【学以精工】与“几根手指”的较量——北理工机车学院...
http://www.bit.edu.cn/images/content/2015-04/20150402130528222280.jpg 2015年3月10日，全球著名二维、三维、传媒娱乐软件公司——欧特克（Autodesk）公司第五届国际交流会（Panorama/Bootcamp）在中国上海同济大学盛大召开。作为这所全球财富五百强企业所创立的一项全球性的数字化设计盛会，这是该项活动首次来到中国大陆，此前四届分别在中国香港、美国、马来西亚和新加坡举办。本届活动云集了来自中国大陆、中国台湾、日本、韩国、俄罗斯、印度、印度尼西亚、马来西亚、菲律宾、新加坡、土耳其、乌克兰等众多国家和地区的众多代表团队参加。在这些斩获本国或地区的机械、建筑行业设计赛的总冠军团队中，有这样一支队伍，他们略带武侠色彩的名称，极具创意的设计，吸引了各方关注和业界好评。他们就是北京理工大学机械与车辆学院的“绕指灵狐（Finger Foxes）”，这支团队凭借其设计的巧妙的假肢手指项目，以中国区机械产品数字化设计赛总冠军的身份受邀参加此次大会。 在世界舞台展示北理“灵指”Autodesk第五届国际交流会为期3天，包含Idol、Hackathon、Interview、Final Presentation等多个环节。在Idol这一“炫酷”环节中，要求来自各国的优秀团队展示其作品，北理工绕指灵狐（Finger Foxes）所设计的假肢手指项目凭借其缜密的设计思路、精致的实物和妙趣横生的展示，令在场观众称赞不已，引来了各国老师学生的关注。http://www.bit.edu.cn/images/content/2015-04/20150402130635054390.jpg 在随后的Hackathon、Interview、Final Presentation等环节中，北理工绕指灵狐（Finger Foxes）按照大会要求以“可穿戴设备”为题，使用Autodesk云端交互设计软件“Fusion 360”在10个小时内完成一个产品设计，并通过现场问辩和进行最后展示，旨在考验团队短时间内的创造力和想象力。面对挑战，绕指灵狐（Finger Foxes）团队圆满完成任务。在次日的展示中，其设计的视觉与触觉一体的，依托云端大数据的教学、动作捕捉手套眼镜的穿戴设备套装（Fox Costume）再次引起了全场称赞。期间，Finger Foxes团队接受了上海当地多家媒体采访，其设计受到了社会各界的广泛关注。通过参加这样一次世界级的科技盛会，北理工绕指灵狐（Finger Foxes）团队的同学们学习了许多东西，包括用户端协同设计、游戏化设计、依托二维照片进行自由建模的快速逆向工程与私人定制等诸多先进设计理念，这些先进的设计手段与创意思路使团队成员获益匪浅。除此之外，他们还积极与日本东京大学、印尼穆罕默迪亚大学、俄罗斯布良斯克国立技术大学、新加坡科技设计大学等各国大学生们进行了充分的交流，既开拓了视野，又结下了一份国际化的友谊，这是整个活动中最宝贵的东西。 巧妙构思的机械“灵指”能在国际舞台上展示北理工创造，并不是一蹴而就的事情，绕指灵狐（Finger Foxes）团队在此前已走过了一年多的心路历程。“绕指灵狐”这一项目起源于2014年全国机械产品数字化设计大赛，系国家级大学生创新训练计划项目，由第一代负责人——2011级交通工程专业王露萱于2014年1月提出了这个想法。当时，团队在策划项目时，将目光聚焦于最具活力的生物医学工程领域，结合自己机械专业背景，经过调研论证加上几分灵感，最终形成了这个人体工程学为大背景的机械设计项目。随即，在机械与车辆学院科协的牵头下，王露萱和2012级机械工程专业的苏江舟、2011级装甲车辆工程专业柯志芳组成了这支“绕指灵狐Finger Foxes”团队，并顺利完成了第一代手指假肢的设计。
