机械创新设计选题与设计规划

第2章选题与设计规划王人成清华大学精密仪器与机械学系课程内容•选题•设计规划•开题调研•文献综述•开题报告2.1选题•以组为单位进行选题，每组2-3人；•设计题目来源1）学校承担科研项目中的机械设计方面的课题；2）设计或者生产单位根据实际需要提出的机械设计任务；3）国家或者学校组织的机械设计类比赛题目；4）学生承担的机械设计类SRT项目。2.2设计规划1．任务分析•通过阅读设计任务书，分析设计内容的背景、用途，可能涉及的核心技术，明确设计要求，为小组内分工和开展资料调研做准备。•在进行任务分析时，要注意与指导教师沟通，充分理解设计任务书的内容，尤其是要明确和界定任务书中出现专门领域术语的内涵和外延。•在任务分析的基础上，提出初步实施方案，包括设计步骤与流程、各个阶段的节点及指标。2.任务分解•根据任务分析和小组成员的人数，将设计任务划分成相应的子任务，子任务间的界限要明确，工作量要均衡且可考核。2.3开题调研开题调研是机械设计综合实践的重要环节之一。•继承与借鉴基础上的创新，不能闭门造车。开题调研：•分析与总结现有技术成果，为提出机械设计方案和技术路线奠定基础；•实物参观、测绘与分析；•同类产品技术资料查阅；•相关专利和文献检索。开题调研举例设计题目：行走功能康复训练机器人仔细阅读理解任务书行走功能康复训练机器人一、设计背景很多交通意外和脑卒中后遗症患者因行走功能受损，导致长期卧床，依靠轮椅代步，有的生活不能自理，甚至会引发如褥疮、关节挛缩、肌肉萎缩等并发症。医学理论和临床实践证明，有些行走功能受损患者除了早期的手术治疗和必要的药物治疗外，正确的、科学的康复训练对于行走功能的恢复和提高有重要作用，并且越早进行行走功能训练，其功能恢复的越好。因此本项目拟采用外骨骼机器人技术，辅助平衡能力较差的行走功能受损患者能够尽早地进行行走功能康复训练，促进其功能康复。仔细阅读理解任务书（续1）设计题目：行走功能康复训练机器人二、设计目标设计一个至少髋膝关节可以模拟正常步态运动的外骨骼双足步行机器人。如果设计在医院使用的减重步行训练机器人，要求能够适应身高150-190cm，体重40-90公斤的使用者。如果设计家庭使用的，则要求以身高170cm，体重60公斤为例进行设计，且体积小、重量轻，便于携带和穿戴。仔细阅读理解任务书（续2）设计题目：行走功能康复训练机器人三、设计内容1.调研外骨骼双足步行机器人，尤其是减重步行训练机器人的相关产品、结构设计等方面的资料，结合对人体下肢相关参数测量结果的统计分析，提出具体的设计指标、核心技术和解决方案，进行方案论证，制定技术路线和时间安排，完成开题报告；2.根据核心技术和设计方案将任务分割成2-3部分，每个组员完成其中一个部分的最终方案选择、计算并确定设计参数，设计运动循环图及机构运动简图，完成驱动器的选型，整理机构设计说明书。3.对所设计的机构进行结构化设计，包括结构方案的分析、比较及设计，并设计绘制零件图和装配图，进行关键零部件的校核，撰写结构设计说明书。4.在开题报告、机构设计和结构设计说明书的基础上，整理出机械设计综合实践报告一份，并撰写答辩PPT，进行答辩。5.需要提交存档的资料：1）全部调研资料；2）机械设计综合实践报告；3）答辩PPT；4）设计的零件图和装配图。调研什么？如何选择关键词在百度搜索中输入设计题目——行走功能康复训练机器人，可以检索到922篇相关网页，通过浏览这些网页的内容，逐渐筛选出所需资料。如何析出恰当的关键词？1）浏览筛选、逐渐逼近优点：可以全面了解相关领域的知识；缺点：费时，效率低。2）任务书的参考文献主要参考资料：程方，王人成，贾晓红等.减重步行训练机器人研究进展.