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机器人的机械设计范文1
关键词:步行机器人 机械机构 设计 仿真
中图分类号:TP24 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(a)-0041-01
步行机器人的研究对理论和实践具有重要的理论价值和现实意义。它不仅可以丰富机器人研究的相关理论。还可以推动人工智能技术、仿生学、计算机图形学、通信技术等相关学科的发展。随着机器人逐渐被运用到越来越多的领域中,机器人的工作环境发生了变化,工作任务进一步复杂化,这就对机器人性能提出了更高的要求。由于步行机器人具有体积小、对环境的适应性强、能耗小、避障碍能力强,移动盲区小等特征和优点,因而它具有广泛的实际运用领域,也吸引人们的普遍关注。
由于该机器人的设计要求实现步行和身体摆动等较为复杂的运动,设计的结构也相对较为复杂,对设计尺寸也有相关对严格的规定,同时还要求采用单电机进行驱动。为了满足这些要求,文章设计了一种结构紧凑、易于控制的机械机构。
1 传动机构设计
由于是步行机械机构的设计,因而双足行走的驱动机构需要作重复的非完整圆周旋转运动。而传达机构的作用就是将电机的连续旋转运动转变为重复的非完整圆周旋转运动。一般情况下,为了实现这一转化,我们在设计中可以采用曲柄摇杆机构。一般来说,中间构件会比较长,这使得传递的线路也会比较长,容易产生误差。而线路长又会积累误差,这样一来,在传递过程中比较容易产生较大的误差积累。与此同时,机构运动经过中间构件进行传递还会增加能耗,降低机械的使用效率。除了会出现这些问题之外,死点的存在也会在很大程度上限制连杆机构的运用。
鉴于曲柄摇杆机构存在的缺陷,在这种步行机器人的机械机构的设计中,我们考虑采用齿轮传动。齿轮传动是机械传动中比较常用的一种方式,它具有其它传动不可比拟的特点和优势,比如传动结构紧凑、传递比较稳定、传动工作可靠、传动效率高、传动装置使用寿命长等。在一般的锥齿轮传动中,从动齿轮只能随着主动锥齿轮做旋转运动。如果我们延长主动锥齿轮的轴,在从动锥齿轮的另一边再安装第二个锥齿轮和从动锥齿轮齿合。由于在旋转方向上,第二个和第一个的旋转方向相反,所以该机构就自动被锁住了,无法运行。
在设计工作的实际中,如果我们只运用第一个主动锥齿轮的一半齿,去掉另一半齿,同时还去掉两个主动锥齿轮被削齿对面的一半,通过这样对齿轮的设计和调整,去掉一部分齿轮,就能够将电机的连续旋转运动转变为重复的非完整圆周旋转运动。
2 步行机构设计
如图1所示,秆d所指的是大腿,杆e所指的是小腿,杆f所示的是脚板。在秆a和杆f之间采取相应的措施,使得他们之间相对固定。轮b所指的是驱动轮,并且,它的驱动杆是杆a。通过一点相应的连接措施,使杆a铰接在轮c上。这样的结构方式使得杆a的运动形式为平动,这是由轮b和轮C所确定的。在实际运动中,首先由杆a和杆f一起作平动,与此同时,他们的平动会同时带动杆e进行运动,而杆e进行运动又会带动杆d进行运动。这样一来,看似杆d、e、f一起在作步行运动,而事实上是轮b、轮C和杆a在发挥着作用,杆d和杆e并不发挥主动的作用,他们只是作为从动件在整个机构设计中发挥作用。在这个步行机构设计中,只要作为脚板f的面积足够大,能够承受住杆件的重量和运动时带来的压力,使得地面上的投影始终不超越支撑多边形的范围,这样一来,该机械机构就可以实现双足步行,而不需要步行稳定控制器的的支持就可以(如图1)。
3 步行机器人仿真研究
为了验证该步行机器人机械机构设计的效果,我们进行了仿真研究。通过详细的设计机构参数,我们的得出了具体的单腿运动参数。这些运动参数是以下一个情况。由1位置开始运动,杆a从这里顺时针旋转10°便到达2位置,与此同时,杆b由1位置逆时针旋转至2位置;杆a反向逆时针旋转40°至3位置,与此同时,杆b继续逆时针旋转40°至3位置;杆a继续逆时针旋转10°至4位置,与此同时,杆b反向顺时针旋转10°至4位置;杆a反向顺时针旋转40°返回1位置,与此同时,杆b继续顺时针返回1位置,通过这样的旋转运动从而使一个步行周期得以完成。
4 结语
科学技术的进步必将推动机器人设计的进一步发展和进步。随着整个社会对机器人要求的进一步提高,机器人的功能将进一步增强。而机械机构设计在机器人的设计中占有重要的地位和作用,直接影响机器人整体功能的发挥。文章主要探讨分析了一种步行机器人的机械机构的设计问题,这种机器人便于控制,采用单相电机进行驱动,运用齿轮传达机构和步行机构使其实现稳定的静态步行。通过对该机器人的仿真研究,结果表明该步行机器人能够实现设计时所期望的运动轨迹。总的来说,该机器人的机械机构的设计是正确的,结构紧凑,传动效率高,因此,在实践中,值得推广和应用该种机器人的机械机构设计方案。
参考文献
[1] 祁乐,闫继宏,朱延河.小型双足步行机器人的研制[J].机械工程师,2006(11).
