毕业设计（论文）-爬楼梯轮椅设计

摘要摘 要 上下楼梯是普通日常生活中很平常的一种行为，在那些大量不设电梯的七层以下的住宅楼房居住的居民，尤其是那些老年人和残疾人，上下爬楼在生活上会有诸多的不便。目前无论乡镇还是城市无一不在飞速发展，其中阶梯更是基本的设施之一。如上下汽车、地铁火车有阶梯；登越人行天桥和地下通道需要穿越楼梯；大型商场更是免不了要爬楼下梯。这些在我们看来异常简单的阶梯对那些腿脚不方便的残疾人来说想要通过是很艰难费力的。基于以上种种因素的考虑，我们设想能不能设计个可以实现上下楼梯的电动轮椅，我们通过在路面电动轮椅的设计基础上进行改装，解决人们在生活中遇到的上下楼梯难题。该电动轮椅的设计，方便了人们的生活。因此，这种电动爬楼轮椅的设计，无论是从实际应用方面还是理论研究方面，都是具有很高价值的。设计创新之处：一、 对现有此类产品外观进行改进，造型独特、设计感强；二、 充分考虑产品的使用目的，设计出人性化，安全舒适，操作简便的产品；三、 对上下楼梯机的功能进行重新定义，使其功能多元化：上下楼梯、爬越障碍以及物品储存等多功能集合于一身的设计更符合消费者的心理，市场前景无限；四、 充分组合现国内现有比较成熟的生产技术、材料的运用，使产品的成本降低，以求降低残疾人和老年人这些弱势群体生活负担；五、 充分考虑人机关系，设计出具有可调节功能的产品，造型创新、大胆。对市场进行了细致的调查，经过设计定位，绘制草图、效果图，绘制出产品外观尺寸图，并设计了效果图展示，完成了对爬楼梯轮椅的设计。关键词：楼梯，人性化，老年人残疾人，人机关系I摘要ABSTRACT Walking up and down stairs is very common in our daily life, in those residents living apartment building which do not set the elevator of the seven layers below, especially those elderly and disabled persons, climbing building up and down in life will have a lot of inconveniences. Currently, both rural and urban areas are all in the rapid development. And among this development tendency the ladder become one of the basic facilities. The ladder help us to fluctuation car ,take the train and underground; climb the passenger foot-bridge and pass through the souterrain; The large shopping centers is inevitable to use the ladder to help climbing stairs. The exception in our view, a simple ladder legs and feet of those who want to inconvenience people with disabilities is very difficult through the laborious. Based on the above considerations, we can design a vision can be achieved down the stairs of the electric wheelchairs, electric wheelchairs on the road we passed on the basis of modified design to address the people down stairs in life had challenges. The design of the electric wheelchair to facilitate peoples lives，Thus, the design of electric wheelchairs climbing stairs, either from theoretical or practical application of research, both with high value.Design innovation: First, the appearance of such products to improve the existing, unique, design sense; Second, give full consideration to the intended use of products designed user-friendly, safe and comfortable, easy to operate products; Third, on the up and down stairs to redefine the functions of machines, making it functional diversification: up and down stairs, climbing over obstacles and multi-functional storage items in a set of design more in line with consumer psychology, market prospects are promising; Fourth, the full portfolio is now relatively mature domestic production of existing technologies, materials use, reduce the cost of the product in order to reduce the disabled and elderly people the burden of these vulnerable groups;II Fifth, take full account of human relations, designed with adjustable features of products, innovative style and bold. Conducted a detailed market survey, after a design orientation, drawing sketches, renderings, three-dimensional computer model of the construction and assembly of animation, drawing out the appearance of the product dimensions, and design renderings show, completed the design of the machine and down the stairs .KEY WORDS： stairs, human； elderly and disable people；Relationship between man and machineIII目录目 录前言.1第1章 绪论.11.1 国内外上下楼梯机的研究现状.11.2 设计依据和意义.4第2章 设计调查与分析.52.1 市场调查与用户调查.52.2 调研分析与设计定位.82.3 上下楼梯机设计原则.9第3章 草图构思与方案确定.103.1 设计构思.103.2 草图分析比较.113.3 设计深入.123.4 设计方案的优化.15第4章 定稿方案优选.174.1 功能定案.174.2 色彩定案.18第5章 电脑制作效果图及后续设计.195.1 尺寸设定.195.2 计算机三维建模和效果图制作.19第6章 结论.206.1 心得体会.206.2 设计中的缺点及遇到的问题和解决方案.20参考文献.22致谢.23IV前言前 言爬楼梯对于普通人而言是非常轻松的事情，但是腿脚不灵便的人可就没那么幸运了。