机器人的机械设计十篇

机器人的机械设计篇1

关键词机械人;机械系统;并行设计

1.前言

对于机械人而言，柔性设计个刚性设计都是在设计过程中的重点，因此是整个机电一体化产品中不可缺少的一部分，同时作为机械学科和电子学科的交叉学科在整个设计过程中有着复杂化的特点。

2.机器人机械系统的设计特点

机器人机械系统一般包括机身、行走系统、操作臂、末端执行器及周边设备，这是机器人的重要组成部分，是机器人系统在工作中实现机器人各种功能运动和操作任务的被控对象。它与机器人控制系统、感知系统等构成一个紧密联系的整体。机器人机械系统的性能优劣直接影响到机器人计算机控制系统、伺服系统、感知系统及其相关软、硬件的复杂程度。另一方面，就其机械系统本身而言，由于机器人要求具有高度的能动性和灵活性，能在复杂条件下满足各种各样的工作要求和作业任务，而这些是传统机械装置不能达到的。因此，机器人的机械系统设计和传统的机械设计有着本质的差别。其机械系统的设计具有如下特点：

（1）复杂性机器人的机械结构总的来看是相当于一系列悬臂杆件通过关节串连起来的开式链。但由于误差和变形的累积，使得在结构设计时，一方面要保证开链结构的能动性和灵活性，另一方面又要处理这种结构带来的运动传递、误差补偿和消除等问题，使机械结构的设计变得较为复杂。

（2）依赖性由于机械系统与控制系统、感知系统等构成机器人的一个紧密体，因此机械系统的总体方案、结构方案依赖于控制系统、感知系统的方式、方法及手段的确立。

（3）协调性机器人机械系统的形式、实现手段等将直接影响到控制系统的结构及复杂程度，以及其它系统部件的结构、安装、调控等，因此，机械系统的设计必须与其它系统进行不断的协调才能进行。

3.常见的机械并行模式

3.1机器人设计的一般模式

机器人的设计主要分为3个过程：一是概念设计，即根据定义的任务来确定机器人的执行要求，包括负荷、操作对象、精度、速度等，并进行机械系统方案设计;二是初步设计，包括机械结构设计与分析、传感器与控制策略的确定、伺服系统设计与模块化;三是详细设计，包括详细机械设计、详细电子设计和系统综合。

对每一过程的评价若不通过，则都将返回到该过程的初始点或上一过程中去再设计。这种自上而下的串行设计方式不利于机器人系统的整体优化，同时将使设计过程变得漫长。

3.2机械系统并行设计的模式

所谓并行设计就是指在产品开发的设计阶段即考虑产品生命周期中工艺规划、制造、装配、测试、维护等其它环节的影响，通过各环节的并行集成，以缩短产品的开发时间，提高产品的设计质量，降低产品成本。

对于机电一体化产品的机器人来说，其本身就是机械、控制、电子和计算机等高技术的集成，因此，机器人机械系统的设计需要机械运动与传动、控制理论与方法、电子电气和计算机应用技术等学科相互交叉和渗透的技术支持。针对机器人系统的设计要求和特点，运用并行设计的思想。

3.3模式分析

机器人机械系统的并行设计模式主要由方案设计、领域技术分析、综合与评价以及机械系统具体设计等部分构成。不难看出，方案设计与领域技术分析对应于一般意义上的机械设计的概念设计过程，综合评价与系统设计对应于具体设计过程。由于机器人的运动和传动方案设计涉及到机器人的机构、轨迹规划、误差的检测辨识与软硬件补偿技术、动力学参数辨识、振动与防治、关节柔性等方面的内容，因此需要机构运动、传动系统、控制系统（包括传感、检测）、电子系统和制造工艺及装配等方面的技术支撑，同时，机器人的运动与传动形式也一定程度上决定了上述支撑技术系统的方式和方法。所以，运动方案和传动装置方案的设计与各支撑系统的分析设计是一种并行设计的协作关系。这样才能达到机械系统方案与其它系统方案的协调、有效、可靠与快捷设计的实现。系统的综合是对机器人机械系统各组成部分的总体协调，同时对设计方案进行评价。它力求避免方案中各支撑技术方案的冲突，引导并处理各支撑技术方案的完善统一，并对机械系统设计方案组织具体实施。

4.两轮移动式倒立摆机器人的运动模型

二级倒立摆系统是一个快速响应系统，要求执行器能根据控制量变化快速做出动作系统主要由车轮车厢摆杆防震轮组成，2个车轮的轴线在同一直线上，分别由2台直流力矩电机直接驱动，在车厢的内部安装有蓄电池左右直流力矩电机编码器倾角传感器陀螺仪无线传输模块等，控制小车的自平衡，测量左右车轮的旋转角度。系统采用的传感器包括倾角传感器陀螺仪编码器，通过它们可以测量和计算出小车的状态参数，其中，车体倾角速度分别由倾角传感器陀螺仪直接测量，左右车轮旋转角度可由编码器测量，通过微分可以计算左右车轮的角速度，进而推算出左右车轮的行驶速度，车体的前进速度，小车在地面的旋转角速度。

轮式机器人因其具有良好的移动性能一直备受关注，国内外许多学者从理论方面研究了它的运动规划轨迹跟踪控制方法，并取得了很多成果。

两轮式机器人，同时也是一个倒立摆系统，对它的运动进行控制时需要保持系统的平衡状态机器人跟踪目标，首先要由视觉部分作为机器人的眼睛，完成识别目标的位置速度方向等信息的任务，这些信息是做出正确决策的基础视觉系统需要图像采集设备，包括摄像头和采集卡等两轮式移动倒立摆机器人还没有装备视觉系统，为了检测倒立摆机器人跟踪能力，模拟了一个虚拟的跟踪目标，PC机通过无线模块不断将目标位置发送给机器人，供机器人决策倒立摆机器人的位置可以通过自身的传感器获取。

5.结束语

综上所述，在进行机械并行系统的设计过程中要根据设计的需求进行针对性的设计，防止，由于设计过程中的背不当导致了后期机械人在施工过程中带来的诸多问题，发挥设计者的作用。

参考文献：

[1]宋昌统.两轮移动式倒立摆机器人系统结构及模型设计[J].镇江高专学报2014（1）.

[2]张葛.基于运动控制器的微创手术系统设计与实现[J].医疗卫生装备.2013（12）.

[3]许真珍，闫志斌，胡志强等.基于B/S模式的AUV协同设计平台设计与实现[J].计算机应用与软件

机器人的机械设计篇2

【关键词】机械设计 加速器 定位装置

目前，随着经济社会的高速发展，机械设计应用于我们生活的各个领域，由于机械设计自身具有特殊性，要求设计出的的零件要与设计图纸完全吻合，机械加速器定位装置很好的解决了这个问题，通过对一系列数据的收集，经过认真细致的的分析之后进行加工，加工出完整无差错的零件。机械加速器打破了设计零件的传统模式，开辟了全新的、科学的加工零件新模式。

一、机械设计中加速器定位装置的介绍

（一）数据的来源

伴随着计算机技术的高速发展，计算机的相关技术被普遍应用于机械加速器定位领域。由于机械设计具有特殊性，在设计时不但要求加工出机械的应用模型，还要求加工的零件满足工程需求，符合装配要求，这就要求在零件加工过程中要对加工的零件进行定位分析，充分了解零件的标准尺寸，做到万无一失。机械设计加速器定位装置充分满足了零件加工的需要。在收集齐资料后进行自主分析，通过机械设计定位装置做出样本零件。在机械设计加速器中，机械设计工程师会把需要用到的零件数据传输到加速器的系统中，在通过专人对数据进行管理。数据的获得是通过查看零件的相关数据并把数据记录下来。在需要加工零件时只需把加速器系统中的零件数据调出来便可加工零件，即快捷又省力。