[2] 余联庆,赵毅,杜利珍,等.小型双足步行机器人机械机构设计[J].中国水运(理论版),2007(7).
机器人的机械设计范文2
关键词：机械制造 自动化 概况 影响
一、引言
世界机械制造业作为世界经济的一个重要组成部分，其发展状况与其所处的环境有着紧密的关系，并受制于经济周期变动的影响，既表现为对经济周期的敏感性，又表现出一定的滞后性。上世纪90年代至今，世界性机械制造业突出表现为在大波动中发展，显示其在国民经济尤其是在工业发展中的特殊地位，是防止经济“泡沫化”的基础；机械制造业贸易呈现极强的地区性，发达国家和发展中国家之间存在很大的贸易差距，发达国家在机械生产和贸易领域继续其霸主地位。从美国、日本、德国等发达国家重视装备制造业的发展情况来看，不仅在于其在本国工业中生产、出口、积累、就业等方面的贡献率均占前列，更在于装备制造业为新技术、新产品的开发和生产提供重要的物质技术，是经济结构高级化不可或缺的战略性产业。
二、机械制造业的影响及发展
世界机械制造业作为世界经济的一个重要组成部分，其发展状况与其所处的环境有着紧密的关系，并受制于经济周期变动的影响，既表现为对经济周期的敏感性，又表现出一定的滞后性。上世纪90年代至今，世界性机械制造业突出表现为在大波动中发展，显示其在国民经济尤其是在工业发展中的特殊地位，是防止经济“泡沫化”的基础；机械制造业贸易呈现极强的地区性，发达国家和发展中国家之间存在很大的贸易差距，发达国家在机械生产和贸易领域继续其霸主地位。从美国、日本、德国等发达国家重视装备制造业的发展情况来看，不仅在于其在本国工业中生产、出口、积累、就业等方面的贡献率均占前列，更在于装备制造业为新技术、新产品的开发和生产提供重要的物质技术，是经济结构高级化不可或缺的战略性产业。
现在随着世界的发展和人口的剧增，地球的各种资源不断的减少，有些资源甚至已经开发殆尽了，资源问题是世界性的难题。故此机械业应尽一份义务，应和世界的需要，朝着绿色化的方向发展。如此，便有了绿色理念，绿色创想，绿色设计，绿色制造，绿色生产和绿色处理等新的研究方向。就我个人而言，似乎又一股潜在的力量推动着我我对绿色机械和回收再利用有极大的兴趣和热情。我想有可能的话我以后会从事绿色化方向的研究。
三、自动化技术的概况
机械制造自动化技术始终是机械制造中最活跃的一个研究领域，也是制造企业提高生产率和赢得市场竞争力的主要手段。机械制造自动化技术自20世纪20年代出现以来，逐渐走向集成化、智能化、敏捷化、虚拟化、清洁化等五个方向。综合自动化常常与计算机辅助制造，计算机集成制造等概念相联系，它是制造技术、控制技术、现代管理技术和信息技术的综合，旨在全面提高制造企业的劳动生产率和对市场的响应速度。
机械制造自动化技术向集成化方向发展。计算机集成制造（CIMS）是2l世纪制造企业的主要生产方式。CIMS是由若干个相互联系的分系统组成，通常划分为以下5个分系统：工程技术信息分系统、管理信息分系统（MIS）、制造自动化分系统（MAS）、质量信息分系统、计算机网络和数据库分系统（Network & DB）。
机械制造自动化技术向智能化方向发展。智能化制造系统可理解为由智能机械和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，智能系统在制造过程中能进行智能活动，如分析、推理、判断、构思、决策等。
在智能系统中，“智能”主要体现在系统具有极好的“软”特性（适应性和友好性）。在设计和制造过程中，采用模块化方法，使之具有较大的柔性；对于人，智能制造强调安全性和友好性；对于环境，要求做到无污染，且能源和资源充分回收，对于社会，提倡合理协作与竞争。
机械制造自动化技术向敏捷化方向发展。敏捷制造是以竞争力和信誉度为基础，选择合作者组成虚拟公司，分工合作，为同一目标共同努力来增强整体竞争能力，对用户需求做出快速反应，以满足用户的需要。为了达到快速应变能力，虚拟企业的建立是关键技术，其核心是虚拟制造技术，敏捷制造是以虚拟制造技术为基础的。敏捷制造是现代集成制造系统从信息集成发展到企业集成的必由之路，它的发展水平代表了现代集成制造系统的发展水平，是现代集成制造系统的发展方向。
