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機械模塊化設(shè)計范文1

1.細分專業(yè)模塊、多層次教學(xué)

首先,對原來專業(yè)的劃分轉(zhuǎn)變?yōu)楦鶕?jù)社會崗位細分的專業(yè)模塊。比如機車車輛檢修專業(yè),可以根據(jù)鐵路不同層面的需求,將它分為貨車檢修模塊、客車檢修模塊、空調(diào)檢修模塊等。其次,根據(jù)分好的模塊制定教學(xué)目標、教學(xué)任務(wù)和教學(xué)計劃,組織教師編寫校本教材,根據(jù)各模塊的特點實施具體教學(xué)。多層次教學(xué)是指安排課程的關(guān)聯(lián)與銜接,使學(xué)生多方向多領(lǐng)域的掌握專業(yè)技能。模塊化指所有的課程按照模塊的方式組織,便于各專業(yè)方向的調(diào)整和組合。機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的模塊化教學(xué)就是把該課程分成若干訓(xùn)練項目,針對上述不同崗位需求有重點的教學(xué)。

2.真正實現(xiàn)因材施教,按需施教

因材施教是根據(jù)學(xué)生的個體差別來培養(yǎng)人才,盡量按照學(xué)生興趣愛好、學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)能力來引導(dǎo)學(xué)生選擇適合自己的專業(yè)、方向及學(xué)習(xí)模塊,最大限度調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。按需施教則是按照崗位需要來培養(yǎng)學(xué)生。

3.學(xué)生理論知識的學(xué)習(xí)會受到影響

凡事都有利弊,對于高鐵學(xué)院的學(xué)生,首要目的是培養(yǎng)他們鐵路崗位的動手能力,模塊化教學(xué)正是加強這一點,但對于理論知識的學(xué)習(xí)相對來說會較為弱勢。針對此種情況,主要采取模塊化知識交叉方式來彌補。

二、課程模塊設(shè)計

1.認識機器

主要學(xué)習(xí)的內(nèi)容為機器的組成及機構(gòu)的功用。該模塊課程的學(xué)習(xí)標準是為了了解該課程的研究對象、內(nèi)容、任務(wù)、特點、學(xué)習(xí)方法,讓學(xué)生對該課程有一個宏觀的認識。了解設(shè)計機構(gòu)應(yīng)滿足哪些基本要求和基本步驟;對機械零件的主要失效形式和設(shè)計準則、常用材料及選用原則,機械設(shè)計中的標準化有一個初步認識;掌握機構(gòu)、構(gòu)件、零件、部件的概念。

2.傳動件

傳動件包括帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動、螺旋傳動和齒輪系。該模塊學(xué)習(xí)的標準為:了解各傳動的工作原理、類型、特點和應(yīng)用;識別帶和帶輪齒輪的結(jié)構(gòu);能進工作能力分析;列舉安裝及維護方法;聯(lián)系實際設(shè)計普通V帶和齒輪傳動。說出漸開線齒輪的齒廓形成過程及變位齒輪的概念,掌握齒輪嚙合原理、主要參數(shù)及幾何尺寸計算,區(qū)別直、斜、錐齒輪傳動及蝸桿傳動的受力及轉(zhuǎn)動方向。熟練掌握定軸齒輪系、行星齒輪系傳動比的計算,識別實際機械中的齒輪系。當(dāng)然,由于車輛專業(yè)自身特點和專業(yè)群的需求,教師將根據(jù)各崗位群的不同有針對性的講解。

3.軸、軸承、傳動的箱體

軸與軸承使用最為廣泛,每個專業(yè)都普遍使用,故也是學(xué)習(xí)重點。在本模塊中,學(xué)習(xí)軸的結(jié)構(gòu)(含分類、結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料)、軸的基本設(shè)計方法、滾動軸承尺寸選擇的基本方法。該模塊學(xué)習(xí)的標準為:識別軸的功用與類型,能根據(jù)工程實際對軸進行設(shè)計計算。區(qū)別軸承的功用、類型和結(jié)構(gòu)以及選擇材料,說出滾動軸承的組成、特點,解釋滾動軸承的代號。通過現(xiàn)場觀察能說出鐵道車輛中軸承的使用。

4.連接件

連接件包括螺紋連接、軸轂連接、聯(lián)軸器、離合器、制動器。復(fù)雜的連接包括運動副及機構(gòu)運動、簡圖四桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)。該模塊的課程學(xué)習(xí)的標準為了解螺紋和螺紋聯(lián)接的主要參數(shù)、類型、特點及應(yīng)用;說明提高螺栓聯(lián)接強度的措施;理解螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松;了解螺旋傳動的特點、類型;掌握螺旋傳動相對運動判斷及運動量的計算。識別鍵、銷聯(lián)接的特點和類型,能根據(jù)工程實際對平鍵聯(lián)接進行設(shè)計計算。區(qū)別聯(lián)軸器和離合器的主要類型、結(jié)構(gòu),說出聯(lián)軸器和離合器的選用方法。認識制動器的主要類型、結(jié)構(gòu)。認識彈性連接的主要類型、結(jié)構(gòu)。通過現(xiàn)場教學(xué)能對鐵道車輛的制動裝置和彈性連接有一簡單認識。辨認機構(gòu)的組成,說出運動副的概念及分類,能繪制平面機構(gòu)運動簡圖,理解自由度的計算方法。說出平面連桿機構(gòu)的應(yīng)用,理解平面四桿機構(gòu)的基本性質(zhì),區(qū)別急回特性、死點位置、壓力角和傳動角的特性。

