生物原型驱动的手功能康复产品仿生设计

doi:10.3901/JME.2023.11.300

机械工程学报 ›› 2023, Vol. 59 ›› Issue (11): 300-307.doi: 10.3901/JME.2023.11.300

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生物原型驱动的手功能康复产品仿生设计

王年文^1,2, 张立杰^3,4, 毕翼飞⁵, 李原慧², 李鑫⁵, 秦文静²

1. 燕山大学机械工程学院秦皇岛 066004;
2. 燕山大学艺术与设计学院秦皇岛 066004;
3. 燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室秦皇岛 066004;
4. 燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室秦皇岛 066004;
5. 河北科技师范学院艺术学院秦皇岛 066004

收稿日期:2022-11-14 修回日期:2023-04-27 出版日期:2023-06-05 发布日期:2023-07-19
通讯作者: 张立杰(通信作者),男,1969年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为机器人学、并联机构学、液压测控技术。E-mail:ljzhang@ysu.edu.cn
作者简介:王年文,男,1979年出生,博士研究生,教授,硕士研究生导师。主要研究方向为设计形态构型学、智能装备与康复辅具设计、产品视觉认知与信息图谱。E-mail:wangnianw@ysu.edu.cn
基金资助:
2022年度河北省社会科学基金资助项目(HB22YS038)

Research on Bionic Design of Hand Functional Rehabilitation Products Driven by Biological Prototype

WANG Nianwen^1,2, ZHANG Lijie^3,4, BI Yifei⁵, LI Yuanhui², LI Xin⁵, QIN Wenjing²

1. School of Mechanical Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao 066004;
2. School of Arts and Design, Yanshan University, Qinhuangdao 066004;
3. Key Laboratory of Advanced Forging & Stamping Technology and Science(Yanshan University), Ministry of Education of China, Qinhuangdao 066004;
4. Hebei Provincial Key Laboratory of Heavy Machinery Fluid Power Transmission and Control, Yanshan University, Qinhuangdao 066004;
5. College of Art, Hebei Normal University of Science and Technology, Qinhuangdao 066004

Received:2022-11-14 Revised:2023-04-27 Online:2023-06-05 Published:2023-07-19

摘要/Abstract

摘要： 面向手功能康复产品设计领域，通过生物功能协同实现模式指导产品功能求解，达到提高产品设计适用性与跨领域转化效率的目的。依据仿生设计螺旋路径和手部康复需求，建立功能树模型，将设计问题生物化，借助AskNature知识库检索并筛选生物原型；根据类比原理分析生物功能系统与技术功能系统，进行相似度计算，获得有效仿生对象并分析其生物效应；通过生物-产品系统类比模型，获得形态结构、行为原理、运动环境三个层面的映射关系；通过产品功能求解模型，实现生物原型在功能层面上的模仿和替换。基于功能相似性确定生物原型后抽取并应用其效应特征，可完善手功能康复产品的功能结构，指导手功能康复产品设计，实现跨领域功能结合，帮助设计人员快速实现仿生设计目标。

关键词: 生物效应, 手功能康复, 功能创新, 仿生设计

Abstract: In the field of hand function rehabilitation product design, the collaborative realization mode of biological functions is used to guide the solution of product functions, so as to improve the applicability of product design and the efficiency of cross domain transformation. Based on the spiral path of bionic design and the need of hand rehabilitation, the functional tree model is established, and the problem is biologized. The Asknature knowledge base is used to search and screen biological prototypes. According to the analogy principle, the biological function system and the technical function system are analyzed, and the similarity calculation is carried out to obtain the effective bionic object, which biological effect is analyzed. Through the analogical model of bio-product system, the mapping relationships of morphology structure, behavior principle and movement environment are obtained. Through the product function solving model, the biological prototype can be imitated and copied on the functional realization level. After the biological prototype is determined based on the functional similarity, the biological effect features are extracted, which can improve the functional structure of hand function rehabilitation product and guide its design. The cross-domain functional combination is realized to help designers quickly realize the design goals in bionic design.

Key words: biological effect, hand function rehabilitation, function innovation, bionic design

中图分类号:

TB472

王年文, 张立杰, 毕翼飞, 李原慧, 李鑫, 秦文静. 生物原型驱动的手功能康复产品仿生设计[J]. 机械工程学报, 2023, 59(11): 300-307.

WANG Nianwen, ZHANG Lijie, BI Yifei, LI Yuanhui, LI Xin, QIN Wenjing. Research on Bionic Design of Hand Functional Rehabilitation Products Driven by Biological Prototype[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2023, 59(11): 300-307.

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