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機器人的機械設計范文1
關鍵詞:步行機器人 機械機構 設計 仿真
中圖分類號:TP24 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(a)-0041-01
步行機器人的研究對理論和實踐具有重要的理論價值和現實意義。它不僅可以豐富機器人研究的相關理論。還可以推動人工智能技術、仿生學、計算機圖形學、通信技術等相關學科的發展。隨著機器人逐漸被運用到越來越多的領域中,機器人的工作環境發生了變化,工作任務進一步復雜化,這就對機器人性能提出了更高的要求。由于步行機器人具有體積小、對環境的適應性強、能耗小、避障礙能力強,移動盲區小等特征和優點,因而它具有廣泛的實際運用領域,也吸引人們的普遍關注。
由于該機器人的設計要求實現步行和身體擺動等較為復雜的運動,設計的結構也相對較為復雜,對設計尺寸也有相關對嚴格的規定,同時還要求采用單電機進行驅動。為了滿足這些要求,文章設計了一種結構緊湊、易于控制的機械機構。
1 傳動機構設計
由于是步行機械機構的設計,因而雙足行走的驅動機構需要作重復的非完整圓周旋轉運動。而傳達機構的作用就是將電機的連續旋轉運動轉變為重復的非完整圓周旋轉運動。一般情況下,為了實現這一轉化,我們在設計中可以采用曲柄搖桿機構。一般來說,中間構件會比較長,這使得傳遞的線路也會比較長,容易產生誤差。而線路長又會積累誤差,這樣一來,在傳遞過程中比較容易產生較大的誤差積累。與此同時,機構運動經過中間構件進行傳遞還會增加能耗,降低機械的使用效率。除了會出現這些問題之外,死點的存在也會在很大程度上限制連桿機構的運用。
鑒于曲柄搖桿機構存在的缺陷,在這種步行機器人的機械機構的設計中,我們考慮采用齒輪傳動。齒輪傳動是機械傳動中比較常用的一種方式,它具有其它傳動不可比擬的特點和優勢,比如傳動結構緊湊、傳遞比較穩定、傳動工作可靠、傳動效率高、傳動裝置使用壽命長等。在一般的錐齒輪傳動中,從動齒輪只能隨著主動錐齒輪做旋轉運動。如果我們延長主動錐齒輪的軸,在從動錐齒輪的另一邊再安裝第二個錐齒輪和從動錐齒輪齒合。由于在旋轉方向上,第二個和第一個的旋轉方向相反,所以該機構就自動被鎖住了,無法運行。
在設計工作的實際中,如果我們只運用第一個主動錐齒輪的一半齒,去掉另一半齒,同時還去掉兩個主動錐齒輪被削齒對面的一半,通過這樣對齒輪的設計和調整,去掉一部分齒輪,就能夠將電機的連續旋轉運動轉變為重復的非完整圓周旋轉運動。
2 步行機構設計
如圖1所示,稈d所指的是大腿,桿e所指的是小腿,桿f所示的是腳板。在稈a和桿f之間采取相應的措施,使得他們之間相對固定。輪b所指的是驅動輪,并且,它的驅動桿是桿a。通過一點相應的連接措施,使桿a鉸接在輪c上。這樣的結構方式使得桿a的運動形式為平動,這是由輪b和輪C所確定的。在實際運動中,首先由桿a和桿f一起作平動,與此同時,他們的平動會同時帶動桿e進行運動,而桿e進行運動又會帶動桿d進行運動。這樣一來,看似桿d、e、f一起在作步行運動,而事實上是輪b、輪C和桿a在發揮著作用,桿d和桿e并不發揮主動的作用,他們只是作為從動件在整個機構設計中發揮作用。在這個步行機構設計中,只要作為腳板f的面積足夠大,能夠承受住桿件的重量和運動時帶來的壓力,使得地面上的投影始終不超越支撐多邊形的范圍,這樣一來,該機械機構就可以實現雙足步行,而不需要步行穩定控制器的的支持就可以(如圖1)。
3 步行機器人仿真研究
為了驗證該步行機器人機械機構設計的效果,我們進行了仿真研究。通過詳細的設計機構參數,我們的得出了具體的單腿運動參數。這些運動參數是以下一個情況。由1位置開始運動,桿a從這里順時針旋轉10°便到達2位置,與此同時,桿b由1位置逆時針旋轉至2位置;桿a反向逆時針旋轉40°至3位置,與此同時,桿b繼續逆時針旋轉40°至3位置;桿a繼續逆時針旋轉10°至4位置,與此同時,桿b反向順時針旋轉10°至4位置;桿a反向順時針旋轉40°返回1位置,與此同時,桿b繼續順時針返回1位置,通過這樣的旋轉運動從而使一個步行周期得以完成。
4 結語
科學技術的進步必將推動機器人設計的進一步發展和進步。隨著整個社會對機器人要求的進一步提高,機器人的功能將進一步增強。而機械機構設計在機器人的設計中占有重要的地位和作用,直接影響機器人整體功能的發揮。文章主要探討分析了一種步行機器人的機械機構的設計問題,這種機器人便于控制,采用單相電機進行驅動,運用齒輪傳達機構和步行機構使其實現穩定的靜態步行。通過對該機器人的仿真研究,結果表明該步行機器人能夠實現設計時所期望的運動軌跡?？偟膩碚f,該機器人的機械機構的設計是正確的,結構緊湊,傳動效率高,因此,在實踐中,值得推廣和應用該種機器人的機械機構設計方案。
參考文獻
[1] 祁樂,閆繼宏,朱延河.小型雙足步行機器人的研制[J].機械工程師,2006(11).