5.課程大作業(yè)――綜合訓(xùn)練

通過減速器基礎(chǔ)設(shè)計這個綜合的訓(xùn)練項目來提高學(xué)生綜合解決問題的能力,尤其是培養(yǎng)學(xué)生獨立或協(xié)同完成所布置任務(wù)的傳動系統(tǒng)的動力參數(shù)分配、傳動比分配,完成傳動零件的設(shè)計計算。獨立完成減速器裝配圖及從動軸、從動齒輪的圖紙設(shè)計,建議采用二維軟件完成設(shè)計;獨立完成設(shè)計說明書的撰寫等等。值的注意的是由于我院專業(yè)畢業(yè)學(xué)生都從事鐵路一線工作的特點,對于該模塊教學(xué)并不是要求突出學(xué)生的設(shè)計能力,而是培養(yǎng)學(xué)生綜合解決事物、培養(yǎng)學(xué)生共同協(xié)作的能力;通過作圖,更加掌握典型零件的結(jié)構(gòu)和領(lǐng)悟鐵路工人刻苦嚴謹、半軍事化的工作作風(fēng)。

三、實驗教學(xué)不可忽略

實驗內(nèi)容主要有:常用機構(gòu)、機構(gòu)運動簡圖繪制、機械零件現(xiàn)場教學(xué)、齒輪減速器拆裝等。機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗多以驗證性的實驗為主,學(xué)生不僅需按照實驗指導(dǎo)書所列步驟進行,而且還要主動參與實驗,需要每個學(xué)生動手對零件觀察和裝拆,并且對零件進行描述。通過這樣的實驗,不僅加深了學(xué)生的印象,還為以后該課程和其他后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ),更是有利于學(xué)生動手能力的培養(yǎng)。

四、形成標準的課程評價體系

高等職業(yè)教學(xué)最大的特點是職業(yè)性,最終的教學(xué)目的是使學(xué)生在整個課程的環(huán)節(jié)中學(xué)到相應(yīng)技能,所以僅用最后的試卷來評判學(xué)生的成績是不合理的。因此,要采用多樣化的評價體系來反映學(xué)生各方面的學(xué)習(xí)情況并做出合理的評判。機械設(shè)計課程本身的實踐性比較強,考察的是學(xué)生的分析和動手能力,所以在評價學(xué)習(xí)效果的時候,可以采用靈活多樣的考核方式,并以定量方式呈現(xiàn)評價結(jié)果。如由平時表現(xiàn)、實驗、作業(yè)、理論考試等進行綜合評價。

機械模塊化設(shè)計范文2

關(guān)鍵詞：模塊設(shè)計；機械設(shè)計；應(yīng)用

中圖分類號： THl2 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）03-173-2

0 引言

機械設(shè)計是工業(yè)發(fā)展的重要組成部分，在機械設(shè)計中，模塊化的設(shè)計方法是提升設(shè)計效率的重要方式。但是在實際設(shè)計與應(yīng)用中，依然存在較多的缺陷，且隨著科技的不斷發(fā)展，模塊化設(shè)計方式必然會隨著科技的進步而不斷創(chuàng)新。在此情況下，加強對模塊化設(shè)計方法的研究，并且探究其在機械設(shè)計中的應(yīng)用具有重要的意義。

1 模塊化設(shè)計方法

1.1 模塊劃分

在模塊化設(shè)計方法中，其決定設(shè)計產(chǎn)品的質(zhì)量與效率，其需要在保證產(chǎn)品性能的基礎(chǔ)上，最大程度的實現(xiàn)設(shè)計的優(yōu)化，在劃分過程中，需要注意以下幾點原則：第一，在模塊化過程中，需要保證整體的性能；第二，在模塊化的設(shè)計中，需要保證結(jié)構(gòu)的獨立性；第三，需要保證功能的完整性；第四，需要保證連接部分的合理性；第五，需要最大程度地控制模塊的數(shù)量；第六，需要滿足精度、性能、成本以及結(jié)構(gòu)等多樣化的形式；第七，需要保證機構(gòu)的簡單特點。

在模塊化的設(shè)計中，為了保證系統(tǒng)的整體使用性能，需要根據(jù)實際情況，保證系統(tǒng)的功能模塊的組合性以及互換性[1]，例如在裝配產(chǎn)品的過程中，對于具有相同功能的單元，需要保證其具有相同的基面和尺寸，這樣才可以有效地將不同的零部件組合起來，形成相應(yīng)的模塊[2]。總之，在模塊的劃分中，需要在保證整體功能的基礎(chǔ)上，最大程度地降低模塊的數(shù)量。另外，在組合的過程中，要保證組合的不同部件具有相同的功能，并且處于同一個基面中。這樣才可以最大程度地通過模塊化設(shè)計來提升機械設(shè)計質(zhì)量和效率。

1.2 設(shè)計方式與功能分析

1.2.1 設(shè)計方法

模塊的設(shè)計方法主要包括橫向、縱向和混合三種方式，在設(shè)計過程中，橫向的設(shè)計主要是指不改變參數(shù)的情況下，對模塊進行設(shè)計，以此來提升設(shè)計質(zhì)量；縱向設(shè)計主要是指對不同規(guī)格的產(chǎn)品進行設(shè)計；混合設(shè)計是為了滿足客戶的需求，將兩種設(shè)計方式結(jié)合起來，以便最大程度地提升機械設(shè)計質(zhì)量。