机械制造自动化技术向虚拟化方向发展。“虚拟制造”的概念是20世纪90年代初提出的。虚拟制造是以系统建模和计算机仿真技术为基础，集现代制造工艺、计算机图形学、信息技术、并行工程、人工智能、多媒体技术等高新技术为一体，是一项由多学科知识形成的综合系统技术。虚拟制造利用信息技术，仿真计算机技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问题，在产品实际生产前就采取预防的措施，从而达到产品一次性制造成功，来达到降低成本、缩短产品开发周期，增强产品竞争力的目的。
机械制造自动化技术向清洁化方向发展。清洁生产是指：将综合预防的环境战略，持续应用于生产过程和产品中，以便减少对人类和环境的风险。清洁生产的两个基本目标是：资源的综合利用和环境保护。
机器人的机械设计范文3
[关键词]： 人防工程 人防医疗救护站 地下车库 平战转换措施
中图分类号：E217 文献标识码： 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.
长期准备、重点建设、平战结合，是人防工程建设的重要方针。为了贯彻这一方针，就是要确保战备效益的前提下，充分发挥社会效益和经济效益。随着人防建设配套完善，人防医疗救护站建设的数量历年逐渐增多。对于平战结合的人防医疗救护站，怎样在设计中做好平战使用功能转换的技术措施，保证工程既能满足平时使用功能，在临战前又能按时完成战时使用功能，是目前人防各战线参与者都应积极探索和实践的课题。本文结合笔者在设计中碰到的工程案例的一些经验及思考。对医疗救护站的设计及平战结合转换功能中电气专业应对措施提出笔者的设想及看法。抛砖引玉，希望广大同行提出宝贵意见，为我国人防建设事业的发展作出贡献。
一、设计要求及工程特点
《人民防空医疗救护工程设计标准RFJ005-2011》第1.0.4.（3）条规定：三等人防医疗工程（即救护站）战时主要承担对伤员的紧急救治。这一条明确规定了救护站的战时功能和平战结合设置作出了明确的要求。但在实际工作中，由于各种原因。救护站平时功能往往被定位于库房或者汽车库。针对这样的实际情况，工程呈现以下特点：
1、配电系统设计要求不同。人防医疗救护工程战时各级负荷供电应符合下列要求：战时一级负荷，应采用双电源，双回路末端负荷侧自动切换；战时二级负荷，宜采取双电源、电源侧切换，专用回路供电；战时三级负荷应采取电源供电，当由柴油电站供电时，应能自动或手动切除。而平时作为库房，小容量的一级负荷和三级负荷宜采用放射式配电。这就导致战时针对不同负荷要求供电的线路临战转换要求高。
2、平战使用功能完全不同，造成临战前工作量增大。对平战转换工作可靠性要求更高。医疗救护工程战时使用的各类功能性房间多为小房间，如诊断室、化验室、X线机室、心电图B超室、贮血室、手术室、抢救室、治疗室、病房等，而平时作为库房，主要用于存储一些杂物等。这类工程要完成平战结合的人防工程都要进行的各人防人口部房间如滤毒室、除尘室、扩散室、防毒通道、密闭通道等，各类风、水、电管线等的临战转换。
3、由于平战转换，给设备专业带来大量的临战转换工作。对人防电气专业的设计提出了新的要求，例如平时的库房照度低，而作为医疗用房间照度的要求高。一般库房照明50lx，医疗用房的照度大多在200～300lx，手术室照度更达到500～750lx。怎样将低照度的照明转换到需要的照度？这是设计工作中应考虑到并提出可行的转换措施。
二、平战转换措施
针对这些新特点，笔者在设计中总结经验作了如下工作，使该类设计既满足设计规范要求，又有切实可行的转换措施指导工作。保证战时功能的顺利转换。
（1）设计者不仅要熟悉人防专业相关的设计规范，还应熟悉有关医疗方面的设计规范，充分了解各种相关的医疗设备及各种功能房间对电气专业的要求，做到心中有数。
（2）必须按人防医疗救护站的标准做完整的施工图设计，各配电系统图、平面布置图的均应设计到位。在此基础上分门别类、梳理出哪些需要一次性安装到位、哪些是临战前安装，哪些可通过平战转换分步安装。提出来的平战转换措施一定要具体可行。在图纸上标注清楚。其别要注意将所有穿过人防外墙、临战墙、防护密闭墙、密闭隔墙的各种电缆（包括动力、照明、通信、医疗用电设备等）管线在过墙处按规范及标准（05SFD10、07FD01～02等）要求预埋防护密闭套管，并且必须一次全部施工安装到位。设计人员应将每处穿墙密闭套管的数量、规格、用途在平面图相关位置标注清楚（图1）。这项工作从设计到施行工都不允许出差错遗漏，以保证临战前相关的各种电缆能顺利敷设到各部位。