[2] 余聯慶,趙毅,杜利珍,等.小型雙足步行機器人機械機構設計[J].中國水運(理論版),2007(7).
機器人的機械設計范文2
關鍵詞：機械制造 自動化 概況 影響
一、引言
世界機械制造業作為世界經濟的一個重要組成部分，其發展狀況與其所處的環境有著緊密的關系，并受制于經濟周期變動的影響，既表現為對經濟周期的敏感性，又表現出一定的滯后性。上世紀90年代至今，世界性機械制造業突出表現為在大波動中發展，顯示其在國民經濟尤其是在工業發展中的特殊地位，是防止經濟“泡沫化”的基礎；機械制造業貿易呈現極強的地區性，發達國家和發展中國家之間存在很大的貿易差距，發達國家在機械生產和貿易領域繼續其霸主地位。從美國、日本、德國等發達國家重視裝備制造業的發展情況來看，不僅在于其在本國工業中生產、出口、積累、就業等方面的貢獻率均占前列，更在于裝備制造業為新技術、新產品的開發和生產提供重要的物質技術，是經濟結構高級化不可或缺的戰略性產業。
二、機械制造業的影響及發展
世界機械制造業作為世界經濟的一個重要組成部分，其發展狀況與其所處的環境有著緊密的關系，并受制于經濟周期變動的影響，既表現為對經濟周期的敏感性，又表現出一定的滯后性。上世紀90年代至今，世界性機械制造業突出表現為在大波動中發展，顯示其在國民經濟尤其是在工業發展中的特殊地位，是防止經濟“泡沫化”的基礎；機械制造業貿易呈現極強的地區性，發達國家和發展中國家之間存在很大的貿易差距，發達國家在機械生產和貿易領域繼續其霸主地位。從美國、日本、德國等發達國家重視裝備制造業的發展情況來看，不僅在于其在本國工業中生產、出口、積累、就業等方面的貢獻率均占前列，更在于裝備制造業為新技術、新產品的開發和生產提供重要的物質技術，是經濟結構高級化不可或缺的戰略性產業。
現在隨著世界的發展和人口的劇增，地球的各種資源不斷的減少，有些資源甚至已經開發殆盡了，資源問題是世界性的難題。故此機械業應盡一份義務，應和世界的需要，朝著綠色化的方向發展。如此，便有了綠色理念，綠色創想，綠色設計，綠色制造，綠色生產和綠色處理等新的研究方向。就我個人而言，似乎又一股潛在的力量推動著我我對綠色機械和回收再利用有極大的興趣和熱情。我想有可能的話我以后會從事綠色化方向的研究。
三、自動化技術的概況
機械制造自動化技術始終是機械制造中最活躍的一個研究領域，也是制造企業提高生產率和贏得市場競爭力的主要手段。機械制造自動化技術自20世紀20年代出現以來，逐漸走向集成化、智能化、敏捷化、虛擬化、清潔化等五個方向。綜合自動化常常與計算機輔助制造，計算機集成制造等概念相聯系，它是制造技術、控制技術、現代管理技術和信息技術的綜合，旨在全面提高制造企業的勞動生產率和對市場的響應速度。
機械制造自動化技術向集成化方向發展。計算機集成制造（CIMS）是2l世紀制造企業的主要生產方式。CIMS是由若干個相互聯系的分系統組成，通常劃分為以下5個分系統：工程技術信息分系統、管理信息分系統（MIS）、制造自動化分系統（MAS）、質量信息分系統、計算機網絡和數據庫分系統（Network & DB）。
機械制造自動化技術向智能化方向發展。智能化制造系統可理解為由智能機械和人類專家共同組成的人機一體化智能系統，智能系統在制造過程中能進行智能活動，如分析、推理、判斷、構思、決策等。
在智能系統中，“智能”主要體現在系統具有極好的“軟”特性（適應性和友好性）。在設計和制造過程中，采用模塊化方法，使之具有較大的柔性；對于人，智能制造強調安全性和友好性；對于環境，要求做到無污染，且能源和資源充分回收，對于社會，提倡合理協作與競爭。
機械制造自動化技術向敏捷化方向發展。敏捷制造是以競爭力和信譽度為基礎，選擇合作者組成虛擬公司，分工合作，為同一目標共同努力來增強整體競爭能力，對用戶需求做出快速反應，以滿足用戶的需要。為了達到快速應變能力，虛擬企業的建立是關鍵技術，其核心是虛擬制造技術，敏捷制造是以虛擬制造技術為基礎的。敏捷制造是現代集成制造系統從信息集成發展到企業集成的必由之路，它的發展水平代表了現代集成制造系統的發展水平，是現代集成制造系統的發展方向。
機械制造自動化技術向虛擬化方向發展?！疤摂M制造”的概念是20世紀90年代初提出的。虛擬制造是以系統建模和計算機仿真技術為基礎，集現代制造工藝、計算機圖形學、信息技術、并行工程、人工智能、多媒體技術等高新技術為一體，是一項由多學科知識形成的綜合系統技術。虛擬制造利用信息技術，仿真計算機技術對現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，以發現制造中可能出現的問題，在產品實際生產前就采取預防的措施，從而達到產品一次性制造成功，來達到降低成本、縮短產品開發周期，增強產品競爭力的目的。