在公共场所还可以使用扶梯，但是要在家里安装扶梯显然过于奢侈，也没有必要。所以就有人设计出了这样一款专门为腿脚不灵便的人准备的升降梯。轮椅的确可以给残疾人和其他腿脚不便的人提供了便利，但是传统的轮椅并不能上下楼梯，必须有旁人协助才可以。如果能有一款可以让残疾人依靠自己力量上下楼梯的轮椅那该有多好？所以该课题从解决那些上下楼梯不便的人们出行安全方面出发，结合人机和美学进行深入研究，设计出一款产品能够让上下楼梯不方便的人们也能依靠自己的力量安全的上下楼梯。此外，在目前市场此类产品还不是很多的时候，随着技术水平的逐步提高，相信上下楼梯机的应用也会更加的普及，从而市场前景是非常广阔的。爬楼梯轮椅的产生不仅可以改善老年人和残疾人的生活状态，而且能够让抚养老人和残疾人的后辈们更加便利的照顾他们，方便了自己也方便了照顾他们的亲人；如此一来，一个人性化的爬楼梯轮椅的设计将会给那些老年人、残疾人、行动不便的人一个崭新的生活状态，使他们能够依靠自己的力量去生活，这样一来他们也不会那么的自卑，他们才会从容的面对生活。该设计的目的也是为了打破以往相同产品因为价格昂贵而让那些低收入弱势群体望而却步的瓶颈，解决上下楼为难的问题，使他们以比较低的价格就能得到比较高质量的产品从而让他们的生活得以自理得以改善，所以上下楼梯机具有广阔的市场前景，也能给不太成熟的市场以全新的活力！第一章 绪论第一章 绪论1.1 国内外爬楼梯轮椅的研究现状在欧美地区与日本，能够上下楼梯的轮椅，即所谓的爬楼梯轮椅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于其他国家和地区，他们在注重功能的同时也很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。国外对爬楼梯轮椅的研究开始得相对较早，最早的专利是1892年美国的Bray发明的爬楼梯轮椅。此后，各国纷纷开始投入对怕楼梯轮椅的生产研究，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爬楼梯轮椅，按爬楼梯功能实现的原理主要分为履带式、轮组式、步行式爬楼梯轮椅。下面分别对国外、国内各种类型装置的发展做一下简要介绍，并分析其各自优缺点。1、履带式图1-1法国TopChair-s悍马履带式爬楼梯轮椅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Baronmead公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34kg，最大载重量130kg，上下楼梯速度每分种1520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27cm。这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1-1法国Topchair公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1第一章 绪论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，如此交替使用就能很好的解决平地行动迟缓的问题。 2、轮组式轮组式爬楼梯轮椅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。图1-2 iBOT轮椅美国著名发明家Dean Kamen发明的了一种能自动调节重心的如图1-2所示的两轮组式轮椅iBOT。它有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。iBOT几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。目前新型爬楼梯轮椅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.目前的iBOT3000型不仅能爬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，iBOT可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。iBOT不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iBOT外，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iBOT3000发展到了iBOT400O，功能也越来越强大，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。图1-3步行式爬楼梯轮椅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iBOT的爬楼方式，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。轮组式爬楼梯轮椅的活动范围广，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，轮组式爬楼梯轮椅体积较大，很难在普通住宅楼梯上使用。3、步行式早期的爬楼梯轮椅一般都采用步行式如题1-3所示，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。步行式爬楼梯轮椅爬楼时运动平稳，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。1.2 设计依据和意义1.2.1 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，使他们的生活带来便捷使其感受到生活的乐趣。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，爬楼梯轮椅提供给用户人性化、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，因此爬楼梯轮椅的消费市场前景广阔。通过对收集到的资料整理和分析，市场上的爬楼梯轮椅存在以下的不足之处：1 轮椅结构外露，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。而本课题的研究就是从解决这些问题入手来进行设计，目的是为了让爬楼梯轮椅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，使产品的形式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。1.2.2 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给予他们的关爱，所以提出了“爬楼梯轮椅”的方案。