探索智能轮椅控制器工业设计(2)

　　2．相关联部件建模轮椅控制器是实现轮椅功能的核心，包括了摇杆、电路板、面板、充电器插座、集线头、固定支架、橡皮圈等多个部分。为了便于后期的虚拟装配及表现控制器的完整性，必须对以上部件进行逐一建模。整个建模过程在SolidWorks环境下进行。对于前期完成且已经制作完成的部件，根据实际测量尺寸进行1：1建模，值得一提的是，在SolidWorks下，默认状态的尺寸是毫米，因此，在输入尺寸时必须注意单位之间的换算。对于橡皮圈这类受到上下壳体尺寸相关联的部件，则借助已经完成的上下壳体模型，通过实体转换等功能，完成草图的精确绘制，建成所需的模型。图4分别为电路板、摇杆、充电器插座及橡胶圈的建模图。
　　3．虚拟装配及修改模型产品设计过程中最容易出现也最难发现的问题就是装配问题，有时设计完的产品在生成成品的时候，才发现产品的装配无法实现、零部件装配发生干涉等问题。虚拟装配可以在产品的设计阶段，对产品的结构设计、零件的安装、装配进行虚拟操作，从而及早发现并解决装配中的问题，提高设计效率，减少不必要的经济损失。
　　在SolidWorks下建立以轮椅控制器命名的装配体，插入已建模完成的控制器上下壳体及相连部件，遵循自下而上、由内到外的装配顺序，通过设置相互的配合关系实现整个控制器的装配过程。由于许多是内部部件，在装配过程中受外壳的阻挡难以显示需要配合的点、线或面，在这种情况下，可以对暂不涉及装配的壳体进行隐藏，配合完成后重新显示。检查内部配合情况时，可以点取SolidWorks中选线架图或是剖面视图进行显示，通过省去实体面清楚地观察内部配合状态，也可以直接更改外部壳体的透明度，使内部结构清晰明了。
　　通过在建模软件中的虚拟装配，可以仔细检查内部部件的干涉现象及安装方式，若存在干涉现象或结构不合理的情况，则在装配体中选中需要修改的零件进行零件编辑，修改完成后，软件可以及时在装配体中呈现修改完后的装配状态，使整个修改过程实时快捷。图5、图6及图7分别为模型的爆炸图、线架图及剖面视图。
　　4．触摸面板乎面设计为了使控制器便于老年人及残障人士掌握使用，我们对触摸面板进行平面设计时除了保证美观，更求简单明了，便于老年人及残障者的理解。
　　整个控制面板共有7个表现元素，其中4个为按键，分别表示开关、喇叭、降速及减速；2个为电量及速度的显示窗口；1个为电量的标志。对表现元素进行有序的排版、色彩运用及图案构成时，我们遵循以下几个原则。
　　(1)按键大小适中，确保老年人及残障人士操作舒适在进行按键设计时，我们首先排除了诸如矩形或方形等直线条形状。因为按键本身是突起的，若采用矩形或方形，按键四周的尖角会导致老年人及残障人士手指在触摸面板上来回移动时手感不适。
　　我们考虑圆润的弧线构成，例如圆或椭圆作为按键形态。相比圆形，最终选用了椭圆形作为所有按键的形状。椭圆形面积较大，更贴合人的手指形态，保证按键时的舒适度。同时在按键表面作了曲面处理，使触感更为鲜明。外观上，由于按键数目较多，采用椭圆形可以使相邻的按键得到有效的过渡，更增强视觉的流线感。
　　(2)用图案代替文字，使老年人及残障人士更易区分考虑到老年人或残障人中有大部分人士视力不佳，若采用文字的形式在小面积的按键上显示，文字字体会很小且不宜辨认。为此，针对每个按键的功能设计了相符合的图形标识，一个图形置于一个按键，可以尽量放大比例，便于视力不佳的人士对按键功能进行区分。
　　(3)色彩运用鲜明，使图形更加醒目整个面板以黑色作为底色，给人感觉比较沉闷。因此，在色彩运用上采用鲜明的色彩，分别选用了蓝色、绿色、红色以及橘色这四种鲜艳的色彩，使按键图形更加醒目，更易于老年人及残障人士的识别。
　　(4)根据按键使用频率进行有序排列触摸面板上包含多个元素，在对其进行排列时，我们以实现人性化作为主旨。考虑到老年人及残障人士的手脚不便，我们将需要触摸的按键置于贴近使用者的触摸面板后方，显示窗口置于触摸板的前方，随后根据按键的使用频率，使用次数越多位置越靠后，便于使用者的操作。

　　5．样机试制样机试制是节能减耗的重要表现。因为样机和实际产品一样是可装配的，它能直观地反映出结构设计合理与否。安装的难易程度，使结构工程师可以及早发现和解决问题。在正式投产前进行样机试制，可以避免因结构设计不合理等因素造成的产品报废，减少不必要的材料消耗，降低生产成本。
　　目前，样机试制运用最多是快速成型方法。快速成型的制作周期短、材质选择面广且精度很高，还有一个最适宜样机试制的优点，是模型的造价几乎与产品的复杂程度无关，成型复杂的形态也非常容易，只需通过UG、SolidWorks等工程软件转换获得相匹配的格式文件，就可以进行制作。
　　在进行样机试制前，我们先将设计完成的轮椅控制器三维模型在SolidWorks中直接保存为STL的格式文件，随后交付进行快速成型制作。整个模型我们选用了最常用的树脂材料，耗时2天加工完成。加工过程非常快速，大大缩短了产品工业设计周期。图9为轮椅控制器样机模型。
　　6．生成加工图样样机试制完成后，通过实际装配检验模型的准确性，对需要改动的部分进行修改和优化。模型校验完成后，通过SolidWorks自带的生成图样功能，将每一个部件生成加工图样，用于后期的加工制作。
　　7．加工制作加工制作是工业设计的最后工序，加工完成后工业设计工作就全部完成。根据加工量来分可分为大批量生产和小批量生产。对于大批量生产的产品多数采用开模的加工方式，若采用则需要在加工生产前对模型进行拔模处理。对于小批量的生产，可以继续选用快速成型方式或是CNC数控加工方式等。由于该项目处于智能轮椅产业化的初期，因此属于小批量生产，故选用CNC数控的方式。
　　CNC数控加工是将建模文件通过计算机转换为数字化信号，对机床的运动及其加工过程进行控制，成品精度非常高。在材质选择上，考虑到轮椅控制器经常受力，因此选用强度很高的铁质材料进行数控加工，随后进行喷漆处理，最终形成与建模吻合的成品。制作装配完成后，再将其与轮椅进行组装，最终形成一辆具备多功能的助老助残轮椅车。图11为装上轮椅控制器后的整车示意。

　　三结论
　　配有我们自行研发的轮椅控制器的智能轮椅于2009年1月4日参加了南京国际医疗机械展览会。展会期间，与会者对我们设计的轮椅控制器给予了充分的肯定和赞赏，表示无论在功能或是外观上，都已达到国内领先、国际先进水平，许多轮椅生产厂商与我们形成合作意向，大大加快了智能轮椅控制器的产业化步伐。(责任编辑：一枝笔写作事务所)