產(chǎn)品設計與開發(fā)課程總結報告-按摩機械

1、機械工程學院產(chǎn)品設計與開發(fā)課程設計綜合報告柔性按摩機械手系統(tǒng)組 名：E組組 長： 組 員：2014年12月30日目 錄一、課程設計簡介31.1背景及市場調研31.2設計目標31.3實施方案31.4預期功能4二、創(chuàng)新性分析42.1滾輪的按摩方式42.2按摩的適用人群廣52.3實現(xiàn)快慢速度可調5三、方案設計53.1確定人體機構的尺寸53.2按摩椅的整體設計63.3慧魚模型的搭建83.4零件的選型93.5零件的組裝93.6成品的調試與修改9四、產(chǎn)品經(jīng)濟性分析10五、總體機構圖11六、關鍵件工程圖11七、關鍵件制造工藝規(guī)程設計12八、感想與體會128.1、設計與制作成果128.2、不足與后續(xù)改進128

2、.3、感想13一、課程設計簡介1.1背景及市場調研健康產(chǎn)業(yè)是21世紀的朝陽產(chǎn)業(yè)，電動按摩椅屬于健康產(chǎn)業(yè)里的按摩健身器材類別，擁有巨大的市場發(fā)展?jié)摿?。?jù)統(tǒng)計，國際市場按摩產(chǎn)品的銷售已達100多億美金，每年的增長速度達30；日本僅按摩椅市場每年銷售量就高達60萬臺，銷售額約80億人民幣；國內市場才剛剛起步，但利潤驚人，單品銷售毛利率高達100%-250%，盈利能力僅次于保健品，是健康產(chǎn)業(yè)中當之無愧的“黃金寶座”。電動按摩椅單品利潤高，盈利性強，能夠承擔渠道費用，帶動了其它按摩健身器材的發(fā)展，如足浴盆就曾借用電動按摩椅渠道進入商場、專賣店、大賣場。對于健康產(chǎn)業(yè)來說，電動按摩椅的市場地位是其它品類無法

3、撼動的。據(jù)相關機構分析，電動按摩椅近幾年來取得快速的發(fā)展，主要是由以下幾個原因促成：人口老齡化。據(jù)統(tǒng)計，全國60歲以上老年人超過1.4億人。電動按摩椅使用者大部分是中、老年人。亞健康人群和各種職業(yè)病人的猛增。城市中精英階層（35歲到55歲年齡段人群），由于長時間超強度，超負荷工作，出現(xiàn)例如腰、椎、肩、頸痛、胃腸消化功能異常、疲勞、精力不足、腰腿酸痛、近視、肥胖、失眠、神經(jīng)衰弱、工作效率低下等。電動按摩椅按摩放松效果非常好。養(yǎng)生、保健觀念的增強。預防與保健越來越受到人們的重視，電動按摩椅為人們保健按摩提供了極大便利。人們追求高品質的生活方式，和成功人士的生活標準，電動按摩椅恰好滿足這兩方面。分析

4、還表示，電動按摩椅在國內市場的表現(xiàn)，不過是“小荷才露尖尖角”，其未來發(fā)展的商業(yè)潛力更大。1.2設計目標通過大量文獻資料的查閱，在對電動按摩椅有了深入了解的基礎上，我們小組決定設計以推桿電機為動力，直線導軌為導向，然后通過帶動滾輪的上下移動，并且實現(xiàn)客戶自己可控調節(jié)，最終在人的肩膀上達到按摩放松作用的新型按摩椅裝置。1.3實施方案 本次所設計的按摩椅主要由控制器、推桿電機、直線導軌、滑輪以及支撐架組成。涉及了大量的相關知識，包括機構設計、零件選擇、三維建模、運動仿真、二維圖設計、成品修改和演示等等。為了在時間有限和工作繁重的不利條件下實現(xiàn)這一設計，我們制定了如下實施方案：確定人體機構的尺寸；按摩