（二）装置的应用

机械是指机器和机构的总称，机械就是能帮人们降低工作难度或省力的工具装置，像筷子、扫帚以及镊子一类的物品都可以被称为机械，他们被划归为简单机械。而复杂的机械则是由两种或两种以上的简单机械构成。机械设计加速器定位装置被广泛应用于零件的加工工业中，逐步的取代了传统的零件加工模式，适应企业的发展需求，机械设计加速器定位装置通过它的加速器提高了加工零件的效率，而定位装置则对要加工的零件进行定位分析，减少了零件加工的误差，提高了零件加工质量的稳定性。机械设计加速器定位装置不仅可以应用在零件加工领域，还可以应用在许许多多的生活、科学领域。

二、机械设计中加速器定位装置优点

（一）提高了工作效率，降低了制作成本

传统的零件加工，是采用原始的检验手段进行零件样本的检验，传统的加工方式，生产效率低，加工成本高。加工质量不稳定，劳动强度大，安全防护不足。导致企业的市场竞争力下降，被激烈的市场所排挤，甚至会造成企业破产。使用机械设计加速器定位装置后提高了零件加工的效率，降低了企业的生产成本。数字化计算机控制生产率高。机械设计加速器定位装置带有定位系统，减少了人为误差提高了零件的质量和精度。使用简单，工人工作量小，工作强度降低。适应能力强加工的范围广，加工质量稳定。生产大批量的零件的成本低，社会个别劳动时间提高了。机械设计加速器在加工零件时对零件的大小尺寸进行了合理分析，确保了生产的零件的质量，提高了企业的生产效率。

（二）适应经济社会的高速发展

传统的零件加工方式不能适应经济高速发展的需要，我们要对企业的零件加工方式进行发展创新，新型的机械设计加速器定位装置是在传统的加工方式上进行了发展，采用了国家的先进技术，能够适应经历的高速发展，机械设计加速器定位装置作为一种新型的零件加工技术，它能够迅速占领市场，抢占市场份额。伴随着社会的快速发展，经济实力、科学技术、企业潜在能力越来越成为社会主义市场竞争的决定因素。机械设计加速器定位装置作为一种新型的零件加工设备，已经越来越受到人们的重视，它已经得到了社会的广泛认可。

三、机械设计中加速器定位装置的发展

（一）进行科技创新，增加效益

科技高速发展，企业的生存与发展要依靠技术的进步，只有真正懂得创新，企业才能获得质的飞跃。进行科技创新企业才能立足于市场。我国的大多数企业在技术、资金、设备上都不能与国际公司相比，要想提高企业的效益，就要进行科技创新，点、线、面全方位发展，在整个领域内形成核心竞争力。企业要想赶上时代的步伐，就必须加强科技创新，提高企业的市场竞争能力。在新时代的大潮下必须要对企业进行科技创新，紧跟时代步伐，做到与时俱进。

（二）进行合理化管理，保证装置最大化利用

所谓合理化，即不断的将不合理调试到不合理的努力过程，其目的是好上加好，精益求精以确保竞争优势并合理发展。进行合理化管理，能够保证装置的合理化应用，做到资源利用最大化。企业的管理者要制定企业管理计划，对企业人员进行合理分工，设立专门的部门对机械设计加速器定位装置进行管理，定时对机械加速器定位装置进行检查及时发现问题并解决问题。还要定期对机械设计加速器定位装置进行保养维护，确保装置的最大化利用。装置的最大化利用能够保证企业的生产效率，避免影响企业的生产速度，甚至影响企业的信誉。还要设立专门的人员对机械设计加速器的定位装置进行使用情况记录，设立专门的档案管理是，对装置使用数据进行保存管理，以便以后查阅。合理化管理是为了培养员工对公司员工的创意设计与改进的参与意识，发挥员工的聪明才智为企业的管理出谋划策，调动企业员工的积极性，激发员工关爱企业，热爱公司的热情，鼓励员工为公司的发展提出合理化建议。合理化的管理制度不仅能使员工热爱公司，更能使机械设计定位装置的得到最大化利用。给企业带来了最大经济利润，为企业吸引更多的客户，提高公司的信誉，在竞争激烈的市场中占据一席之地。

四、结语

机械设计加速器定位装置具有各种各样的形式，不同形式的装置有着不同的功能，到目前为止机械设计加速器定位装置已经被应用与不同的领域，在不同的领域进行着不同的工作，随着社会的高速发展，机械设计加速器定位装置将被广泛应用。机械设计加速器定位装置有其特有的性质，与传统装置相比具有许多优点，现在被人们广泛应用。本文对机械设计加速器定位装置进行了简单的介绍，并研究了机械设计加速器定位装置的发展方向。

机器人的机械设计篇3

摘要：随着工业化生产的发展，各行各业的机械设备越来越多，自动化的机械设备正逐步成为各生产的主力军，机械事故的不断发生，也越来越引起了人们的关注机械的安全性，因此，机械的安全性必须从本质安全入手，在机械设计时，同时考虑安全设计。

关键词： 机械设计；安全设计；危险识别

中图分类号：TH12文献标识码：A

机械是现代化生产中各行各业不可缺少的生产设备，从机械的发展历史看，机械是用来代替人的劳动，目前已从简单的工具发展到完全自动化的机械。在生产的人机环境系统中，机械与人相比，它有许多人所不可能具备的优点，主要是：提高劳动生产率、能量大、功率大、精度高、灵敏度好、耐用性强、可靠性高、运转速度快、适应性强等。

由于人与机械的广泛接触，就有可能对人产生损伤或者危害人的健康，机械作业是一种事故多发性作业，近年来，机械设备的事故比较多，发生机械事故的原因可归纳为人的不安全行为、设备的不安全状态和环境的不安全因素等三个方面，据统计，造成机械伤害事故中的直接原因，由于设备的不安全状态，因防护缺陷（没有防护、防护不当、保险装置、信号装置缺乏等）而造成的各类事故占机械伤害事故的71.56%。我国机械伤害事故中，多数事故也与防护不当有密切有关，因此，重视机械的安全性是十分重要的。

为了从根本上防止机械伤害的隐患，应尽量采用各种有效地先进的技术手段，从根本上消除危险的存在；使机器具有自动防止误操作的功能；使机器具备完善的自我保护能力；优先采用安全保护措施，就必须从设计入手。在机械的设计时，就要考虑机械的本质安全，设计有安全可靠的各种防护措施、安全保障装置等。全面分析、研究机械运行、使用、维修中可能存在的不安全因素、可能发生事故的可能性及事故的危害程度，把保证机械的运行、使用、维修安全贯穿于整个设计中。

机械安全设计作为现代设计方法的重要组成部分,随着先进制造技术的推动和市场对机械产品需求的多样化,通过10多年来对传统安全工程的摒弃、扩展和延伸,逐步形成了以系统工程理论为指导,以基础科学、工程技术以及管理科学构成的多层次的安全科学。机械安全设计的主要包括以下内容：

1、危险识别

危险识别在机械安全设计中占有十分重要的地位,它的目的是描述危险的性质和识别它们各自危险所产生的后果。在对机械进行安全设计、制定有关安全标准和风险评价时,必须要对机器可能产生的危险进行识别。它是安全评价和安全设计的主要依据,危险识别的准确与否,直接影响到安全性能的好坏。机器可能产生的危险主要分为2大类:

(1)机械危险 主要包括挤压危险、剪切危险、切割危险、缠绕危险、吸人或卷入危险、冲击或碰撞危险、刺伤或扎伤危险、摩擦和磨损危险、高压流体喷射危险等。

(2)非机械危险 主要包括电气危险、热危险、噪声危险、振动危险、辐射危险、材料或物质产生的危险、未遵循人类工效学原则而产生的危险及综合性危险等。

2、安全评价

风险评价是在危险分析的基础上,根据现有工艺水平对机器在每种危险状态下可能产生伤害的概率和严重度进行全面评估和判定。安全评价的目的是帮助设计者根据现有技术水平,以及由此引起的各种约束确定最优的安全措施,使机器达到最高安全水平。

(1)风险评价要素 风险评价通常包括以下3个方面的要素:

①评估可能伤害的严重度。可通过伤害的范围、伤害的限度、伤害的严重度等因素进行评估。

②人们暴露于危险区的频率。通过对进入危险区的性质、频次、持续时间和人数等因素来进行评估。

③预测危险出现的概率。主要对以下因素进行预测:机器及其它元器件的可靠性及有关统计数据,类似机器事故历史资料。

(2)风险评价的定性方法

风险要素评估完成后,需对机器进行危险评价,以确定机器是否达到安全要求。

(3)综合运用各种系统安全分析和评价方法

采用系统工程方法进行风险评价已有近20年的历史,发展了数十种系统安全分析方法,能从各种不同的角度对系统进行风险评价。从分析的数理角度出发,这些方法可分为定性分析和定量分析。从分析的逻辑观点出发,又可分为归纳法和演绎法。其中,不少方法是相似的、重复的,但是按照系统寿命周期的时间进程,这些系统安全分析方法之间又互有联系,各有利弊。

在伤亡事故分析预测方面,比较常用的系统安全分析方法有初步危险分析(PHA)、故障类型和影响危险度分析(FMECA)、事件树分析(ETA)、故障树分析(FTA)、管理疏忽和危险树分析(MORT)等。其中,在我国乃至国际上应用最广泛的是故障树分析。

3、 机械安全设计

根据风险评估的结果进行安全设计,在选择安全设计的最优方法时,必须遵循以下原则：

（1）结构安全设计 机械安全设计的第一步是对其进行结构设计,结构安全设计应考虑的主要因素如下:

①使机器外观达到本质安全的结构设计，在不影响正常功能实现、使用的情况下，凡人体易接近的机械外形结构应平整、光滑、不应有易引起损伤的锐角、尖角、突出物、粗糙表面等。

②使机器有关运动参数达到安全的设计; 直线运动部件之间或直线运动部件与静止部件（包括墙、柱）之间的距离，必须符合有关安全距离的规定，应保证不该通过的身体部位不能通过。限制操作力、运动件的质量和速度、往复运动件的运动距离和加速度、机器的噪声和振动、机器的表面温度等。

③合理规定和计算零部件的强度和应力;

④合理选用材料;

⑤选用本质安全技术和动力源;使机器与所有动力源或其他供给断开。断开必须做到既可见（动力源连续性明显中断），又能通过允许检查断开装置上操纵器的位置而确认，并且还必须明确表示出机器的那些部分已被断开。如果需要（例如：对于大型机器或在设施中），将所有切断装置锁定在“断开”位置。机械的动力源不管什么原因中断或波动后，要重新建立时不得导致危险状态。

尤其是：

A、机器不得意外起动；

B、一旦停机命令发出，机器必须停止运转；

C、机器的运动部分或由机械夹持的工件不得落下或抛出；

D、不得防碍自动或手动停止机器的运动部分；

E、防护装置必须保持完全有效。

F、采取措施保证在断开点的下游不再有：位能（如：电解、可以释放的液压或机械能）；动能（如：通过惯性可以继续运动的部件）。

在一旦停机命令发出，机器必须停止运转的措施效果通过工作安全系统进行验证。这些措施会使机器达到“0能量状态”；断开和能量泄放可提供很高的安全水平。

⑥应用强制机械作用原则;⑦应用人机工程原则;⑧应用人类工效学原则;⑨提高机器及零件的可靠性;10使机器的调整、维修点位于危险区之外。

机器人的机械设计篇4

【关键词】电器；机械制造；机械设计技术

0.引言

随着社会科技的快速发展，人们生活水平的不断提高，针对于现代电器机械产品，对于其机械设计提出了更高的要求。现阶段，在广大消费者的家中电器也是越来越多，而电器是否安全、是否环保都成为了广大消费者急切关心的问题。因此在对电器进行设计和制造时，这些问题都成为了主要的问题。因此生产厂家必须认识到，电器在进行制造和设计时，必须清醒的考虑到，电器产品不单单需要满足产品的性能、寿命，还需要考虑到电器产品对于消费者家庭的安全性，对于这个社会的环保性，这样才能够确保电器市场长盛不衰。

1.电器机械设计中的关键技术

1.1材料设计选择

在对电器机械进行选材时，不单单要考虑到未来电器产品的性能，还需要考虑到电器机械对于客观条件和主观条件的准则，因此在选取电器机械设计中的材料时，就应当遵循以下准则：

⑴首先电器机械的材料必须要能够可回收再利用，所以在选择的时候必须选择低消耗、无毒、无污染、无腐蚀性以及可降解的原材料，例如铁、铜以及其他能够降解的塑料。就比如在冰箱的生产中，因为冰箱的电器部件是要求高度集成化的，因此冰箱门采用的是不含毒的PVC材料，且耐腐蚀性，长久使用也不会给消费者带来任何的影响；

⑵选择与环境兼容性较好的材料。在对一个电器机械设备进行设计时，要保证每一个部件都选择一种类型材料，且每一个部件的型号、种类以及等级都是要相同的，以免多种类型的材料混合在一起，反而起到反效果。且使用同种类型的材料，能够使电器设备得到很好的兼容性。

⑶电器产品的质量是由电器设备的好坏直接决定的，也就是说电器产品的质量也是由电器设备的价格所决定的。因此，在选择电器材料的时候，要选择具有经济性的材料，而经济性的材料主要包括了对于环境的综合性考量，对于环境的相容性以及定量化以及可回收性。

1.2电器机械可拆卸设计技术

在现今电器产品中，可拆卸是电气设备环保的主要内容，且现今，可拆性已经成为了产品结构设计的准则，使得电器产品具有维护方便，在产品回收时，能够彻底的回收利用，不会造成浪费。为此，电器设计人员应当多跑市场，收集广大消费者、售后服务人员以及回收部门的意见和信息，了解其中存在的问题，并在设计的时候从结构上考虑电器拆卸的难易度，从而提出相应的设计方案。一般在设计可拆卸电器设备时，应当尽量的避免不可拆卸的连接方式，例如焊接或是铆接。可采用搭扣、丝扣这种咬合式的连接，这样就能够方便对零部件的调整和更换，一旦出现了破损的部位，消费者自己就能够动手更换。就比如日立的冰箱，其所采用的就是可拆卸的设计，将冷凝器与压缩机全部集合在冰箱的底部，在拆卸的时候，只需要将四个螺丝钉拆下，就可以全部回收[1]。

