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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：医疗器械；人性化；国际人类工效学；家庭医疗保健工程；功能设计
中图分类号：R197文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）13-0155-03
1医疗器械设计中贯穿人性化存在着必然性
医疗器械不同于市场上销售的其它产品，它的医疗价值使其在设计方面需要高度重视使用安全性，其次才是操作的便利性、舒适性等要求。医疗器械的不同相关者对于医疗器械重视的侧重点不同，例如，购买人员（通常是医院的医疗管理人员）在采购医疗器械时，通常会综合考虑医院环境和工作效率等方面的因素，因而非常关注所采购的医疗器械具有怎样的移动性、体积、造型、色彩以及工作性能等方面的因素；使用人员（通常是医院的医护人员）则是更加关注使用的灵活性、操作的舒适性、观察的清晰性以及器械本身的安全性等方面的因素；受用人员（一般是医院的病人）则是主要考虑医疗器械操作的安全性、承受的舒适性以及作用的有效性等方面的因素。因此，医疗器械的生产厂家在设计相应的医疗器械时，必须要综合考虑购买人员、使用人员和受用人员三方面的需求，唯有如此才能够在真正意义提高医疗器械的设计水平，体现人性的关怀。
时代的不断发展尤其是人们健康意识的不断提高，当前的医疗服务模式正在发生着巨大的转变，即从单一模式向多元化模式的转变，具体而言就是，从单纯性的临床医疗救治转变为院前预防和急救、院内治疗和康复、家庭护理和保健的多层次、多元化的综合性的医疗保障模式。HHC（家庭医疗保健工程）是目前国际医学界提倡的新型医疗服务模式，HHC模式不仅能够在很大程度上减轻社会和病人本身的医疗负担，同时也更加能够大幅度提升病人的康复进程和健康状况。例如，在某些欧美发达国家，在允许范围内尽量降低患者的住院周期已经成为一种发展倾向，在此背景下，越来越多的医疗器械从医院流向了新型的消费群体（家庭和个人），由于通常病人亲自操作和使用医疗器械，他们不仅是医疗器械的受用人员，也兼具了使用人员的角色。所以，在医疗器械的设计中更加重视人性化因素的体现是客观实际需求。我国的医疗水平虽然整体上和欧美发达国家有着较大的差距，但是因为我国的医疗水平提升速度较快，也必然会经历与欧美发达国家相似的经历，因此，医疗器械生产厂家加强对医疗器械设计中人性化因素的渗透，是顺应时展潮流的应时之举。
2人性化设计及其在医疗器械设计中的应用
2.1人性化设计概述
2.1.1明确概念
所谓的人性化设计主要包括两个方面的内涵：首先，坚持将人机工程学作为基本的设计原则。人机工程学要求要把人的心理需求作为出发点，将人的生理需求作为具体表现手段，实现医疗器械和人之间的和谐关系，将医疗器械对于人的适用性发挥到最大水平，实现人体机能的综合性平衡，进而在最大程度上保障人的身体健康。其次，重视人的感性需求在医疗器械设计当中的体现。具体而言，在设计医疗器械时，应该在满足医疗功能和确保产品安全的前提下，协调和平衡人的情感因素，重视产品色彩和产品外形对于人的精神和情绪的影响，在细节中体现出人性化的设计理念。因为医疗器械产品不同于普通的市场产品，所以在要求它具有高质量保障、高技术含量以及高精度要求的基础上，也应该根据人们的心理需求和生理需求，在医疗器械设计过程融入安全性、舒适性和宜人性的设计理念，并照顾人类的情感特性，满足人机工程学的设计要求；在细节方面，更加应该重视良好的操作性和使用方便性，延缓使用过程疲劳感觉的来临时间，在最大程度上贴近使用人员的操作要求和主观感觉。
2.1.2关注生理层面的设计
IEA（International Ergonomics Association，国际人类工效学）对人机工程学进行比较明确的阐释，即该学科主要以研究以下内容为：研究人类在日常生活中、实际工作中以及休闲度假中实现人的身体健康、心理舒适和工作效率统一协调的方法和途径；研究人类与环境、机械的相互作用关系问题；研究人类在特定工作环境当中心理学、生理学以及解剖学等方面的相关因素。对于医疗器械的设计而言，将人机工程学原理运用到产品设计的全部流程当中是融入人性化设计理念的重要体现。对于人机工程学而言，医疗器械设计首先需要解决的问题是舒适性，即满足人们在生理层面的要求；其次需要解决的问题亲和感，即满足人们在心里层面的要求。