5、椅的整體設計；慧魚模型的搭建；零件的選型；零件的組裝；成品的調試與修改。1.4預期功能實現(xiàn)機構的剛度、強度、穩(wěn)定性可靠；對人體有一定的按摩作用能夠實現(xiàn)客戶自己調控；可以控制按摩的力度與速度；噪音低；成本低，功耗小。二、創(chuàng)新性分析2.1滾輪的按摩方式采用滾輪的方式進行人體的按摩具有一定創(chuàng)新性?；喌陌茨Ψ绞桨ㄒ绘I提抓、強勁指壓、活性揉捏、揉拍同步、深層拍打、活力推拿等，比傳統(tǒng)的按摩方式更具舒適性，也更多樣化。2.1.1敲擊按摩按摩頭模擬人的拳頭力穩(wěn)、有節(jié)律地捶打按摩，作用在一定穴位上，可以舒緩僵硬的組織，松弛緊張的肌肉，消除肌肉疼痛與疲勞。其按摩強度相對其他按摩形式，諸如揉捏按摩來講力度較高。

6、一般按摩椅按摩機構通過電機帶動皮帶，按摩頭呈扇形運動軌跡，以模擬敲擊按摩。2.1.2揉捏按摩此按摩功能可促進身體深處靜脈和淋巴管的血液循環(huán)。懸臂式滾輪通過電機帶動進行旋轉式揉捏，精心設計的按摩頭類似人手的觸感，揉捏按摩的同時按摩機構亦可沿絲桿上下運動做滾壓按摩?？赏瓿啥c按摩和連續(xù)按摩，靈活性較強。此種按摩方式也是本課題實驗研究部分采用的主要按摩方式。2.1.3指壓按摩與專業(yè)人工按摩一樣，對肌肉垂直施力，準確地進行點按摩。人體上有多個指壓點，針對特定的指壓穴位施加穩(wěn)健的壓力，可有效消除肌肉緊繃與壓力，針對性較強。指壓按摩與敲擊按摩類似，但力度沒有敲擊按摩那么強烈，相對來見，其力度控制也較難，對

7、電機和機械結構要求也較高。2.1.4拍打按摩拍打按摩通過兩個按摩頭模仿專業(yè)按摩師握緊拳頭的動作來進行集中式拍打，使按摩效果深入肌肉層，達到協(xié)調肌肉、舒緩壓力和緊張的作用，同時改善軟組織的活動性。拍打按摩許配合特殊形態(tài)的按摩頭，其效果和敲擊按摩類似，力度也較強。2.2按摩的適用人群廣我們設計的按摩椅可以通過調節(jié)按摩臂的前后、左右位置來適應不同性別、不同年齡段的人群，適用范圍廣，具有良好的銷售前景。由于按摩椅的按摩畢竟與人工按摩是不同的，按摩椅不能替代真正的職業(yè)按摩師，只是模仿人“揉”、“捏”等簡單動作。且每個消費者的體型不同，所以按摩椅的規(guī)模大小不易控制，尺寸小時，對消費者不僅沒有按摩的作用，反

8、而讓人感到難受。為了達到高品質的按摩效果，使消費者更舒適，我們根據(jù)消費者個人的體重、身高、體形等使按摩椅具有可調性，大大減小了這一問題的影響。2.3實現(xiàn)快慢速度可調對不同的按摩方式，按摩強度的意義是不同的，比如在敲擊和拍打按摩中，按摩強度指的是敲擊/拍打次數(shù)，而對于揉捏按摩來講，則是按摩頭速度。我們力求通過控制器的快慢調節(jié)，讓用戶可以根據(jù)自身的舒適要求隨意改變速度，以達到期望的要求，這樣的設計更具有人性化，更加貼近用戶的生活。如果按摩椅的強度調得太大，不僅起不到放松的作用，還會造成肌肉痙攣疼痛。因此，在設計按摩椅時，應首先考慮讓使用者有更多的選擇余地。三、方案設計3.1確定人體機構的尺寸通過查

9、閱中國成年人人體尺寸的標準，如圖1、圖2和表1，可以得出男性的平均肩寬是375mm，平均胸圍是800mm。這些數(shù)據(jù)有助于我們確定要設計的尺寸。圖3.1人體正面尺寸圖3.2人體側面尺寸3.2按摩椅的整體設計方案的總體設計是通過推桿電機帶動按摩頭做豎直方向的往復運動。如圖3和圖4所示，按摩頭所伸出的按摩臂通過彈性件將滾輪夾在使用者的肩膀上，以完成按摩。圖3.3 按摩椅運動部分三維圖（側面） 圖3.4按摩椅運動部分三維圖（背面）3.3慧魚模型的搭建通過慧魚模型，搭建所設計的按摩機構，可以從結構上驗證設計的合理性、穩(wěn)定性。機構的慧魚模型搭建如圖5和圖6所示?？紤]到慧魚模型的局限性，對機構進行了部分簡化

