畢業(yè)設計（論文）無框架立體定位神經外科手術機器人造型設計（全套圖紙）

1、1 緒論全套cad圖紙，翻譯等，聯(lián)系153893706 醫(yī)療器械工業(yè)一種為人類健康服務的工業(yè)。就是用高新技術為醫(yī)學科學提供新產品、新儀器、新設備、新工具、新材料的工業(yè)，這是一個活躍的產業(yè)，國際上有很多跨國企業(yè)把發(fā)展的方向投向現(xiàn)代醫(yī)療器械工業(yè)上。這是一個新興的高科技產業(yè)，它既依賴于基礎工業(yè)的發(fā)展，又推動了醫(yī)學的進步。醫(yī)療器械工業(yè)備受科技界、產業(yè)界重視，它既有巨大的經濟效益，又有顯著的社會效益。 隨著社會的發(fā)展，人們生活質量日益提高，對于各種高科技的應用也帶來了豐富的物質基礎。然而，無論社會發(fā)展到什么程度，病人這個特殊的群體是永遠會存在的。醫(yī)生和護士因他們服務于病人而被視為崇高的行業(yè)，醫(yī)療器械作為

2、醫(yī)生手中的工具，服務于醫(yī)生、作用于病人，在健康事業(yè)中的作用不言而喻，這次畢業(yè)設計我能參與醫(yī)療器械的設計，這讓我感到很榮幸，同時也暗下決心要把任務圓滿完成。 由于這是個團隊合作完成的課題，所以這次畢業(yè)設計，除了進一步學習和了解產品造型設計知識之外，我還將獲得另外一個收獲，那就是明白如何在一個團隊中擺正自己的位置，協(xié)調好技術與外型的關系，求同存異，并最終和團隊其他成員取得一致。2 課題介紹21 選題背景本課題為跨專業(yè)聯(lián)合設計，由機械設計專業(yè)的兩位同學、工業(yè)工程專業(yè)的兩位同學、機電一體化專業(yè)的一位同學和我共同參與，課題提供者是南京國康機器人公司，名為“無框架立體定位神經外科手術機器人”。該醫(yī)療器械屬

3、三類醫(yī)療器械，在設計技術、工藝上都有非常高的要求，它將被用來做開顱手術。時尚產品諸如手機、筆記本電腦等，生產商往往會通過外型設計吸引消費者來達到提高銷量的目的，這個銷售策略早已被認同，而這一點在某些高技術、用途又比較單一的產品上常常被忽略，這是使用人群少、選擇范圍窄等原因所導致的。而像醫(yī)療器械這類常常是定點、定購的產品，生產商們更容易只重視其技術含量是否達標，至于外型，這類產品有太多的同類或是早期的產品可以借鑒，所以并不需要太多關心。當人們第一眼注視一件東西時他看到的是它的外觀，人的判斷將從外型開始。由此可見外形對一件產品來說多么重要。相對于時尚產品來說，醫(yī)療器械的外觀將更注重人機方面的考慮，

4、力圖使人機工學與形式美相結合，達到“看起來漂亮、用起來舒服”的效果。22 醫(yī)療導航機器人總體介紹本次設計所做的醫(yī)療導航機器人的效果圖如下（圖2.1）圖2.1 整體效果圖本產品主要用于立體定向導航（腦）神經外科手術。在腦部穿刺手術中，應先對標記點注冊，即手動移動各關節(jié)使探針接觸標記點，并鎖定各關節(jié)，編碼器記錄各關節(jié)角位移并傳給控制程序。手術時，控制程序會控制制動器在各關節(jié)移動到特定角度時鎖死各關節(jié)，完成導航，輔助醫(yī)生進行穿刺手術。在外形尺寸與工作區(qū)間上，采用參數(shù)化設計方式，由用戶個性化需求確定外形尺寸及工作區(qū)間。23 資料的收集和分析231 國內外醫(yī)用機器人的發(fā)展及其現(xiàn)狀隨著機器人技術的不斷發(fā)展