利用简便的操控系统对爬楼梯轮椅的控制来完成老年人及残疾人群的上下楼梯的需求，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来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”。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。24第二章 设计调查与分析第二章 设计调查与分析2.1 市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2010年末，全国各类残疾人总数为8296万人，占全国总人口的6.34%，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75.5%。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1.8倍和1.2倍。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。调查表明，残疾人家庭收入低，贫困问题仍然比较突出。截至2010年，中国有残疾人的家庭户共7050万户，占全国家庭户总户数的17.80%。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，市场上存在的爬楼梯轮椅并不多见，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。国内爬楼梯轮椅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第二章 设计调查与分析(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。2.调查问卷及结果分析(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) 您听说过爬楼梯轮椅吗？（ ）A听说过 B没听说过 听说过爬楼梯轮椅的和没有听说过的百分比相当，说明爬楼梯轮椅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。(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爬楼梯轮椅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爬楼梯轮椅的其他功能。(7) 您对爬楼梯轮椅了解多少？ （ ）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爬楼梯轮椅不了解，这对于产品的推广是一个不利的因素。(8) 您希望爬楼梯轮椅的价位是多少？ （ ）A 3000以内 B 3000-5000 C 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，基于爬楼梯轮椅的适用人群定位为中低档市场，所以被调查对象期望值在3000-5000的区间居大多数。(9) 您对于爬楼梯轮椅的材料有什么要求？ （ ）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) 您喜欢什么样式的爬楼梯轮椅？ （ ）A 履带式的 B 轮式的 C 步行式的 D 其他爬楼梯轮椅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爬楼梯轮椅。3.行动不便的老年人和残疾人生存状况调查图 2-1 马斯洛需求理论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2-1图所示。(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。2.2 调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，国内一台爬楼梯轮椅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2.3 爬楼梯轮椅设计原则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，使他们在使用爬楼梯轮椅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。为该特殊的群体营造一个安全、舒适、人性化的生活环境。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，展开设思路，充分运用人机工程学的知识进行设计。第三章 草图构思与方案确定第三章 草图构思与方案确定3.1 设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。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：爬楼梯轮椅的转向控制，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。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。 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。3.2 草图分析比较表1.草图方案：3-1 方案11.造型适合人体坐躺，符合人机工程学基本要求。2.履带式的运动方式连续稳定。3.操杆控制机器的前进后退以及转向。3-2 方案21. 上下楼方式为履带式，智能操控。2. 造型很具有现代感3-3 方案31.此设计为两组轮式爬楼梯轮椅。2.外观造型时尚简洁。3.运动控制采用智能控制系统。3.3 设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，以下是对初选出来的方案进行详细说明。方案一：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。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。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。如图3-4，图3-5。 图 3-4 方案一效果图 图3-5 方案一效果图技术材料：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，安全实用。方案二：亮点 1：造型有酣畅淋漓之感，线条流畅，动感强烈，如图3-6。3-6 方案二效果图亮点 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3-6。亮点 3：色彩搭配协调，充分体现爬楼梯轮椅的材料质感。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。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。方案三特点1：造型时尚，略显科幻，适合青年伤残人士的使用，如图3-7。3-7 方案三效果图特点 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。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，避免误操作。