10、和改動；鑒于模型導軌的穩(wěn)定性，將原模型的單根導軌改為雙根；受限于零件數(shù)量和模型尺寸大小，將原模型按摩頭的輪子兩組改為一組；為便于搭建和直觀展現(xiàn)原理，將推桿電機用絲杠螺母機構代替；用黃色圓柱體代替人的肩膀?；埕~模型的搭建，驗證了原設計的機構可行性，直觀地展現(xiàn)了設計的方案原理，為設計方案實物的制作提供了幫助。圖3.5 慧魚模型成果圖（側面）圖3.6 慧魚模型成果圖（背面）3.4零件的選型推桿電機選用型號為LX758，直流24V,材質為鋁合金 45#鋼 金屬齒,標準行程100mm；光軸支撐座選用SKB25，材質為鋁；箱式直線滑塊選用SCS25，材質為鋁；L型推桿電機座，材質為鐵板；滾輪選用4寸中型雙

11、軸承弧面棗紅輪，直徑100mm，軸承孔徑12mm，材質為聚氨酯材料，環(huán)保無毒；自己制作的一系列方鋁管。3.5零件的組裝零件組裝后成品如圖8所示。圖3.7 成品組裝圖3.6成品的調試與修改我們小組將制作后的成品對小組成員進行按摩，普遍反映達到了按摩的功效。但是仍存在著一些問題：滾輪之間的夾緊程度不夠；導軌的垂直度偏差大；合適座椅的選擇比較困難。經(jīng)過討論針對上述問題我們采取了一系列的措施，包括：增加橡皮筋的根數(shù)已達到彈簧的替代效果；重新在支架上鉆孔，使導軌滿足垂直度要求；選擇升降可調節(jié)的座椅來解決問題。四、產(chǎn)品經(jīng)濟性分析現(xiàn)階段，電動按摩椅是按人體工程學原理設計，集推、拿、捏、擠壓按摩、振動等于一身

12、，通過微電腦芯片控制機械觸點進行身體按摩。通過機械觸點對脊柱兩側的經(jīng)脈穴位進行節(jié)律性的推拿按摩，緩解并消除人體頸、背、腰等部位肌肉的緊張與疲勞，促進血液循環(huán)。所以按摩后人可感到肌肉放松、關節(jié)靈活、精神振奮、消除疲勞，取得保健效果。電動按摩椅是一種高品質生活保健用品，在保障必須的按摩品質和效果外，未來電動按摩椅市場會呈現(xiàn)“兩極分化”的發(fā)展趨勢。一種趨勢是高附加值、高智能化、個性化的電動按摩椅，受到中、高端、特殊消費人群的追捧。另一種發(fā)展趨勢是越來越簡約，電動按摩椅向實用化、家用化、環(huán)?；确较虬l(fā)展，這類電動按摩椅價錢不貴，方便耐用，將受到廣大家用消費者歡迎。所以，在功能設計的經(jīng)濟型方面，我們設計

13、制造的這款按摩椅，就是在保持簡約風格的基礎上，充分考慮人體工程學結構，使之更好地適應各種人體的不同體質、體型，達到最滿意的按摩效果。在產(chǎn)品結構設計經(jīng)濟型上，我們采用了模塊化設計的思想，將產(chǎn)品分為運動部分和支架部分兩個模塊。運動部分是產(chǎn)品的主要部分，采用精度較高的，運動保持性較好的零件組裝；支架部分，采用方鋁管和三角不銹鋼鏈接而成。這樣最大限度的保證了產(chǎn)品工作穩(wěn)定性能的同時，也做到物盡其用，避免不合理的設計帶來的浪費。另外，在產(chǎn)品的設計和制造過程中，我們盡量采用的都是現(xiàn)行市面上很容易買得到的標準件或者批量成產(chǎn)的成品，以此來避免自己加工制作造成的精度問題以及所牽扯到的加工材料和設備的匹配問題。比如