5、，機器人的應用范圍越來越廣泛，已經不再局限于傳統(tǒng)的制造業(yè)。近年來，隨著醫(yī)學的需要和計算機輔助外科手術技術的興起，醫(yī)用外科機器人技術已經成為機器人應用研究的熱點。醫(yī)用外科機器人不僅定位準確，狀態(tài)穩(wěn)定，而且可以實現(xiàn)手術微創(chuàng)，提高手術安全性，縮短醫(yī)療時間，降低醫(yī)療成本，能大大地提高手術的質量。許多國家紛紛設立專項計劃研究醫(yī)療外科機器人技術，并將成果產業(yè)化。自上個世紀80年代以來，醫(yī)療外科輔助機器人技術取得了許多研究成果，很多已經商品化。1987年,kall等人研制了基于ct/mri/dsa上的計算機輔助外科手術cas系統(tǒng)；1989年日本的imatron公司生產了商品化的腦外科機器人neuro-mat

6、e；1992年意大利的truppem研究了基于puma262的矯形外科手術系統(tǒng)；1995年,c.w.burckhadt等人開發(fā)了一套基于ct圖像的機器人控制的立體定位神經外科手術系統(tǒng)；1997年德國的bohnerp研究了用于內窺手術的7自由度機器人；1997年意大利的carrozzamc研究了腹外科的微機器人系統(tǒng)；2001年7月法國醫(yī)生雅克馬雷斯科領導的醫(yī)療小組在美國紐約為遠在法國斯特拉斯堡的病人進行了膽囊摘除手術，手術圓滿成功6。在國內，目前相關部門已經開始關注這類醫(yī)療電子設備的研究與開發(fā),但總的來看,國內醫(yī)用機器人系統(tǒng)的研究剛剛起步。由北京航空航天大學和海軍總醫(yī)院聯(lián)合研制的機器人輔助立體定

7、向神經外科手術系統(tǒng)已應用于輔助立體定向、放射性同位素置入等手術。232 無框架立體定向導航手術過程腦組織是人體內有別于其它生理組織結構的特殊器官，一旦損傷目前科技手段尚不能使其再生，因此腦神經外科手術是外科領域乃至整個醫(yī)學領域中難度最大、要求最高的手術。目前的腦外科手術系統(tǒng)可分為框架式結構的立體定向和無框架式的立體定向兩種方式。傳統(tǒng)腦外科立體定向手術是依靠立體定向儀來定位的，而立體定向儀必須通過框架用螺釘固定在病人的腦顱骨上，這給病人造成了較大創(chuàng)傷和心理恐懼。另外，傳統(tǒng)的立體定向手術一般都只能根據(jù)病人的二維醫(yī)用圖像來確定病灶靶點及穿刺路徑，這樣便造成手術質量在很大程度上取決于醫(yī)生經驗的現(xiàn)象。而

8、無框架立體定向導航機器人手術系統(tǒng)可以有效地避免傳統(tǒng)腦外科立體定向手術的缺陷，故而越來越受到重視。無框架立體定向導航腦外科手術過程如圖2.2所示。手術時首先在患者頭部特定部位貼上能被ct和mri識別的標志點，然后圖2.2 無框架立體定向導航腦外科手術過程利用ct和mri進行影像掃描。將掃描結果輸入計算機，進行頭模的三維重建。在圖像空間進行標記點和病灶點(手術的對象，如腫瘤、血塊、異物等稱為病灶點)的坐標測量，進行路徑規(guī)劃并顯示在重建的三維模型上。手術時病人的頭部與手術床相對固定，用機器人的手臂在機器人操作空間對標記點進行注冊。利用標記點在機器人操作空間和圖像空間的測量結果，計算機軟件通過計算可得

