孫宇馳　金雅麗　姜可

摘要：現(xiàn)代機(jī)器人第一次開(kāi)發(fā)時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師往往只是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能而不去考慮產(chǎn)品的內(nèi)在美學(xué)要素，因此在二次開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)機(jī)器人外觀設(shè)計(jì)師總會(huì)遇到外形與結(jié)構(gòu)之間的物理造型沖突。而且在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定時(shí)往往需要經(jīng)過(guò)幾次復(fù)雜的檢驗(yàn)，但最終機(jī)構(gòu)往往是符合造型美學(xué)法則的。所以本文主要分析機(jī)器人組裝時(shí)的美觀與結(jié)構(gòu)的結(jié)合，用美學(xué)法則解決結(jié)構(gòu)中的功能穩(wěn)定問(wèn)題的過(guò)程。

關(guān)鍵詞：美學(xué)法則 機(jī)械結(jié)構(gòu) 造型設(shè)計(jì)

0、引言

當(dāng)代機(jī)器人的開(kāi)發(fā)一般都是以團(tuán)隊(duì)的形式進(jìn)行，結(jié)構(gòu)功能工程師和產(chǎn)品造型工程師進(jìn)行交流合作共同完成一件產(chǎn)品?？稍陂_(kāi)發(fā)過(guò)程中就會(huì)有這樣一個(gè)問(wèn)題：結(jié)構(gòu)僅僅只是解決功能卻沒(méi)有考慮美學(xué)法則，在造型設(shè)計(jì)師工作的時(shí)候就會(huì)有很多麻煩。單純對(duì)造型的美感進(jìn)行機(jī)器人造型設(shè)計(jì)并不能做到產(chǎn)品最終商業(yè)壽命的最大化。僅僅只對(duì)外觀進(jìn)行美學(xué)法則設(shè)計(jì)會(huì)讓人很快厭倦產(chǎn)品。通過(guò)研究表明，十分鮮艷的華麗的產(chǎn)品外觀，很容易讓人產(chǎn)生厭煩的感覺(jué)。因此，單純的外觀設(shè)計(jì)不能滿(mǎn)足人美學(xué)需求。而且，很多機(jī)械設(shè)計(jì)師在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候不能一次就找到很完美的結(jié)構(gòu)造型，需要一次次的進(jìn)行改進(jìn)和驗(yàn)證。而總結(jié)發(fā)現(xiàn)最終的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)往往也是符合美學(xué)法則的。因此，造型設(shè)計(jì)師在對(duì)產(chǎn)品造型進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候可以考慮美學(xué)法則這樣無(wú)形中同時(shí)也簡(jiǎn)化了兩之間的配合。本文來(lái)自北京信息科技大學(xué)大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目。

1、機(jī)器人造型設(shè)計(jì)的主要方法

機(jī)器人外觀造型必須要結(jié)合機(jī)器人的功能：在機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，特別是突出功能性的機(jī)器人，結(jié)合功能是十分重要的一個(gè)方面，如何是機(jī)械結(jié)構(gòu)件的美觀和實(shí)用接合設(shè)計(jì)很重要的一環(huán)。

1.1 機(jī)器人結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)件體現(xiàn)美感

機(jī)器人骨骼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)造型的時(shí)候，需要遵循基本的外觀要求，如果要將一個(gè)特殊的結(jié)構(gòu)加入進(jìn)去（有特意美觀造型需求），就需要及時(shí)的改變外觀。一般情況下，如果外觀是將功能表達(dá)出來(lái)，那么就有著比較長(zhǎng)的生命周期；如果外觀只是要表現(xiàn)風(fēng)格，那么通常只有較短的生命周期。所有機(jī)械結(jié)構(gòu)件外露在機(jī)器人外型上，用結(jié)構(gòu)件本身體現(xiàn)美感。如果沒(méi)有對(duì)機(jī)器人的外形進(jìn)行特殊的要求，那么只需要將最單純的外觀應(yīng)用到功能設(shè)計(jì)上即可。機(jī)器人造型設(shè)計(jì)要充分的解決功能。目前，在機(jī)器人外觀設(shè)計(jì)方面，很少有獨(dú)立為美觀為設(shè)計(jì)的造型，大多都是由一些功能因素在進(jìn)行輔助。造型設(shè)計(jì)師首先需要考慮的問(wèn)題就是有效的處理零件之間的聯(lián)系，即實(shí)現(xiàn)機(jī)械功能。在機(jī)器人第一次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，往往僅對(duì)結(jié)構(gòu)功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)并不考慮美觀造型。

1.2 機(jī)器人的色彩表現(xiàn)

