人机工程学论文精选(九篇)

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第1篇：人机工程学论文范文

第一，项目任务前期调研。相关教师根据用人单位和市场需求量较大设备的基础上，灵活选择某知名企业的挖掘机作为本次项目任务对象，用人单位要求技术型人才掌握设备各部分的专业术语，了解设备的常见维护方法和内容，了解设备维护作业方面的注意事项等，教师根据上述调研结果制订项目任务工单。

第二，制订项目任务工单。任务工单制订的过程是师生共同探索完成项目任务的途径和方法的流程，项目任务工单的制订既要将理论和实际联系起来，又要难度适当，内容适宜，概括性强，注重学生职业技能的培养和提升。结合学生所学挖掘机的专业知识和掌握的公共英语情况，将挖掘机底盘、电气控制系统、液压系统、工作装置以及动力系统五大块常见故障维护作为5个母项目任务，每个母项目任务下又可以分为若干子项目任务，再根据学生英语口语情况制定教学情景。项目制定完成后，教师和学生要对每个项目可能涉及的专业知识和英文进行提前准备，教师还要注意项目任务在实施过程中与其它教学手段的协调融合。

第三，准备项目任务。事先将班级学生（42人）以宿舍为单位分为7个团队，为了充分调动和激发学生的积极性和热情，每个团队从既定的5个母项目任务中任选一个自己熟悉或者感兴趣的母项目任务，团队之间如果选择的母项目任务冲突，那子项目任务就要不同，项目任务选定后，学生根据各自的项目任务去网络、图书馆、用人单位等处收集相关资料，然后将收集的资料以PPT形式规整上交。这些都由团队成员协作完成，增强了团队合作，在资料收集过程中的还提升了学生的职业能力。

第四，实施项目任务。项目任务实施过程重点在于培养学生独立分析问题和解决问题的能力，实现理论知识向实际能力转化的过程。项目任务实施时，挖掘机模块需要的专业词汇，采取图文并茂的方式，由师生共同对挖掘机各个部分进行回顾和翻译，例如动臂（boom）；动臂缸（boomcylinder）；挖斗（bucket）等等，对于性能参数部分的专业词汇，学生可以结合专业知识和公共英语知识自行连线翻译，既增加趣味又降低难度，无形之中培养了自主学习能力。接下来学生根据自己在课前准备的情况，由团队选派代表上台进行项目任务完成结果的展示和讲解，这时要求学生尽量用英语讲述，刚开始学生觉得困难吃力，经过多次鼓励和练习后，基本上能用简单句子进行故障维护的描述。这个过程既锻炼了口语表达能力又增强了自信心。

第五，评估项目任务完成情况。每个团队展示和讲解完毕之后，结合评价标准，由师生共同评价各团队完成的质量，给出一个展示分值，教师再根据学生项目任务完成后上交的PPT课件和其他材料，对每个团队的优缺点进行点评，对各团队的表现进行总结，最后教师综合各项指标评出最佳团队，给予相应的物质或者平时成绩加分奖励，学生的期末成绩由原来的笔试，改为平时任务工单成绩加笔试成绩。通过这种方式很多团队的凝聚力和协作能力越来越强。

2结语

第2篇：人机工程学论文范文

关键词：教学；演讲；设计；辩论；实物制作

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）13-0079-02

《人机工程与造型设计》是一门介绍人机工程学的基本理论和造型设计相关知识的课程，也是一门将技术与艺术紧密结合的课程[1]。人机工程与造型设计是作为一种新的产品设计观和方法论而兴起和存在的，是探讨如何应用各种先进技术，达到产品科学与艺术的高度统一，它不同于传统的工程设计，也不同于一般的艺术设计，而具有多学科相互渗透、交融的特点

人机工程与造型设计是一门多学科综合的边缘学科。人机工程学研究的主要内容就是“人―机―环境”系统，人机工程学既研究人、机、环境每个子系统的属性，又研究人机系统的整体结构及其属性。力求达到“人”尽其力，“机”尽其用，“环境”尽其美，使整个系统安全、高效，且对人有较高的舒适度和生命保障功能，最终达到系统综合使用效能最高[2]。造型设计主要以各种产品为表现对象，在满足产品物质功能的前提下，用艺术手段创造出实用、经济、美观的产品，造型设计必须满足实用要求的物质功能和审美要求的精神功能两方面的要求[3]。人机工程与造型设计包括设计生理学和心理学基础、人体测量学、工业造型设计的美学基础、形态设计、色彩设计等丰富的内容，通过人机工程与造型设计课程的学习，可使学生了解人机工程与造型设计的基本设计原理与方法，提高设计素养。本课程的特点是基本理论知识点涉及面广、分布较散，内容相互关联较少，学生容易看懂，深入理解则有难度。如采用传统的教学方式，则不易引起学生的兴趣，不利于培养学生的自学能力、动手能力。而应采取灵活的教学方式，对教学思路、教学内容、教学方法和教学手段进行改革。已有学者在相应的教学方法改革上进行了有益尝试。作者在教学中把相关知识和理论与实际情况相结合，将老师为主变为师生并重的教学方式，把学生的创造性、主观能动性和好胜心结合到教学中，发挥学生的积极性，旨在加深学生的理解，开阔思路，培养学生的综合能力。

一、论文演讲

设计生理学与心理学基础这一章包括人的神经系统结构与功能、人对信息的处理、人的感觉和知觉特性、视觉功能与特征、听觉机能与特征、心理因素等内容，这些内容里的神经系统结构、人对信息的处理、记忆、遗忘等内容与我们的日常学习有较大关系，对指导如何正确进行学习有重大作用。在进行生理学与心理学基础教学时，布置学生撰写“根据生理学与心理学知识谈如何学习”的小论文，要求学生们根据学到的生理学和心理学知识谈如何学习得快，如何记得牢，如何提高效率，用所学知识指导日常学习。很多同学在教材知识的基础上又查阅大量资料，并结合自己的经验，认真撰写论文，分别从身体健康、记忆、复习、遗忘等不同方面对学习的作用和影响进行了论述，谈了各种不同学科的正确的学习方法。老师把其中有特色的论文挑选出来，让学生在课堂上进行交流演讲，各自介绍自己的好的学习方法和建议，每位同学演讲结束后，由下面的学生提问，演讲者解答。课堂上气氛热烈，一些平时上课总是坐在教室后排听讲的同学也大胆地演说，并能恰当地回答其他同学提出的问题，教学效果较好。课后有的同学说以前只知道认真学习、努力学习，对如何正确地学习、学习的方法与技巧等知之甚少，通过知识学习和论文演讲获益非浅。通过让学生演讲和相互提问，锻炼了学生的自我表现能力和演说口语表达能力，加深了对相关教学内容的理解。

二、设计仪表

仪表是显示装置中使用最多的一类视觉显示器，仪表的大小、颜色、刻度、指针、外形等对仪表的正常发挥作用有重要的影响，根据不同的使用人群和不同的使用环境，设计相应的仪表，在讲解仪表设计的基本原理后，必须让学生实际设计，以便把理论和实际结合起来，每个学生根据自己的体会、生活经历等设计不同风格、式样的仪表，在设计完仪表后，组织学生交流，每人介绍自己设计的思路、意义、作用和使用环境等。通过交流，同学开阔了设计思路，加深了对仪表作用原理的理解，之后再进行第二轮仪表设计，大家对仪表的设计有深刻的理解和印象。仪表是大家经常见到的一种常用的设备，看似简单，但真正开始设计，才能发现其中需要解决的各种尺寸关系、颜色配比问题，通过两轮设计学生在绘图、配色、比例关系、美学素养等方面有提高，体会出仪表设计中的奥妙。