图1 人防动力、干线平面图
（3）在有局部等电位联结（LEB）要求房间的相关部位墙上按要求预埋接地连接板（手术室、ICU室、X光机室、心脑电图室、急救室、淋浴室等），便于临战前安装LEB箱。暂无墙体处可在对应位置的底板上预埋接地连接板。临战前砌筑墙体后再安装LEB箱。
（4）对于医疗专用的配电箱，如X光机室电源箱、手术室配电箱、化验室配电箱等平时不用的箱盘，笔者认为可以在临战前才安装，但各箱盘的设计一定要到位，例如手术室配电箱系统图（图2）。这里要注意为X 光机配套的电源开关箱应设在便于操作处，并不得设在有放射线的墙体上安装。（JGJ16-2008第9.7.5.6条）。供洁净手术室用电的专用配电箱不得设在手术室内，每个洁净化手术室应设有一个独立专用配电箱，配电箱处应设在手术室的外廊侧墙内。（GB50333-2002第8.3.2.1条）。
图2 手术室配电系统图
（5）手术室属2类医疗场所（JGJ312-2013表3.0.2），对各专业都有较高的设计要求，医疗规范对电专业的主要要求详见附录一。因手术室四面墙体及顶板、底板均有相关的电气设备安装，这些工作只能在临战前、墙体砌筑后才能安装。设计中要做好这些设备构件的预埋，方便今后安装。
（6）对于照明设计，笔者总结为：平时集中控制预留转换条件，战时分房间控制，按需要增加灯具，基本可解决集中与分散、低照度与高照度的矛盾。
小结
利用平时地下车库转换为人防医疗救护站、临战转换工作量大，设计上有一定的难度，需要平战统一协调，但只要勤于思考、精心设计、标注准确，对不同的工程特点 提出具体可行的平战转换技术措施指导施工。使地下车库在临战前能按时转换为满足人防规范要求的医疗救护站工程。
附录一
1 民用建筑电气设计规范JGJ16-2008
（1）第10.8.6.9条：手术室内除应设专用无影灯外，宜另设有一般照明，其淘汰色温庆与无影灯光源相适应。
（2）第12.8.6.1条：在2类医疗场所内，用于维持生命，外科手术和其它位于“患者区域”内的医用电气设备和系统的供电回路，均应采用医疗IT系统。
（3）第12.8.10.1条：在1类和2类医疗场所中，应安装辅助等电位联结导体，并应将其连接到位于“患者区域”内的等电位联结母线上。
（4）第12.8.12条：手术室、抢救室应根据需要采用防静电措施。
2 人民防空医疗救护工程设计标准 RFJ005-2011
表6.2.3规定：手术室用电负荷等级为一级。
表6.6.3规定：手术室照度为500lx。
3 医院洁净手术部建筑技术规范GB50333-2002
（1）第8.3.1.1条：洁净手术部必须保证用电可靠性，当采用双路供电有困难时，应设置备用电源。
（2）第8.3.1.2条：洁净手术室内用电应与辅助用房用电分开，每个手术室的干线必须单独敷设。
（3）第8.3.2.6条：洁净手术室内照明灯具应为嵌入式密闭灯带。
参考文献：
[1]人民防空工程设计防火规范 GB 50098-2009 中国计划出版社 2009
[2]人民防空地下室设计规范 GB 50038-2005 （限内部发行）
[3]民用建筑电气设计规范 JGJ16-2008 中国建筑工业出版社 2008
机器人的机械设计范文4
关键词：人工智能技术;供水设备;电气自动化控制技术
人工智能技术在各行各业中的应用越来越普遍，极大地推动了生产效率的提高。作为一门边缘学科，人工智能技术属于自然学科和社会学科的交叉，涉及到的学科里面包括不定性论、控制论、计算机科学、心理学、数学、认知科学等等。在供水设备机械电气自动化控制中应用人工智能技术，能够有效地节约人力资源成本，提高供水设备的运行效率，减少供水设备的运行故障，推动供水企业的健康稳定发展。
1 人工智能技术
人工智能技术主要是对新设备、新技术和新理论进行拓展、研究和开发而形成的一种新兴技术。计算机发展的过程中，人工智能是一个重要的发展方向和组成部分，在该领域产生了各种应用设备，例如图像识别系统、语言识别系统、机器人等等。总体而言，人工智能技术是多个领域和技术的结合，可以使机械设备完成与人类智能相似的功能，从而达到提高生产效率的目的，减少人力资源方面的投入[1]。
2 在供水设备机械电气自动化控制中应用人工智能控制器
