美學法則對機器人機械結構造型的啟示

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1機器人造型設計的主要方法

機器人外觀造型必須要結合機器人的功能：在機器人結構設計方面，特別是突出功能性的機器人，結合功能是十分重要的一個方面，如何是機械結構件的美觀和實用接合設計很重要的一環。

1.1機器人結構的結構件體現美感

機器人骨骼結構在設計造型的時候,需要遵循基本的外觀要求，如果要將一個特殊的結構加入進去（有特意美觀造型需求），就需要及時的改變外觀。一般情況下，如果外觀是將功能表達出來,那么就有著比較長的生命周期；如果外觀只是要表現風格，那么通常只有較短的生命周期。所有機械結構件外露在機器人外型上，用結構件本身體現美感。如果沒有對機器人的外形進行特殊的要求，那么只需要將最單純的外觀應用到功能設計上即可。機器人造型設計要充分的解決功能。目前，在機器人外觀設計方面，很少有獨立為美觀為設計的造型，大多都是由一些功能因素在進行輔助。造型設計師首先需要考慮的問題就是有效的處理零件之間的聯系，即實現機械功能。在機器人第一次結構設計時，往往僅對結構功能進行實現并不考慮美觀造型。

1.2機器人的色彩表現

在機器人的色彩表現,除了展示機器人，一般都是將一些色彩表現力較強的構件和特制造型構件應用到其他部分。通過研究表明，十分鮮艷的產品外觀，很容易讓人產生厭煩的感覺；但是，也有一些時候是例外的，如果場合對視覺有著特殊的要求，那么就需要使用比較鮮明的色彩，比如在一些機器人展覽會上，機器結構既要在滿足基本功能需求的基礎上，還要將美觀外在感覺力充分的體現出來。

2將美學法則引入機械結構設計的開發方式

在對機器人機械結構開發過程中一些結構工程師發現，最終驗證穩定的機械結構本身就具有許多美學法則。

2.1軸對稱結構解決輪足穩定問題

在結構造型，當舵機在中心位置時，機械臂結構要符合軸對稱原則。如右圖就是在抬臂輪足的造型設計時沒有對足部進行中心對稱設計，舵機鎖在了單側方向，造成了運行時機器人偏心，單向傾斜并且輪足本身不穩定。因此進行了結構重組如左圖，對馬達進行了重新鎖定，兩側的所有結構件以馬達為中心進行軸對稱設計。兩側的輪足抬起部分的四個連桿機構兩兩對稱，即做出了造型美感同時起到了穩定機械結構的問題。

2.2“少即是多”簡約美感解決結構繁雜問題

由建筑大師密斯•凡•德•羅提出的：“少即是多（Lessismore）。”但又絕不是簡單得像白紙一張，讓你覺得空洞無物，根本就沒有設計。也同樣可以運用在機器人結構設計中。很多工程師運用大量結構件來實現功能。比如四連桿結構，在一號連桿位置引用了兩組結構件來實現鏈接，于是絲毫連桿就需要三組結構實現。以此類推最終使得結構非常繁雜。如果以少即時多這一美學法則考慮結構問題就可以省去許多繁雜無用的結構。

2.3黃金分割比例解決結構問題

在機器人結構設計中，因為是二次元件開發因此有時固件點不容易確定定位。連接點間用黃金分割比例進行計算，既增加了美感也解決了計算問題可簡化工作。如上圖在進行絲桿連接的時候將絲桿定位在橫長版的1∶0.618位置。這樣就可以使橫長版在運動時更加穩定，但是單純從機械設計角度解決定位點問題往往需要多次驗證。

3總結

機器人結構設計大部分為一次原件型開發,主要是驗證機械結構功能和穩定性，而并不考慮產品的外觀及美感，因此使得機器人僅靠外殼表現美感。但是就像前文提到過“如果外觀只是要表現風格,那么通常只有較短的生命周期”。用造型體現產品本身的美感造型還有實現的功能是當代延長產品壽命的直接辦法。因此在產品的一次開發的時候就可以考慮到這些問題。因此在造型設計時多考慮美學法則既可以解決美學問題也可以實現功能結構的穩定。

作者：孫宇馳金雅麗姜可單位：北京信息科技大學機電工程學院工業設計系