2.1.3重视心理层面的设计
人性化设计理念中，心理层面的设计是非常重要的环节。人们在接触并并使用医疗器械时，不可避免地会对该产品产生各种各样的心理反应和心理感觉，这些感性因素有时直接决定了人们对于该产品的喜恶程度。从设计的角度来看，设计中考虑的感性因素是以认识心理学为理论基础的的认知判断，所以，这些感性因素应该包括体量感、空间感、运动感以及生命感等众多方面，人们在自身特有的阅历、经验、记忆以及文化等因素的自觉作用下会将以上感觉上升成为一种比较高级的情感因子。正是基于以上理论基础，医疗器械的设计不仅仅要重视功能方面和经济性方面，同样应该关注感性因素对于产品的重要影响。在医疗器械设计中合理地融入感性因素，能够让该产品具备一种天生的信任感与亲近感，获得相对于其它产品的更多的亲和力，在市场上便表现获得更多消费者的青睐和更高的市场占有率。我们同样应该认识到，人们的感性因素不是一成不变的，它们会随着时代的发展、社会的进步以及人们自身素质的提升会出现变化，因此，将感性因素融入到医疗器械设计中的总体原则是：以彰显企业风格和时代特征为基本前提，以满足人们的精神需求和审美需求为重要标准，重视产品的色彩搭配和外形塑造，实现人机关系的合理化与心理作用的显性化。
2.2人性化设计在医疗器械设计中的应用
2.2.1以使用功能为基础
显示装置的作用是对用户的操作和各种状态作出反馈和提示。所以在设计上应力求简洁、明确、清晰，且数码或液晶显示截面上应尽可能少作装饰和过多的色彩处理。色彩上一般采用低明度、低纯度的中性色为底色和背景，显示字体可采用背景的对比色，以增强显示效果。另一方面，在显示界面设计时，应减少显示器的视觉密度，控制好显示界面的视觉平衡性，并要考虑内容的配置与看见裕度的保留。有时适当的留白会使整个界面看起来清楚且美观。对一些大型的CT类医疗设备，有数码和液晶显示部分，应该在数码显示管、液晶显示屏外加装饰板，以加强显示效果。操作装置的作用是用户通过它对器械输入指令，使器械按照人的旨意工作。人是通过手来实现各种控制的。在人机操作中手处于中心地位，这就要求手的动作在人机界面中处于方便、安全、舒适的区域。如拉手的设计应该力求做到美观实用，兼顾东西方人的特点，这样才能较好地满足国内外用户要求。按键设计应该尽量避免采用指甲不能完全接触的光滑薄膜开关以及无手感的按键，按键设计应该尽量增加手的触感，便于舒适地操作。旋钮设计应注意增加适当的阻尼，以保证旋钮能较好地定位和操作。
2.2.2以情感功能为提升
作为功能的载体，产品主要是通过形态和色彩来实现的。而作为功能的诊释也是由形和色来完成的。在家庭医疗器械的设计中应该注意利用人特有的感知力，通过类比、隐喻、象征等手法描述。医疗器械必须通过自身的造型解说力，使用户可以很明确地判断产品的属性。设计的时候应该把各功能模块用形态和色彩加以区分，让人轻易就能明白哪些属于看的，哪些属于可动的；哪些是危险的，不可以随意碰的；哪些部分是不可以拆解的。构成器械的部件、机构、操控等部分的形态要符合使用者的习惯。改良时要注意，应该保留原产品部分合理的形态，并把这种形态语意扩展到整个产品中，这样既保证统一的视觉形象，又能节省一定的开
发成本。
参考文献
[1]李月恩，王红霞．浅析医疗器械行业中的工业设计[J]．中国医疗器械信息，2006，（1）．
[2]黄朝晖．服务用户，关爱患者——浅谈医疗器械的造型设计[J]．中国医疗器械信息，2006，（1）．
[3]李月恩，刘敏．医疗器械设计的形态造型指导思想与原则初探[J]．中国医疗器械信息，2006，（1）．
[4]王俊．从两个案例看医疗器械设计[J]．中国医疗器械信息，2006，（1）．
[5]黄群，陈媛媛．老年家用医疗产品外观设计初探[J]．科技创业月刊，2007，（5）．
[6]申屠江洪．基于人机工程学理念的医疗器械设计及实例应用[J]．商情（财经研究），2008，（2）．
[7]王殊轶，钱省三．医疗器械设计中的人机工程设计研究
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.