不同类别的人工智能控制器需要不同的研究手段，例如遗传算法、模糊神经或者神经算法等等，本文将人工智能控制器作为非线性函数近似器进行研究，从而对人工智能进行开发和研究。与普通的函数估计其相比，人工智能非线性函数计时器具有非常明显的优势，其在供水设备机械电气自动化控制中的应用也能够取得良好的效果。首先，如果使用普通的函数估计器，研究的过程中会遇到一些不确定性因素，对供水设备的稳定性造成影响。而使用非线性函数近似解，则无需将研究对象的模型建立起来，能够对个别对象进行便利的研究，从而推动了电气自动化控制系统在供水设备中的应用。其次，为了达到一定的目的，研究者可以对供水机械设备的性能进行调整，从而有效地提高供水设备的适应性。第三，与控制器或者普通函数估计其相比，人工智能非线性函数近似器在调节数据方面更加便利，能够对供水设备的数据进行便利的调节。第四，在设计供水设备机械电气自动化控制系统的过程中，设计者只需获取供水设备中的数据，就能够应用人工智能技术对其进行设计。在设计供水设备机械电气自动化控制系统时，只需根据其所响应的数据和语言，就可以完成全部的设计，极大地简化了设计过程[2]。
在反模糊化和模糊化的过程中，使用隶属函数、规则库、自适应性模糊神经控制器能够进行自动实时确定。
3 人工智能技术在供水设备机械电气自动化控制中的具体应用
本文以恒压供水中的AI 人工智能调节器为例，对人工智能技术在供水设备机械电气自动化控制中的具体应用进行了简要的介绍。
3.1 工作原理 该系统包括压力变送器、阀门、水泵、控制接触器组、AB-PLC-1756系统、AB软启动设备、AI- 808 人工智能调节器几个组成部分。由于水泵具有较大的功率，380V的低压电机5台供水，分别为2台355KW，2台220KW，1台160KW。
出水总管的压力可以由压力传感器进行检测，由变送器向AI- 808 仪表进行传送，通过比较设定值，将误差的变化率和压力误差得出来。使用AB软启动设备进行降压启动，使用AB-PLC-1756系统进行机组开、停控制，及检测各仪表，利用上位机组态软件RSVIEW32对全厂生产设备进行监控，通过各监测设备在上位机人员控制调节供水压力。AB软启动设备具有软启动功能，起动加速时间不超过30秒，并具有自行调节功能。在进行起动斜坡加速时，电机压力会不断上升，当电动机的压力已经到达额定的转速状态时，软启动器的控制器就会对其进行监测，并自动将输出电压切换为全电压。如果在30秒之内电动机就已经到达了额定转速，则可以进一步缩短启动加速的时间。
3.2 控制算法 供水系统的对象还有时变成非线性环节，一些参数会出现未知式的缓慢变化，如果要达到理想的控制效果，单独使用PID 控制是不行的。因此使用改进PID和AI人工智能调节器进行模糊控制，形成双模控制算法[3]。
3.3 AI-808人工智能工业调节器 AI- 808人工智能工业调节器具有参数自整定功能、模糊逻辑 PID调节的先进控制算法，能够通过模糊算法来避免PID的饱和积分。如果误差减小，则可以对PID算法进行改进，对被控对象的特征进行自动学习和记忆，从而优化控制效果。这样一来，即使对复杂的对象也能够进行良好的控制，具有参数确定简单、精度高、无超调的优点。
3.4 可编程控制器 可编程控制器的输出是继电器类型，主要使用Micrologix系列。水泵的逻辑功能主要由PLC来完成，无需设置模拟量的输入输出模块，有力地节省了造价投资。使用AI- 808人工智能仪表来进行系统的压力闭环控制。
3.5 控制台 手动和自动两种操作模式在控制台的设计中都有所兼顾，通过手动操作来单独开启或停止每一台水泵和阀门，并通过多圈电位器来对变频器的频率进行手动调节。如果处于自动模式之下，则可以通过开关来将需要投入运行的水泵选择出来。如果某台水泵需要维修，则可以令其自动退出运行行列，不会对系统正常运行造成影响。
4 结语
本文对人工智能技术在工程设备机械电气自动化控制中的具体应用进行了简要的分析，人工智能技术得到了迅速的发展，在各行各业中都得到了广泛的应用。应用人工智能技术的恒压供水系统，在民用供水系统和工业供水系统中都已经得到了应用，并取得了良好的应用效果，已经成为了供水设备机械电气化自动控制发展中的一个重要发展方向。
参考文献：
[1]孙斌.解析电气自动化控制中人工智能技术的运用[J].科技传播，2014（04）.
