按摩椅主要由控制器、推杆电机、直线导轨、滑轮以及支撑架组成。涉及了大量的相关知识，包括机构设计、零件选择、三维建模、运动仿真、二维图设计、成品修改和演示等等。为了在时间有限和工作繁重的不利条件下实现这一设计，我们制定了如下实施方案：确定人体机构的尺寸；按摩

5、椅的整体设计；慧鱼模型的搭建；零件的选型；零件的组装；成品的调试与修改。1.4预期功能实现机构的刚度、强度、稳定性可靠；对人体有一定的按摩作用能够实现客户自己调控；可以控制按摩的力度与速度；噪音低；成本低，功耗小。二、创新性分析2.1滚轮的按摩方式采用滚轮的方式进行人体的按摩具有一定创新性。滑轮的按摩方式包括一键提抓、强劲指压、活性揉捏、揉拍同步、深层拍打、活力推拿等，比传统的按摩方式更具舒适性，也更多样化。2.1.1敲击按摩按摩头模拟人的拳头力稳、有节律地捶打按摩，作用在一定穴位上，可以舒缓僵硬的组织，松弛紧张的肌肉，消除肌肉疼痛与疲劳。其按摩强度相对其他按摩形式，诸如揉捏按摩来讲力度较高。

6、一般按摩椅按摩机构通过电机带动皮带，按摩头呈扇形运动轨迹，以模拟敲击按摩。2.1.2揉捏按摩此按摩功能可促进身体深处静脉和淋巴管的血液循环。悬臂式滚轮通过电机带动进行旋转式揉捏，精心设计的按摩头类似人手的触感，揉捏按摩的同时按摩机构亦可沿丝杆上下运动做滚压按摩。可完成定点按摩和连续按摩，灵活性较强。此种按摩方式也是本课题实验研究部分采用的主要按摩方式。2.1.3指压按摩与专业人工按摩一样，对肌肉垂直施力，准确地进行点按摩。人体上有多个指压点，针对特定的指压穴位施加稳健的压力，可有效消除肌肉紧绷与压力，针对性较强。指压按摩与敲击按摩类似，但力度没有敲击按摩那么强烈，相对来见，其力度控制也较难，对

7、电机和机械结构要求也较高。2.1.4拍打按摩拍打按摩通过两个按摩头模仿专业按摩师握紧拳头的动作来进行集中式拍打，使按摩效果深入肌肉层，达到协调肌肉、舒缓压力和紧张的作用，同时改善软组织的活动性。拍打按摩许配合特殊形态的按摩头，其效果和敲击按摩类似，力度也较强。2.2按摩的适用人群广我们设计的按摩椅可以通过调节按摩臂的前后、左右位置来适应不同性别、不同年龄段的人群，适用范围广，具有良好的销售前景。由于按摩椅的按摩毕竟与人工按摩是不同的，按摩椅不能替代真正的职业按摩师，只是模仿人“揉”、“捏”等简单动作。且每个消费者的体型不同，所以按摩椅的规模大小不易控制，尺寸小时，对消费者不仅没有按摩的作用，反

8、而让人感到难受。为了达到高品质的按摩效果，使消费者更舒适，我们根据消费者个人的体重、身高、体形等使按摩椅具有可调性，大大减小了这一问题的影响。2.3实现快慢速度可调对不同的按摩方式，按摩强度的意义是不同的，比如在敲击和拍打按摩中，按摩强度指的是敲击/拍打次数，而对于揉捏按摩来讲，则是按摩头速度。我们力求通过控制器的快慢调节，让用户可以根据自身的舒适要求随意改变速度，以达到期望的要求，这样的设计更具有人性化，更加贴近用户的生活。如果按摩椅的强度调得太大，不仅起不到放松的作用，还会造成肌肉痉挛疼痛。因此，在设计按摩椅时，应首先考虑让使用者有更多的选择余地。三、方案设计3.1确定人体机构的尺寸通过查