9、到機器熱操作空間到圖像空間的映射變換。根據(jù)這個影射關系和規(guī)劃的路徑，可以得到手術時機器人的位姿，以及運動到該位姿各個關節(jié)的運動參數(shù)。然后進行計算機仿真機器人手術，直到確定最佳方案。最后按最佳方案控制機器人移動到手術探針的軸向與規(guī)劃路徑重合，鎖定各機械臂，從而輔助醫(yī)生進行手術操作。該系統(tǒng)將計算機技術與機器人技術相結合，實現(xiàn)了無框架定位，同時利用了三維重構技術。3 設計構思對于醫(yī)療器械的外觀設計，首先在整體上要給人科技感、信任感。而對于開顱手術器械來說，這一點尤為重要了。這倒不一定體現(xiàn)在其結構如何煩瑣、或是器械規(guī)模如何浩大。它的整體外型應該是簡潔的，從而醫(yī)生在使用時不至于被干擾視線；它的結構應該能

10、體現(xiàn)它的精密性，它是穩(wěn)重的、可信賴的，它的人機界面應該是最人性化的，因為它的使用者手術醫(yī)生的工作將是長時間而不容許半點差錯的。基于以上的設計出發(fā)點，本次設計應用了產品符號語義學說、人機工學理論和基本數(shù)據(jù)以及某些美感形式法則。對于醫(yī)療器械產品而言，其加工的可能性、難度以及該產品所特有的便于消毒問題，將成為本次設計重點需要解決的問題。通過前述原則、理論與方法的應用，確實找到了這些問題的解決方案。4 從不對稱結構中尋找平衡整體設計過程我們的設計從一開始的想法就是從“解放手術醫(yī)生勞動力”的人性化考慮開始的。經過精確計算設計的手術導航機器人，可以在計算機引導下自主對手術部位進行精確定位，這不僅僅極大地減

11、少了手術醫(yī)生的工作量，也大大提高了手術精確度。器械采用的主要機構是一個平行四邊形結構，這個結構的一個好處，就是當其前面的關節(jié)被后面的平衡系統(tǒng)所平衡的時候，它的中間兩個關節(jié)就很容易被移動（因為重力在這些運動方向上沒有分量），這也是為器械的使用者所做的考慮，因為如果用其他的關節(jié)結構，雖然結構會變的相對簡單，但它的旋轉關節(jié)會由于相對較大的摩擦力和慣性力而變得笨重，從而使手術醫(yī)生的勞動強度變大。當然從外型設計的角度講，平行四邊形結構很容易在視覺上使人覺得呆板，而單臂式結構則顯得精致，這點從下面兩個圖中可以很容易得到比較：圖4.1展示的是一個三維掃描儀的主體部分，其由高強度的碳素纖維和鋁合金制成的手臂可

12、以在很大的范圍內靈活地運轉。碳素纖維是新開發(fā)的高強度超輕材料，通常被用在航空飛機之類有特殊要求的產品上。對碳素纖維的運用使整個掃描儀的重量不到5公斤，從而使使用者操作起來輕巧方便，這當然是一個很好的設計，但是由于碳素纖維本身昂貴的價格帶來的高成本，這個儀器的售價達到圖4.1 碳素纖維三維掃描儀 圖4.2機器人平行四邊形結構了40萬人民幣。而這個平行四邊形結構（如圖4.2）可以采用普通金屬材料制作而成，它的成本相對而言便宜許多，開發(fā)產品的最終目的是贏得市場，而價格是取得市場的非常重要的因素；另外，由于金屬材料的大比重，使得結構穩(wěn)定性成為設計必須考慮的問題，所以我們采用了這個平行四邊形結構作為這個

13、導航機器人的主體手臂部分。這個主體部分的前傾及其只有一點與支架部分相連造成了這個主體結構的不平衡以及瑣碎感，本次設計希望通過改變機構的其他部分和桿件本身的形態(tài)來緩解這些種視覺上的不平衡感。4.1 調和法則的運用底座設計所謂調和法則就是使整體各部分統(tǒng)一和諧，其特點是在差異中趨向于“同一”和“一致”，使人感到融合、協(xié)調，其運用到造型設計中就是在整體設計中就各部位做相對應的結構處理，以達到統(tǒng)一的美感2。就這次設計所做的導航機器人來說，整個機構的重量達到了45公斤，且前后跨距相當大，底座的任務是負擔整個機構，所以它必須結實且能平衡機構。原設計方案的底座設計略顯單?。ㄒ妶D4.3），且結構太過于對稱。以下