1.3电器机械的可回收设计技术

对于电器机械的可回收设计，可以说是符合现代化环保的理念，将物品回收再利用。因此在进行回收设计的时候，就需要考虑电器设备的回收的可能性，回收的价值以及回收后的处理方法，从而将电器设备的资源利用到极致，不给资源造成浪费，不给环境造成污染。针对于电器机械的可回收设计，其中主要包括对于材料的回收，要保证电器设备的材料在回收后还能够运用到其他地方；回收电器机械的工艺和方法。因此在进行设计的时候，不能够埋头设计，要积累相关的数据和资料，才能够保证所获取的资料是满足于设计的需求，真正达到回收设计的目的。

1.4电器机械的模块化设计技术

每一款电器设备都是一个独立的大型模块，在这个大型的模块中，又可以细分为多个小型的模块。而所谓的模块，实际上是电器设备的功能，保证每个设备功能能够得到有效的利用，那么这一款电器产品就能够得到完好的利用。例如在设计冰箱时，冰箱中功能主要是可以分为五个模块，分别是箱体模块、箱门模块、制冷系统模块、外部包装模块以及电气系统模块，通过这五个模块完美的结合，就可以设计成一个环保而又实用的冰箱。且通过对模块的组合，可以丰富电器市场对于电器产品的种类需求，加快更新换代的速度。就像微软公司每一个月都会推出一款新的系统，其实就是在原系统上进行了更新，并在一次次的发展中不断的摸索。相应的，电器设备也是如此，将电器产品中的每一个模块都设计成可拆卸、可维修、可回收的部件，就可以满足这个市场的个性化需求[2]。

1.5电器机械的节能设计技术

在当今时代，节能是一个极富创新的理念，电器设备的节能不仅可以节约国家的电力资源，消费者的经济资源，也可以对环境的保护起到一个重要的作用。在对电器机械的节能设计中，其主要包括了对电器产品结构、电器的功能以及电器工艺三方面。在电器产品的结构上要尽量是能够简便，不能够采用过度消耗的零部件，减小电器产品的体积与重量。在电器功能方面，虽说要符合消费者的需求，但是要秉持着人机工程学的原理，降低使用者的使用强度与技术要求，达到人机和谐的目的。最后实在电器工艺上，需要采用现阶段的最新的工艺，才能够将材料的损耗降到最低，保证电器产品的节能。

2.电器机械设计的发展前景

现阶段，我国在对于电器设备这一方面的发展前景，从整体上看，主要有三点。⑴电器机械产品为了适应市场的需求，保证产品的性能，因此在设计的过程中就需要尽量的提高电器产品的性能，保证电器产品的寿命。而针对该方面，在设计部分一般是在其动态设计、防腐设计以及控制设计商；⑵现代电器市场的竞争越来越激烈，因此，其设计出来的产品在投放市场时，一定是要具备完善的竞争力，而其完善的竞争力除了电器企业的品牌之外，还需要有新技术的支持，这样才能够在市场竞争中占得先机；⑶在当今社会，节能环保是最受消费者和厂商关注的问题，因此在对电器机械进行设计时，就应当以绿色设计为主要的设计理念，从而以资源的再利用为主要的前提，通过电器机械设计将电器资源利用到最大化[3]。

3.结语

当前电器市场日新月异，为了应对当前的市场形势，机械制造业必须紧跟时代脚步，以最新的发展理念为先驱，把好技术关，让消费者用的放心，厂家安心。本文主要是以机械制造中的电器机械制造为例，对电器机械设计技术进行了一个简要的了解，并对当前电器机械设计技术的发展趋势进行阐述，旨在能够为相关工作者提出一丝启示，并最终实现高质量、高标准的电器机械产品。

【参考文献】

机器人的机械设计篇5

关键词：网络技术；机械设计

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 04-0097-01

一、机械设计的内涵

机械设计是进行机械工程的一个重要组成部分，也是机械生产的第一步，机械设计的好坏直接影响机械性能的高低。机械设计是根据使用要求从而对机械的结构、运动方式、工作原理、能量传递方式、各个零件所需要的材料及尺寸形状以及方法等进行整体的构想、分析以及计算，并且将其转化成为一种具体的描述从而成为制造依据的工作过程。

在进行机械设计之前，首先要做的便是制定机械设计的任务书，如果机械设计的任务书较为简单时，在开始进行设计的过程中就会将设计做到技术设计的设计深度，然后再经过审查、修改以及批准后再做工作图设计。如果机械设计的任务书较为复杂，在设计过程中可以分为三个阶段，分别为初步设计阶段、技术设计阶段以及工作图设计阶段，其中，初步设计阶段的主要步骤是确定工作原理以及机械的基本结构型式，然后进行运动设计，进而设计主要的零部件的形状及尺寸，最后绘制出新的总图，然后进行技术设计审查，而在工作图设计阶段，应该根据审查的意见对机械设计进行一定的修改，对全部的工作图进行绘制，然后制定全部的技术文件，如果遇到批量或者是大量生产的产品，还应该进行定型设计。如果在设计过程中发现前面的步骤的某些决定不够合理，就应该折回到前面的那个步骤，对不合理的决定进行修改，然后重新做随后的设计工作。

二、基于网络技术的机械设计开发探究

随着网络技术的不断发展，网络技术在机械设计中也得到了日益广泛的应用，相继出现了许多高效率的分析以及设计软件。这些计算机软件可以运用在机械的设计阶段，可以对之前制定的多种方案进行对比分析。同时也可以在计算机上面构建虚拟样机，利用虚拟样机仿真对设计进行验证，从而实现在设计阶段对设计可行性的充分评估，网络技术在机械设计上的应用以及推广已经在一定程度上改变了机械设计的进程，它能够提高机械设计的设计质量以及效率。

（一）CAD技术。CAD技术是计算机辅助设计技术的一个简称，也是电子网络信息技术的一个重要组成部分。它能够充分利用计算机的快速绘图以及高速的运算功能为机械设计进行服务，它能够在很大程度上改变传统的复杂的手工绘图方式，使得机械产品开发的效率以及精度均能够很大的提高，同时也延伸了科技人员智慧的结晶。它能够在很大程度上将计算机所具有的运算快、精度高、逻辑判断能力强、记忆力高、图形显示率高等一些功能与人们的智慧以及创造力结合起来，使得机械设计人员的体力劳动在很大程度上减轻，提高机械的设计质量，使得机械产品的生产周期也大大缩短。CAD系统有两个部分组成，分别是软件系统和硬件系统。其中，软件系统作为CAD技术的核心系统它能够在很大程度上决定系统所能够具有的功能，而硬件系统则是作为CAD技术的物质基础而存在的。完整的CAD系统应该是由硬件系统和软件系统共同组成的。软件可以分为三个层次，分别是系统软件、支撑软件以及应用软件，其中，系统软件可以自动的控制以及管理计算机的资源，它是整个软件的核心，操作系统、数据通信系统均属于它的范畴。支撑能够保住人们对于高效率的应用软件进行开发。应用软件能够利用网络技术以及计算机所能够提供的各种支撑软件以及系统软件，对于实际当中遇到的各种问题的解决方式进行自行编制。CAD技术的一般步骤包括建立数学模型、对程序框图进行设计、用高级语言来编制程序、对程序进行调试。

（二）数据库技术。数据库技术是一个可以方便用户使用的应用程序层接口，它是在OLEDB的基础上而设计的，其中OLEDB能够为任何的数据资源提供一个高性能的访问，而这些数据源包含非关系数据库、关系数据库、文件系统以及电子邮件、文本图形等等，尽管它能够为各种应用程序提供最佳的功能，但是它并不能够符合简单化的要求，而数据库技术的开发与利用则能够很好的连接OLEDB以及应用程序，而且它操作较为简单、速度快，而且磁盘遗迹小、内存支出也较少，数据库技术能够在应用方案中使用最少的网络流量。而将数据库技术应用到机械设计中，由于机械设计一般包含十分大量的数据的设计资料，因此，在机械设计中采用数据库设计显得十分必要，而数据库技术在机械设计中的应用，不仅能够很大程度的提高平台数据库的存取性能，而且还能够将平台的开发工作进行简化，最重要的便是，数据库技术能够为以后的平台的扩展预留一定的接口。