三、正反方辩论

在工业造型设计的美学基础教学时，涉及比例与尺度、对称与均衡、稳定与轻巧、节奏与韵律、统一与变化、主从与重点、调和与对比、过渡与呼应、比拟与联想、单纯与和谐等十个既对立又统一的概念，这些概念有的每一对概念既相互关联近似，又有很大差异，短时间理解和记忆有一定难度，为此每一对概念请两个同学结合自己的经历和体会，谈其中一个概念的优点、用途等，相互辩论，如两个同学辩论调和与对比，一个同学认为设计中应多采用调和的表现方法，另一个则认为在设计中采用对比的方法能带来视觉冲击，给人留下深刻印象，经过这样的热烈辩论，大家对这些概念理解深刻、记忆牢固。在课堂上辩论让学生在相互争论中及时找出辩论对方论点中的漏洞和逻辑错误，把自己的观点有条理地展现给大家，提高了思维敏捷能力和逻辑分析判断能力。

四、实物制作

构成是形态设计中的重要内容，构成包括平面构成、立体构成和色彩构成。构成是研究物质世界形态要素及其组合规律的科学。它不以客观物象为模特进行写生，而是从造型要素入手，把客观物象分解为点、线、面、体，然后按照一定的秩序重新组合，构成一新的形态。构成与设计是有区别的。构成研究的内容是涉及各个艺术门类之间的、相互关联的形态因素，从整个设计领域中抽取出来，专门研究它的视觉效果和造型特点，从而做到科学、系统、全面地掌握形态。构成能为设计提供广泛的发展基础。构成的构思不完全依赖于设计师的灵感，而是把灵感和严密的逻辑思维结合起来，通过逻辑推理，并结合美学、工艺、材料等因素，确定最后方案。构成是包括技术、材料在内的综合训练。在构成过程中须结合技术和材料考虑造型的可能性。因此，作为设计师来讲，不仅要掌握造型规律，且要了解或掌握技术、材料等方面的知识和技能。构成的特点和技能必须通过实际的设计和制作才能深刻理解和掌握。布置学生制作实物，学生利用一切可以利用的材料，如纸张、木板、一次性筷子、易拉罐和矿泉水瓶等进行构成制作，包括平面的、立体的，所有的制作带到教室展示交流，并评选最佳作品，取得较好的效果。通过实物制作，动手能力得到锻炼，制作的作品形态各异，丰富多彩。

通过对《人机工程与造型设计》教学方式的改革，改变了老师讲、学生听的传统教学模式，采用学生演讲、设计、辩论、实物制作等教学方法，学生对教学内容的理解和掌握有较大的提高，表达能力、逻辑分析能力、思维敏捷水平、动手能力得到加强提高，培养了学生的综合能力，取得较好的教学效果。

参考文献：

[1]左春柽，杨斌宇，王晓峰，等.人机工程与造型设计[M].北京：化学工业出版社，2007：12-13.

第3篇：人机工程学论文范文

关键词：座椅 舒适度 分裂式 减震 弹簧

【分类号】：S220.2

2 设计原理及结构

2.1设计原理

驾驶员发生的大量运动都是由驾驶员不同的身体部位承担的，根据雷皮佛（P.R.Rebiffe）提出的坐垫体压分布图，即在坐骨处压力最大，像四周逐渐减少，自大腿部位时压力降至最低值，来分布选择弹簧，采用除中径不同其他都相同的压簧，使其即使承受不同的压力也能发生相等的形变，达到均匀承载，刚度相等的目的，驾驶员发生的大量运动都是由驾驶员不同的身体部位承担的，不同的坐姿、不同的转向以及转向幅度的不同都将给大腿不同的压力，为了使驾驶员在向前看与想后看，不同的转向对大腿所施加的压力相等，将底板分为三部分，即将座椅底板前后两部分，前部分为分裂设计又分为两部分，用扭簧把分裂部分与后底板连接起来，在驾驶员转向时，通过扭簧的形变，来卸去腿部对压簧施加的一部分力来缓解压力。

图1 体压分布图

2.2结构设计

驾驶座椅设计的主要参数有：座垫深度、座垫宽度、座垫高度、座垫角度、座垫与靠背的夹角、靠背宽度、靠背高度。设计原则的依据是：座垫、靠背的造形和曲线应与人体放松状态下的背部曲线和臀部曲线相吻合，能支撑到腰椎部位，不会因血液循环不良而引起肢体麻木，长时间乘坐不易感到疲劳；骨架及各机构应能满足强度（安全）要求和使用要求，通过对座椅的前后上下、靠背的倾斜角度，使大部分人处于舒适状态。尺寸的的确定是根据国家标准GB10000一88《中国成年人人体尺寸》按照人机工程学的要求提供了我国成年人人体尺寸的基础数据。人体的主要尺寸包括身高、体重、上臂长、前臂长、大腿长、小腿长等6项

椅面宽度：通常以女性臀宽尺寸的第95百分位数进行设计，以满足最宽人体的需要。椅面宽度一般可取400～500cm。椅面深度：不宜过深，应以坐姿的第5百分位数进行设计[12]，通常可取350～450cm。

座椅面倾角：由于驾驶员工作时身体需向前倾，所以倾角不宜过大，可取4°～6°

最终确定底板尺寸：总长：460mm，总宽：415，裂开部分长：180mm裂开部分中间隔断宽：60mm

2.3弹簧的选择与计算

压簧采用的为油淬火回火碳素弹簧钢丝B类

查表得：弹性模量E=196×10 3MPa

切变模量G=78.8×10 3MPa

表1 弹簧参数

（单位：mm）

根据雷皮佛（P.R.Rebiffe）提出的坐垫体压分布图原理：坐骨处压力与周围压力相比，虽然逐级减少，但接近于2：1，由压簧1选择压簧2，压簧2与压簧1有相同的材质、相同的工作圈数、相同的材料直径

f1=8F1D1 3n1/Gd14

f2=8F2D23n2/Gd24

n1=n2

d1=d2

F1：F2=2：1

要使f1=f2

则D13：D23= （f1G d14/8 F1n1）： （f2G d24/8 F2n2）

=（1/F1）：（1/F2）

=1：2

D1=25

D2=31

圆柱弹簧稳定性计算

压簧受载后容易发现失稳现象如图5所示

图5 弹簧失稳

为了避免失稳现象出现，通常建议弹簧的长径比b=Ho/D

b=Ho/D=100/25=4

弹簧两端均为回转端时，b≤2.6

弹簧两端均为固定端时，b≥5.3

弹簧一端固定一端回转时，b≤3.7

如果b大于上述数值时，必须进行稳定性计算，并限制弹簧载荷F小于失稳时的临界载荷Fcr，一般F=Fcr/（2～2.5），临界载荷可按下列公式计算

CB为不稳定值，由下图查取

CB=0.21

C=D/d

k=F/f =Fd4/8D?n=Gd/8C?n

=7.88×103×5/8×53×10

=40

=0.21×40×100

=840N

通过计算：可以看出，弹簧确实有很好的减震作用，本论文所选择的弹簧，能够满足人机工程学以及弹簧的弹性，不会出现失稳的现象。

结论

本论文对座椅的设计，主要考虑座椅的安全和舒适，充分以人机工程原理为基础来确定人机尺寸和结构，创新点是座椅底座前半部分为分裂式设计，增加了臀部和大腿的自由度，并且座椅采用可调节等效弹簧刚度和等效阻尼系数的驾驶座位悬架系统，使驾驶员均匀受载并且能够有较为稳定的驾驶环境。