14、是我的改進方案（見圖4.4）。圖4.5是底座的內部結構。由于器械是向前探出的形式，整個底座前小后大、前薄后厚，如此不僅可以在力學上、更可以在視覺上很好地平衡它需要支撐的機構，使器械更富有整體性。圖4.3 原先的底座方案 圖4.4底座方案圖4.5底座的內部結構底座內有讓底下輪子止住不動的剎車裝置，底座上的牽拉把手就是控制剎車裝置的。整個底座的外輪廓是跟著內部結構來的，前后的弧線使底座看起來飽滿結實，加厚底座是為了加重底座的重量使之更加穩(wěn)固。4.2 構成元素的語義及其視覺效應的體現(xiàn)機器人結構設計在視覺交流中，人們是通過表情和眼神的視覺語義象征來理解對方。而當人們在操作使用機器產品時，是通過產品部件

15、的形狀、顏色、質感來理解機器。在產品設計中，每一個手柄、旋鈕、把手都會“說話”，它通過結構、形狀、顏色、材料、位置來象征自己的含義，“講述”自己的操作目的和準確操作方法。產品的各組成元素就像產品的“細胞”，它們既有各自的作用，又統(tǒng)一起來一起構成產品給人的總體印象。對于像導航機器人這樣的機構來說，它的構成元素包括桿件的形態(tài)、它們連接的狀態(tài)等等，處理好這些構成元素便等于處理好了機構的大致造型效果。4.2.1 產品符號學的概念產品符號學把產品的象征功能與傳統(tǒng)的幾何、勞動學、技術美學等結合在一起，采用比喻和語義方法，提出了新的設計思想。它關心的是設計對象的含義,對象的符號象征，以及在不同心理、社會、和

16、文化環(huán)境中的使用情況。它針對“以機器功能為本”，提出“以人為本”的設計思想以適應微電子時代的產品設計。它提出了幾種產品語義設計觀點，使產品適應人的視覺理解和操作3。例如視覺經驗認為圓的東西可以轉動，紅色某些特定場合往往表示危險。你會通過門的形狀、位置、和結構來確認那是一扇門，沒有人會把一面墻當成一扇門是因為人們早已經把門的形狀、結構、位置以及它的含義同人們的行動目的和行動方法結合起來，這樣形成的整體叫行動象征。同樣，水壺、自行車、菜刀等等都具有行動象征。設計者應當把這些東西的象征含義用在機器、工具、產品設計中，使用戶一看就明白它的功能、它的操作方式，不需要花費大量精力重新學習陌生的操作方法。把

17、產品符號學的思想用于電子產品設計，就是要從人的視覺交流的象征含義出發(fā)，它通過結構、形狀、顏色、材料、位置來象征自己的含義，“講述”自己的操作目的和準確操作方法。換句話，通過設計，使產品的目的和操作方法應當不言自明，不需要附加說明書解釋它的功能和操作方法。怎么才能在人機界面設計中實現(xiàn)這一目標呢？產品語義學認為：這些幾何形狀的象征含義是人們從小在大量的生活經驗中學習積累起來的，這是每個人的幾何形狀知識財富，設計師應當采用人們已經熟悉的形狀、顏色、材料、位置的組合來表示操作，并使它的操作過程符合人的行動特點。 4.2.2 平行四邊形結構設計如前所述，平行四邊形結構很容易給人呆板、笨重的感覺，因為它的

18、四條邊是倆倆對應的，為了避免平行四邊形結構帶來的視覺上的這種僵硬感，作者曾嘗試過幾種方式，表1歸納了這幾種方式和它們最終沒有被采納的原因。表1 幾種想法與其沒有被采納的原因方式所采取手段所達到效果缺 點草 圖方式1用護套把四根桿子套起來，上下兩根桿則分別從護套的兩側伸出來。運動從外面看就簡化成護套的轉動和上下桿的移動了，護套能使機構的整體感強很多，它對機構的一般運動也不會有干涉。一旦運動到幾個極限位置時桿件與護套之間就會產生明顯的干涉。方式2改變桿件的形態(tài)，比如做成弧度狀。使平行四邊形結構的形式變活潑起來。材料屈服極限降低，強度減小，容易造成不必要的麻煩。帶來的加工的麻煩將大于修改的必要。方式

