论文题目：腰部助力外骨骼机器人舒适性设计研究
摘要：外骨骼机器人设计研发过程融合了机械设计、控制算法、实时运算、变量感应等多领域技术,在使用过程中能够为使用者行动提供有效力学支持,在军事、医疗、物流、户外运动等领域均有较为广阔的应用前景。通过调研国内外外骨骼机器人科研成果,发现目前外骨骼机器人领域内的研发设计多集中在传动流程与控制算法领域,较少针对用户舒适性进行研究。而外骨骼机器人在从实验研发领域走向实际应用领域过程中,使用过程的舒适性是一个重要的评估标准。因此本文从用户舒适性角度出发,以腰部外骨骼机器人为研究对象,在原型机结构和工作原理基础上,应用心理学场景模拟软件和人因工程模拟软件对外骨骼机器人舒适性进行评估与优化设计。具体研究内容如下:（1）通过对用户体验理论的整理与分析,结合外骨骼机器人应用过程,分析影响使用过程舒适性的用户因素与产品因素,构建适用于外骨骼机器人的舒适性影响因素模型。结合诺曼用户体验层级理论,完成外骨骼机器人舒适性层级模型。（2）以E-prime心理学模拟软件、Jack人因工程分析软件及Origin科技绘图与数据分析软件为工具,分别针对用户舒适性层级中的感知体验舒适性、行为体验舒适性及个性体验舒适性提出分析与评估方法。通过心理学模拟软件确定受测者视觉感知体验,使用人因工程分析软件及数据分析软件对外骨骼机器人使用过程进行模拟与分析,通过模拟结果对外骨骼机器人设计进行评估并提出优化方案。（3）以腰部助力外骨骼机器人原型机为设计对象进行舒适性提升设计实践,通过分析应用场景与用户需求确定设计目标,根据设计目标进行舒适性设计。首先通过改进产品造型设计提升感知体验舒适性;其次基于人因模拟软件实验结果从改善受力过程和交互过程两方面提升行为体验舒适性;最后通过提取与分析不同场景下的数字人运动路径提升运动耦合性与随动性,以此提升外骨骼机器人个性体验舒适性。为验证舒适性优化效果,对改进后的腰部外骨骼机器人进行力学分析、使用者受力情况模拟和用户问卷调查三个方面的优化效果验证。结果表明,与原型机相比,改进后的腰部助力外骨骼机器人在视觉效果、机械结构配适性、受力情况等方面均有较为明显的改进,该优化方式在一定程度上完成了外骨骼机器人的舒适性优化设计,对类似舒适性提升设计具有借鉴作用。
关键词：外骨骼机器人;舒适性评价;用户体验;工业设计
学科专业：工程硕士（工业设计工程领域）（专业学位）
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究背景
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题背景
1.2 外骨骼机器人舒适性研究现状
1.2.1 腰部外骨骼机器人研究现状
1.2.2 舒适性研究进展
1.2.3 外骨骼机器人舒适性研究方法
1.3 研究目的和意义
1.3.1 研究目的
1.3.2 研究意义
1.4 研究思路
1.4.1 研究内容
1.4.2 研究方法
1.4.3 论文整体框架
第2章 舒适性层级构成与影响因素分析
2.1 舒适性层级构成
2.1.1 用户体验理论模型
2.1.2 舒适性层级分析
2.2 舒适性影响因素分析
2.2.1 外骨骼机器人舒适性影响因素
2.2.2 用户因素分析
2.2.3 产品因素分析
2.3 本章小结
第3章 舒适性评估工具与方法
3.1 用户体验过程评估工具
3.1.1 E-prime心理学模拟软件
3.1.2 Jack人因模拟分析软件
3.1.3 Origin9.1科技绘图及数据分析软件
3.2 感知体验舒适性评估方法
3.2.1 测试规划
3.2.2 概念词确定
3.2.3 属性对象确定
3.2.4 整体实验设计
3.2.5 产品设计倾向分析
3.3 行为体验舒适性评定方法
3.3.1 受力过程分析
3.3.2 交互过程分析
3.4 个性体验舒适性评定方法
3.4.1 构建数字人运动场景
3.4.2 确定运动坐标系
3.4.3 确定运动路径公式
3.4.4 生理参数对运动路径影响分析
3.5 本章小结
第4章 舒适性设计实践与综合评价
4.1 应用场景及设计目标分析
4.1.1 应用场景分析
4.1.2 设计目标分析
4.2 舒适性设计实践
4.2.1 感知体验舒适性提升
4.2.2 行为体验舒适性提升
4.2.3 个性体验舒适性提升
4.2.4 腰部外骨骼机器人舒适性设计方案
4.3 舒适性综合评价
4.3.1 腰部外骨骼机器人客观舒适性评价
4.3.2 腰部外骨骼机器人主观舒适性评价
4.4 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