（三）浏览器/服务器结构。浏览器/服务器结构是从传统的二层客户机/服务器发展起来的，它是以网络技术为基础从而开发出来的。该结构能够将服务器部分分解成一个或者多个数据库服务器和一个应用服务器，从而形成一个三层结构的客户服务器的体系，使用该模式，不仅能够将客户端记性简化，它仅仅需要安装通用的浏览器软件即可，而且它能够使用表现形式丰富的一些超文本语言，而这些超文本语言能够为机械设计提供一些需要的手册资料以及信息，还可以在一定程度上对信息检索以及查询工作进行简化，从而方便使用者进行操作。而在机械设计中经常需要查询一些设计资料以及设计手册，而对于一些包含图片、文字以及表格的设计资料，用一般的控件很难完整的显示，经常会出现失控的现象，而超文本语言的适用则能够很好的解决这一问题，可以充分利用其表现形式十分丰富的特点对这些设计资料进行完整显现，使得人们在平台中设计时能够更加方便的查询设计资料。

三、结束语

基于网络技术的机械设计开发探究，能够有效的利用CAD技术的强大绘图功能以及高速运算能力，同时也能够很好的结合数据库技术以及浏览器/服务器结构等的技术，使得机械设计更加适应现代信息的海量储存以及实施更新的节奏，这些网络技术的适用不仅能够大大的降低机械设计人员的工作量，而且还能够对很好的共享以及更行机械设计资料。

参考文献：

[1]邱宣怀.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2007.

[2]董俊华.现代设计技术在机械设计中的应用[J].河南机电高等专科学校学报，2007，2.

机器人的机械设计篇6

关键词：真实项目 手扳封罐机 机械设计基础课程设计

为了能有效地培养学生的机械设计能力，各高校在机械设计基础课程结束后均设置了课程设计教学环节，它是提高学生综合运用所学机械原理、机械设计、机械制图、工程材料、公差与互换性等基本知识解决实际设计问题的一个综合实践环节，对加深学生对知识体系的理解、认知机械设计的路径、方法与过程，尤其是提高学生对机械设计课程的学习兴趣等等，都是理论教学无法做到的。机械设计基础课程设计，各高校几十年来延续的做法是对单级直齿圆柱齿轮减速器机械传动装置进行课程设计，这是因为减速器作为机器中的一个独立部件，它所包含的零件覆盖了机械设计课程绝大部分教学内容，对课程知识起到了复习、巩固、工程应用的多重作用。但就目前而言，减速器设计项目已经成为非常成熟的课程设计，有关减速器设计的网络资源、图书、教材、工程图、教参、音视频资料数量众多，来源广泛。为改变以往单一的以减速器为课题的设计任务带来的诸多弊端（如题目陈旧老套、思路单一、设计内容变化不大、缺乏拓展和创新的空间等），机械设计基础课题小组对课程设计的内容和形式尝试了教学改革、课程改革，本项目就是在此背景下产生的。

1 教学改革内容

1.1 课程设计任务的改变 一般而言，课程设计课题应具有普遍性和实践性，所谓普遍性是指能够充分反映课程的理论教学内容，即通过课题的完成能够将课程大部分知识加以应用；实践性是指课题的选择要符合生产实际及要尽可能与专业相结合，也就是设计课题必须来源于本专业的企业真实生产产品。本次教改变化最大的就是课程设计任务的变化，课题组定的设计任务已不再延续减速器设计，而是结合温州地域及经济发展特色首先选择行业方向，经课题小组第一次市场调研，入选的行业锁定为包装、印刷、食品、橱卫行业，本次教改就定为包装业。接着课题小组进行第二次市场调研，选择机器设备，经过多方对比、咨询、技术文献检索、企业实地考察，考虑到机器设计方案对学生起到的思路引导作用和创新要求，考虑到课程设计的难度、工作量及学生的水平，考虑到机器设备结构对课程知识面的覆盖程度，课题组最终选定了手扳封罐机项目。这款设备符合温州民营小微企业的生产特征，它来源于温州日强机械设备有限公司，项目真实、新颖，贴近生活本源，它是易拉罐的卷边封口包装机械，学生对易拉罐非常熟悉，对封罐机实现的封罐功能动作有着莫大的兴趣，正好用来印证兴趣是最好的老师。温州是座轻工业城市，有着包装、印刷之都的城市名片，手扳封罐机项目无论是从封罐工作原理，还是从封罐机传动装置而言，都非常适合做机械设计训练之用，机器设计难度适中，工作量适中。

本次教改另一个显著的特征是做机器整机设计。在课程设计内容上，课题组提出以整机设计为要求的设计任务，为了在真正意义上实现学校教授内容与企业生产产品的“零距离”，课题组决定设计课题必须来源于教师科研或企业现行的真实产品，注重工程设计环节（工作原理与方案设计——运动设计——承载能力设计——结构设计）的训练以及创新能力的培养。手扳封罐机就是一整的机器设备，不象减速器只是一个传动部件，完整的机器设计可以让学生更深刻地认识机械，可以对学生的机械工程观念起到进化作用；完整的机器设计可以在任务分配上更好地细拆（拆分成部件），达到让每位同学的工作任务不一样（工作量相当），但全班组合起来就是一套完整的机器技术文件。

1.2 机器方案设计的多元及创新 本次教改的机器设计方案不是唯一的，学生通过头脑风暴法、分组讨论法提出了2种手扳封罐机设计方案，绘制出机器传动系统图，从中择优。这种做法把学生从减速器单一的设计思路中解放出来，让学生的思维多元化，起到实质性的创新锻炼。

1.3 课程设计形式的改变 在课程设计教学形式上，学生以团队为单位完成一个具体的设计任务，每组4～6人，学生以各种方式查找课程设计参考资料，组内讨论确定设计方案，参加由指导教师主持的课程设计讨论会。团队内部各成员分工合作，各自完成一部分设计任务内容，组内合并、整理修改后，就完成了团队设计任务。以前的课程设计，全班每位学生的工作量及工作任务完全一样，本次教改改变了这种传统做法，采用了错开机制，使得每位学生的工作任务都不一样。

方法1：装配图按照团队内学生自己确定的设计方案绘制，零件设计每位同学是不一样的，每人画4-5张不同的零件图，团队就可完成（4-5）x6=24-30张零件图，整合后重要的机器零件都绘制了零件图，培养了学生的团队协作精神。方法2：把机器拆分成几个部件，每个团队承担一个部件的设计任务，每位同学承担的零件设计任务也是不一样的，团队内整合就是一个部件，全班整合就是一整的机器设计文件。

1.4 学生工作能力的培养 本次教改在学生工作任务的分配上采用了错开机制，使得每位学生承担的工作任务都不一样，但整合起来就是一整的机器设计文件，锻炼了学生的团队合作能力、交流沟通能力；本次教改的设计任务不象减速器设计，有关减速器设计的资料数量众多，如网络资源、图书、工程图、教材、教参、音视频等等，来源广泛，而封罐机资料不多，查找也不易，但可以培养学生对技术文献、技术资料的检索能力，培养学生的研究能力；经历了工程设计路径、方法与过程的锻炼，达到了培养学生设计能力、机械制图能力、创新能力以及对项目驾驭能力的目的；课题小组一改以往重结果的单一考核模式，采用了设计方案、设计过程、设计结果并重的考核模式，并让学生锻炼了如何答辩。