机器人的机械设计范文5
科研与教学并不是对立体，实际上，从“做”中“想”、从“做”中“学”，使“学”在“做”中巩固加深，诠释这两者之间有着千丝万缕的联系。笔者从机器人领域的研究中探索对机械工程类应用创新型人才的培养，作用如下。
1.提高学生设计与动手能力。就机器人设计而言，从机械结构到硬件测控系统，都需要合理规划与布局。机器人研发系统的搭建过程，一方面巩固了学生的课堂所学，并提高了学生的动手能力，另一方面开动了学生脑筋，完成了学生的“学”到“用”到“创新性应用”的转化。
2.增强团队协作精神。从机器人的机械系统和测控系统设计到样机实验平台的搭建，再到仿真实验和物理实验，整个过程需要多名学生协作共同完成。每位学生既要做好自己本职的工作，还要勤与其他学生沟通交流，及时反馈自己的进展及各种问题，增强团队意识与协作精神。
3.培养学生解决问题的能力。一台机器人样机（包括虚拟样机、物理样机）的搭建，是一个从无到有的过程，从零部件的选择，传动方案的确定，尺寸、材料的选取，再到传感器、电机、减速器等的选择与设计，各个电气模块类型、参数的确定等。在整个搭建过程中，学生会遇到许多在课堂上无法想象的问题，我们可以引导学生通过查找相关书籍、网络资料、与组员沟通交流等途径解决遇到的问题，培养学生分析问题、搜索知识方面的能力。
4.加强学生的多门课程知识的融合。机器人技术本身是一门新兴、边缘、交叉学科，机器人的研发过程需要学生具备工程力学、机械原理、机械设计、电子技术、嵌入式技术、传感器技术、控制原理、计算机控制技术等多门课程知识，并完成课程间的知识融合，由单一的课程知识点到学科间的面，甚至形成知识体系。
5.宽口径专业培养。机器人技术的研究诞生了一门新兴的学科———机器人学，它是力学、机械学、计算机科学、电子学、信息论、控制论等许多学科交叉、融合的结果。机器人技术的特点有利于培养具有交叉学科基础的复合型人才。
二、机器人研究在本院人才培养中的改革实践
一方面，笔者在本院讲授《机械设计》、《机械动力学基础》、《工业机器人技术》、《控制工程基础》、《计算机控制技术》等课程，将6自由度工业机械臂以及学生研制的独轮车机器人、自行车机器人作为实例，介绍线性代数、机械动力学与机器人技术、计算机控制技术等课程之间的关联，提高学生对单一课程的重视程度，并从直观、科学、实用等多个切入点引导学生的学习兴趣和热情。另一方面，针对毕业设计的学生从机器人软件虚拟样机仿真与硬件物理样机设计两方面加强学生的创新性培养。
1.机器人软件虚拟样机仿真方面。根据科学研究项目为学生制定子项目“基于ADAMS和MATLAB的肘型6-R机器人动力学联合仿真”，“基于虚拟样机的自行车机器人回转运动平衡控制”。要求学生建立出机器人的虚拟样机，通过MATLAB软件设计PID控制器，完成对虚拟样机的控制。学生在设计过程中，自行设计机器人的机械传动方式和几何尺寸、规划机器人行走路径、调节PID参数等工作。遇到软件使用、参数调节等各种问题通过同组人员间的讨论、查找资料以及网络资源等多途径解决。图1和图2分别为6自由度机械臂末端执行螺旋线轨迹仿真图以及动画演示界面.学生在完成这项工作过程中，需要学习掌握相关软件，包括三维建模软件Pro/E、机械动力学分析软件ADAMS、设计控制器的数学软件MATLAB/Simulink、编写演示界面的C++图形化界面语言MFC。此外，还要进行机械设计、动力学建模、末端轨迹规划、关节控制器设计等。最后，将基于多学科知识设计出的虚拟样机结合多个软件进行动态联调和演示，每一步都需要学生开动脑筋、勤思考、沟通交流、勤实践。例如，在轨迹规划中，学生根据机械臂的不同工作状态设计了几种轨迹：焊接用的直线、圆轨迹，缠绕用的螺旋线轨迹，拧螺钉用的自转提升轨迹。图3为障碍物干扰下自行车机器人回转运动图，学生在指导教师规定的平衡运动基础上，创造性的增加障碍物，一系列调试得到平衡运动后，又通过改变障碍物的形状、尺寸等参数讨论车体平衡条件。这些项目研究充分发挥了学生的想象能力和创造思维，并获得了很多意想不到的成果。