1.2.2 功能分析

在模塊化的設(shè)計中，根據(jù)實際情況，可以將模塊化系統(tǒng)分為混合和純模塊化系統(tǒng)兩個部分，根據(jù)模塊的組合可能，同樣可以將其劃分為閉式系統(tǒng)和開式系統(tǒng)。其主要功能包括以下幾個部分：

基本功能是模塊中基礎(chǔ)的功能，不可或缺，在系統(tǒng)中無論設(shè)計多少模塊，必須要保障基本功能的完善性。

輔助功能主要主要是實現(xiàn)相應(yīng)設(shè)計模塊的功能，以此來提升機械設(shè)計的整體效率。

特殊功能主要是指某種產(chǎn)品的特殊功能，如對鏜孔功能進行模塊設(shè)計，可以發(fā)揮模塊化設(shè)計的特殊功能。

適應(yīng)功能主要是為了生產(chǎn)的需求，調(diào)換相應(yīng)的零部件或者模塊來適應(yīng)生產(chǎn)的需求，因此，其可以稱之為適應(yīng)模塊。

2 設(shè)計步驟

在模塊化設(shè)計中，主要分為兩個不同層次的步驟，第一個為系列模塊，第二個為單個產(chǎn)品模塊。在模塊化的設(shè)計步驟中，單個產(chǎn)品的模塊化設(shè)計較為復(fù)雜，對機器的每個產(chǎn)品均需要制定不同的模塊，其具體步驟如下：

2.1 系列模塊設(shè)計

在系列模塊設(shè)計中，其主要通過計算實現(xiàn)對市場的調(diào)查與分析，確定用戶的需求，以此來設(shè)計產(chǎn)品的功能以及相應(yīng)的模塊設(shè)計，之后根據(jù)功能的需求，設(shè)計相應(yīng)的參數(shù)[3]。在參數(shù)確定成功后，可以對模塊進行切分，并且對模塊的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，以此來形成相應(yīng)的資料庫。通過系列模塊的設(shè)計，可以構(gòu)成模塊化設(shè)計的整體功能，從而可以提升機械設(shè)計質(zhì)量及效率。

2.2 單個產(chǎn)品模塊化設(shè)計

單個產(chǎn)品的模塊化設(shè)計是建立在系列模塊設(shè)計的基礎(chǔ)上來完成的，在單個產(chǎn)品的模塊化設(shè)計中，需要根據(jù)用戶的需求來確定參數(shù)以及模塊的選擇，在確定完成后，需要對模塊進行組裝和分析計算，以此來保證模塊的最佳使用性能。

3 模塊化與科技的融合

3.1 模塊化與成組技術(shù)

在模塊化設(shè)計方法中，其與成組技術(shù)存在較多的共同點，成組技術(shù)主要是應(yīng)用零件以及工藝的相似性，將其進行劃分，之后對相似零件進行標準化的處理，以此來達到生產(chǎn)的目的[4]。而在模塊化技術(shù)的設(shè)計中，其與成組技術(shù)的應(yīng)用存在相似性，將相同類型的軟件功能集合起來，形成相應(yīng)的模塊。可見，在模塊化設(shè)計方法中，運用了成組技術(shù)的理念，較好地提升了機械設(shè)計的質(zhì)量和效率。

3.2 柔性制造技術(shù)

柔性制造技術(shù)是通過靈活性和多變化的特點來實現(xiàn)對生產(chǎn)的優(yōu)化，在模塊化的設(shè)計中，同樣運用了柔性制造技術(shù)，其主要是在解決機床的共性之后，實現(xiàn)對機床個性化問題的解決，在此過程中，秉承的思想是通過運用最少的模塊來實現(xiàn)對功能的設(shè)計。通過對柔性制造技術(shù)的應(yīng)用，可以保證在機床的生產(chǎn)中，可以做到一機多用的目的。目前，模塊化技術(shù)以及柔性制造技術(shù)已經(jīng)成為機械設(shè)計的重要研究項目之一。3.3 計算機輔助技術(shù)

在模塊化設(shè)計方法中，計算機輔助技術(shù)同樣是模塊化技術(shù)的重要組成部分，在計算機技術(shù)中，CAD、CAPP以及CAM均為輔助技術(shù)手段，在設(shè)計過程中，通過相應(yīng)的計算，可以實現(xiàn)穩(wěn)定性和l理性的設(shè)計。另外，在模塊化設(shè)計方法中，可以充分發(fā)揮計算機的輔助功能，最大程度地提升機械設(shè)計的效率。

機械模塊化設(shè)計范文3

Modular Design of "Mechanical and Electronic

Engineering" Graduate Course Teaching

SUI Xiuwu， NIU Xuejuan， DU Yuhong， SANG Hongqiang

（Tianjin Polytechnic University， Tianjin 300387）

Abstract To address the basics of mechanical engineering graduate course big difference in disciplines， research areas scattered， weak technological base of electronic problem， this paper Tianjin Polytechnic University's "Mechanical and Electronic Engineering" course teaching reform projects and excellent graduate students in the teaching content will be re-planning to mechatronics design as the main line， the implementation of modular teaching of sensing technology， computer and information technology， automatic control technology， servo drive technology， system integration technology were the basis for the requirements module， high demand module ， demanding three-level design module. Teaching practice over the years shows that the modular design and implement teaching guide students according to their own conditions and needs of a targeted selection of research to learn the content， teaching according to the need， individualized， and achieved very good results.