2 教学改革过程

课程设计前，课题小组利用课余时间给学生讲解课程设计的任务、要求、内容、方案、进度，让学生先行了解，并通过作业形式做了一些前期准备（如设计计算、零件结构设计等）。具体做法就是把课程设计和课程的讲授结合在一起，即在机械设计基础课程教学过程中就将课程设计任务下达给学生，将课程设计的部分内容放在课程教学中或者作为课后作业完成，让学生带着任务有针对性地学习。比如课程讲授弹簧的特性及设计后，就可以安排手扳封罐机升降机构的设计；讲授齿轮传动、轴、轴承知识后，就可以布置学生进行减速装置的设计等。

在课程设计期间，课题小组与学生共同执行了机械设计基础课程教学整体设计、机械设计基础课程教学案例的要求，共同执行了教学改革项目实施方案与进度，效果良好，正是因为课题小组的努力、学生的努力，使得教改工作能够顺利开展，取得了相应成果，当然也发现了不足。

3 教学改革成果与问题

课题小组按照机械设计基础课程教学整体设计、机械设计基础课程教学案例的要求，本着过程、结果并重的思路，从设计方案、设计计算、装配图、零件图、设计说明书、答辩等环节对课程设计进行了全过程指导、考核，着力培养、打造学生的机械工程观念，使得教改项目取得了三点创新、三项成果，当然也发现了三处不足。

3.1 三点创新 ①本教改项目是设计一整的工作机器——手扳封罐机，没有限定设计思路，可以有不同的设计方案，让学生有拓展和创新的空间。②本教改项目是设计易拉罐封口机器，机器有具体的封罐功能动作，容易激起学生的探索兴趣，且学生非常熟悉易拉罐，新项目贴近生活本源。③本教改项目在学生工作任务分配上采用错开方法，使学生分别承担不同的设计任务（工作量相当）。

3.2 三项成果 ①每个学生都以文件袋的形式有了一套技术文件（设计任务书、装配图、零件图、设计说明书），全班整合后就形成了手扳封罐机全套技术文件。②课题小组积累了大量教改原始数据、资料及经验，形成了课题研究报告，使教改项目的后续改进、完善有了明确的工作方向。③课程设计使学生有了综合实践的平台，有了理论联系实际的工作，有了查找资料、检索文献的能力，使学生向着机械工程又迈进了一步。

3.3 三处不足 ①虽然本次教改提倡机器方案设计的多元及创新，通过头脑风暴法、讨论研究法，学生对手扳封罐机确实提出了2种设计方案，绘制出了机器传动系统图，但根据设计方案择优原则，最后全班统一选择了企业样机的设计方案。这种做法虽然在一定程度上把学生从减速器单一的设计思路中解放出来，让学生的思维多元化，但最终结果仍然没有起到实质性的创新锻炼。②虽然本次教改强调了过程考核，但收效不是很明显，如何对学生进行过程考核还有待思考、加强。③学生完成的技术文件（装配图、零件图、设计说明书）总体而言质量不是很高，如何在有限的时间内提升设计质量也是要亟待解决的一大问题。

课题组在后续的教学工作中还要持续去改进，努力去完善，最大限度地把问题的影响降到最低，让师生均通过教改受益，课题组也会考虑扩大教改项目的使用班级，让更多的学生参与到教学改革中来，让更多的学生受益。教改实践证明，机械设计基础课程设计新的教学内容和形式，有利于培养学生的主动实践能力和团队合作精神，有利于培养学生的研究能力以及对实际项目的驾驭能力；使学生对所学科目如机械制图、机械原理、机械零件有更深刻和更明确的认识，加深了学生对机械结构设计、机械传动精度分析、公差配合选用的理解；使学生在自主实践中熟悉产品从市场调研、方案设计、结构设计到绘制图纸的整个设计流程，让学生懂得工程设计的路径、方法与过程；达到了培养学生设计能力、机械制图能力、团队合作能力、交流沟通能力的目的，提高了学生学习的主动性与创新意识，为今后从事机械专业工程技术工作打下坚实的基础。

参考文献：

[1]张红.机械设计基础实验教学探索[J].价值工程，2011（36）.

[2]刘喜平，段成燕，王金.基于CDIO模式下机械设计基础实践教学方法的探讨[J].价值工程，2010（32）.

机器人的机械设计篇7

[关键词]手术机器人，微创外科，机械结构设计

中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）40-0356-01

引言

现代手术医疗机器人的应用与发展是二十世纪医学科学发展的伟大成就之一。它因出血量少、失误率低、准确性高以及康复时间短等优点而深受广大医患人员所推崇，迅速在医学中各专业领域得以推广应用，尤其是在外科手术中，更是实现了前所未有的突破。随着国内外现代手术医疗器械及技术的迅猛发展，使得对外科手术的更安全、更可靠的要求得以实现[1]。目前，依靠于机械、智能控制、远程协控和计算机等多学科而兴起的机器人技术，正在不断的应用在外科手术中，并凭借着其智能程度高、信息测量准、安全可靠性高等特点，逐渐占据主体地位，并掀起外科手术领域一场新的革命浪潮。同时，作为医疗机器人的热点研究领域，现代手术机器人技术的实现，依赖于医学、生物力学、材料学等各个学科的技术支撑，尤其是机械工程学的硬件实现和计算机科学的软件完成。因此，先进机器人技术若想在高难临床手术、远程手术、微创手术实现等大量新型手术方法中实现，其机械结构的设计亦是至关重要的[2]。

1 现代手术医疗机器人的发展现状

1980年9月，世界第一例应用腹腔镜技术顺利切除阑尾的手术由德国妇产科专家Turner和Semm成功完成；1988年，通过对腹腔镜技术的深入研究，医师Chouard和Dulucq不断完善了这一技术，使得更多的患者能够通过这一技术克服这一疾病，并引起了世界的巨大轰动。

随着科学技术的不断发展，1990年，国外科学家Kwoh等人使用世界上最早的手术机器人来进行神经外科手术，此机器人名为“美洲狮560”，这也是最早被应用于神经外科手术的机器人。仅在3年后，随着科研工作者的不断研究，“美洲狮560”不断被改善，并被应用尿道前列腺切除等手术上，并逐渐的演化为一种专门行经尿道前列腺切除术的设备PROBOT。同期，为了满足更多手术的使用需要髓关节置换手术的机器人“ROBODOC”诞生，并成为第一个被美国FDA认证的手术医疗设备。

主从式机器人系统是在现代手术医疗机器人不断研究的过程中逐渐显现出来的，并最早应用于美国军方的远程手术系统中。随后，1994年，世界的第一台协助微创手术设备诞生，其可实现内窥镜自动定位功能，这也是美国Computer Motion公司研发的第一代产品，虽然在手术的过程中，其只是“扶镜”的电子机械手，但其代表着机器人技术已能够介入外科手术，具有深远的意义。1999年，随着“达芬奇”和“宙斯”机器人手术系统的诞生并投入使用，标志着真正“手术机器人”已能够完成现代的手术要求，在美国FDA的认证后，“达芬奇”现己成为世界上首套可以正式在医院手术室腹腔手术中使用的机器人手术系统。目前，此类主从式机器人系统已经成为了国内外普遍使用的设备。