機械制造自動化技術向清潔化方向發展。清潔生產是指：將綜合預防的環境戰略，持續應用于生產過程和產品中，以便減少對人類和環境的風險。清潔生產的兩個基本目標是：資源的綜合利用和環境保護。
機器人的機械設計范文3
[關鍵詞]： 人防工程 人防醫療救護站 地下車庫 平戰轉換措施
中圖分類號：E217 文獻標識碼： A
[Abstract]： for air raid shelters medical aid station electrical engineering
main design points， the transformation from peacetime to wartime construction
difficulties and put forward feasible measures to ensure the transformation， on
the eve of the war on time will be underground garage converted to civil air
defense medical aid qualified station.
[keyword]： civil air defense engineering and civil air defense medical aid
station underground garage transformation from peacetime to wartime measures.
長期準備、重點建設、平戰結合，是人防工程建設的重要方針。為了貫徹這一方針，就是要確保戰備效益的前提下，充分發揮社會效益和經濟效益。隨著人防建設配套完善，人防醫療救護站建設的數量歷年逐漸增多。對于平戰結合的人防醫療救護站，怎樣在設計中做好平戰使用功能轉換的技術措施，保證工程既能滿足平時使用功能，在臨戰前又能按時完成戰時使用功能，是目前人防各戰線參與者都應積極探索和實踐的課題。本文結合筆者在設計中碰到的工程案例的一些經驗及思考。對醫療救護站的設計及平戰結合轉換功能中電氣專業應對措施提出筆者的設想及看法。拋磚引玉，希望廣大同行提出寶貴意見，為我國人防建設事業的發展作出貢獻。
一、設計要求及工程特點
《人民防空醫療救護工程設計標準RFJ005-2011》第1.0.4.（3）條規定：三等人防醫療工程（即救護站）戰時主要承擔對傷員的緊急救治。這一條明確規定了救護站的戰時功能和平戰結合設置作出了明確的要求。但在實際工作中，由于各種原因。救護站平時功能往往被定位于庫房或者汽車庫。針對這樣的實際情況，工程呈現以下特點：
1、配電系統設計要求不同。人防醫療救護工程戰時各級負荷供電應符合下列要求：戰時一級負荷，應采用雙電源，雙回路末端負荷側自動切換；戰時二級負荷，宜采取雙電源、電源側切換，專用回路供電；戰時三級負荷應采取電源供電，當由柴油電站供電時，應能自動或手動切除。而平時作為庫房，小容量的一級負荷和三級負荷宜采用放射式配電。這就導致戰時針對不同負荷要求供電的線路臨戰轉換要求高。
2、平戰使用功能完全不同，造成臨戰前工作量增大。對平戰轉換工作可靠性要求更高。醫療救護工程戰時使用的各類功能性房間多為小房間，如診斷室、化驗室、X線機室、心電圖B超室、貯血室、手術室、搶救室、治療室、病房等，而平時作為庫房，主要用于存儲一些雜物等。這類工程要完成平戰結合的人防工程都要進行的各人防人口部房間如濾毒室、除塵室、擴散室、防毒通道、密閉通道等，各類風、水、電管線等的臨戰轉換。
3、由于平戰轉換，給設備專業帶來大量的臨戰轉換工作。對人防電氣專業的設計提出了新的要求，例如平時的庫房照度低，而作為醫療用房間照度的要求高。一般庫房照明50lx，醫療用房的照度大多在200～300lx，手術室照度更達到500～750lx。怎樣將低照度的照明轉換到需要的照度？這是設計工作中應考慮到并提出可行的轉換措施。
二、平戰轉換措施
針對這些新特點，筆者在設計中總結經驗作了如下工作，使該類設計既滿足設計規范要求，又有切實可行的轉換措施指導工作。保證戰時功能的順利轉換。
（1）設計者不僅要熟悉人防專業相關的設計規范，還應熟悉有關醫療方面的設計規范，充分了解各種相關的醫療設備及各種功能房間對電氣專業的要求，做到心中有數。