19、3在表面加肌理效果。達到各種豐富的視覺形象。造成消毒不便。在經過反復的斟酌之后，最后的設計方案利用了產品符號學的原理。首先是桿件，四根桿的粗細因各自的承載不同而互不一樣,負主要承載的大臂最粗，起平衡作用的平衡錘短而重且沒有電路通過，圓弧形是最適合它的了。另兩根桿較之而言要纖細些，其中與主桿對應的拉桿因為承載小，同時也是對比突出的需要做成最細，而上臂則因通過電路較多而相對較粗，這兩根桿做成圓形截面也是為了起對比的作用。由此，幾根桿件的運動及各自的承載便一目了然連接部分都用黑色的圓形護蓋，圓形的幾何狀態(tài)暗示了關節(jié)轉動這個運動方式，這是圓形護蓋這個元素所傳遞的語義。圓形和長方形是大自然中最常見且最容

20、易被人們接受的形態(tài)1，在醫(yī)療器械中應用這些形態(tài)能給使用者醫(yī)生以親切感，從而減弱醫(yī)療器械帶給人的疏離感，在手術中有助于保持醫(yī)生心態(tài)的平穩(wěn)，這也是一個從人性化設計出發(fā)的考慮。4.2.3 回旋支架設計對于旋轉支架，我是這樣考慮的：它的任務是負擔桿件，所以相對于輕巧的桿件它應該厚實些；它又是會旋轉的，但是旋轉緩慢且角度不大，所以它應該有些弧度來表示它的轉動動作；作為整體機構的一部分，它的形狀必須能做到上下呼應。在參考了一些國外的同類產品的設計后，我發(fā)現(xiàn)在它們都有一個共同的特點，就是為了在造型設計上盡量避免產品給人產生的笨重、粗糙、冰冷的感覺，而使用一些平行的線條，從而使產品造型活躍又不失整體。而平行四

21、邊形結構、桿件大形都是互相平行的狀態(tài)，所以支架的大形應基本延續(xù)這種狀態(tài)，考慮到它同時應該是原弧形來體現(xiàn)它的轉動，于是我把基本形態(tài)確定在如“匚”上。用大的導角來連接直角，同時也體現(xiàn)弧度的意味。下圖是兩個方案的比較，圖4.7是原方案的剖面圖，圖4.8是我的方案的立體圖。兩個方案雖然相象，但還是有些細微的差別，由圖上可以看出，圖4.8更立挺一些，上面部分壓低了更與地面平行一些，這是考慮與上臂的呼應。圖4.7原方案的剖面圖 圖4.8方案的立體圖 兩個方案的差距都體現(xiàn)在細節(jié)上，這是因為所謂改良設計其實基本上都會在細節(jié)上體現(xiàn)，以小見大，一點人性化的設計帶來的細微的改動可以給人以最溫暖的感受2，這一點已經多

22、次在各種產品設計中體現(xiàn)了。4.2.4 對比法則的應用所謂產品造型元素的對比法則，就是通過組成元素間的形態(tài)對比、材質對比、色彩對比等，從而帶來整體上的視覺變化，使人產生豐富的心理感受，元素的對比法則有主從律、適合律等幾個定律可以遵從。各元素的對比性和統(tǒng)一性在產品設計中有非常重要的作用，因為它傳遞著產品帶給使用者的感受。如果組成一個產品的各元素對比和諧，則它可以傳遞親切、友好的信息，使使用者心境平和，而這一點，對于醫(yī)療器械尤為重要。在這次改良性的設計中的各方面都應用到了這個原理 ，在桿件設計中用黑白對比、圓形和長方形的對比、白色和黑色的統(tǒng)一來體現(xiàn)元素的對比和統(tǒng)一；底座、旋轉支架和桿件均相互呼應以取