参考文献

第4篇：人机工程学论文范文

关键词：老年人；旅行包；以用户为中心；背负系统；反犯罪

0 引言

中国老龄化日益严重，现在老年人生活水平逐渐提高，每年老年人的旅游人数已经占到全国旅游总人数的20%以上，成为旅游人群中的重要组成部分。但是经过调研发现：目前大多数的景点人满为患，存在安全隐患问题；另一方面老年人这个群体身体状况和心理的特殊性，普通的产品无使用人群划分，不能很好地满足老年人用户的需求，针对老年人特殊需求而优化的旅游设备是目前的市场空缺，所以开发设计满足老年人需求的旅行设备显得迫在眉睫、格外重要。

1 课题来源与研究背景

1.1 老年人群体的特征与现状

我国老年人口的数量不断增长，已经成为老年人口最多的国家。随着老龄化社会的来临，我国老年旅游市场的人口数量和规模是巨大的，老年旅游产品展现出巨大的发展机遇。老年人群体的经济水平不断地提高，从消费水平来看，老年人的消费潜力大。而且独生子女带来的社会问题，所以越来越多的老年人会选择通过旅游的方式来充实自己的老年生活。

通过一系列调研我们发现老年人这个群体特征跟普通的用户存在很大的差异：老年人在旅行时通常会携带一些常用药品及自需特殊药品；喜欢自带食物，一般会选择新鲜瓜果、熟食等，同时会准备保温杯；受身体素质的局限性，老年人没有很好的体力去持续性的负重，所以旅行包的重量基本是老年旅行者最关心的问题；老年人喜欢结伴出行，偏向选择旅游团；老年人这种弱势群体在人多口杂的景点容易碰到扒手，人身和财产安全都需要高度重视等。

1.2 老年人旅行设备市场的空缺

老年人的文化和经济水平的迅速提高，消费观念也发生了很大的转变，自然对老年产品提出了更高的要求。虽然目前老年人的生活质量和水平引起社会各界的关注与重视，越来越多专门为老年人群体设计的产品出现在市面上，但是在有些方面的发展还是远远滞后，跟不上老龄化的速度。比如说像旅行设备这一系列的产品基本上都以年轻人的市场为主，很多产品都不能满足老年人的需求，专业性和针对性都有待加强。

1.3 以用户为中心设计理念的重要性

以用户为中心的设计是20世纪80年代末兴起的一种产品开发的概念与方法，通过对用户背景的调研和分析，站在用户的角度去考虑他们的操作习惯和使用情景，建立用户心智模型，最终做出满足用户需求的设计。尤其是在为弱势群体设计产品的时候，他们与普通用户需求的差异性很大，所以以用户为中心的设计理念显得更加重要。

当人体在老化的过程中，所有感觉器官会呈现不同程度的功能下降。老年人的肢体灵活度变差，肌肉的柔韧性退化，感光能力下降，出现老花眼、对色彩的敏感度降低等，这些参数的改变都会成为后面设计的依据，需要运用人机工程学方面的知识提供有力的数据支撑和保障。而且老年人这个群体成长背景的差异性会影响其操作方式和行为逻辑，我们需要根据核心用户重塑心智模型而不是一概而论。

2 老年人旅行包的现状

本文对现有的一些背包品牌进行了调研和分析。目前背包市场主要包括两大类：专业旅行背包和普通旅行包。尽管从这几年背包发展情况来看，背包的背负舒适性成为研发重点，尤其是专业旅行包更加注重通风性、稳定性和贴合性等问题。但是通过对比分析市场上的背包，发现目前的背包基本上都没有专门针对老年人群体设计的，存在市场空缺（见图1）。同时大连民族学院的包海默，冯鸣，刘雪飞在论文“以一体化产品开发流程为基础的老年产品设计”中分析了目前市场上的背包对于老年人来说确实存在了很多问题，不管是从功能还是外观都没有很好地满足老年人的需求，需要重新进行设计。

通过表1我们可以总结：第一，目前市面上的旅行包外观、配色均针对现代年轻人审美，以年轻用户的市场为主。第二，专业旅行背包的材质、结构、功能已经相当成熟。一般是针对专业的户外运动设计，价格普遍偏高，容量也很大。而老年人一般比较节俭，购买的时候会更加考虑价格。第三，普通容量的旅行包不具备背负系统，有背负系统的一般都是针对具有一定强度的户外运动者。第四，没有考虑旅行包的安全性，在旅途中如何反犯罪，保护人身财产安全。第五，旅行包的空间分割比较单一、传统，不能满足用户的多元化需求等.

3 老年人旅行包设计机会点

一个设计合理的旅行包可以更好地让老年人享受旅途中的时光，通过前面的调研与分析，最后我们从背负系统改良、安全性反犯罪、空间再分配和视觉识别这四个方向进行设计和改良。

背负系统的改良：将适合于高负重长时间跋涉而设计的其他背负系统针对老年人改进并轻量化。老年人由于身体各项机能的衰退，即使相对较轻的行囊，背负长时间后依旧会造成大量的体力消耗。市面上公认有效的背负系统往往安置于大容量专业性极强的登山包等设备上。改良并轻量化的背负系统可以让包的重量平均分摊在老年人背部及腰部，使之能长时间使用。而且需要考虑老年人会稍微有点驼背，应该测量精确的数据，利用人机工程学的原理，让背包更贴合老年人的背部等因素。

空间再分配设计：老年人携带的食物、衣物、药物、杂物等旅行必备品与年轻人存在差异。针对性的空间分割便于老年人更好地对自身需要的物品更好的分类存放，在使用时同样能方便地取出。传统旅行包收纳空间分类并非统一，次级空间分割遍布在包的各个位置，而主体空间一般独立而唯一。对于老年人而言，并不利于他们对自己物品的分类收纳，并在对物品位置的记忆上缺乏系统性指导。经过改良后，可以把背包分为杂物区、食品区和衣物区，其中杂物区、食品衣物区为硬性分割的两个空间，食品区与衣物区共享主体空间由防水层软性分割。同时需要对药品和保温杯这种特殊物品的存储进行重点设计，让用户可以便捷的拿取。 物品在收纳时有了系统性的分类，因而对某一物品的位置记忆有了更好的指导帮助，提高使用效率。

视觉识别设计：随着年龄增长，老年人的整体空间视觉，包括视觉敏锐度和对比敏感度都逐渐衰退。所以我们在设计旅行包的时候，考虑到老年人视觉上的特殊生理状况，就需要考虑老年人如何能快速找到自己的包，同时也要最高效找到拉链处并打开包拿取物品。所以可以选择纯度比较高的颜色，也可以通过增加色块的面积大小，让老年人能快速识别。而且老年人拥有自身的时尚需求，而市面上的旅行设备只是针对那年轻人口味设计。针对老年人优化的功能同样可以在视觉上反映，突出老年人旅行包的独特性。

安全性设计：产品的安全性是很重要的一个设计原则，一般主要包括用户、产品和外在环境这三个因素，但是在这里重点需要考虑的是产品和外在环境的安全问题。因为旅游景点通常游客众多，老年旅行者警惕性下降存在安全隐患。传统旅行包开启拉链在外容易被扒窃。在设计的时候可以考虑把拉链头放在比较隐蔽的位置，或者把开口的位置隐藏起来，让扒手无处下手。

4 结语

随着我国老年旅游人口逐年增长，我们必须要以用户为中心，设计符合老年人使用的旅行设备。本文通过针对老年人这个弱势群体进行了相关的一些研究和分析，结合老年人真实的需求重塑心智模型，加入人机工程学的运用，设计出针对老年人使用的旅行设备，并且为之后老年人产品设计提供相关参考资料。

参考文献：

[1] 刘芳，傅云新.我国城市低龄老年旅游市场的营销策略研究[J].