2 现代手术医疗机器人的结构组成及特点

现代手术机器人系统主要由PLC智能控制台、传输网络系统和机械执行系统三部分组成。PLC智能控制台是现代手术机器人系统的核心部分，其是由智能控制系统、多视角手术操作监控装置、操作机器人控制设备、输入设备以及输出设备等组成。机械执行系统是由多组操作臂组成，分别控制着腹腔镜探测设备、以及操作臂的执行端，从而来完成手术。在通常情况下，进行手术的医生需要对手术机器人的控制设备来进行设定，以保证输出设备即机械执行系统动作的幅度、张开的角度以及活动范围等。在智能控制系统及操作机器人控制设备设定完成后，医生可在PLC智能控制台处通过多视角手术操作监控装置观察病人体腔内三维图像，从而操作输入装置来控制机械执行系统的操纵以保证手术的进行。为了保证手术过程中的精确性和稳定性，控制系统将会对手术医生的输入指令进行精确分析，并按一定的比例缩小后实时传递给机械执行机构。同时，为了能够保证手术的顺利进行，现代手术机器人还具有视觉引导、语音控制以及触觉反馈等尖端技术。

3 现代手术医疗机器人的结构分析与设计

根据前面介绍，目前国内外普遍使用的机器人为主从式手术机器人系统，其是现代手术机器人的主要代表，对于此类手术机器人的机械结构部分，国内外专家学者均在不断的研究分析，以保证其正常使用。此类机器人系统中，若要保证手术安全，机械人的执行机构就必须具有一定的操作灵活性和定位的精准性，与此同时，为了能够实现在各种复杂手术情况下，医生能够感受到手术过程中的各类情况以保证及时判断操作，手术机器人的机械执行机构还必须具有实时提供精确的反馈力的功能。因此，手术机器人的执行机构就应当有结构轻巧，重量较轻，体积在合理的范围内，操作灵活性高，工作空间大等优点。并要满足以下机械结构设计原则：

（1）手术机器人的执行机构具有足够大的运动空间已完成各类动作，为此要保证其自由度大于6；

（2）具有力反馈发生系统；

（3）机械执行机构简易轻便、易于操作。

因此，在以上的基础上，本文提出并设计了具有九个自由度的手术机器人的机械执行机构，其运动简图如图1所示：

在本文设计的结构中，9个自由度分别代表着人体上肢、末端位置、手术剪切及夹紧等动作，完全能够满足现代手术机器人的手术要求。

4 结论与展望

随着科学技术水平的发展，现代手术医疗机器人将越来越多的使用到手术过程中。本文简述了现代手术医疗机器人的发展历程，较为系统的说明了其结构组成及特点，并以应用于微创外科手术中的机器人为例，对此类机器人的机械结构进行分析，提出并设计了一种能够实现9自由度的机械执行机构，此种机械机构可以实现手术过程中的各类动作，为手术机械人的结构设计提供了一定的理论参考。

参考文献：

机器人的机械设计篇8

关键词：可编程控制器；机械手；机器人

现如今机械制造业中，机器人已经有广泛的应用空间，代替人类完成着各种大批量、高质量的工作。在我国“十一五”规划的指导督促下，国内的机器人研究和实际应用已经得到了长远的发展。本世纪的制造业必然会迈入一个全新的发展阶段，机器人和其他的各种智能化机器以及自动化的设备都会在空间以及海洋探索的过程中获得广阔的发展前景。

1 机械手工作原理

机械手在进行工作的过程中，先是要借助PLC发出的电控制信号给电磁阀。电磁阀在工作过程中输出的气信号再到气控阀，气控阀在接收到信号之后，把动力输送给气缸，之后气缸进行运动，运动到指定的程序之后，接触到机械阀，机械阀把气信号传递到气电继电器中[1]。气电继电器把电信号传送到机械手的操作体系之中。PLC再依照气缸的实际到位情况，依照程度指令执行下一个步骤的操作。

2 PLC控制模型的硬件设计

机械手模型中的PLC控制运行体系的硬件组成结构包含了滚珠丝杆、滑杆、气缸、步进电机、传感器等等。此项运行体系属于PLC技术、位置控制技术以及气动技术有序结合的一种机械手模型的控制运行体系。下图（图1）为PLC系统框架图。

步进电机驱动器包含了电源的输入部分、信号的输入部分、信号的输出部分等等，借助驱动器能够较好的对步进电机的转速、方向等做把控。整个的运行体系使用AT89C2051构成的步进电机驱动器做步进电机的驱动，AT89C2051把控制脉冲从P1口的P1.4～P1.7做输出，反方向之后再进入至放大的环节，放大之后进行光电开关的控制，做光电隔离之后，借助功率管把脉冲信号做电压以及电流的放大，驱动步进电机的各个相绕组。此项运行体系的底座以及气夹的正反转限位都是使用接近开关，借助对基座以及气夹上的技术块位置调整，能够在一定的区间内将基座以及气夹的旋转角度做改变。机械手的伸缩和升降使用的都是行程开关的限位，同时借助对行程开关位置的调整对横轴以及竖轴的实际运动范围做调整。

3 机械手软件设计

3.1 软件设计流程

机械手的操作流程按照的次序是抓取工作、搬运工作、工作定位和恢复初始形态、软件能够借助梯形图做编写。机械手手臂伸出到一定位置之后，传感器会检测到机械手伸出的具置，之后驱动机械手手爪的松开。机械手手爪松开之后，机械手的手臂会下沉，一直到最底端位置，机械手气爪加紧，从一开始到整个工件抓住的过程耗时约1秒[2]。到这个过程中，整个机械手的抓取工作算顺利完成。机械手搬运工件流程图参见图2。

机械手在将工件抓紧之后，悬臂会下沉，限位传感器在接收到信号之后，驱动的手臂气缸会慢慢上移。手臂提升至一定的位置之后，机械手手臂会慢慢回收，手臂一直到最后端位置，机械手便会朝左旋转到位。之后机械手伸出再到指定位置，机械手下沉，到位。机械手搬运到位的具体要求，便是工件二检测到位，气抓左旋，工作固定在一定的区间，整个过程限时1秒，之后机械手气爪松开。整个检测程序便全部完成。机械手又会回复至最初的模式。机械手将工件松开之后，手臂会回缩至固定位置。机械手右旋至固定位置，之后机械手回复至最初形式。

3.2 抗干扰设计

为了有效的确保整个运行体系在工业电磁环境中不会受到或者少受到内外电磁造成的影响，需要设计伊始就使用三个控件做抑制操作，分别是：抑制干扰源、阻断或者衰减电磁干扰的传播渠道、有效提升设备以及运行体系的抗干扰能力。此项控制运行体系的主要抗干扰方式包含了以下几点内容：第一，使用有较高性能的电源，控制电网中加入的干扰程序；第二，硬件滤波和软件的抗干扰方式，信号在接入计算机之前，会在信号线和地之间串联并接上一个电容，进而有效的减少共模造成的干扰，并且在两极之间多加入一个滤波器设备，能够较大程度的减少差模造成的干扰。

4 结语

在未来的技术领域上，机械手的完善过程还需要进一步探索。文中设计在多次的实验之后，表明了机械手操作方便、性能稳定的特点，除此之外，此项操作体系的开放性以及可扩展性都十分突出，同时在使用的过程中，能够依照使用要求，更加便利的增加或者删减各个组成控件，进行自主创新建设。

[参考文献]

机器人的机械设计篇9

【关键词】机器人；手臂关节；机械设计

1.引言

从机械手臂投入商用起，已经有了几十年的应用和发展历史。将模块化的设计思路与理念引入机械手臂的设计中，能够充分发挥其灵活、可拆分、可组合的特点，并将其应用于更多的场合，包括服务机器人，工业生产制造领域、医疗领域等等。本文结合机械臂设计的模块化理念，着重对其进行系统分析和设计，包括旋转关节、传动系统、减速系统进行实现，具有比较好的理论价值与实践意义。