Key words Mechanical and Electronic Engineering； graduate training； teaching reform； modular teaching

1 機械電子工程教學(xué)內(nèi)容的總體規(guī)劃

機械工程學(xué)科的研究生，大多數(shù)來自機械工程及自動化本科專業(yè)，一般具有較扎實的機械專業(yè)的基礎(chǔ)，在“機械設(shè)計、機械制造”領(lǐng)域具備一定的專業(yè)知識，但是電子方面的基礎(chǔ)知識卻比較薄弱，許多研究生連常識性的電子知識都不具備，甚至對“測量”、“控制”領(lǐng)域一無所知。因此需對其在電子技術(shù)、計算機技術(shù)、機電系統(tǒng)集成技術(shù)等方面進行專業(yè)培養(yǎng)。

由機械電子系統(tǒng)的構(gòu)成要素可見，機械電子工程技術(shù)一般包括六大共性關(guān)鍵技術(shù)：機械技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、計算機與信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、伺服傳動技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)。如圖1所示。

圖1 機械電子系統(tǒng)的構(gòu)成要素

因此，機械電子工程的教學(xué)將以機械電子工程的原理與系統(tǒng)設(shè)計為主線，在上述各關(guān)鍵技術(shù)為主要模塊深入展開，而在每一關(guān)鍵技術(shù)中，又分別設(shè)置三個層次的教學(xué)內(nèi)容：基礎(chǔ)要求模塊、較高要求模塊、高要求模塊，形成“一縱三橫”的模塊化結(jié)構(gòu)。模塊化教學(xué)設(shè)計很好地實現(xiàn)了引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自身條件及科研需要有針對性地選擇要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，做到因需施教，因材施教。

2 “一縱三橫”的模塊化教學(xué)

“一縱”是指按機械電子工程原理與系統(tǒng)設(shè)計為主線的縱向結(jié)構(gòu)，具體包括：傳感檢測技術(shù)模塊、計算機與信息技術(shù)模塊、自動控制技術(shù)模塊、伺服傳動技術(shù)模塊、系統(tǒng)集成技術(shù)模塊。“三橫”是指在每個技術(shù)模塊中又細分為三個層次的教學(xué)內(nèi)容：基礎(chǔ)要求模塊、較高要求模塊、高要求模塊。具體內(nèi)容如下：

傳感檢測技術(shù)模塊：基礎(chǔ)要求模塊包括傳感與測試技術(shù)基礎(chǔ)知識（傳感器的基本構(gòu)成、傳感器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型及其靜態(tài)特性指標、傳感器的選用），機電系統(tǒng)最常用的位移檢測（光柵傳感器、絕對碼編碼器、增量碼編碼器），力學(xué)量檢測（應(yīng)變式多維測力彈性體、扭矩傳感器等），視覺檢測（線陣CCD和面陣CCD的基本原理）。較高要求模塊包括雙目視覺檢測的基本原理及標定，觸覺傳感器（指端應(yīng)變式觸覺傳感器、多功能觸覺傳感器）。高要求模塊包括機電測試新技術(shù)，現(xiàn)場總線系統(tǒng)，虛擬儀器技術(shù)，多傳感器數(shù)據(jù)融合等。

計算機與信息技術(shù)模塊：基礎(chǔ)要求模塊包括計算機控制技術(shù)基礎(chǔ)，計算機控制系統(tǒng)的組成、分類，及常用控制器（工控機、 PLC、單片機），軟件方面要求測量數(shù)據(jù)的預(yù)處理，數(shù)字濾波，線性化處理，標度變換。較高要求模塊包括PLC、單片機的應(yīng)用高級技巧。高要求模塊包括PMAC原理及應(yīng)用，基于DSP的運動控制及DSP運動控制卡。

自動控制技術(shù)模塊：基礎(chǔ)要求模塊包括PID控制算法的基本原理，標準PID算法的改進，數(shù)字PID參數(shù)的選擇。較高要求模塊包括模糊控制，模糊控制的定義及特點，模糊控制系統(tǒng)的組成，模糊控制系統(tǒng)的基本原理，應(yīng)用模糊控制算法解決實際問題。高要求模塊包括其它先進控制方法，如智能控制、自適應(yīng)控制、模型預(yù)測控制、神經(jīng)控制等。

伺服傳動技術(shù)模塊：主要講解直流電動機、交流電動機、步進電機及其控制。基礎(chǔ)要求模塊講解三種電機的基本原理、機械特性及最常用的控制方法。較高要求模塊講解更深一層次的原理，如直流電機的電樞電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩，交流電機的旋轉(zhuǎn)磁場和定轉(zhuǎn)子的電路分析，變頻控制的原理及實現(xiàn)方法，步進電機的磁阻最小原理等。高要求模塊講解三種電機的先進控制技術(shù)，如直流電機的雙閉環(huán)控制、交流電機的矢量控制等。

系統(tǒng)集成技術(shù)模塊：基礎(chǔ)要求模塊主講機電系統(tǒng)各模塊之間的級聯(lián)設(shè)計，重點講解模塊之間的電氣性能的相互匹配、信號耦合、時序配合、電平轉(zhuǎn)換接口。較高要求模塊主講機電系統(tǒng)的電磁兼容技術(shù)，重點講解接地技術(shù)、屏蔽技術(shù)、共模干擾的抑制、差模干擾的抑制、供電系統(tǒng)抗干擾、印刷電路板的抗干擾等。高要求模塊重點講解軟件抗干擾技術(shù)，如軟件冗余技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)、“看門狗”技術(shù)等。