（2）必須按人防醫療救護站的標準做完整的施工圖設計，各配電系統圖、平面布置圖的均應設計到位。在此基礎上分門別類、梳理出哪些需要一次性安裝到位、哪些是臨戰前安裝，哪些可通過平戰轉換分步安裝。提出來的平戰轉換措施一定要具體可行。在圖紙上標注清楚。其別要注意將所有穿過人防外墻、臨戰墻、防護密閉墻、密閉隔墻的各種電纜（包括動力、照明、通信、醫療用電設備等）管線在過墻處按規范及標準（05SFD10、07FD01～02等）要求預埋防護密閉套管，并且必須一次全部施工安裝到位。設計人員應將每處穿墻密閉套管的數量、規格、用途在平面圖相關位置標注清楚（圖1）。這項工作從設計到施行工都不允許出差錯遺漏，以保證臨戰前相關的各種電纜能順利敷設到各部位。
圖1 人防動力、干線平面圖
（3）在有局部等電位聯結（LEB）要求房間的相關部位墻上按要求預埋接地連接板（手術室、ICU室、X光機室、心腦電圖室、急救室、淋浴室等），便于臨戰前安裝LEB箱。暫無墻體處可在對應位置的底板上預埋接地連接板。臨戰前砌筑墻體后再安裝LEB箱。
（4）對于醫療專用的配電箱，如X光機室電源箱、手術室配電箱、化驗室配電箱等平時不用的箱盤，筆者認為可以在臨戰前才安裝，但各箱盤的設計一定要到位，例如手術室配電箱系統圖（圖2）。這里要注意為X 光機配套的電源開關箱應設在便于操作處，并不得設在有放射線的墻體上安裝。（JGJ16-2008第9.7.5.6條）。供潔凈手術室用電的專用配電箱不得設在手術室內，每個潔凈化手術室應設有一個獨立專用配電箱，配電箱處應設在手術室的外廊側墻內。（GB50333-2002第8.3.2.1條）。
圖2 手術室配電系統圖
（5）手術室屬2類醫療場所（JGJ312-2013表3.0.2），對各專業都有較高的設計要求，醫療規范對電專業的主要要求詳見附錄一。因手術室四面墻體及頂板、底板均有相關的電氣設備安裝，這些工作只能在臨戰前、墻體砌筑后才能安裝。設計中要做好這些設備構件的預埋，方便今后安裝。
（6）對于照明設計，筆者總結為：平時集中控制預留轉換條件，戰時分房間控制，按需要增加燈具，基本可解決集中與分散、低照度與高照度的矛盾。
小結
利用平時地下車庫轉換為人防醫療救護站、臨戰轉換工作量大，設計上有一定的難度，需要平戰統一協調，但只要勤于思考、精心設計、標注準確，對不同的工程特點 提出具體可行的平戰轉換技術措施指導施工。使地下車庫在臨戰前能按時轉換為滿足人防規范要求的醫療救護站工程。
附錄一
1 民用建筑電氣設計規范JGJ16-2008
（1）第10.8.6.9條：手術室內除應設專用無影燈外，宜另設有一般照明，其淘汰色溫慶與無影燈光源相適應。
（2）第12.8.6.1條：在2類醫療場所內，用于維持生命，外科手術和其它位于“患者區域”內的醫用電氣設備和系統的供電回路，均應采用醫療IT系統。
（3）第12.8.10.1條：在1類和2類醫療場所中，應安裝輔助等電位聯結導體，并應將其連接到位于“患者區域”內的等電位聯結母線上。
（4）第12.8.12條：手術室、搶救室應根據需要采用防靜電措施。
2 人民防空醫療救護工程設計標準 RFJ005-2011
表6.2.3規定：手術室用電負荷等級為一級。
表6.6.3規定：手術室照度為500lx。
3 醫院潔凈手術部建筑技術規范GB50333-2002
（1）第8.3.1.1條：潔凈手術部必須保證用電可靠性，當采用雙路供電有困難時，應設置備用電源。
（2）第8.3.1.2條：潔凈手術室內用電應與輔助用房用電分開，每個手術室的干線必須單獨敷設。
（3）第8.3.2.6條：潔凈手術室內照明燈具應為嵌入式密閉燈帶。
參考文獻：
[1]人民防空工程設計防火規范 GB 50098-2009 中國計劃出版社 2009
[2]人民防空地下室設計規范 GB 50038-2005 （限內部發行）
[3]民用建筑電氣設計規范 JGJ16-2008 中國建筑工業出版社 2008
機器人的機械設計范文4
關鍵詞：人工智能技術;供水設備;電氣自動化控制技術
人工智能技術在各行各業中的應用越來越普遍，極大地推動了生產效率的提高。作為一門邊緣學科，人工智能技術屬于自然學科和社會學科的交叉，涉及到的學科里面包括不定性論、控制論、計算機科學、心理學、數學、認知科學等等。在供水設備機械電氣自動化控制中應用人工智能技術，能夠有效地節約人力資源成本，提高供水設備的運行效率，減少供水設備的運行故障，推動供水企業的健康穩定發展。
1 人工智能技術
人工智能技術主要是對新設備、新技術和新理論進行拓展、研究和開發而形成的一種新興技術。計算機發展的過程中，人工智能是一個重要的發展方向和組成部分，在該領域產生了各種應用設備，例如圖像識別系統、語言識別系統、機器人等等?？傮w而言，人工智能技術是多個領域和技術的結合，可以使機械設備完成與人類智能相似的功能，從而達到提高生產效率的目的，減少人力資源方面的投入[1]。