[2] 杨亮，陈晓东.开拓老年旅游市场发展老年服务产业[J].

[3] 朱广舟，孙恩乐.旅行背包背负系统舒适型的研究[J].

[4] 李晓.老年人产品需求及个性化设计分析[J].

[5] Don Norman.Human-Centered Design Considered Harmful，Column written for Interactions[J]. 2005.

[6] Fisk A D，Rogers W A，Charness N，等.面向老年人的设计准则和创造性的人因方法（英文版）[M].纽约：Taylo&Francis出版社，2004.

[7] 朱广舟，孙恩乐，柴丽芳.旅行背包轻量化设计的研究[J].

[8] 詹姆斯・霍姆斯-西德尔.无障碍设计（建筑设计师和建筑经理手册）[M].

[9] 朱上上.支持产品视觉识别的产品族设计DNA[J].

[10] .中国旅游人口研究[J].

[11] 巩象忠.老年人旅游市场营销策略分析[J].

[12] 李辅弼.户外背包新型无压式背负系统的研究与开发[J].

[13] 刘娜.关于产品的安全性设计的研究[J].

[14] 王继成.产品设计中的人机工程学[M].北京：化学工业出版社，2004.

[15] 新款轻量化背包赏析――Osprey Talon 44[DB/OL] . http：//，2007-03-21.

[16] 德国BIGPACK公司的贡献：Tcs背负系统[J].旅游，2004（2）：22-25.

[17] 丁玉兰.人机工程学（第4版）[M].北京：北京理工大学出版社.

第5篇：人机工程学论文范文

［论文摘 要］当前，我国机械学科背景下的工业设计专业设置盲目跟风，存在机械类课程设置形同虚设、学生普遍缺乏应有的审美能力、未突出学科交叉优势等问题。机械学科背景下的工业设计专业特色教育，应着重提高学生的审美品位，让学生切实掌握相关工程技术，结合机械学科特色来完善工业设计教育体系，使设计教育适应社会发展趋势和社会需求。 

 

目前，我国已有美术院校、工科院校、综合大学、农林院校、师范院校等400多所院校开设了工业设计专业，形成了世界上最为庞大的工业设计教育网络。由于国家教育部把工业设计专业归属于机械学科，因此，培养机械学科背景下的应用型设计人才、强化学生在机械学科背景下的实践能力、确立机械学科背景下工业设计专业的教育特色、凸显机械学科的自身优势及发展特点，是目前工业设计教育的根本任务。 

机械学科是研究机械产品（或系统）的性能、设计与制造的理论和技术的科学。按照经历阶段的性质不同，机械科学可分成两大分支学科：机械学和机械制造。机械学是对机械进行功能综合并定量描述以及控制其性能的技术科学，它的主要任务是把各种知识、信息注入设计，将其加工成机械系统能够接受的信息并输入机械制造系统，以便生产出满足使用要求并能被市场接受的产品。在这一点上，机械学与工业设计的目的是一致的，都是为了满足市场的批量化生产而进行产品设计。机械学包括机构学、机械振动学、机械结构强度学、摩擦学、设计理论与方法学、传动机械学、微机械学和机器人机械学等。机械制造是将设计输出的指令和信息输入机械制造系统并加工出合乎设计要求的产品的过程。机械制造科学与技术是研究机械制造系统、机械制造过程和机械制造手段的科学与技术，它包括机械制造冷加工和机械制造热加工两个部分。机械学科的理论基础与技术手段是工业设计专业的必备知识，为工业设计专业提供科学技术支撑。 

但当前我国高校机械学科背景下工业设计的特色建设并不理想。如何依托机械学科的先进制造技术与设备条件及其较强的科学性和现实性来构筑工业设计特色教育平台，是当前工业设计教育要解决的重要问题。 

 

一、我国机械学科背景下工业设计专业的发展现状 

 

1.工业设计专业设置盲目跟风 

很多学校的工业设计专业设置于2000年前后。这一时期是工业设计专业的膨胀期，很多院校因有机械学科就盲目跟风，设置了工业设计这一专业，而不是出于国内工业发展的需求，专业设置缺乏必要的调研和论证，专业体系极不完善；与此同时，招生人数不断增加，招生规模不断扩大，师生比例严重失调，致使教学质量难以保证，学生专业素质不断下滑。学生经“批量教育”后涌入市场，导致社会上此类人才表面上供大于求，毕业学生60%以上改行从事平面设计或室内设计，近30%的学生完全脱离本行。［1］ 

2.机械类课程设置形同虚设 

机械学科背景下工业设计专业的培养方案大多安排有工程制造类课程，如机械制图、机械设计基础、机械制造基础等，表面上强化了学生的设计与制造能力，但在师资配置、课程大纲制定、制造实践能力培养等方面缺乏系统的思考，导致不同课程之间的关系成了一种机械性的相加，艺术仍是艺术，技术仍是技术，二者并未融合在一起，因而基于机械学科的工业设计专业特色并未真正形成。学生在实际设计中既不能很好地运用技术性课程的理论知识，也不能独立地处理与设计相关的技术问题。 

3.学生缺乏应有的审美能力 

审美能力与审美品位是工业设计专业学生应具备的基本能力。机械学科背景下的工业设计专业学生，其审美能力与审美品位较差，长于技术类课程的学习而对绘画基础、设计表现技法等课程缺乏热情，惰于关注美、思考美。［2］很多学生做毕业设计时不懂得怎样把作品的美感表现出来。 

4.学科交叉优势未能显现 

学科的发展有很强的交叉性，这种交叉性包括专业之间、院系之间、学校之间、地区之间的交叉，从而形成一定范围内的资源共享和特色互补。工业设计是技术与艺术相结合的交叉学科，涵盖美学、心理学、市场学、人机工程学、物理学、材料学与力学等学科范畴。当前，机械学科的背景特色还未鲜明地融合在工业设计的学科教学中，机械学科的技术优势、技术条件、实验条件没有与工业设计专业的相关课程结合起来，学科与专业之间缺乏衔接平台，无法构成系统的知识结构。很多院校的工业设计专业虽然设置在机械学院（系）下面，但机械学科与工业设计处于完全分离的状态，口头上说相互交叉，但并未落实到具体的教学中。因此，要突出以机械学科为背景的工业设计专业特色，必须制定切实可行的设计教育方案。 

二、我国机械学科背景下工业设计专业的特色定位 

 

学科必须依赖特色而发展，失去特色就会失去竞争力、失去存在的价值，有特色才能发展，工业设计教育也不例外。国外有很多具有行业特色的工业设计专业，如美国艺术中心设计学院的汽车设计，英国考文垂大学艺术设计学院的交通工具设计、汽车设计等，都是特色鲜明的优势专业，同时又是服务于地方经济和全球经济、拥有巨大市场需求的特色专业。在我国，真正有特色的工业设计教育较少见，应通过一系列的措施加强机械学科背景下工业设计专业的特色定位。 

