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仿生柔性充气装置应用于视障人士行动辅助产品设计研究

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目录

声明

第1章绪论

1.1 研究背景

1.2 选题意义

1.3 文献综述

1.3.1 视障人士出行辅助设备

1.3.2 柔性机器人及其相关技术

1.3.3 生物启发式设计

1.4 视障人士触觉产品研究现状及问题

1.4.1 触觉信息分类与表达

1.4.2 针对视障人士的触觉产品研究

1.4.3 现有触觉反馈系统存在的问题

1.5 研究主要内容与结构

第2章针对应用场景的生物启发设计研究

2.1 仿生设计语义转化

2.2 蜗牛具体运动机制分析

2.3 原理抽象化表达

2.4 设计概念明确

2.5 本章小结

第3章柔性充气装置的构建及评估

3.1 柔性充气装置的构建

3.1.1 柔性充气系统设计

3.1.2 硬件概述

3.2 硅胶充气结构的制作

3.2.1 材料选择

3.2.2 充气结构的最佳厚度测试

3.2.3 模具构建

3.3 整体组装与调试

3.4 实验以及可用性评估

3.4.1 实验目的

3.4.2 人机实验评估

3.5 本章小结

第4章行动信息要素研究及设计

4.1 研究目的

4.2 行进方向研究

4.2.1 空间方向划分

4.2.2 距离表达对于空间方向的补充

4.3 路口的类型

4.4 Choreme 理论

4.5 视障人士出行寻路语法设计

4.5.1 视障人士方向引导中的语言辅助系统

4.5.2 空间信息的组织与行动语法设计

4.5.3 柔性充气设备的语法表达

4.6 本章小结

第5章视障人士行动辅助系统概念设计实践与表达

5.1 研究目标

5.2 行动辅助系统分析与设计

5.3 产品设计概念表达

5.3.1 概念说明

5.3.2 产品设计表达

5.3.3 产品使用场景说明

5.4 本章小结

结 论

参考文献

附录 A 攻读硕士学位期间已发表的论文

致谢

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摘要

在社会不断发展的过程中,对特殊群体的关怀始终不能滞后。这是一个社会健康发展以及对所有人实现公正平等的基本要求。当下视障群体出行仍然面临着很多问题,例如社会公共设施的设置不足及占用、视障群体出行尊严受损、出行用工具的不合理等。此外,视障群体因其视觉功能受损,只能使用听觉、触觉、嗅觉等有限的感觉去感知周遭环境,这样往往会出现某一感受器官被大量占用的情况。  本文的出发点在于,将对听觉的占用转移至触觉感受上,减弱单个感知器官的接收信息密度,从而来达到信息接收的高效性。针对不同触觉表现形式的特点,将触压觉作为本文的触觉利用对象。因其独特的材料特性以及弹性的触压觉感受,文章选用了硅胶材质的柔性充气单元作为触觉表达载体。  使用生物启发式设计理论方法为指导,以腹足动物类中的蜗牛为模仿对象,对蜗牛运动具体的生理机制进行了分析。在对生物原理的抽象化表达以及设计概念的确定后,通过柔性充气设备设计出具有线性方向触感的穿戴设备单元。并且利用硅胶翻模的手段,进行了硅胶模型制作尝试。在构建了拥有五路独立可控气道的充气设备基础上,对该充气单元进行性能测试以及人机实验,用以验证仿生设计的效果表现以及线性方向触感表达能力。  实验设定了几种不同的频率模式,通过设置两种不同强度作为实验组与对照组,对被试进行了线性方向感表达识别准确度测试。通过实验测试,该充气单元在一定的频率及充气强度下,可以实现非常准确的方向感表达。  基于对空间信息的分析以及视障人士出行环境的理解基础上,针对制作的充气单元模块特性,进行了寻路语法的设计规范。将视障人士出行的环境划分为一系列普通点、提示点及决策点。在不同的地点类型下,进行寻路语法的相应组合式表达,来将一系列复杂动作编码为独立的动作单元。从而来实现更加标准化和高效的导航表达。最后通过系统性的设计以及产品设计概念展示,进一步阐释了基于气动柔性结构的方向感触觉表达形式的产品特征。

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