3 以案例為載體，推進模塊化教學(xué)設(shè)計

針對上述的模塊化教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計了針對不同教學(xué)內(nèi)容相應(yīng)的數(shù)字化資源，建設(shè)了課程網(wǎng)站，開發(fā)了多媒體課件，設(shè)計了多個教學(xué)案例。在典型的機電一體化的應(yīng)用領(lǐng)域，將“加工中心”、“工業(yè)機器人”、“自動導(dǎo)引車”、“汽車防抱死剎車系統(tǒng)”制作了教學(xué)案例，并對一些復(fù)雜系統(tǒng)進行了分解設(shè)計。采用單片機進行直流電機控制、采用PLC對交流電機進行變頻控制，基于MATLAB的模糊控制仿真等案例模塊在教學(xué)中起到了很好的效果。通過這些案例，是將機械電子工程領(lǐng)域的科研成果及前沿技術(shù)引入教學(xué)，最大程度地吸引了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了研究生的學(xué)習(xí)動力。

4 結(jié)語

機械模塊化設(shè)計范文4

關(guān)鍵詞： 移動機械臂；模塊化；結(jié)構(gòu)分析

1 背景介紹

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，眾多機器人相繼問世，他們一般具有移動和操作兩大功能，我們更具這兩個能力對機器人分類為下面的三大類：

1）只用移動功能的的移動機器人，比如EndotieS醫(yī)療機器人。

2）只有操作能力的機械臂。比如nextre、PUMA56o、Powereube機械臂等。

3）具有移動和操作能力的移動機械臂系統(tǒng)。如勇氣號火星車等。

像EndotieS醫(yī)療機器人，模塊化移動機械手臂現(xiàn)在已經(jīng)逐漸被應(yīng)用的醫(yī)療行業(yè)，但是由于功能相對單一，在醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用不是很廣泛，不過隨著模塊化移動機械臂的更加智能化的發(fā)展，它在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用將會迅速得到普及。

2 模塊化移動機械臂結(jié)構(gòu)介紹

模塊化移動機械臂結(jié)構(gòu)，在目前研究最成熟也是研究最多的是兩連桿式移動機械臂。它結(jié)構(gòu)簡單，由平面內(nèi)的兩個連桿機械臂和一個輪式的移動平臺組成，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。

兩連桿平面移動機械臂，空間幾何結(jié)構(gòu)相對簡單，其運動過程模擬及其分析在一般的幾何關(guān)系里面就可以得到解決，針對某一具體任務(wù)的運動也較為容易實現(xiàn)。但是為了能夠滿足復(fù)雜的醫(yī)療手術(shù)或者是相對復(fù)雜的醫(yī)療動作的完成，兩連桿平面移動機械臂顯然已經(jīng)無法滿足要求。在此基礎(chǔ)上模塊化移動機械臂就得到了廣泛的關(guān)注，模塊化移動機械臂相比平面連桿移動機械臂，靈活性是它最顯著的優(yōu)點。各模塊結(jié)構(gòu)的分布可置換性，使得模塊化移動機械臂具有廣闊的動作空間動作多樣性。模塊化移動機械臂與平面兩連桿移動機械臂相比有以下幾點不同：

1）模塊化機械臂是一般是一種三維機械臂，實現(xiàn)三維立體空間運動，大大延伸了機械臂的動作范圍和動作難度，但是也使得較難通過簡單的幾何關(guān)系來表征末端執(zhí)行器位姿與各關(guān)節(jié)角位移之間的關(guān)系。

2）模塊化機械臂的可重構(gòu)可置換特性，這一特性，使得模塊化機械臂有了更好的靈活性。不過對于構(gòu)型變化后的模塊化機械臂運動學(xué)計算難度增加，不利于運動規(guī)劃控制器的設(shè)計及實施。

3）模塊化機械臂和移動平臺的結(jié)合，結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，整個系統(tǒng)的運動冗余性增加明顯，冗余度的求解是運動規(guī)劃和協(xié)調(diào)控制中必須要解決的基本問題，這使得模塊化移動機械臂的協(xié)調(diào)規(guī)劃難度加大。

我們可以看到，模塊化移動機械臂隨著動作的復(fù)雜化，操作的只能化，對與幾何關(guān)系的表征和運動狀態(tài)的分析也提出了更高的要求。但是隨著機械臂的智能化和復(fù)雜動作完成能力的提高，將會非常有助于模塊化移動機械臂在醫(yī)療行業(yè)的推廣和發(fā)展。

3 模塊化移動機械臂控制體系結(jié)構(gòu)分析

模塊化控制體系機構(gòu)有很多種分類方式，我們在這里一控制器的分布結(jié)構(gòu)來劃分，分為集中控制式和分布式控制式。

集中控制式在系統(tǒng)中擁有一個控制單元，由控制單元對系統(tǒng)的觀測信息進行管理，在此基礎(chǔ)上設(shè)計控制律，然后通過控制指令完成控制。這種控制方法的控制方式比較簡單，對整個系統(tǒng)的整體之間協(xié)調(diào)比較有利。但是它應(yīng)用范圍局限性比較大，只能對控制對象結(jié)構(gòu)簡單，而且控制器能夠準確獲得工作狀態(tài)信息，并且獲取信息時要求保持較高的效率和可靠性時，才能夠有效的完成。一旦有一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)。而分布式控制