1.提高学生的审美品位 

“眼高手高”是设计教育培养的基本目标。“眼高”是指对学生审美能力的培养，“手高”是指对学生设计表达能力的培养。机械学科背景下工业设计专业学生的设计技法和设计艺术素养可以归为三类：一是“眼高手高”型，能欣赏能表现；二是“眼高手低”型，能欣赏但不能表现；三是“眼低手低”型，不能欣赏也不能表现，一般为初学者。要想提高学生的设计技法水平，就得设法先提高学生的“眼力”水平，使之懂得欣赏经典艺术品、经典设计作品，学会鉴别艺术作品。这就要有目的有计划地组织学生参观美术展、设计展，多欣赏原作，指导学生进行设计艺术欣赏，培养学生形成高水准的审美观念和审美品位，提高学生对自然美、社会美和艺术美的感知和鉴别能力。 

在设计审美品位的培养中，观察是形象信息储存的输入口——对设计作品的形式认识需要观察，形象记忆和形象思维也都以观察为基础。在扩大“阅读”量时，对“阅读”对象的选择应考虑不同的形象、形式和内容，以引导学生从设计作品如何反映对象的手段方法去观察分析、从作品如何反映生活真实的角度去观察分析、从作品中思维与认识的美学形态表现过程去观察分析。 

2.让学生切实掌握相关工程技术 

美国著名的工业设计大师雷蒙得•罗维曾说：“当我能够把美学的感觉与我的工程技术基础结合起来的时候，一个不平凡的时刻必将到来。”工业设计是科学技术与美学艺术相结合、相融合的专业，如何实现二者的深度融合一直都是设计教育的核心课题。机械学科背景下实现设计技术与设计艺术的融合，奠定机械学科背景的工业设计专业特色，要求学生在工程技术方面掌握制图学，掌握设计施工语言的材料学，熟悉力的作用和传递的加工工艺学，熟悉人机工程学和计算机辅助设计。设计师掌握的知识越多、接受新知识的能力越强、设计方法越灵活，其创新能力就越强、成功率就越高。 

3.结合机械学科特色，完善工业设计教育体系 

机械学科背景下的工业设计学科应加强以工程技术为特色的工业设计教育。工程技术包括很多方面，如加工技术、制造技术、人机工程、材料力学等。优选其中的某些方向，并作为与工业设计学科相关的特色予以强化，可形成一种资源共享和特色互补的共生循环的教育模式。 

机械学科背景下工业设计专业特色的建设，最关键的一环在于求变：办学思路上求变，课程设置上求变，培养方式上求变，教学模式上求变。美国学者a.j.普洛斯曾说过：“设计教育的目的不是造就设计人员，而是解放他们。”这给工业设计专业特色教育提供了有益启示，也拓展了人们的设计思维。如湖南工业大学根据工业设计专业课程的特点和性质，将其划分为4个课程群，即艺术基础课程群、设计基础课程群、机械工程技术课程群、专业设计课程群。理清各课程群的总体教学目标以及内部各课程的分工合作关系，把工业设计实践能力培养与创新能力培养细化到各课程中，使之相互协调、相互弥补。各课程群按照能力培养由低到高、由浅入深的阶段性模式安排，更有利于达到人才培养的目的。在培养模式上，强调以设计为中心，以一系列精心制作的设计专题为核心，有机地编排相应的支撑知识，使学生在这些专题学习过程中培养综合设计创造能力，使几大课程体系通过相关专题组合成有机的、相互联系的整体。在教学模式上，引入“工作室”制，强化教师对学生素质的全方位培养，使学生的学习更具深度和广度。 

 

三、结语 

 

美国著名教育学家刘易斯在《21世纪教育》一文中说：“面向21世纪的教育战略，不仅要求教育去适应未来，更强调创造未来。”学校生产的“产品”是学生，毕业生质量的好坏，直接体现着学校的办学层次和办学水平。在我国，工业设计教育的规模越来越大，师生人数不断增加，但数量的增加并不能说明工业设计教育实力的增强，还必须使毕业生与市场紧密结合，以满足人才市场的需求。因此，应根据工业设计专业所具有的学科特色和优势确定工业设计专业的特色发展方向，以保证工业设计专业人才培养的质量，使设计教育能很好地适应社会发展趋势和社会需求。 

 

［参 考 文 献］ 

第6篇：人机工程学论文范文

关键词：CDIO；工业工程；培养模式改革；项目驱动式教学

CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），CDIO以完整的项目研发为载体，产品研发到产品运行的过程，学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习，完成专业知识、创新能力、职业能力的培养[1]。工业工程具有鲜明的工程属性，但工业工程又不同于一般的工程学科，它不仅要应用自然科学和工程技术，而且要应用社会科学及经济管理知识，是一门技术与管理相结合的交叉学科，特征是综合性[2]。工业工程师需要具备自然科学、工程技术、社会科学及经济管理知识的高级复合型人才[3]。我校工业工程专业在制定培养方案时一直遵循培养德、智、体、美全面发展，知识、能力、素质协调发展，适应社会建设和发展需要，具备坚实的机电工程技术基础，掌握现代工业管理基本理论和方法，具有一定的创新精神和较强的工业工程实践能力的复合性高级应用型人才。通过引入CDIO理念对工业工程专业人才培养模式探索式改革，达到培养具有工程创新能力、人文素质和职业道德标准的新型工程技术人才。

1工业工程专业人才培养模式现状分析及改革内容

1.1工业工程专业人才培养模式现状分析

从近年来需求单位招聘毕业生的要求和就业质量跟踪反馈的信息来看，企业需求的工业工程人才主要包括专业技能水平和能否融入团队两个方面。我校以培养特色鲜明的工业工程应用型人才为目标，强调学生实践能力和创新意识有机统一，同时学生的素质教育也逐渐被重视，在过去的人才培养模式上存在着以下问题：

（1）实践教学体系缺乏先进性、实用性、创新性和有效性。各实践教学环节独立，多为具体的课程服务，实践教学环节系统性较差，没有形成体系，综合性、设计性和开放性实验比例不高，不利于学生的动手能力和创造力的培养。

（2）忽视了人文、素质教育，缺乏团队合作意识。注重专业知识的培养，在职业道德，团队合作，人格魅力等方面的人文素质教育未达到足够重视。

（3）人才培养与企业需求有差距。在知识结构上，还存在不尽合理的问题，课程内容知识更新慢，教学内容偏重经典理论传授缺乏学科前沿动态介绍，部分课程与实践脱离。

（4）教学方法单一，学生学习兴趣不足。缺乏教学方法的创新与改革，学生对课程学习兴趣不浓，课堂教学效果不理想，应开创一种新的教学模式，让学生在寓教于乐的氛围里主动参与学习。现有的教学环节很难使学生受到创新思维训练，学生只是完成实纲或计划中规定的内容，去学应知应会的知识，科研和各类科技竞赛相结合不够深入，这不利于提高学生的创新精神与实践能力，本专业中的拔尖人才培养受局限。

1.2基于CDIO理念的改革内容

基于CDIO模式的工业工程专业培养关注知识传授的系统性，强调通过项目类课程来培养学生的发现问题、分析问题和解决问题的综合创新能力、沟通与合作的能力[4]。根据我校实际情况主要从以下三方面进行人才培养模式的改革:

（1）课程体系建设方面改革，形成以项目驱动为主导的课群。将基础课、专业基础课和专业课，并结合实验课程、生产实习、毕业实习和毕业设计等环节以课程群组的方式将整个课程体系有机整合。避免相关课程之间的重复，并综合相关课程知识点形成以项目驱动式的课群。

（2）教学内容及教学方法改革，基于CDIO理念对核心课程进行教学内容及教学方法改革，紧密结合专业最新发展趋势和工程实际应用需求现状及时更新和发展教学内容，教学方法方面实现以教师为主导、学生为主体的系统工程培养方式的教学方式。同时加强课外指导和辅导，鼓励学生参加丰富多彩的科技活动、参与实践创新的科研项目，培养其系统的项目设计实施能力及团队合作创新意识。