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。3.4 设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3-8。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 3-8 人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，对垫子要特别注意，通常用蛋篓型，这种垫由于在坐时，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，常在垫子的相应处上挖去一块，让坐骨结节架空，挖时前方应在坐骨结节前2.5cm处，侧方应在该结节外侧2.5cm处，深度在7.5cm左右，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22.525cm，有些臂托可调节高度。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1520个台阶，可爬楼梯的最大坡度为35，台阶最大高度不超过27cm，保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。(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。 爬楼梯轮椅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。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。经过对上述三个优选方案的筛选和分析，决定将第二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。其次在色彩选用和搭配上，三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，但方案二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，这是另外两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，但第二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。最后是技术原理，三个方案都选择使用目前较新的材料以及加工工艺，其中方案二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，方案二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。第四章 定稿方案优化第四章 定稿方案优化4.1 功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：爬楼梯轮椅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。4.2 色彩定案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。 4-1 色彩方案一 4-2 色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4-1。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4-2。 4-3 色彩方案三 4-4 色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4-3。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4-4。第五章 电脑制作效果图及后续设计第五章 电脑制作效果图及后续设计5.1 尺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。图 5-1 外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5-1。5.2 计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。图 5-2 方案二建模用三维模型做完后，设计者使用obj 格式将模型导入到keyshot渲染软件中经行渲染，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keyshot渲染器中，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，我使用Photoshop平面软件制作了有关方案的效果图，调节产品效果图的整个色彩关系，以达到最佳的表现效果。第六章 结论第六章 结论6.1 心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，甚至出现了不应该有的错误，但是都是通过自己认真设计下来的，增加了对每一个问题的深刻体会。随着毕业设计接近尾声，大学学习和生活也即将结束，收获颇多，感受颇多，也希望自己在将来的设计道路上走的更好，不枉大学的学习和老师的教导。6.2设计中的缺点及遇到的问题和解决方案通过此次设计，发现自己在设计过程中存在许多缺点与不足。例如：灵感思维欠缺，产品创新思维未能很好的表达，对于细节的把握不够准确，个别方案的结构并不是十分合理，自己所设计出的产品相比于现有产品并没有太大突破；对产品的生产工艺、加工方式、结构细节等方面的了解不够，缺乏足够的技术支持；在手绘效果图的表现方面还不是很成熟，一些效果图的细节没有表达清楚；对专业软件的一些功能了解还不完善。爬楼梯轮椅的最优方案应该在以下方面还需要仔细推敲和细化：对产品设计的结构进一步细化，使产品的结构更加合理，深入了解生产过程中的各个工艺，以选择最佳的生产工艺生产爬楼梯轮椅，了解各种材料的应用。对于机器内部各个构件的连接的合理性要进行更加仔细和深入的研究。完全摆脱现有的产品外观造型，对造型元素的再深入设计。对各个功能的实现方式透彻了解，将来在工作当中能够顺利的完成设计任务。参考文献参考文献1 荆雷. 设计概论. 石家庄：河北美术出版社，2002. 142 国家统计局人口和社会科技统计局 编. 中国人口统计年鉴. 北京：中国统计出版社，2000 3 杨先艺.设计概论M.北京：清华大学出版社，2010.14 简召全.工业设计方法学M.武汉：北京理工大学出版社,20035 柳冠中. 工业设计概论. 哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，19976 丁玉兰.人机工程学M. 北京：北京理工大学出版社,2007.1 7 程能林. 工业设计手册M. 北京：化学工业出版社，2008.18 张昆 宁芳. 产品形态设计M. 北京：机械工业出版社，2010.79 赵红 李静. 工业设计的思维与产品设计实践M. 北京：清华大学出版社，2010.710 徐恒醇. 设计美学M. 北京：清华大学出版社，2006:14111 于慧.创意配色实战技巧M. 北京：中国青年出版社.2007.912 林艳华. 机械制造技术基础M. 北京：化学工业出版社.2006.913 王政.Pro/ENGINEER 4.O完全学习手册M. 北京：北京科海电子出版社，2008致谢致 谢毕业设计是对大学的学习成果的展示，通过此