2 在供水設備機械電氣自動化控制中應用人工智能控制器
不同類別的人工智能控制器需要不同的研究手段，例如遺傳算法、模糊神經或者神經算法等等，本文將人工智能控制器作為非線性函數近似器進行研究，從而對人工智能進行開發和研究。與普通的函數估計其相比，人工智能非線性函數計時器具有非常明顯的優勢，其在供水設備機械電氣自動化控制中的應用也能夠取得良好的效果。首先，如果使用普通的函數估計器，研究的過程中會遇到一些不確定性因素，對供水設備的穩定性造成影響。而使用非線性函數近似解，則無需將研究對象的模型建立起來，能夠對個別對象進行便利的研究，從而推動了電氣自動化控制系統在供水設備中的應用。其次，為了達到一定的目的，研究者可以對供水機械設備的性能進行調整，從而有效地提高供水設備的適應性。第三，與控制器或者普通函數估計其相比，人工智能非線性函數近似器在調節數據方面更加便利，能夠對供水設備的數據進行便利的調節。第四，在設計供水設備機械電氣自動化控制系統的過程中，設計者只需獲取供水設備中的數據，就能夠應用人工智能技術對其進行設計。在設計供水設備機械電氣自動化控制系統時，只需根據其所響應的數據和語言，就可以完成全部的設計，極大地簡化了設計過程[2]。
在反模糊化和模糊化的過程中，使用隸屬函數、規則庫、自適應性模糊神經控制器能夠進行自動實時確定。
3 人工智能技術在供水設備機械電氣自動化控制中的具體應用
本文以恒壓供水中的AI 人工智能調節器為例，對人工智能技術在供水設備機械電氣自動化控制中的具體應用進行了簡要的介紹。
3.1 工作原理 該系統包括壓力變送器、閥門、水泵、控制接觸器組、AB-PLC-1756系統、AB軟啟動設備、AI- 808 人工智能調節器幾個組成部分。由于水泵具有較大的功率，380V的低壓電機5臺供水，分別為2臺355KW，2臺220KW，1臺160KW。
出水總管的壓力可以由壓力傳感器進行檢測，由變送器向AI- 808 儀表進行傳送，通過比較設定值，將誤差的變化率和壓力誤差得出來。使用AB軟啟動設備進行降壓啟動，使用AB-PLC-1756系統進行機組開、停控制，及檢測各儀表，利用上位機組態軟件RSVIEW32對全廠生產設備進行監控，通過各監測設備在上位機人員控制調節供水壓力。AB軟啟動設備具有軟啟動功能，起動加速時間不超過30秒，并具有自行調節功能。在進行起動斜坡加速時，電機壓力會不斷上升，當電動機的壓力已經到達額定的轉速狀態時，軟啟動器的控制器就會對其進行監測，并自動將輸出電壓切換為全電壓。如果在30秒之內電動機就已經到達了額定轉速，則可以進一步縮短啟動加速的時間。
3.2 控制算法 供水系統的對象還有時變成非線性環節，一些參數會出現未知式的緩慢變化，如果要達到理想的控制效果，單獨使用PID 控制是不行的。因此使用改進PID和AI人工智能調節器進行模糊控制，形成雙模控制算法[3]。
3.3 AI-808人工智能工業調節器 AI- 808人工智能工業調節器具有參數自整定功能、模糊邏輯 PID調節的先進控制算法，能夠通過模糊算法來避免PID的飽和積分。如果誤差減小，則可以對PID算法進行改進，對被控對象的特征進行自動學習和記憶，從而優化控制效果。這樣一來，即使對復雜的對象也能夠進行良好的控制，具有參數確定簡單、精度高、無超調的優點。
3.4 可編程控制器 可編程控制器的輸出是繼電器類型，主要使用Micrologix系列。水泵的邏輯功能主要由PLC來完成，無需設置模擬量的輸入輸出模塊，有力地節省了造價投資。使用AI- 808人工智能儀表來進行系統的壓力閉環控制。
3.5 控制臺 手動和自動兩種操作模式在控制臺的設計中都有所兼顧，通過手動操作來單獨開啟或停止每一臺水泵和閥門，并通過多圈電位器來對變頻器的頻率進行手動調節。如果處于自動模式之下，則可以通過開關來將需要投入運行的水泵選擇出來。如果某臺水泵需要維修，則可以令其自動退出運行行列，不會對系統正常運行造成影響。
4 結語
本文對人工智能技術在工程設備機械電氣自動化控制中的具體應用進行了簡要的分析，人工智能技術得到了迅速的發展，在各行各業中都得到了廣泛的應用。應用人工智能技術的恒壓供水系統，在民用供水系統和工業供水系統中都已經得到了應用，并取得了良好的應用效果，已經成為了供水設備機械電氣化自動控制發展中的一個重要發展方向。
參考文獻：
[1]孫斌.解析電氣自動化控制中人工智能技術的運用[J].科技傳播，2014（04）.