（3）创新实践教学改革，鼓励学生带着项目问题进行主动探究实践学习。重点开展创新实践教学，以CDIO创新项目为载体，教学指导，学生分组合作，共同参与完成项目从构思、设计、运行到实施方案及措施。

2基于CDIO理念人才培养模式改革与实践

2.1CDIO理念的学习和培养方案的修订

我校专业教师通过学习CDIO工程教育模式，明确其培养目标及相关标准，借鉴国内外高校CDIO教育模式经验，根据工业工程专业特征及我校工业工程特色，修订了2013培养方案，培养方案加强了实践教学环节的合理设置，突出了创新教育，培养方案的修订内容包括：（1）增加相关课程提升专业知识的集成综合应用能力，例如：增开《供应链管理》、《产品开发》、《精益生产》等课程。（2）在集中实践环节增加《工程训练》来提升学生的工程实践能力和创新能力。（3）由专业老师吸纳不同年级、不同层次学生开展《工程培养创新学习团队》课外课内CDIO理念下的实践学习。

2.2项目驱动式教学模式的改革

CDIO理念强调项目驱动下的一体化教学模式，结合工业工程专业属性及CDIO模式培养能力要求，确定了三个项目类别。

2.2.11级项目驱动式教学模式的改革1级项目要求能完整的贯穿于整个本科教学阶段，使学生系统地得到构思、设计、实现、运作的整体训练[2]。本专业1级项目除了通过工程训练、毕业实习、毕业设计等大四的课内实践环节外，还通过工程培养创新学习科研教学团队课内外开展CDIO理念下的项目式教学模型，专业老师吸纳不同年级、不同层次学生形成1级项目小组。1级包含本专业主要核心课程和能力要求的项目，本专业1级项目的工程训练/内容包括：（1）创新产品方案及设计；（2）节能或环境友好的产品构思与设计；（3）面向人因工程学的产品设计与制作；（4）机电产品的结构设计及性能分析；（5）电动、液压、气动部件成本分析与设计；（6）电气、PLC、微机控制系统开发与应用等内容

2.2.22级项目驱动式教学模式的改革2级项目以相关核心课程群和相关能力要求为基础，作为1级项目的支撑，2级项目即是对相关课程群的综合，也是对整个教学体系的补充，主要培养学生综合应用相关课程内容的能力[6]。本专业课程建设项目梳理课程，建立CDIO理念的二级项目驱动的课程体系，构思2级项目，建立分层次，重综合，切实际的2级项目驱动式课程群，二级项目主要包括（1）工程设计及工艺优化类；（2）成本与质量控制类；（3）计算机应用类；（4）生产与物流系统优化类。二级项目驱动下的教学模式通过教师开展课群的教学内容及方法改革，同时课程群的专业老师通过课内、外教学环节，进一步扩展、优化、整合3级项目内容，进行课群的综合性2级项目的设计和实现，并培育1级项目团队。

2.2.33级项目驱动式教学模式的开展3级项目是根据核心课程内容需要而设，加强课程知识的理解，加强能力的培养，3级项目主要通过课程设计、实习过程，采用不同方面的实践环节提升学生的实践能力，培养创新精神，本专业带有3级项目的实践环节主要包括：（1）提高机械工程基础能力方面的实践环节：机械设计基础课程设计、制造工艺与质量控制课程设计。（2）巩固专业课程的实践环节：物流工程课程设计、生产与运作管理课程设计、人因工程学课程设计。课内实践采用一人一题（项）的方式开展项目式教学模式，3级项目的类别包括：某产品的质量管理、某设备的可靠性分析、人机工程学设计、人机工程学应用、计算机辅助产品设计、某产品工艺优化、采用MRPⅡ/ERP软件编制物料需求计划、某车间设备布置设计、生产流水线质量管理系统的设计等3级项目，3级项目的开展为1、2级项目的实施打下基础。

2.3多元化的教学方法改革

CDIO理念的教学过程中应采用以教师为主导、学生为主体，基于项目、问题的探究式教学模式进行课堂教学及实践教学。本专业主要以2级项目驱动下的课程群教师为教学团队进行了教学方法的改革。在教学手段和方法上，将启发式、讨论式、生产实际案例式等多种教学方法运用于课堂教学和实验教学环节之中，充分调动学生积极性，引导学生自主学习，培育创新能力，请企业相关专家进行讲座等方式指导学生的课程学习及CDIO项目实施。在实践环节上，依托我校渔业生产工艺与装备工程实验实训平台，开展产学研一体化实践教学，深化校企合作模式，以教师科研项目、创新创业训练、工程培养创新学习团队等方式开展项目驱动式实践教育，培养学生创新实践，培养拔尖人才。

3结束语

本专业依据我国工程教育指导方针及CDIO理念进行了人才培养模式的改革，将CDIO理念应用于工业工程专业人才培养模式，贯穿于教学方法、创新实践教育开展、课程体系建设、师资队伍建设、团队建设，专业提升等方面。根据我专业实际情况从CDIO理念的学习、培养方案的修订、项目驱动式的教学模式改革、课程内容及教学方法改革，创新性实践教学开展等方面实现了CDIO理念的工业工程专业应用型人才培养模式的改革与实践。促进了学生深入掌握各门核心课程知识、并将知识融会贯通应用于工程实践领域，培养具有创新精神的高素质应用型人才的目标。

参考文献：

[1]李曼丽.用历史解读CDIO及其应用前景[J].清华大学教育研究，2008，29（5）:78-87.

[2]周梓荣，龚存宇.工业工程专业应用型人才培养体系探讨[J].湖南工程学院学报.2005，15（3）:89-91.

[3]罗宜美，齐二石，毛照妨.工业工程高等教育发展研究[J].工业工程.2005，8（4）:106-109.

[4]乔克，孙海燕，袁军，等.CDIO模式下创新型土木工程人才培养研究[J].高等建筑教育.2014，（23）:26-29.

[5]吴晟，孙东升.基于CDIO理念的工业工程专业建设研究[J].大学教育.2014，（1）：125-126

第7篇：人机工程学论文范文

形式美是人们在长期的社会实践过程中，在创造美的过程中，不断地熟悉和掌握各感性质料的特性，并对其形成的联系进行抽象、概括和总结得出来的。形式美的法则有（1）变化与统一（2）对比与调和（3）对称与均衡（4）节奏与韵律 中国论文

形式美在设计艺术中的运用

（1）产品设计中的形式美。在产品设计中，新材料的运用，新的造型，新的形式运用，更能引起人们的关注。“创造一种新的造型形式来表现具有特殊功能的产品，是依据产品特有的功能，设计师平时的审美素养和设计技巧，现代、时尚的审美趣味，现代先进的制造技术、人机工程学的原理。不同的经营理念导致产品个性异样化与风格统一化并存的状况。”这便是对产品设计中体现形式创作的解释。

沙里宁的郁金香椅，简洁大方，现代气息浓郁。动静感的对比和红白色彩的对比运用，体现了形式美的法则。还有他的扶手椅也很有特点，材料给人温馨的感觉，在形态上像一个张开的嘴巴，极具韵律美。那蝴蝶椅，不仅在形式上运用了自然生态事物的特性，而且充分运用了材料的材质美，充分运用了材料的纹理，有一种直观的形式美。

（2）建筑设计中的形式美。建筑艺术设计中设计的材料、造型、建筑设计的风格集中体现了设计的形式美的法则。形式美在建筑艺术中具有很重要的作用，所以意大利文艺复兴时期的著名建筑家帕拉第奥在谈到建筑的形式美时，甚至认为“美产生于形式，产生于整体和各个部分之间的协调”。