中国康复医学杂志.2008,23(4):366~3683）与辅导教师讨论4）缩小检索范围仔细分析“行走功能康复训练机器人”设计任务书中的设计背景及设计目标，可以归纳出本设计题目是利用“外骨骼机器人技术”来辅助患者进行“行走功能康复训练”。以“外骨骼机器人技术”和“行走功能康复训练”作为关键词，找到相关网页由922减少到498篇缩小检索范围实物调研—行走功能康复训练机器人1）减重步行训练康复机器人产品：瑞士HOCOMA医疗器械公司生产的LOKOMAT原理样机：清华大学、浙江大学2）外骨骼助力步行机器人产品：日本HAL5原理样机：清华大学、中科院智能机械所实物调研—LOKOMAT实物参观实物调研—清华大学实验样机同类产品技术资料查阅专利检索专利检索（续1）相关文献检索EI工程索引和中国知网2.4文献综述—行走功能康复训练机器人1）按助力外骨骼机器人和减重训练机器人分两大类；2）每一大类按照原理或技术进行详细分类阐述，提炼出共性的内容，先叙述；然后再阐述个性特点。说明写作的目的，介绍有关的概念及定义以及综述的范围，扼要说明有关本专题的历史背景、最近的发展以及当前争议的焦点，使读者对全文要叙述的问题有一个初步的轮廓。将全文主题进行扼要总结，指出现有技术存在的问题，提出自己的见解，以及综合设计拟解决的问题、基本内容和初步方案引言主题总结1)表示对被引用文献作者的尊重及引用文献的依据，而且要求在正文相应位置有标示。2)为设计报告审查提供查找线索。参考文献2.5开题报告1）开题报告内容（1）研究背景及意义：根据设计任务书要求和对调研资料的分析，细化设计任务的具体内容及其技术和性能指标，明确其研究背景及意义；（2）国内外发展状况综述：对收集到的资料进行分类整理与分析，撰写综述报告，为下一步研究奠定基础；（3）现有技术存在的问题：在对国内外相关技术进行充分分析的基础上，总结现有技术存在的不足及其未来发展趋势；（4）设计规划：提出设计内容和设计目标；针对现有技术存在的不足，提出本设计拟解决的关键技术问题和初步方案，制定初步的技术路线和时间安排。2.5开题报告（续1）2）开题报告要求•以组为单位提交一份书面开题报告。书面开题报告的撰写格式也有严格要求，具体请参见“机械设计综合实践设计报告写作指南和报告样例”。•进行课堂答辩。在课堂答辩时，每人都需要介绍各自负责的内容。(1)机械设计综合实践任务书(2)任务的目的与意义(3)相关技术的发展现状（调研报告）(4)存在问题的分析（调研报告）(5)初步解决方案和技术路线（调研报告）(6)课题任务分解及技术路线（包括初步的进度表）(7)参考文献（调研报告）3）开题报告的结构与写法2.5开题报告（续2）4）开题报告的标题格式2.5开题报告（续3）4）开题报告的标题格式4）开题报告的标题格式5）注意事项文献综述是开题报告的重要部分。1)搜集文献应尽量全，掌握全面、大量的文献资料是写好综述的前提；2)注意引用文献的代表性、可靠性和科学性；3)引用文献要忠实文献内容，并在引用处标注；4)按照参考文献的著录格式标注，见word文档“参考文献的著录格式”。2.5开题报告（续4）2.5开题报告（续5）6）开题报告考核考核时间：第一周周四上午8：30-12：00，占课程总成绩的10%。主要考核点：•对研究与应用背景分析，对设计题目剖析正确，及由此析出检索词是否准确、规范；•调研的方式方法，检索到的资料是否齐全，对资料理解及分类是否合理，撰写的调研报告是否规范，是否由此归纳出与设计任务相关的技术存在的问题；•提出设计涉及的核心技术问题，及其提出的解决方案是否可行；提出的具体设计指标是否合理，论据是否充分；拟定的研究内容的任务分解方案是否合理，组员任务分配是否合理；•提交的开题报告word文档、PPT讲稿及其调研资料是否齐全，内容是否全面；•课堂答辩阐述是否条理清晰，回答问题是否正确。谢谢！