14、在按摩器的電動推桿電機、直線導軌、光軸立式支撐座、箱式直線滑塊、直線電機支架以及用于按摩的輪子等都是采用市面上的成品，有效降低了加工制作成本，且保證了產(chǎn)品的配合精度。對于不能采用成品的部分，例如支架，即采用輕質方鋁管的以螺栓形式連接，降低成本。五、總體機構圖圖5.1 按摩器運動機構簡圖圖5.2 按摩器總體結構圖六、關鍵件工程圖圖6.1 方鋁管一方鋁管一，用于對滾動輪及其連接桿的懸臂支撐。在其上有三個等距孔，其用途是可以對滾動輪連接桿的伸出長度進行調節(jié)，從而使按摩器更好地適應不同體型的使用人群。圖6.2 方鋁管二方鋁管二，用于對導軌的定位和支撐，通過光軸立式支撐座用螺栓連接。故其孔的定位精度和加

15、工精度要求較高。從而保證光軸導軌的平行度以及穩(wěn)定性。圖6.3 方鋁管三方鋁管三，用于對滾動輪的連接，使兩側的滾動輪成為一個模塊化的整體結構，方便進行調節(jié)。同時，由于其與方鋁管一進行螺栓配合連接，故其螺栓孔的定位精度和尺寸精度要和方鋁管一保持良好的一致性。圖6.4 方鋁管四方鋁管四，用于直線電機推桿的上部固定以及方鋁管一的位置確定。作為電機推桿的固定端，要求其中間孔的位置和大小與電機固定支架一致；同時，還要保證與一號方鋁管配合的孔也能緊密配合。這將很大程度影響到兩側按摩輪的高度是否一致。圖6.5 方鋁管五方鋁管五，用于滾動輪的固定連接。由于其要和滾動輪的軸心進行連接故其與輪的連接孔要有很好的尺寸

16、精度和光滑度。這樣才能保證滾動輪的運動平穩(wěn)和軌跡可靠性。七、關鍵件制造工藝規(guī)程設計加工零件主要為按摩器運動部分的支撐支架和整體支架。原材料主要為方鋁管和角鋁。加工過程分為：下料，劃線，沖孔，鉆孔，去毛刺；重點在于定位的準確。Ø 下料：將方鋁管和角鋁按照設計尺寸大小富裕加工余量尺寸進行切割。并做好標號記錄。Ø 劃線：分別選取每段材料的基準面，并確定鉆孔位置進行加工定位。Ø 沖孔：裝夾工件進行沖孔加工。Ø 鉆孔：在沖孔基礎上對孔進行粗加工，按照設計尺寸初步加工。Ø 去毛刺：將粗加工的孔進行去毛刺處理。并且同時將相互配合的孔提前進行配合狀態(tài)下的共同處

17、理，以保持其孔的位置和尺寸一致性。八、感想與體會8.1、設計與制作成果本次的課程設計任務是柔性按摩機械手系統(tǒng)的設計，在經(jīng)歷了機構設計、尺寸確定、零件選擇、三維建模、運動仿真、二維圖設計、慧魚模型搭建仿真、成品制作修改和演示后，制作的產(chǎn)品能實現(xiàn)基本的肩背部按摩功能，且力度適中，運行可靠，通過對電機的按鍵控制，可以有效實現(xiàn)預期功能。8.2、不足與后續(xù)改進（1）該產(chǎn)品在剛度保持性方面存在一些問題，表現(xiàn)為雙肩加載的輪子不能很好地保持在同一高度，在電機空運行條件下的時候會有震動產(chǎn)生。經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)原因如下：導軌和箱式直線滑塊之間沒有施加預緊力，存在一定間隙，使導軌的平行度未能滿足要求靠螺栓連接實現(xiàn)的零件間的配合部分，存在鉆孔精度不高的現(xiàn)象，且導致電機支架會有抖動（2）產(chǎn)品的控制部分還是局限在點動式的運動，不能很好地實現(xiàn)自動按摩的功能。后續(xù)應加強在控