在機(jī)器人的色彩表現(xiàn)，除了展示機(jī)器人，一般都是將一些色彩表現(xiàn)力較強(qiáng)的構(gòu)件和特制造型構(gòu)件應(yīng)用到其他部分。通過(guò)研究表明，十分鮮艷的產(chǎn)品外觀，很容易讓人產(chǎn)生厭煩的感覺(jué)；但是，也有一些時(shí)候是例外的，如果場(chǎng)合對(duì)視覺(jué)有著特殊的要求，那么就需要使用比較鮮明的色彩，比如在一些機(jī)器人展覽會(huì)上，機(jī)器結(jié)構(gòu)既要在滿(mǎn)足基本功能需求的基礎(chǔ)上，還要將美觀外在感覺(jué)力充分的體現(xiàn)出來(lái)。

2、將美學(xué)法則引入機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)方式

在對(duì)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)過(guò)程中一些結(jié)構(gòu)工程師發(fā)現(xiàn)，最終驗(yàn)證穩(wěn)定的機(jī)械結(jié)構(gòu)本身就具有許多美學(xué)法則。

2.1 軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)解決輪足穩(wěn)定問(wèn)題

在結(jié)構(gòu)造型，當(dāng)舵機(jī)在中心位置時(shí)，機(jī)械臂結(jié)構(gòu)要符合軸對(duì)稱(chēng)原則。如右圖就是在抬臂輪足的造型設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有對(duì)足部進(jìn)行中心對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，舵機(jī)鎖在了單側(cè)方向，造成了運(yùn)行時(shí)機(jī)器人偏心，單向傾斜并且輪足本身不穩(wěn)定。因此進(jìn)行了結(jié)構(gòu)重組如左圖，對(duì)馬達(dá)進(jìn)行了重新鎖定，兩側(cè)的所有結(jié)構(gòu)件以馬達(dá)為中心進(jìn)行軸對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)。兩側(cè)的輪足抬起部分的四個(gè)連桿機(jī)構(gòu)兩兩對(duì)稱(chēng)，即做出了造型美感同時(shí)起到了穩(wěn)定機(jī)械結(jié)構(gòu)的問(wèn)題。

2.2 “少即是多”簡(jiǎn)約美感解決結(jié)構(gòu)繁雜問(wèn)題

由建筑大師密斯.凡.德.羅提出的：“少即是多（Less is more）?！钡纸^不是簡(jiǎn)單得像白紙一張，讓你覺(jué)得空洞無(wú)物，根本就沒(méi)有設(shè)計(jì)。也同樣可以運(yùn)用在機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。很多工程師運(yùn)用大量結(jié)構(gòu)件來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。比如四連桿結(jié)構(gòu)，在一號(hào)連桿位置引用了兩組結(jié)構(gòu)件來(lái)實(shí)現(xiàn)鏈接，于是絲毫連桿就需要三組結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。以此類(lèi)推最終使得結(jié)構(gòu)非常繁雜。如果以少即時(shí)多這一美學(xué)法則考慮結(jié)構(gòu)問(wèn)題就可以省去許多繁雜無(wú)用的結(jié)構(gòu)。

2.3 黃金分割比例解決結(jié)構(gòu)問(wèn)題

在機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，因?yàn)槭嵌卧_(kāi)發(fā)因此有時(shí)固件點(diǎn)不容易確定定位。連接點(diǎn)間用黃金分割比例進(jìn)行計(jì)算，既增加了美感也解決了計(jì)算問(wèn)題可簡(jiǎn)化工作。如上圖在進(jìn)行絲桿連接的時(shí)候?qū)⒔z桿定位在橫長(zhǎng)版的1：0.618位置。這樣就可以使橫長(zhǎng)版在運(yùn)動(dòng)時(shí)更加穩(wěn)定，但是單純從機(jī)械設(shè)計(jì)角度解決定位點(diǎn)問(wèn)題往往需要多次驗(yàn)證。

3、總結(jié)

機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大部分為一次原件型開(kāi)發(fā)，主要是驗(yàn)證機(jī)械結(jié)構(gòu)功能和穩(wěn)定性，而并不考慮產(chǎn)品的外觀及美感，因此使得機(jī)器人僅靠外殼表現(xiàn)美感。但是就像前文提到過(guò)“如果外觀只是要表現(xiàn)風(fēng)格，那么通常只有較短的生命周期”。用造型體現(xiàn)產(chǎn)品本身的美感造型還有實(shí)現(xiàn)的功能是當(dāng)代延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命的直接辦法。因此在產(chǎn)品的—次開(kāi)發(fā)的時(shí)候就可以考慮到這些問(wèn)題。因此在造型設(shè)計(jì)時(shí)多考慮美學(xué)法則既可以解決美學(xué)問(wèn)題也可以實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。