2.机器人硬件物理样机设计方面。根据指导教师的在研国家自然科学基金项目，为学生制定子项目“前轮驱动自行车机器人物理样机设计与制作”、“具有转弯功能的独轮车机器人硬件平台搭建”。要求学生设计出机械传动方案与测控系统方案，并搭建出实物样机，完成各个功能模块之间的联调。图4和图5分别为学生研制的自行车机器人与独轮车机器人物理样机。为了便于各种传感器的安装，做机械设计部分的同学与做检测系统设计部分的同学要经常沟通交流。期间，学生对机器人这一机电一体化系统的兴趣逐渐增加，主动协助实验室的研究生学长进行平衡控制实验研究，并提出了一些超越项目本身的大胆设想，比如摆把换向、腾空跳跃、旋把前进等。通过具体项目，巩固了学生机械电子、测量控制方面的硬件知识，激发了学生的科研热情，取得了很好的教学效果。
三、结语
机器人的机械设计范文6
关键词：机械设计；制造；自动化发展；趋势
中图分类号：C35 文献标识码： A
引言：由于科技的不断进步，机械设计方面也应该顺应这样的时代潮流并加以改变，其中，向自动化发展就是最为重要的一点。
1、机械设计制造及其自动化的概述
研究机械设计制造及其自动化，我们首先应该要知道什么是机械设计制造及其自动化。机械自动化，简而言之，就是利用自动化技术，使产品在机械制造生产过程中，可以连续进行生产，优化生产过程，改进生产方式。在机械设计制造中，融入自动化技术已经不仅仅是提高生产效率，加速产业改革的方式和手段，机械自动化也在逐渐成为机械设计制造业主要的技术发展趋势。
机械设计制造及其自动化是多种技术融合而发展形成的一门学科，通过不断地发展和实际探索，逐渐形成了以自动化为主要特点的技术体系。机械设计制造及其自动化的发展带动了整个工业产业的改革和创新，为人们的生产生活带来了便利，也将在未来的日子里不断完善发展，不仅拥有自动化技术特点，还会根据其特点和优势，向着微型化、虚拟化和智能化不断迈进。
2、机械设计制造及其自动化的优势
机械设计制造及其自动化虽然是融合了多种技术手段而形成的，但其并不仅仅是多门技术简单的累积和叠加，而是根据实际情况，将各种科学技术融入实际应用中，使其能够更好地发挥作用，从而实现机械更加人性化和智能化的目的。下面我们将针对机械设计制造及其自动化的优势进行以下探讨。
2.1优化生产方式，提高生产效率。
通过运用机械设计制造及其自动化技术，我们可以更加精准的实施生产，控制机械运作，提高机械自动化程度，加速生产速率，减少人力运作，不但降低生产过程中可能存在的不当后果对人身所产生的危害，还能节约生产成本，加大产品产出。利用数控技术，信息处理技术等相关技术手段，我们可以使机械运作更加趋近于智能化，更好地按照我们的要求去实施生产活动，在减少劳动力，优化产业生产方式的前提下，提高生产效率和效能。在大部分生产过程中，我们都会遇到一些人力无法切身控制和操作的情况，在这种情况下，我们便可以应用机械设计制造及其自动化技术来代替人力本身，在极限环境和不利于生命体健康的生产过程中，进行操作完成必要的生产工序。
除此之外，相对于人力本身，机械操作在某些程度上，会更加准确无误地完成预定工序，也可避免因人为操作不当而产生的相关损失。
2.2保障生产安全，履行生产流程。
相对于当代的自动化机械而言，传统意义上的机械生产更多的依赖于人工控制和操作。当机械在生产某一环节出现问题时，传统机械生产只能根据有经验的工人对问题环节进行主观判断和改良维修等，不但过分依赖于主观经验，也增加了机械使用过程中损耗的概率；而对于自动化机械生产，每个生产步骤都是由电子元件进行控制，机械本身可以在出现问题时进行自动保护、自动诊断、自动报警和自动监视，在第一时间最大程度的保障了生产安全和生产流程的正常运行。相较于传统的机械生产，自动化机械生产有效避免了因人为判断失误而产生的不必要生产损失，大大减少了生产过程中可能造成的人员伤亡和生产事故的发生，降低了机械的损耗率，延长了机械的使用年限，节约了生产成本。
2.3简化生产过程，促进产业改革。
在生产过程中加入自动化技术，各生产工序按照程序的设计运行，而不再依赖于工人本身的控制，简化了生产过程，从根本上降低了对操作人员技术水平的要求和人工操作的难度，也减少甚至避免了人工操作不当的事故。以电子程序对生产过程进行控制，不但对产品的生产做出了巨大贡献，也同时促进了整个机械生产产业的改革。