機器人的機械設計范文5
科研與教學并不是對立體，實際上，從“做”中“想”、從“做”中“學”，使“學”在“做”中鞏固加深，詮釋這兩者之間有著千絲萬縷的聯系。筆者從機器人領域的研究中探索對機械工程類應用創新型人才的培養，作用如下。
1.提高學生設計與動手能力。就機器人設計而言，從機械結構到硬件測控系統，都需要合理規劃與布局。機器人研發系統的搭建過程，一方面鞏固了學生的課堂所學，并提高了學生的動手能力，另一方面開動了學生腦筋，完成了學生的“學”到“用”到“創新性應用”的轉化。
2.增強團隊協作精神。從機器人的機械系統和測控系統設計到樣機實驗平臺的搭建，再到仿真實驗和物理實驗，整個過程需要多名學生協作共同完成。每位學生既要做好自己本職的工作，還要勤與其他學生溝通交流，及時反饋自己的進展及各種問題，增強團隊意識與協作精神。
3.培養學生解決問題的能力。一臺機器人樣機（包括虛擬樣機、物理樣機）的搭建，是一個從無到有的過程，從零部件的選擇，傳動方案的確定，尺寸、材料的選取，再到傳感器、電機、減速器等的選擇與設計，各個電氣模塊類型、參數的確定等。在整個搭建過程中，學生會遇到許多在課堂上無法想象的問題，我們可以引導學生通過查找相關書籍、網絡資料、與組員溝通交流等途徑解決遇到的問題，培養學生分析問題、搜索知識方面的能力。
4.加強學生的多門課程知識的融合。機器人技術本身是一門新興、邊緣、交叉學科，機器人的研發過程需要學生具備工程力學、機械原理、機械設計、電子技術、嵌入式技術、傳感器技術、控制原理、計算機控制技術等多門課程知識，并完成課程間的知識融合，由單一的課程知識點到學科間的面，甚至形成知識體系。
5.寬口徑專業培養。機器人技術的研究誕生了一門新興的學科———機器人學，它是力學、機械學、計算機科學、電子學、信息論、控制論等許多學科交叉、融合的結果。機器人技術的特點有利于培養具有交叉學科基礎的復合型人才。
二、機器人研究在本院人才培養中的改革實踐
一方面，筆者在本院講授《機械設計》、《機械動力學基礎》、《工業機器人技術》、《控制工程基礎》、《計算機控制技術》等課程，將6自由度工業機械臂以及學生研制的獨輪車機器人、自行車機器人作為實例，介紹線性代數、機械動力學與機器人技術、計算機控制技術等課程之間的關聯，提高學生對單一課程的重視程度，并從直觀、科學、實用等多個切入點引導學生的學習興趣和熱情。另一方面，針對畢業設計的學生從機器人軟件虛擬樣機仿真與硬件物理樣機設計兩方面加強學生的創新性培養。
1.機器人軟件虛擬樣機仿真方面。根據科學研究項目為學生制定子項目“基于ADAMS和MATLAB的肘型6-R機器人動力學聯合仿真”，“基于虛擬樣機的自行車機器人回轉運動平衡控制”。要求學生建立出機器人的虛擬樣機，通過MATLAB軟件設計PID控制器，完成對虛擬樣機的控制。學生在設計過程中，自行設計機器人的機械傳動方式和幾何尺寸、規劃機器人行走路徑、調節PID參數等工作。遇到軟件使用、參數調節等各種問題通過同組人員間的討論、查找資料以及網絡資源等多途徑解決。圖1和圖2分別為6自由度機械臂末端執行螺旋線軌跡仿真圖以及動畫演示界面.學生在完成這項工作過程中，需要學習掌握相關軟件，包括三維建模軟件Pro/E、機械動力學分析軟件ADAMS、設計控制器的數學軟件MATLAB/Simulink、編寫演示界面的C++圖形化界面語言MFC。此外，還要進行機械設計、動力學建模、末端軌跡規劃、關節控制器設計等。最后，將基于多學科知識設計出的虛擬樣機結合多個軟件進行動態聯調和演示，每一步都需要學生開動腦筋、勤思考、溝通交流、勤實踐。例如，在軌跡規劃中，學生根據機械臂的不同工作狀態設計了幾種軌跡：焊接用的直線、圓軌跡，纏繞用的螺旋線軌跡，擰螺釘用的自轉提升軌跡。圖3為障礙物干擾下自行車機器人回轉運動圖，學生在指導教師規定的平衡運動基礎上，創造性的增加障礙物，一系列調試得到平衡運動后，又通過改變障礙物的形狀、尺寸等參數討論車體平衡條件。這些項目研究充分發揮了學生的想象能力和創造思維，并獲得了很多意想不到的成果。