是由多個子控制器“一對一”式的控制各個子系統(tǒng)或者是子系統(tǒng)內(nèi)的子系統(tǒng)。但是各個子系統(tǒng)不是沒有關(guān)系，它們通過高速通信線路實現(xiàn)整體的協(xié)調(diào)。同時各個子系統(tǒng)被高一級的系統(tǒng)集中控制，這樣像一個“倒樹狀”的控制系統(tǒng)實現(xiàn)整體控制。這種控制方式的特點可以幫助各個子系統(tǒng)能夠靈活的根據(jù)實際情況單個控制，實現(xiàn)局部的控制優(yōu)化。分布式控制結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，但是具有可靠性，靈活性，適用范圍廣，維修保養(yǎng)容易實現(xiàn)等特點。

下面就以模塊化移動機械臂系統(tǒng)的分層遞階分布式體系結(jié)構(gòu)為例來分析模塊化移動機械臂控制體系結(jié)構(gòu)。

根據(jù)對模塊化移動機械臂的簡單介紹，結(jié)合目前應(yīng)用于機器人上的各種控制策略的特征對比，模塊化移動機械臂系統(tǒng)的分層遞階分布式體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用比較廣泛。

如下圖所示，處于某一環(huán)境中的移動機械臂系統(tǒng)，特定任務(wù)可由機器人的環(huán)境感知層、規(guī)劃控制模塊及執(zhí)行器動作三部分合作完成。三部分功能分別介紹如下：

1）環(huán)境感知層主要由機器人一般是兩種類型的傳感器組成，一種是距離傳感器，另外一種是視覺傳感器。機器人根據(jù)傳感器獲取的信息，來對外界環(huán)境獲得感知和認識，是信息源。

2）規(guī)劃控制模塊，這個模塊是機器人的中控層，屬于控制系統(tǒng)的核心系統(tǒng)。決策層根據(jù)任務(wù)需求和動作需求，規(guī)劃機械臂的運動序列，準確的控制平臺的移動和機械臂的各種動作序列。它也是有兩個子層構(gòu)成，一個是決策規(guī)劃層，一個是控制層。決策規(guī)劃層關(guān)注移動機械臂的運動學(xué)，規(guī)矩要求規(guī)劃系統(tǒng)的運動。當(dāng)系統(tǒng)在規(guī)劃層規(guī)劃好應(yīng)該動作的運動狀態(tài)后，就會將信息傳給控制層，控制層根據(jù)環(huán)境感知層獲得的信息及當(dāng)前動作姿勢，控制設(shè)計控制律。規(guī)劃控制模塊最為復(fù)雜，是系統(tǒng)的核心部分。我們再來細化分析這個層的結(jié)構(gòu)組成：

如下圖所示：

該體系結(jié)構(gòu)具有以下特點：

① 運動學(xué)層面：實現(xiàn)的協(xié)調(diào)規(guī)劃，這個體系結(jié)構(gòu)可分為運動規(guī)劃層和動力學(xué)控制層，運動規(guī)劃層根據(jù)移動機械臂的運動學(xué)，完成運動學(xué)規(guī)劃，使得移動機械臂系統(tǒng)協(xié)調(diào)運動，從而實現(xiàn)平臺智能移動和執(zhí)行器的相關(guān)動作。

機械模塊化設(shè)計范文5

【關(guān)鍵詞】機械設(shè)計；制造；自動化；優(yōu)勢；前景

隨著時代的變遷，以及科技水平的提升，機械設(shè)計與制造技術(shù)也發(fā)生了改變。機械設(shè)計與制造作為推動經(jīng)濟發(fā)展、社會進步的重要動力，為更好地服務(wù)于社會、經(jīng)濟的發(fā)展，機械設(shè)計與制造正逐漸向自動化方向發(fā)展，而這有利于拓寬其的發(fā)展前景，對實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化也很有幫助。同時，機械設(shè)計制造及其自動化的發(fā)展，不僅能夠提升機械生產(chǎn)的質(zhì)量和效率，對降低機械設(shè)計和制造壓力也極為有利。基于此，對機械設(shè)計制造及其自動化的優(yōu)勢及發(fā)展前景進行分析，有利于推動機械產(chǎn)業(yè)向更好地方向發(fā)展。

1.機械設(shè)計制造及其自動化的優(yōu)勢

信息時代背景下，機械設(shè)計制造及其自動化的發(fā)展，是對傳統(tǒng)機械設(shè)計制造的創(chuàng)新，也是對先進科學(xué)技術(shù)與機械設(shè)計制造相結(jié)合的具體展現(xiàn)。機械設(shè)計制造及其自動化的產(chǎn)生和發(fā)展，是基于對互聯(lián)網(wǎng)思維的考慮，是對多種先進科學(xué)技術(shù)的綜合應(yīng)用，不僅能夠使機械設(shè)計與制造的質(zhì)量和效率得到大幅度提升，也能夠為推動社會經(jīng)濟的發(fā)展予以支持。在機械設(shè)計與制造業(yè)的發(fā)展過程中，自動化系統(tǒng)是機械設(shè)計制造及其自動化得以產(chǎn)生和發(fā)展的重要基礎(chǔ)，也是實現(xiàn)機械生產(chǎn)自動化、生產(chǎn)管理智能化的重要依據(jù)。與傳統(tǒng)機械設(shè)計制造相比，機械設(shè)計制造及其自動化所具備的優(yōu)勢更加明顯，不僅機械生產(chǎn)工藝得到了改良，機械生產(chǎn)水平也得到大幅度的提升，而這也為機械設(shè)計與制造業(yè)的未來發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。傳統(tǒng)機械設(shè)計制造主要是依靠人工來實現(xiàn)，而隨著機械設(shè)計制造及其自動化的發(fā)展，機械設(shè)計與制造逐漸變得自動化、智能化，對提升機械設(shè)計與制造的質(zhì)量和效率極為有利。基于機械設(shè)計制造及其自動化的產(chǎn)生和發(fā)展，通過利用先進信息技術(shù)對機械生產(chǎn)制造進行改革，可以使機械生產(chǎn)效率得到大幅度提升，也能夠為機械設(shè)計與制造業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供保障。