3、机械设计制造自动化的发展方向
机械制造业是我国经济发展的支柱型产业，虽然我国在这一领域的起步较晚，但是在国家的大力支持和专业人员的不懈努力下，机械设计制造自动化已经取得了显著的成果。相信只要把握好其总体的发展方向，在正确方向的指引下继续努力一定可以弥足目前所存在的不足，为健全完善的工业体系做出贡献。目前，机械设计制造自动化的发展方向主要包括模块化、数字化、绿色化、智能化、微型化、网络化、虚拟化等七个方向。
3.1模块化
机械设计制造自动化的产品种类和制造厂商繁多，产品质量也不一而论，如果缺乏统一的标准便会给机械的使用带来很多的不便。现代机械设备的环境、电气接口等都需要严格按照统一标准进行制造，这样才能保证在组装、维修的过程中可以及时找到配到的元件，因此自动化产品单元便成为了机械设计制造的关键。例如，在拆弹机器人的就是由很多不同功能的模块所组成，动力模块实现其运动、图像处理模块实现现场画面的传送、距离测量模块是为了辅助精确度运用与拆弹操作。功能不同模块完美的组合到一起，可以随时更换损坏的模块单元。
3.2数字化
数字化是机械设计制造自动化的核心，机械设计制造过程中所用到的计算机技术、通讯技术、互联网技术共同组成了数字化系统。例如，机器视觉系统就是将机械信息转化成数据的形式，通过网络线路将其传递到中央处理器进行处理和转化，并将一个个数据重组成图形、影像等，通过显示屏展现出来。机械设计和制造的各个环节都离不开信息的采集、处理和反馈，肯定也离不开数字化技术的应用，所以说数字化必将成为机械设计制造与自动化的发展方向之一。
3.3绿色化
在环境污染严重的今天，我国特别重视绿化环保工作的进行，各行各业都需要做好污染的防治与环境保护工作，机械制造业也不能例外。首先，在机械制造的过程中要尽量减少原材料的浪费，高效的利用资源；其次，主要废旧机械设备的回收与再利用；最后，保证产品的绿色健康，保证产品在使用过程中不会造成严重的环境污染。例如，在发动机的制造过程中，要做好废气的处理系统，尽量减少发动机运转时造成的大气污染。
3.4智能化
智能化技术是近年来发展最为迅速的技术手段，它运用到了心理学、运筹学、人工智能等多个学科。使得机械设计与制造过程的自动化程度得到了显著的提高，可以使设备具有逻辑性更强的自动化运行能力，同时增强了人机交互功能。例如，智能机器人，它配备有大量的距离、重力、光线等感应器，通过植入智能芯片控制其在遇到不同的情况是做出不同的行动。简单的说便是智能机器人可以通过距离感应器感知到前方有阻挡物，通过智能芯片的处理后，智能机器人可以实现转向移动。
3.5微型化
微型化是机械自动化长期发展的最终目标，近年来随着纳米技术、微米技术的发展与成熟，机械自动化的微型化得以实现的可能性越来越大。例如，在军事方面常用的微型侦察机器人等，其体积小，便于携带，组装方便，同时，由于其体积小，具有很强的隐秘性。
3.6网络化
随着计算机的普及和网络技术的飞速发展，网络技术极大的改变了人们的生产生活，给人们带来了极大的便利。网络化已经成为当前的时展潮流，机械设计制造自动化当然也不例外。例如，预警机器人，所有的机器人通过网络连接到统一的处理终端，通过网络反馈信息并接受相应的指令。
3.7虚拟化
在设计产品时，可以借助电子计算机进行事先的模拟，通过输入和改变数据，可以进行效果比较，帮助设计人员选取最佳设计。另外，便捷的数据传输系统还便于工作人员的交流和设计分工。例如，现代虚拟仿真技术的发展已经能够实现在利用计算机软件构建一个虚拟的立体机械产品，通过预先设定的程序使机械完成启动、运行、停止等环节，节省了大量的时间，降低了生产成本，还有效的提升了劳动效率。
结语：机械设计制造的自动化发展取得了重大进展，呈现出一些统一性的发展方向，发展势头良好。然而不可避免的是，机械设计制造自动化的发展中还存在着一些问题，设计人员要顺应当前机械设计制造自动化的发展方向，结合出现的问题，深入探索研究，采取行之有效的措施，推动机械制造实现更好更快的发展。
参考文献：
[1]吴俊松.机械设计制造及其自动化的发展方向[J].黑龙江科技信息，2013，11：135.