2.機器人硬件物理樣機設計方面。根據指導教師的在研國家自然科學基金項目，為學生制定子項目“前輪驅動自行車機器人物理樣機設計與制作”、“具有轉彎功能的獨輪車機器人硬件平臺搭建”。要求學生設計出機械傳動方案與測控系統方案，并搭建出實物樣機，完成各個功能模塊之間的聯調。圖4和圖5分別為學生研制的自行車機器人與獨輪車機器人物理樣機。為了便于各種傳感器的安裝，做機械設計部分的同學與做檢測系統設計部分的同學要經常溝通交流。期間，學生對機器人這一機電一體化系統的興趣逐漸增加，主動協助實驗室的研究生學長進行平衡控制實驗研究，并提出了一些超越項目本身的大膽設想，比如擺把換向、騰空跳躍、旋把前進等。通過具體項目，鞏固了學生機械電子、測量控制方面的硬件知識，激發了學生的科研熱情，取得了很好的教學效果。
三、結語
機器人的機械設計范文6
關鍵詞：機械設計；制造；自動化發展；趨勢
中圖分類號：C35 文獻標識碼： A
引言：由于科技的不斷進步，機械設計方面也應該順應這樣的時代潮流并加以改變，其中，向自動化發展就是最為重要的一點。
1、機械設計制造及其自動化的概述
研究機械設計制造及其自動化，我們首先應該要知道什么是機械設計制造及其自動化。機械自動化，簡而言之，就是利用自動化技術，使產品在機械制造生產過程中，可以連續進行生產，優化生產過程，改進生產方式。在機械設計制造中，融入自動化技術已經不僅僅是提高生產效率，加速產業改革的方式和手段，機械自動化也在逐漸成為機械設計制造業主要的技術發展趨勢。
機械設計制造及其自動化是多種技術融合而發展形成的一門學科，通過不斷地發展和實際探索，逐漸形成了以自動化為主要特點的技術體系。機械設計制造及其自動化的發展帶動了整個工業產業的改革和創新，為人們的生產生活帶來了便利，也將在未來的日子里不斷完善發展，不僅擁有自動化技術特點，還會根據其特點和優勢，向著微型化、虛擬化和智能化不斷邁進。
2、機械設計制造及其自動化的優勢
機械設計制造及其自動化雖然是融合了多種技術手段而形成的，但其并不僅僅是多門技術簡單的累積和疊加，而是根據實際情況，將各種科學技術融入實際應用中，使其能夠更好地發揮作用，從而實現機械更加人性化和智能化的目的。下面我們將針對機械設計制造及其自動化的優勢進行以下探討。
2.1優化生產方式，提高生產效率。
通過運用機械設計制造及其自動化技術，我們可以更加精準的實施生產，控制機械運作，提高機械自動化程度，加速生產速率，減少人力運作，不但降低生產過程中可能存在的不當后果對人身所產生的危害，還能節約生產成本，加大產品產出。利用數控技術，信息處理技術等相關技術手段，我們可以使機械運作更加趨近于智能化，更好地按照我們的要求去實施生產活動，在減少勞動力，優化產業生產方式的前提下，提高生產效率和效能。在大部分生產過程中，我們都會遇到一些人力無法切身控制和操作的情況，在這種情況下，我們便可以應用機械設計制造及其自動化技術來代替人力本身，在極限環境和不利于生命體健康的生產過程中，進行操作完成必要的生產工序。
除此之外，相對于人力本身，機械操作在某些程度上，會更加準確無誤地完成預定工序，也可避免因人為操作不當而產生的相關損失。
2.2保障生產安全，履行生產流程。
相對于當代的自動化機械而言，傳統意義上的機械生產更多的依賴于人工控制和操作。當機械在生產某一環節出現問題時，傳統機械生產只能根據有經驗的工人對問題環節進行主觀判斷和改良維修等，不但過分依賴于主觀經驗，也增加了機械使用過程中損耗的概率；而對于自動化機械生產，每個生產步驟都是由電子元件進行控制，機械本身可以在出現問題時進行自動保護、自動診斷、自動報警和自動監視，在第一時間最大程度的保障了生產安全和生產流程的正常運行。相較于傳統的機械生產，自動化機械生產有效避免了因人為判斷失誤而產生的不必要生產損失，大大減少了生產過程中可能造成的人員傷亡和生產事故的發生，降低了機械的損耗率，延長了機械的使用年限，節約了生產成本。
2.3簡化生產過程，促進產業改革。
在生產過程中加入自動化技術，各生產工序按照程序的設計運行，而不再依賴于工人本身的控制，簡化了生產過程，從根本上降低了對操作人員技術水平的要求和人工操作的難度，也減少甚至避免了人工操作不當的事故。以電子程序對生產過程進行控制，不但對產品的生產做出了巨大貢獻，也同時促進了整個機械生產產業的改革。