2.機械設(shè)計制造及其自動化的發(fā)展前景

機械設(shè)計與制造業(yè)的發(fā)展是為更好地滿足社會經(jīng)濟及其他行業(yè)發(fā)展對機械設(shè)備提出的多樣化需求。基于此，機械設(shè)計制造及其自動化的應(yīng)用和發(fā)展應(yīng)建立在其他各行業(yè)的發(fā)展之上，即依據(jù)社會經(jīng)濟及其他行業(yè)發(fā)展對機械設(shè)備提出的不同要求，在應(yīng)用機械自動化生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，從機械設(shè)計與制造等兩方面進行考慮，對機械設(shè)計與制造技術(shù)進行創(chuàng)新，利用先進技術(shù)完成機械設(shè)計與生產(chǎn)工作，以此提升機械設(shè)計與制造的質(zhì)量和效率，提高機械設(shè)計制造的自動化水平，降低機械制造對能源的效率，降低機械制造對生態(tài)環(huán)境造成的破壞，以便確保機械產(chǎn)品能夠滿足綠色產(chǎn)品的相關(guān)要求，進而為推動社會經(jīng)濟的發(fā)展做出貢獻，而這也是機械設(shè)計制造及其自動化的主流發(fā)展方向，對拓寬機械設(shè)計制造及其自動化的應(yīng)用和發(fā)展前景極為有利。

2.1智能化的發(fā)展前景

在機械設(shè)計制造及其自動化發(fā)展中，智能化是機械自動化發(fā)展的一種趨勢，即通過應(yīng)用智能化技術(shù)，將智能系統(tǒng)與機械設(shè)備相結(jié)合，以此開發(fā)并增強機械設(shè)備的思維判斷能力，實現(xiàn)對機械設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域的擴展，對機械設(shè)備所具備功能的增強，進而為人機互動的實現(xiàn)和廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。此外，智能化發(fā)展也體現(xiàn)在機械設(shè)備的生產(chǎn)管理方面，在機械設(shè)計與制造過程中，利用智能化技術(shù)實現(xiàn)對機械設(shè)備的自動化生產(chǎn)，對機械生產(chǎn)的智能化管理，有利于提升機械設(shè)備的生產(chǎn)質(zhì)量和效率，對推動機械設(shè)計與制造業(yè)的發(fā)展極為有利。例如注塑機的制造，傳統(tǒng)機械生產(chǎn)模式下，注塑機制造的大部分工作都需要依靠人工來完成，而隨著機械設(shè)計制造及其自動化的發(fā)展，通過應(yīng)用智能數(shù)控技術(shù)，注塑機制造所包含的開合、注塑、塑化、脫模、調(diào)模、移動注塑臺等工作環(huán)節(jié)都可利用計算機系統(tǒng)進行控制，而這不僅有利于減輕工作人員的工作壓力，也能夠提升注塑機的生產(chǎn)質(zhì)量和效率，對降低注塑機制造所消耗的能源量也極為有利。如在注塑機制造過程中，利用交流伺服電機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電機，可以使注塑機制造消耗的電能得到大幅度降低。同時，基于對智能數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用，注塑機制造涉及的工藝優(yōu)化、產(chǎn)品分揀、故障診斷、參數(shù)補償?shù)拳h(huán)節(jié)也能實現(xiàn)自動化，能夠降低注塑機制造出現(xiàn)問題的幾率，對提升注塑機生產(chǎn)質(zhì)量極為有利。

2.2模塊化的發(fā)展前景

在機械設(shè)計與制造中，模塊化設(shè)計是指采用不同方式對特定模塊進行組合，以便確保設(shè)計出的不同類型或具備不同功能的機械設(shè)備。從設(shè)計方向來看，模塊化設(shè)計課分為三個方向，即橫向設(shè)計、縱向設(shè)計及全系列設(shè)計。在機械設(shè)計制造及其自動化發(fā)展過程中，利用模塊化設(shè)計方法對機械設(shè)備進行設(shè)計，不僅能夠降低機械設(shè)備的生產(chǎn)難度和維修難度，也能夠提升機械設(shè)備的生產(chǎn)效率，對減少機械設(shè)備的生產(chǎn)和包裝成本也極為有利。在機械設(shè)計制造及其自動化發(fā)展中，基于對模塊化設(shè)計方法的應(yīng)用，需依據(jù)模塊化要求對機械設(shè)計與制造所需的數(shù)控機床進行劃分，以使數(shù)控機床的各功能部分能夠?qū)崿F(xiàn)獨立運行，避免在機械生產(chǎn)中各功能部分的運行相助之間造成干擾，從而達到提升機械設(shè)備生產(chǎn)效率的目的。基于此，在對數(shù)控機床總功能進行獨立劃分的時候，應(yīng)依據(jù)用戶的