http://www.bit.edu.cn/images/content/2015-04/20150402122714714077.png第一代手指假肢的设计基于一组绳轮传动结构，适用于失去任意手指但保留掌指关节的残疾人，通过挠性传动等机械设计中的简单原理，希望通过残余断指的单自由度驱动，带动全套假肢完成抓、握、捏等常用动作，并能控制一定的抓握力度。第一代作品提出了包括：指架、支架两支撑分立，单指设计多自由度，使用3D打印制作等诸多全新概念。凭借这款设计和在现场设计环节的出色发挥，他们一路披荆斩棘，在2014年5月于湖北武汉华中科技大学一举拿下了2014年全国机械产品数字化设计中国区的总冠军。而正是通过这次大赛，比赛赞助商欧特克（Autodesk）公司十分看好这个前景广大、简洁巧妙的纯机械设计项目，并在赛后主动联系了北理工团队，表示愿意支持他们将设计做成实物。在2014年11月欧特克（Autodesk）公司还特邀团队参加了在北京国际会议中心举办的Autodesk中国区AU大师汇，帮助北理工绕指灵狐（Finger Foxes）在机械设计行业的业界大会上进行全面展示。在数字化设计大赛之后，2012级的苏江舟同学接替学长学姐，成为了团队第二代负责人，带领团队成员们，接力创新，按照参加欧特克（Autodesk）公司第五届国际交流会/训练营的更高要求，开展了第二代手指假肢的设计。在设计中，他们使用连杆机构代替轮绳机构，带动手指传动，实现了近指节摇摆时的三指节联动，使得运动效果更佳稳定可靠。同时又更大胆地提出了“解放手指全部自由度”的概念，依靠残余断指驱动方式，继续将支撑结构分为“支架”与“指架”。“支架”作为整套手指的支撑、“指架”作为单根手指的支撑，既可拆卸，又能在同一根手指上设置多个自由度，做到最大限度地与人体关节相似。在教务处支持下，项目研究成果已经申请国家发明专利。
可3D打印的个性化机械“灵指”绕指灵狐（Finger Foxes）项目，在设计之初就考虑使用“3D打印”进行制造，因此结构设计均从“3D打印”的制造特点出发，实现加工的便捷化和产品的个性化。首先，部件结构设计一体化，以便制作时能够直接“3D打印”成完整可运动的单指假肢，不必进行装配。依托3D打印技术，Finger Foxes的设计省去了传统连接件，所有运动结构成型于手指外观之内，只要合理得排布机构草图，即能在软件中直接模拟出弯曲运动情景。另外，采取“3D打印”技术，可利用参数化模型控制，对于不同手部大小的残疾人，只需基于机构草图进行尺寸微调，就能够实现对用户的“一对一”定制服务。“3D打印”还为外观建模提供了极大的自由空间，用户甚至能够选择自己喜欢外观形状与颜色，由此，假肢也许不再是残疾人羞于展示部分，未来的假肢也可以很炫酷。
http://www.bit.edu.cn/images/content/2015-04/20150402122851319172.png绕指灵狐（Finger Foxes）项目在2014年暑期完成了二代设计后，就使用“3D打印”技术进行了实物制作。手指主体部分使用SLA工业级光固化打印机，实现了一体打印可动装配体的预想效果，只通过一次打印直接成形，且连接位置实现可转动的装配效果，而不是像以往机械加工出每个零件，再进行装配。为了实现这一高难度的精细加工，团队认真研究制定了合理的装配公差间隙，并对打印材料的选择进行了诸多实验探索，才得到了最佳方案。在积极攻克“3D打印”的关键时期，团队成员都逐渐步入高年级面临毕业，而项目又得到社会的广泛关注，甚至还有不少投资意向。面对这些创新之外的因素，大家最后达成一致，继续深化提升项目，不为眼前利益所动，树立更加远大的目标，要将这个凝结心血的项目作为“3D打印”引领假肢也变革的第一步。他们希望自己的成果能赠送给真正需要的残疾人或慈善机构，并通过公益组织共享传承，使之“北理工创造”不断传播，实现初心——“我们希望制作一款真正实用又价格低廉的手指假肢，让世人发现3D打印能够为假肢业从设计到制作理念上所带来的巨大变革，从而加速这一革命进程，为残疾人尽早带去福音。” 与几根手指一年来的“切磋”，给绕指灵狐（Finger Foxes）的成员们带来的远不止是一项科技创新，一次国家级竞赛、两次国际级大会，还有与大型企业的交流、合作等等这些宝贵的经历，才是同学们成长中最有价值的收获。课外创新活动虽然会占据大量的时间和精力，也让他们面对紧张的课业头疼不已，但大家面对挑战，勇往直前，未曾后悔。他们很感谢机车学院给了同学们这样自主发散思想，实现梦想的环境，在机车学院，学生创新活动向来在同学们之间普及度甚高，既有代表性的三大车队，又有机械赛、数字化设计、工程训练赛、先进成图赛等一系列不同风格和等级的竞赛活动，还有创新中心、大创基地、工程训练中心等大量科创活动场所，更有学院团委及学生科协的统一化管理，越来越红火的学生科创帮助更多的北理学子走上国际舞台展示“北理创造”。与几根手指的“切磋”，让大家深深热爱上了自己的专业，他们将带着创新的激情，在人生未来的挑战上继续勇往直前！
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