米拉公寓的设计曲线的运用较多，柱子和门窗的设计都比较独特。本来应该静的建筑，却给人以动的视觉感受。这便是节奏和韵律、变化与统一的形式美的体现。

（3）雕塑中的形式美。雕塑是一种重要的造型艺术，雕塑与建筑一样属于带给人一种静穆感觉的艺术类型，然而，在一些雕塑作品中却蕴涵着无限动感，无限的力量。

（4）绘画中的形式美

我们中国的极具意蕴之美的中国画，从整个构图和线条的运用上讲，重心平稳，画面简洁生动、透气。画面上有大块面的留白，大面积的空白与或浓或淡的墨色形成了鲜明的对比，这恰恰使得画面更灵动，更气韵生动，而并没有感觉到空。国画讲究“形神兼备”的意境美。注重情与景的融合，注重物我、自然的和谐统一，讲究含蓄。

形式美在我们的日常生活和艺术创作中都有着广泛的体现，形式美渗透到了设计艺术的各个领域，我们今后的设计创作过程中，要客观地、能动地运用这些形式美的法则，以便创作出更美、更有用的、赋予形式美的佳作。

参考文献

第8篇：人机工程学论文范文

代号

专业

名称

10月21日（星期六）

10月22日（星期日）

课程

代号

上午 （9：00-11：30）

课程

代号

下午（14:30-17:00）

课程

代号

上午（9:00-11:30）

课程

代号

第9篇：人机工程学论文范文

[关键词]平衡机器人 系统控制界面设计

中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0018-03

正文：

平衡康复机器人融合了机器人技术、康复医疗理论，人体平衡理论，压力传感器技术，计算机技术等，是国内外研究的热点。平衡康复机器人通过分析作用于压力板的足底压力数据准确地测量平衡能力，通过压力板的生物反馈训练来训练平衡能力以达到康复治疗的效果。平衡康复机器人是平衡能力患者的一大福音，是医疗人员的得力助手，有着广阔的前景和需求。

1.研究现状

1.1 国外研究现状

国外康复机器人起步早，投入资金充足，目前已经形成了产业链，欧洲早在2000年就取得了康复训练器的进展。

现在国外市面上已经有着几款不俗的平衡康复机器人可供选购，下面就对他们进行介绍：

①意大利Tecnobody公司研发的Tecnobody PK254P：

Tecnobody PK254P是一款集平衡测试盒平衡训练于一体的康复机器人。Tecnobody PK254P提供了不同姿势下的平衡测量和平衡训练，主要分为动态测量和测试、静态平衡和测试、轴向平衡和测试、坐姿下测量和测试。其控制系统软件也围绕着其功能有评估、训练和反馈几大模块，软件还提供了病人资料管理以供数据的存储和读取。机器人主要是用于评定/训练受试者运动控制能力、平衡能力（含躯干平衡能力），提高本体感觉功能。当患者与斜板进行相互运动的时候，平板上获得的数据是根据每个单一运动转化为电脉冲而得到，并且把所得数据直接传输到电脑。软件将对这些电脉冲进行详细分析，之后便在电脑控制端将显示出一个描迹，这与斜板上的成角运动或在其上施加的力是一致的。

②德国的Zebris公司研制的平衡训练器POSTUROMED（如图1）：

POSTUROMED是一种神经矫形治疗装置。是利用其不稳定性和可调节性，用以治疗和训练病理性身体姿势改变的设备，尤其是侧重对身体承重关节的功能性不稳定的训练。POSTUROMED可应用于神经康复，疼痛的治疗，平衡能力及感觉运动的训练，达到以下目的：（1）身体承重关节的功能稳定性。（2）部分的疼痛治疗，尤其是影响到运动系统的慢性背部和姿势性的疼痛。（3）预防性的协调功能训练。

系统通过交互式训练与姿势本体感觉的治疗紧密结合在一起，有严格的姿势训练原则。通过从简单到复杂的七个治疗与阶段，使治疗效果达到最大化。可以调节的不稳定表面治疗对于治疗病理性的姿势反应度和关节活动功能的不稳定性有着良好的效果。

1.2 国内研究现状

近几年国内的一些大学也开始相关研发然而国内研究还与国外有着较大差距，尚没有类似国外biodex balance_sd集平衡测试、平衡训练与一体的，人机交互较好的平衡康复机器人的出现，在平衡测试和训练的理论研究方面也略显不足，国内大多还停留在针对国外现有平衡测试仪信度和效度的研究上，在平衡测试方法上也没有形成统一的平衡测试标准。

①Sway 机器人

Sway 机器人是哈尔滨工程大学制作的双轮移动机器人的实物，如图2所示：Sway 机器人由上位机和机器人车体两个主要部分构成，两者是分开的，通过无线通讯交换数据。

机器人的车体系统构成如图2所示：该机器人采用Cygnal公司推出的C8051F005单片机作为人机交互上位机的控制核心。车体的倾斜角度检测仪采用AD公司推出的双轴加速度传感器ADXL202以及反射式的红外线距离传感器。利用PWM技术控制两台直流电机的转速。上位机与机器人之间的数据通信采用迅通生产的PTR2000超小型、超低功耗高速无线收发数传MODEM。人机交互界面则采用240×128图形液晶点阵、方向摇杆及按键。基于这些完备而又可靠的硬件设计，此机器人也使用了一套独特的软件算法，实现了Sway的平衡控制与数据交换功能，如图3所示。

1.3 目前的发展现状总结

平衡机器人的研究经历了二十多年的不断发展，不仅结构、形式与功能上有很大改善，训练方法也随着社会的进步逐步增多。作为帮助人训练平衡能力的机器，机械结构的合理性，智能控制的有效性，系统设计的复杂性，人机交互的辅等等决定了它的研究还有待提高。当前，国外人体平衡功能测试评估和训练系统已经经过多年的发展，但其操作复杂，价格高昂；国内对平衡机器人的研究水平还仍然处于初级阶段，虽然也出现了不少研究成果，但还未生产出真正投入使用的产品，研究方面还存在着以下问题：

（1）康复训练较为被动，模式单调枯燥。

（2）测试、训练模式单一，过分依赖医师。

（3）缺乏康复理论的指导。

而我国的平衡康复机器人较国外还有一定的差距，虽然已经有相当一部分国产康复机器人投入市场且性价比较高，但是在功能和结构上还有如下缺陷：

（1）平衡训练模块薄弱

（2）动态平衡功能不足

2.平衡训练系统设计的基本原则

（1）安全性原则：因为患者进行平衡训练时要站在平衡训练系统测试平台上，所以必须优先考虑在使用时患者是否康复训练机器人产生干涉，平衡训练系统本身不会对患者造成伤害，并且保证患者在运动中不会因为站立不稳跌倒而受到伤害。

（2）有效性原则：这里所指的有效性是指平衡测试评估和训练系统能够完成规定的动作，如按照一定轨迹进行运动，从而带动患者进行有效的平衡训练，同时，在检测患者的平衡能力时，仪器受系统误差和随机误差的影响较小，从而有效的测得所需的数据。这也是对平衡训练机器人的基本要求。

（3）经济性原则：所设计的平衡功能测试评估和训练系统能否广泛的推广很大程度上取决于下平衡功能测试评估和训练系统是否有较为适合的经济成本。目前很多国外生产的平衡功能测试评估和训练系统由于造价成本过高导致其应用范围只局限于大型的医疗机构，而限制了平衡训练系统在国内的进一步推广。因而从降低成本的角度上来说，设计该平衡训练系统时，在保证有效性的基础上，应该尽可能的简化机构，并且使用合适的材料。