9、阅中国成年人人体尺寸的标准，如图1、图2和表1，可以得出男性的平均肩宽是375mm，平均胸围是800mm。这些数据有助于我们确定要设计的尺寸。图3.1人体正面尺寸图3.2人体侧面尺寸3.2按摩椅的整体设计方案的总体设计是通过推杆电机带动按摩头做竖直方向的往复运动。如图3和图4所示，按摩头所伸出的按摩臂通过弹性件将滚轮夹在使用者的肩膀上，以完成按摩。图3.3 按摩椅运动部分三维图（侧面） 图3.4按摩椅运动部分三维图（背面）3.3慧鱼模型的搭建通过慧鱼模型，搭建所设计的按摩机构，可以从结构上验证设计的合理性、稳定性。机构的慧鱼模型搭建如图5和图6所示。考虑到慧鱼模型的局限性，对机构进行了部分简化

10、和改动；鉴于模型导轨的稳定性，将原模型的单根导轨改为双根；受限于零件数量和模型尺寸大小，将原模型按摩头的轮子两组改为一组；为便于搭建和直观展现原理，将推杆电机用丝杠螺母机构代替；用黄色圆柱体代替人的肩膀。慧鱼模型的搭建，验证了原设计的机构可行性，直观地展现了设计的方案原理，为设计方案实物的制作提供了帮助。图3.5 慧鱼模型成果图（侧面）图3.6 慧鱼模型成果图（背面）3.4零件的选型推杆电机选用型号为LX758，直流24V,材质为铝合金 45#钢 金属齿,标准行程100mm；光轴支撑座选用SKB25，材质为铝；箱式直线滑块选用SCS25，材质为铝；L型推杆电机座，材质为铁板；滚轮选用4寸中型双

11、轴承弧面枣红轮，直径100mm，轴承孔径12mm，材质为聚氨酯材料，环保无毒；自己制作的一系列方铝管。3.5零件的组装零件组装后成品如图8所示。图3.7 成品组装图3.6成品的调试与修改我们小组将制作后的成品对小组成员进行按摩，普遍反映达到了按摩的功效。但是仍存在着一些问题：滚轮之间的夹紧程度不够；导轨的垂直度偏差大；合适座椅的选择比较困难。经过讨论针对上述问题我们采取了一系列的措施，包括：增加橡皮筋的根数已达到弹簧的替代效果；重新在支架上钻孔，使导轨满足垂直度要求；选择升降可调节的座椅来解决问题。四、产品经济性分析现阶段，电动按摩椅是按人体工程学原理设计，集推、拿、捏、挤压按摩、振动等于一身

12、，通过微电脑芯片控制机械触点进行身体按摩。通过机械触点对脊柱两侧的经脉穴位进行节律性的推拿按摩，缓解并消除人体颈、背、腰等部位肌肉的紧张与疲劳，促进血液循环。所以按摩后人可感到肌肉放松、关节灵活、精神振奋、消除疲劳，取得保健效果。电动按摩椅是一种高品质生活保健用品，在保障必须的按摩品质和效果外，未来电动按摩椅市场会呈现“两极分化”的发展趋势。一种趋势是高附加值、高智能化、个性化的电动按摩椅，受到中、高端、特殊消费人群的追捧。另一种发展趋势是越来越简约，电动按摩椅向实用化、家用化、环保化等方向发展，这类电动按摩椅价钱不贵，方便耐用，将受到广大家用消费者欢迎。所以，在功能设计的经济型方面，我们设计

13、制造的这款按摩椅，就是在保持简约风格的基础上，充分考虑人体工程学结构，使之更好地适应各种人体的不同体质、体型，达到最满意的按摩效果。在产品结构设计经济型上，我们采用了模块化设计的思想，将产品分为运动部分和支架部分两个模块。运动部分是产品的主要部分，采用精度较高的，运动保持性较好的零件组装；支架部分，采用方铝管和三角不锈钢链接而成。这样最大限度的保证了产品工作稳定性能的同时，也做到物尽其用，避免不合理的设计带来的浪费。另外，在产品的设计和制造过程中，我们尽量采用的都是现行市面上很容易买得到的标准件或者批量成产的成品，以此来避免自己加工制作造成的精度问题以及所牵扯到的加工材料和设备的匹配问题。比如