2.机器人手臂关节机械设计

2.1手臂关节模块

手臂关节模块包含了许多零部件，主要有旋转电机、减速器和反馈单元等。在手臂关节的内部固定了控制单元和传动系统，以二级减速传动作为传动模式，即齿轮减速传动与谐波减速传动，这种传动模式可以支持手臂关节自由度之内的回转运动。下面具体阐述其设计方案：

(l)模块外壳方案

手臂关节的外壳能够为电机、制动器、滚动轴承提供必要的机械支撑，并起到必要的保护作用。在手臂关节运动的过程中，模块的外壳也承受了期间多产生的种种应力，因此模块的外壳必须满足一定的刚度。模块外壳的主要构成部分包括：底盖、电机、齿轮盖、主壳体、轴承、制动器等。其中，底盖位于结构的底端，其作用是为整个旋转模块的各个部件提供支撑与连接；主壳体构成此部件单元的外壳，对单元当中的电机、制动器等子单元起到连接和支撑作用；齿轮盖覆盖于模块的齿轮传动单元之上，起到保护和连接作用，而且能够支持谐波齿轮减速器的安装。为保证机械臂有足够的强度，模块外壳选取的制作材料为铝合金，并将壁体设计为圆桶状的抗压结构，为防止氧化与腐蚀，表面结果特殊处理。

(2)减速齿轮方案

减速齿轮方案的主要构成部分包括：电机连接齿轮、中心齿轮、中心轴以及制动连接齿轮等。其实现方式简述如下：通过小齿轮来连接直流电机的输出端，然后通过与小齿轮相咬合的中心齿轮互相连接；同理，通过另一个小齿轮来连接断电制动器的输出端，然后通过与小齿轮相咬合的中心齿轮互相连接。在这种啮合模式下，当减速齿轮单元加电后，便由系统的电机来作为动力源输出，而当减速齿轮单元端电后，便由系统的制动器来作为阻力源输出。考虑到机械臂的关节在不同运动时，会使减速齿轮持续维持高速转动状态，因此必须有足量的剂。又因为该减速齿轮不是封闭结构，因此本文以滑脂来起到齿轮的作用。

(3)中轴传动方案

中轴的传动方案是整个机械臂设计中非常关键的一个组成部分。中轴传动的作用是，首先支持来自中心齿轮的动力，其次还要为波发射器高效传递动力。考虑到中轴会承接一定比例的来自轴向的受力和很大比例的径向应力，因此为支持中轴，引入了角接触轴承。中轴传动单元主要由旋转模块、断电制动器、卡簧、角接触轴承、中心齿轮、主轴、连接法兰以及波发射器组成。

因为中轴传动单元在设计上要求同轴度与圆柱度都在较高的水准，因此尤其应注重其材料选择和参数控制。本研究所设计的中轴用以45号钢才作为原料，并在成型后淬火，从而保证单元在表面具备一定的硬度。

在中轴传动方案中，最关键的是旋转模块的结构设计。旋转模块的设计思路是：将其转轴与中心轴线重合，并以电机驱动。在模块上部署有电磁编码器，用于周期性地检测角位移和角速度。将之与直流伺服电机相联。结合具体的应用环境与需求，直流伺服电机也可以加装起到减速增力作用的行星减速箱，共同起到动力输出的作用。而后通过小齿轮与中心齿轮的咬合，以正齿轮传动方式来实现系统的减速增力功能。

断电制动器的结构设计也是中轴传动方案中的关键，断电制动器有两方面的作用，首先在旋转模块进行位置搜索时能够起到保持作用，其次，在旋转模块因故失去电源之后也能发挥保护的功能。在中轴中，当旋转单元加电，并处于转动状态的时候，断电制动单元便会随着系统的小齿轮单元传递过来的中心齿轮作用而转动，而在断电制动器运动的时候，其输出轴的动力也来自小齿轮单元。在本文所涉及的机械臂中，电机与制动器全部布置于电机底座，并且将电机底也作为旋转单元外壳的一部分，其好处在于保护内部零部件。

2.2连接件模块

连接件的主要功能是在机械臂中连接旋转关节不同的单元，因此是机械臂的重要组合部分，对机械臂的组合与功能的发挥均有着不容忽视的作用。由于机械臂的各个模块单元是相对独立的关系，因此只要将不同的模块单元互相组合，起可以发挥机器人的机械臂基本功能。因此本文结合具体的需求，设计开发了数种类型不同的连接结构。

机器人的机械臂在实际操作中，连接件实现了不同部件单元之间的力矩传递，而其质量的大小也关系到机械臂整体重量和轻便程度，因此在实际设计中，一方面应保证改模块单元具有足够的机械强度，另一方面也应考虑到减轻其质量。本文在设计中，考虑到铝合金属于高强度低密度的材料，同时具有比较好的可塑性，因此以铝合金作为连接件的制作材料。

2.3模块手抓单元

考虑到机械臂必须部署在一个可以移动的平台上，来在现场抓取物体，因此模块手抓单元的末端执行器是其中最重要的组件。为了满足这个系统的模块化的设计，末端执行器必须具备一定的应用和扩展功能。假若模块手抓单元附加多指灵巧手，其实能够抓取更多类型的对象，本课题的研究只需模块手抓单元能够抓取简单对象，因此使用了图中的简单的夹钳手抓，其优点是结构简单、容易控制。

3.结束语

机器人的机械臂设计与开发属于机电一体化领域的高精尖课题。考虑到机械臂的结构具有比较高的复杂性，本文阐述的设计方案充分顾及了模块设计的标准化与产品的通用性，从而能够良好的满足模块之间的替代性特征需求，因而也能够保障机器人的机械臂在实际应用中能够满足用户的要求。

参考文献

[1]郭立新，赵明扬，张国忠.空间冗余度机器人最小关节力矩的轨迹规划.东北大学学报(自然科学版 ).2010:512-515

[2]马江.六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真.北京工业大学硕士学位论文,2009:3-10

机器人的机械设计篇10

机械电子工程专业培养目标

本专业以培养能适应社会需求的计算机测控与仪器领域的高级工程技术人才为目标。毕业生具备仪器设计制造以及测量与控制方面的基础知识与应用能力，能在测控技术、电子信息技术、自动化仪表、智能设备、计算机应用等方面从事设计制造、科技开发、应用研究、运行管理等方面的工作。亦可担任高等院校、研究机构的教学和研究工作。

培养要求

本专业学生主要学习机械电子工程的基础理论和专业技能，使学生能综合运用所学知识设计、开发各行业所需的测控系统及测试仪器，兼顾工程科学教育与工程实践训练的基本能力。

机械电子工程专业就业前景

该专业注重工程实践能力与综合能力的培养，专业口径宽、适应性强。

机械电子的工程师可在机械和设备制造、电子工程和电子工业等重要领域担任职务，就职于需要使用汽车和航空制造技术、自动化技术、机器人技术、微型和精密仪器技术、印刷和媒体技术、音频视频技术、医疗技术的企业。机械电子广泛应用于例如感应机器人，自控机床设备，医疗微型器械以及现代化轿车的传动机构。

机械电子的工程师可承担创新、设计、装配、制造、生产和调试的工作，以及系统规划、方案设计、前期工作、质量控制、销售、客户服务、使用培训、咨询和售后服务的职责。