3、機械設計制造自動化的發展方向
機械制造業是我國經濟發展的支柱型產業，雖然我國在這一領域的起步較晚，但是在國家的大力支持和專業人員的不懈努力下，機械設計制造自動化已經取得了顯著的成果。相信只要把握好其總體的發展方向，在正確方向的指引下繼續努力一定可以彌足目前所存在的不足，為健全完善的工業體系做出貢獻。目前，機械設計制造自動化的發展方向主要包括模塊化、數字化、綠色化、智能化、微型化、網絡化、虛擬化等七個方向。
3.1模塊化
機械設計制造自動化的產品種類和制造廠商繁多，產品質量也不一而論，如果缺乏統一的標準便會給機械的使用帶來很多的不便。現代機械設備的環境、電氣接口等都需要嚴格按照統一標準進行制造，這樣才能保證在組裝、維修的過程中可以及時找到配到的元件，因此自動化產品單元便成為了機械設計制造的關鍵。例如，在拆彈機器人的就是由很多不同功能的模塊所組成，動力模塊實現其運動、圖像處理模塊實現現場畫面的傳送、距離測量模塊是為了輔助精確度運用與拆彈操作。功能不同模塊完美的組合到一起，可以隨時更換損壞的模塊單元。
3.2數字化
數字化是機械設計制造自動化的核心，機械設計制造過程中所用到的計算機技術、通訊技術、互聯網技術共同組成了數字化系統。例如，機器視覺系統就是將機械信息轉化成數據的形式，通過網絡線路將其傳遞到中央處理器進行處理和轉化，并將一個個數據重組成圖形、影像等，通過顯示屏展現出來。機械設計和制造的各個環節都離不開信息的采集、處理和反饋，肯定也離不開數字化技術的應用，所以說數字化必將成為機械設計制造與自動化的發展方向之一。
3.3綠色化
在環境污染嚴重的今天，我國特別重視綠化環保工作的進行，各行各業都需要做好污染的防治與環境保護工作，機械制造業也不能例外。首先，在機械制造的過程中要盡量減少原材料的浪費，高效的利用資源；其次，主要廢舊機械設備的回收與再利用；最后，保證產品的綠色健康，保證產品在使用過程中不會造成嚴重的環境污染。例如，在發動機的制造過程中，要做好廢氣的處理系統，盡量減少發動機運轉時造成的大氣污染。
3.4智能化
智能化技術是近年來發展最為迅速的技術手段，它運用到了心理學、運籌學、人工智能等多個學科。使得機械設計與制造過程的自動化程度得到了顯著的提高，可以使設備具有邏輯性更強的自動化運行能力，同時增強了人機交互功能。例如，智能機器人，它配備有大量的距離、重力、光線等感應器，通過植入智能芯片控制其在遇到不同的情況是做出不同的行動。簡單的說便是智能機器人可以通過距離感應器感知到前方有阻擋物，通過智能芯片的處理后，智能機器人可以實現轉向移動。
3.5微型化
微型化是機械自動化長期發展的最終目標，近年來隨著納米技術、微米技術的發展與成熟，機械自動化的微型化得以實現的可能性越來越大。例如，在軍事方面常用的微型偵察機器人等，其體積小，便于攜帶，組裝方便，同時，由于其體積小，具有很強的隱秘性。
3.6網絡化
隨著計算機的普及和網絡技術的飛速發展，網絡技術極大的改變了人們的生產生活，給人們帶來了極大的便利。網絡化已經成為當前的時展潮流，機械設計制造自動化當然也不例外。例如，預警機器人，所有的機器人通過網絡連接到統一的處理終端，通過網絡反饋信息并接受相應的指令。
3.7虛擬化
在設計產品時，可以借助電子計算機進行事先的模擬，通過輸入和改變數據，可以進行效果比較，幫助設計人員選取最佳設計。另外，便捷的數據傳輸系統還便于工作人員的交流和設計分工。例如，現代虛擬仿真技術的發展已經能夠實現在利用計算機軟件構建一個虛擬的立體機械產品，通過預先設定的程序使機械完成啟動、運行、停止等環節，節省了大量的時間，降低了生產成本，還有效的提升了勞動效率。
結語：機械設計制造的自動化發展取得了重大進展，呈現出一些統一性的發展方向，發展勢頭良好。然而不可避免的是，機械設計制造自動化的發展中還存在著一些問題，設計人員要順應當前機械設計制造自動化的發展方向，結合出現的問題，深入探索研究，采取行之有效的措施，推動機械制造實現更好更快的發展。
參考文獻：
[1]吳俊松.機械設計制造及其自動化的發展方向[J].黑龍江科技信息，2013，11：135.