23、得平衡的視覺感受。5 人機工程學的設計應用細節(jié)設計在前面的內容中我提到過，醫(yī)療器械不是一件時尚產品，人們不會象挑選手機、mp3那樣根據(jù)自己對色彩和樣式的喜好來選擇它，而是更注重它的實用性。但它同時也是一件商品，世界著名設計家雷蒙洛維提出：“丑的設計是賣不出去的（ugly does not sell）”，“向設計投資的時代已到來，僅靠產品性能和質量是很難在競爭中取勝”7。這就要求我們在追求產品實用性的同時還要顧及其形式的美。其實這兩者并不矛盾，前者反映在理論上就是人機工學，而后者便是設計藝術學了。藝術設計與人機工學的共同之處在于，兩者都以人為核心，以人類社會的健康發(fā)展為終極目的4。本產品的細節(jié)設

24、計（細節(jié)設計包括手柄、把手等雖小但被用到的機會較多的部分），始終都遵循著人機工程學的基本原理。在某種程度上人機工學原理是對藝術設計的限制，它使藝術設計形式受到設計者自我意識的影響更少，而設計者在設計過程中，更加關注使用者，從而使設計真正能為廣大消費者服務。5.1 控制柜及手術臺的設計導航機器人在工作中，控制它的方式有手柄控制和計算機控制。當需要手動移動各關節(jié)及鎖定各關節(jié)時，機器人由手柄控制；而在手術時，需要控制程序來控制制動器在各關節(jié)移動到特定角度時鎖死各關節(jié)，完成導航，輔助醫(yī)生進行穿刺手術，這個控制任務由計算機操作，并通過數(shù)據(jù)線把數(shù)據(jù)傳導到機器人。這兩個控制方式，手柄被直接安放在機器人上，而

25、計算機則獨立放置，并連同鍵盤、顯示器等形成一個控制柜。導航機器人在實施手術時，患者的姿勢是仰臥式，這一點與一般腦科手術無異。醫(yī)生在操作電腦時是坐姿狀態(tài)，設計這兩件東西是以人機工學原理為出發(fā)點的。首先是尺寸，由于醫(yī)生是坐著使用操作鼠標和鍵盤的，一般在坐姿作業(yè)時，工作臺的高度在700mm900mm之間為最佳，而臺下空間高度為600mm650mm之間，考慮到控制柜的高度與手術機器人的高度（一般狀態(tài)1300mm）的協(xié)調關系，我把控制柜的高度定在780mm。臺下空間為600mm，這也符合人機工學中600mm650mm的標準的。（見圖5.1）圖5.1控制柜左視圖控制柜的正面做成向內凹的弧度是出于方便坐姿者

26、放腿的考慮，鍵盤做成微向下傾斜的角度也是為方便使用者更舒適的操作，而鼠標放置的平臺隱藏在柜子側面，要使用時可以抽出來，此舉是為了節(jié)省空間。液晶顯示器的角度和高低都可以任意轉換和固定，這樣方便了手術醫(yī)生在手術中不管是坐姿還是站姿都能看到由探針掃描的病灶部分的情況。手術臺的設計參照了市場上已有產品的一般造型，在這里就不多說了，就是在色彩上考慮了和導航機器人及控制柜的協(xié)調問題。5.2 手柄設計在導航機器人機構中，共有回轉支架回轉、大臂擺動、小臂擺動、手腕回轉、手腕擺動五個自由度，這些自由度的控制都必須由手柄控制完成。其中在平行四邊形結構中只需定義一個自由度便可確定其他三個轉軸的運動，這便是平行四邊形

27、結構的好處了。在上述五個自由度中，前四個由于主要通過推動上臂來完成，所以歸結到上臂上的手柄控制，而手腕擺動由于動幅較小，屬于微調范圍，單獨由一個手柄控制。手柄按鈕控制方式為：當手柄上的按鈕被按下時，它所控制的自由度便可運動，一旦手指抬起，這個自由度便被鎖死。由于上臂上的手柄的控制電路由上臂內部通過，它的形態(tài)便是“包裹”在上臂上。在原來的設計方案中，上臂上的手柄的按鈕被設計放在手柄上部。而在我的設計中，我把按鈕改成了放在側面。如圖5.2所示。圖5.2 手柄草圖示意由于導航機器人的自由度控制是被動式的，也就是說，自由度需要人來推動它才會運動，所以在使用手柄時，人需要握緊手柄來獲得所需的摩擦。當按鈕