（4）创造性原则：创造是人类的本领。人类如果不发挥自己的创造性，生产就不能发展，科技就不会进步，也就没有人类的今天。设计只有作为一种创造性活动才具有强大的生命力。因循守旧，不敢创新，只能永远落在别人后面。特别是在当今世界科技飞速发展的情况下，在机械设计中贯彻创造性原则尤为重要。

（5）以市场需求为导向的原则：机械设计作为一种生产活动，与市场是紧密联系在一起的。从确定设计课题，使用要求，技术指标，设计与制造工期到拿出总体方案，进行可行性论证，综合效用分析（着眼于实际使用效果的综合分析），盈亏分析直至具体设计，试制，鉴定，产品投放市场后的信息反馈等都是紧紧围绕市场需求来运作的。设计人员要时时刻刻想着如何设计才能使产品具有竞争力，能够占领市场，受到用户青睐。

（6）标准化、系列化、通用化原则：标准化，系列化，通用化简称为“三化”。“三化”是我国现行的一项很重要的技术政策，在机械设计中要认真贯彻执行。标准化是指将产品（特别是零部件）的质量，规格，性能，结构等方面的技术指标加以统一规定并作为标准来执行。贯彻“三化”的好处主要是：减轻了设计开发的工作量，提高了设计质量，同时也缩短生产周期；减少了刀具和量具的规格，更有利于设计与制造，也降低了生产成本；便于组织标准件的规模化，专门化，易于保证产品质量，节约材料，降低成本；提高互换性，便于维修；便于国家的宏观管理与调控以及内，外贸易；便于评价产品质量，解决经济纠纷。

（7）整体优化原则：设计要贯彻“系统化”和优化的思想。性能最好的机器其内部零件不一定是最好的；性能最好的机器也不一定是效益最好的机器；只要是有利于整体优化，机械部件也可以考虑用电子或其他元器件替代。总之，设计人员要将设计方案放在大系统中去考虑，寻求最优，要从经济，技术，社会效益等各方面去分析，计算，权衡利弊，尽量使设计效果达到最佳。

（8）人机工程原则：机器是为人服务的，但也是需要人去操作使用的。如何使机器适应人的操作要求，人机合一后，投入产出比率高，整体效果最好，这是摆在设计人员面前的一个课题。好的设计一定要符合人机工程学原理。

3.机器人控制系统方案设计

3.1 平衡机器人的工作原理

该传动系统主要是由电机，链传动系统，丝杆螺母副，弹簧及弹簧导向管组成的，如图4所示。根据传动系统图容易看出，该机构由电动机带动与电机轴相连的链轮转动，通过链条将电机的转动传递到三根不同直径的螺母丝杆运动副上，由于三根丝杆的直径不相同，造成了丝杆的轴向运动距离不同，进而实现了不同方向上的倾斜运动，通过弹簧导向管实现变阻尼的倾斜运动。丝杆盘上均匀分布有8根弹簧导管，弹簧将丝杆板与训练板连接在一起，从而将丝杆板两个方向上的倾斜运动转移到训练板，拉动训练板两个方向上的运动。

4.机器人控制系统总体方案---基于labview的控制软件设计

Labview拥有强大的界面控制编程功能。平衡机器人需要进行的一系列训练与测试，都可以用Labview软件进行仿真设计，为使用者提供简约易懂的画面指导，使机器人在操作上和心理上都更易让人接受。

4.1 平衡系统人机界面设计

根据平衡机器人的功能要求以及平衡问题出现的不同原因，人机界面进行编程设计时，需实现多种模式要求，如图5所示。

（1）迷宫控制

迷宫控制训练模式能够让病患在静态环境和动态环境迷宫中随着一可重复生成的型态移动，如图6所示。基本调节模式与稳定度极限相似。使用者可根据自身的情况，随意调整迷宫等级以创造简单或复杂的环境来操纵。由静态模式改变至动态模式会加速其康复进程。打分是以百分比为基础且等于所有击中目标数/总的设定目标数。

（7）随机控制

为了加强病患的运动神经控制与内耳前庭的训练，平衡机器人需要设置随机控制训练，如图7所示。这种训练在静态模式和动态模式下都可以进行。在静态模式中，病患可在其倾斜盖运动，移动光标让其始终保持在移动目标中。在动态模式中，病患必须同时使用臀部、膝盖与脚踝以在随机移动目标内操纵平台光标。

（8）测试模式

为了可让医疗人员量化病患在一静态或者不稳定的表面维持动态单向或双向姿势稳定度，以此来评估病患之神经肌控制，所以平衡机器人需要让病患进行平衡系统测试，如图8所示。

静态测试是用来测病患的重力中心的角度偏离能力。身体重量会在静态量测中发挥作用。人之重力中心大约为其体重的55%。当选择静态模式时，软件会提示选择您的重量，根据使用者所选的重量可提供一个适当的静态量测刻度。此模式测试用于移动障碍之基线测试，用在内耳前庭失常和整形外科病患都是理想的情况。若静态测试分数良好，患者可进步至动态测试与训练。

在动态测试模式中，病患的能力检测可从控制该平台角度的课程量化为锁住位置的变化来反应，也可计算为随着时间偏斜的程度。较大之变化程度意味着比较迟缓的神经肌反应。进一步神经肌活力状态可以从前/后与中间/侧向平台倾斜量化而获得。预期数值与比较报告可用于绘制病患表现之图表，双向比较可快速地将每一下肢间的不同做出比较。

同样根据平衡问题出现的几个因素的不同，需要进行的平衡测试有姿势稳定度，稳定度极限，运动员单脚与跌倒风险四个模式。运动员单脚与跌倒风险的测试结果都可与基准数据做比较。姿势稳定度与稳定度极限测试可在不同困难程度下得到。双向报告（以一脚站立之姿势稳定度表现与另一只脚站立之比较）可在姿势稳定度测试下的更多选择中得到。

5.结论

本文旨在设计一款能够进行训练与测试的平衡机器人，并实现对它的系统控制研究。在对国内外平衡机器人发展现状研究的基础上，结合目前平衡的一些原理及训练方法，提出了平衡机器人，并阐述了其控制系统设计的全过程。主要完成的内容如下：

（1）从力学角度和生理角度分析了平衡对于人体的重要性以及一些影响平衡能力的因素。分析比较了观察法、量表评定法以及平衡仪评定法，最终选择了平衡仪评定法来支持平衡机器人的评定。接着从安全性、经济性、有效性、创造性、整体性等方面强调了平衡训练系统设计时要遵循的一些基本原则，最后比较了传统静态平衡训练法、Bobath平衡训练法以及平衡仪训练法的优缺点及适用范围，最终选择平衡仪训练法作为平衡机器人的训练方案。

（2）平衡机器人控制方案的设计。从保持稳定性、实现不同的平衡训练模式、保持安全性、心理上易于接受四个方面提出了对平衡机器人的设计要求。明确了平衡机器人需要实现的一些功能，完成了机器人的建模，并介绍了平衡机器人的工作原理方式。对MATLAB、C#以及LabVIEW这些可以进行界面控制的软件进行了分析，比较了它们的优缺点，最终选择LabVIEW作为的界面编程软件。

（3）根据平衡机器人需要进行的训练及测试任务，利用LabVIEW对它的人机互动界面进行了编程设计与仿真分析，实现了对机器人界面的控制。并对几种训练及测试模式作出了详细的分析说明，让患者根据自身状况选择合适的康复训练。

参考文献