14、在按摩器的电动推杆电机、直线导轨、光轴立式支撑座、箱式直线滑块、直线电机支架以及用于按摩的轮子等都是采用市面上的成品，有效降低了加工制作成本，且保证了产品的配合精度。对于不能采用成品的部分，例如支架，即采用轻质方铝管的以螺栓形式连接，降低成本。五、总体机构图图5.1 按摩器运动机构简图图5.2 按摩器总体结构图六、关键件工程图图6.1 方铝管一方铝管一，用于对滚动轮及其连接杆的悬臂支撑。在其上有三个等距孔，其用途是可以对滚动轮连接杆的伸出长度进行调节，从而使按摩器更好地适应不同体型的使用人群。图6.2 方铝管二方铝管二，用于对导轨的定位和支撑，通过光轴立式支撑座用螺栓连接。故其孔的定位精度和加

15、工精度要求较高。从而保证光轴导轨的平行度以及稳定性。图6.3 方铝管三方铝管三，用于对滚动轮的连接，使两侧的滚动轮成为一个模块化的整体结构，方便进行调节。同时，由于其与方铝管一进行螺栓配合连接，故其螺栓孔的定位精度和尺寸精度要和方铝管一保持良好的一致性。图6.4 方铝管四方铝管四，用于直线电机推杆的上部固定以及方铝管一的位置确定。作为电机推杆的固定端，要求其中间孔的位置和大小与电机固定支架一致；同时，还要保证与一号方铝管配合的孔也能紧密配合。这将很大程度影响到两侧按摩轮的高度是否一致。图6.5 方铝管五方铝管五，用于滚动轮的固定连接。由于其要和滚动轮的轴心进行连接故其与轮的连接孔要有很好的尺寸

16、精度和光滑度。这样才能保证滚动轮的运动平稳和轨迹可靠性。七、关键件制造工艺规程设计加工零件主要为按摩器运动部分的支撑支架和整体支架。原材料主要为方铝管和角铝。加工过程分为：下料，划线，冲孔，钻孔，去毛刺；重点在于定位的准确。Ø 下料：将方铝管和角铝按照设计尺寸大小富裕加工余量尺寸进行切割。并做好标号记录。Ø 划线：分别选取每段材料的基准面，并确定钻孔位置进行加工定位。Ø 冲孔：装夹工件进行冲孔加工。Ø 钻孔：在冲孔基础上对孔进行粗加工，按照设计尺寸初步加工。Ø 去毛刺：将粗加工的孔进行去毛刺处理。并且同时将相互配合的孔提前进行配合状态下的共同处

17、理，以保持其孔的位置和尺寸一致性。八、感想与体会8.1、设计与制作成果本次的课程设计任务是柔性按摩机械手系统的设计，在经历了机构设计、尺寸确定、零件选择、三维建模、运动仿真、二维图设计、慧鱼模型搭建仿真、成品制作修改和演示后，制作的产品能实现基本的肩背部按摩功能，且力度适中，运行可靠，通过对电机的按键控制，可以有效实现预期功能。8.2、不足与后续改进（1）该产品在刚度保持性方面存在一些问题，表现为双肩加载的轮子不能很好地保持在同一高度，在电机空运行条件下的时候会有震动产生。经过分析，发现原因如下：导轨和箱式直线滑块之间没有施加预紧力，存在一定间隙，使导轨的平行度未能满足要求靠螺栓连接实现的零件间的配合部分，存在钻孔精度不高的现象，且导致电机支架会有抖动（2）产品的控制部分还是局限在点动式的运动，不能很好地实现自动按摩的功能。后续应加强在控