28、安放在手指關節(jié)的受力點手柄上側時，便很容易產生誤按?？紤]到手柄所處的一般高度（如圖5.3所示），把按鈕放在側面。當人手握上去后，指腹和指尖的圖5.3 手柄操作方式示意圖部位正好按在按鈕上，手柄的曲線與人手曲線相吻合，由此方便用力。另外，一個按鈕分別由一個手指控制并對應一個自由度，也非常容易記憶。手柄設計效果如下圖5.4。在材料方面，為方便消毒，手柄的材料仍然是工程塑料，為了易于辨認，我把它做成與桿件不同的顏色。關于顏色的設計我將在后面論述。圖5.4控制手柄手腕擺動由一個微調手柄控制。手柄設計如圖5.4：下部呈圓柱形方便抓握，按鈕安放在上部突起的梯形臺上方便按動，這樣的設計也使整個造型看上去簡潔

29、明了。5.3 手腕彎柱設計圖5.5手腕彎柱設計這個設計并不是作者的想法，在這里提是因為它也是整個設計的一部分，也更因為這是個很人性化的考慮。在腕轉和腕擺的連接問題中，沒有直接連接而是用彎柱連接（如圖5.5），這是為了手術時醫(yī)生視野無遮攔。在手術操作中以手術者的角度往手術部位看，會發(fā)現(xiàn)視線正好被腕擺檔住。當腕轉和腕擺以如上的彎柱形式連接時，手術時醫(yī)生視野便不會被遮攔，而且彎柱也不會與手術器械安裝平臺上的手術器械干涉。我覺得這個想法很細致也很人性化。5.4 其他細節(jié)設計在產品設計過程中，細節(jié)處理是非常重要、也是非常多的?？梢哉f產品設計就是對一系列細節(jié)的處理，譬如以下幾處，就是稱不上細節(jié)的細節(jié)。圖5

30、.6拉桿與平衡錘連接設計這個設計就是完全出于美學方面的考慮了（如圖5.6）。平衡錘的任務是平衡前面手腕處的重量，所以它必須有相對大的體積來承放重物，圓弧形是最適合它的形狀，與之連接的拉桿則是長的圓桿，為了使兩者的連接不顯得太突兀，我用相承接的兩個圓來連接它們，連接兩個圓的弧線與平衡錘外弧線相呼應形成視覺上的協(xié)調。我用圓形來處理的連接不止這個，基本上所有桿件的連接都是用的圓形，上面已經論述過，圓形是最容易被人們接受的形狀，所以有較強的親和力，從而緩解醫(yī)療器械這樣一個另人畏懼的器械所產生的疏離感。如圖5.7 在上臂向支架傾斜是為了因為腕轉和腕擺較重，如此設計就能將其和平衡錘放到一條直線上，從而達到

31、更好的平衡效果。 圖5.7上臂細節(jié)設計 圖5.8支架平衡塊設計圖5.8顯示的平衡塊既能放置大齒輪又能同時起到平衡重量的作用。它所用的黑色使之不顯得突兀反而在視覺上有平衡支架另一面的機構的作用。6 顏色與材料設計6.1 顏色設計由于醫(yī)療器械是特殊的產品，所以它的顏色會有特別的要求，在這里我要闡述一下余像的概念。見下圖6.1注視左圖中的黑點約30秒鐘，然后看右邊的黑點，可以看見各種色彩的余像。你將發(fā)現(xiàn)，紅色塊的余像是藍綠色。圖6.1余像的詮釋余像的概念：刺激消失后看到的、多少與刺激場相似、并隨眼睛移動的視覺影象。余像會消失，然后又重新出現(xiàn)。在長時間的凝視后，余像出現(xiàn)的時間有時會很長，有時眼睛接觸的