需求對其進行劃分，以便確保用戶對數(shù)控機床提出的要求能夠滿足，進而為模塊化設(shè)計的實施予以支持，為機械設(shè)計制造及其自動化的發(fā)展提供保障。例如單柱數(shù)控的模塊化劃分，依據(jù)單柱數(shù)控所具備的車削功能，從旋轉(zhuǎn)面與溝槽角度進行考慮，對該數(shù)控機床實施模塊化劃分；同時，從監(jiān)測與執(zhí)行角度考慮，對該數(shù)控機床具備的銑鏜功能進行劃分，有利于提升單柱數(shù)控的運行效率。

結(jié)束語：

伴隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展及廣泛應(yīng)用，機械設(shè)計與制造技術(shù)也逐漸變得智能化、自動化模塊化，而這不僅推動了機械設(shè)計制造及其自動化的快速發(fā)展，也能夠更好地滿足社會經(jīng)濟發(fā)展及其他行業(yè)發(fā)展對機械設(shè)備提出的高要求。在資源短缺問題越發(fā)突出的當(dāng)下，機械設(shè)計制造及其自動化的發(fā)展，能夠降低機械制造業(yè)發(fā)展對能源的消耗，有利于緩解資源短缺問題，對推動社會經(jīng)濟持續(xù)健康的發(fā)展很有幫助。

參考文獻：

[1].謝乃冰.淺析機械設(shè)計制造及其自踴的特點與優(yōu)勢[J].山東工業(yè)技術(shù).2016，（12）.

機械模塊化設(shè)計范文6

機械CAD技術(shù)與傳統(tǒng)的機械設(shè)計相比有著明顯的優(yōu)勢，可以提高設(shè)計的效率，減少設(shè)計制造周期。在設(shè)計零件時，可以運用三維CAD軟件在裝配模式下進行零件設(shè)計，這種面向裝配體設(shè)計模式，可以減少由于零件設(shè)計錯誤導(dǎo)致的裝配誤差。三維CAD技術(shù)一般都符合設(shè)計人員的設(shè)計習(xí)慣，設(shè)計思路可以很好地反映在設(shè)計三維模型上，對后續(xù)的產(chǎn)品設(shè)計評審帶來便利。設(shè)計人員在設(shè)計過程中可以對零部件進行簡單的受力分析和運動仿真，減少設(shè)計錯誤；可以分析運動軌跡是否達到設(shè)計要求，避免后續(xù)產(chǎn)生的設(shè)計誤差。

2、農(nóng)業(yè)機械CAD技術(shù)的管理與創(chuàng)新

2.1開發(fā)出適合農(nóng)機CAD設(shè)計軟件的平臺

目前，在農(nóng)機設(shè)備設(shè)計中仍然采用的是機械CAD設(shè)計的通用平臺，但其農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的特殊性，導(dǎo)致一些機械CAD軟件在農(nóng)機設(shè)備設(shè)計出現(xiàn)很多的局限性，如不能提供給農(nóng)業(yè)機械零件進行設(shè)計分析的工況，無法進行農(nóng)機設(shè)計的快速化裝配等。因此，農(nóng)業(yè)機械CAD技術(shù)應(yīng)以CAD軟件為平臺，進行二次開發(fā)，建立適用于農(nóng)機的標準件庫、通用件庫等。

2.2農(nóng)機產(chǎn)品需進行模塊化和參數(shù)化設(shè)計

目前，機械設(shè)計朝著模塊化和參數(shù)化設(shè)計方向發(fā)展，這種現(xiàn)代化的設(shè)計模式不僅可以快速地進行產(chǎn)品部件的裝配和更新，而且能夠快速解決產(chǎn)品設(shè)計中存在的問題。模塊化設(shè)計一般以產(chǎn)品功能部件來劃分，通過各個功能部件模塊的組合制造出一個產(chǎn)品，并且可以根據(jù)模塊化功能的變化設(shè)計出不同的變形產(chǎn)品和下一代產(chǎn)品。這種模塊化設(shè)計大大減少了產(chǎn)品的設(shè)計周期，且能夠快速提高產(chǎn)品的市場競爭力。參數(shù)化設(shè)計是將一些關(guān)鍵零部件的關(guān)鍵尺寸參數(shù)作為環(huán)境變量，通過修改這些環(huán)境變量來得到適合當(dāng)前需要的要素。

2.3農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計制造的集成化

農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計制造的集成化是通過計算機技術(shù)，如CAD、CAE、PDM、ERP和CAM等軟件進行集成，將產(chǎn)品的設(shè)計、分析、制造和裝配集成一起進行聯(lián)合設(shè)計生產(chǎn)的模式，這種模式可以將相關(guān)部門的功能進行整合，達到數(shù)據(jù)共享、信息共享。通過這種集成化模式可以提高部門效率，減少生產(chǎn)制造誤差，提高產(chǎn)品的競爭力。

2.4提高CAD技術(shù)人員的水平

提高企業(yè)的自身競爭力，留住人才是首要的。農(nóng)機設(shè)備企業(yè)可以建立CAD技術(shù)人員的培訓(xùn)機制，多借鑒國外先進的農(nóng)機設(shè)備CAD設(shè)計技術(shù)，通過不斷的學(xué)習(xí)和實踐，提高CAD技術(shù)人員的水平，提高CAD技術(shù)人員的創(chuàng)新能力，為農(nóng)機設(shè)計的不斷發(fā)展提供源源不斷的動力。

3、結(jié)語