32、光線會被余像完全籠罩住，在這種情況下，余像對準確的感覺會產生干擾作用在手術室中，外科醫(yī)生長期凝視便是患者傷口處，當他望向別處時，便產生藍綠色余像。這時的余像雖然沒有強烈到干擾他的正常視覺，卻會使他感覺心理緊張，加速疲勞。已知道的對余像能產生影響的主要因素有原刺激之后出現(xiàn)的刺激性質、影像在視網膜上的形成部位、眼睛的適應狀態(tài)等。事實證明，當刺激之后再感受與原刺激相對的刺激，也就是當眼睛看到與余像相近的色彩時，可以起到減弱余像的作用1。手術室墻面刷成淺綠色，手術室工作服為藍綠色，是應用了這個道理。當我試圖直接在導航機器人上應用這些顏色時卻發(fā)現(xiàn)有些不倫不類。這是一個結構感很強的器械，當它被鍍上傳統(tǒng)的藍

33、綠色后，色彩與機構極不協(xié)調，就像一個機器人穿上了花衣裳（如圖6.2，以藍色為底色是最終確定的方案，其余是各種色彩方案）。也就是只有黑白兩色時，它才擁有了它所應該具有的科技感、信任感。 圖6.2色彩方案整個機構被分解開來的零件其實很多，全部用一種顏色會顯得很單調，但用黑白兩色搭配使用時，也就是相同性質的部件被用上一種顏色時，機構就具有一種和諧、統(tǒng)一的效果。底座用了黑色使之顯得塌實沉穩(wěn)，回轉支架和桿件都用了白色，連接處的圓形護蓋則都是黑色，這些在上文都已論述過。所有的部件的顏色應用在效果圖上都一目了然，這里就不一一詳述了。6.2材料設計為了便于消毒，器械外表面應該是光滑的，而桿件及各組成零件又形狀

34、復雜。綜上所述，表面包裹材料是工程塑料最為合適，復雜的造型可以通過模具壓模獲得。顏色可以通過噴漆上色。7 模型制作導航機器人是個會動的機構，所以必須把那幾個自由度做出來。模型要做的精細，粗粗糙糙的還不如不做。因為擔心費事費力做機構出來不會動或是會互相干涉，作者就決定先做個草模來分析一下結構。圖7.1草模照片歷時七天左右，草模出爐（見圖18），材料全是木頭，主要工作包括用鋸子粗加工和用砂紙和銼子細加工，轉動機構全部用螺釘連接。經過草模的制作，心中對正式模型的制作基本了然。在軟件中分析了整個機構后發(fā)現(xiàn)光是外型的零件就有五六十個之多，一個一個用手工加工難免粗糙，最后便決定用雕刻機一個一個雕出來然后打

35、磨，最后噴上漆后組裝起來。模型的比例確定為1：4。由于對雕刻材料代木的了解不夠，所以做的過程中也碰到不少郁悶的事情，比如當比例僅為1：4，有些零件就非常的細小，打磨困難就不說了，零件太小難以承受重量的問題就比較麻煩，后來采取在零件中打孔的辦法來減輕重量。再比如由于零件多來不及細細雕，為求速度只能用大的銑刀粗雕，出來的效果就沒有當初想象的好了。為省料，往往一塊材料要利用幾次，從雕了一層的代木上往下鋸小小的零件也并非易事。不斷碰到問題，不斷想辦法解決問題，這也許能概括做模型的整個過程吧。不過令人還算感到欣慰的是：模型最后的效果總算差強人意。（見圖7.2 ）圖7.2模型照片6 設計感想及總結這次設計的開始并不是一帆風順，由于內部結構都已經定好，所以我的很多想法都沒有用的上，而整個機構的結構性很強，在外型創(chuàng)新上很難有大的突破。這些都曾經讓我感到很迷茫，不知道從何入手來做。最后我把整個機構拆成各個部分，譬如手臂部分分成了平行四邊形結構、手柄，而平行四邊形結構則又分成四個桿件和各連續(xù)部分。在每個部分上推敲，從產品語義等