機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)范文

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；語(yǔ)音技術(shù)；人機(jī)交互；寫字技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）06-0021-03

機(jī)器人一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，其中教育機(jī)器人則是以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生綜合能力為目標(biāo)，它在豐富兒童童年生活的同時(shí)，激發(fā)了兒童對(duì)科學(xué)技術(shù)的好奇心和求知欲。目前，國(guó)內(nèi)已出現(xiàn)了機(jī)器人寫字相關(guān)技術(shù)的研究。陳雪華、張學(xué)文等人對(duì)四自由度寫字機(jī)器人做了詳細(xì)的研究，并對(duì)其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軌跡規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真進(jìn)行了詳細(xì)的分析；宮曉博利用IRB140型機(jī)器人做了漢字繪制的研究；但將機(jī)器人寫字技術(shù)與語(yǔ)音技術(shù)相結(jié)合的研究并不多見(jiàn)。漢王科技推出的“雙槍筆”利用語(yǔ)音技術(shù)實(shí)現(xiàn)了當(dāng)使用者對(duì)著麥克風(fēng)朗讀，相應(yīng)文字就會(huì)自動(dòng)錄入電腦，但這一技術(shù)卻沒(méi)能實(shí)現(xiàn)書(shū)寫過(guò)程的展示。文章主要闡述基于語(yǔ)音技術(shù)的早教寫字機(jī)器人，通過(guò)x、y、z三自由度機(jī)構(gòu)帶動(dòng)筆的運(yùn)動(dòng)來(lái)展現(xiàn)書(shū)寫過(guò)程。語(yǔ)音控制技術(shù)強(qiáng)化了人機(jī)交互功能，使得機(jī)器人更加人性化。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

系統(tǒng)是基于語(yǔ)音技術(shù)的早教寫字機(jī)器人。該機(jī)器人能按照使用者的語(yǔ)音命令，驅(qū)動(dòng)其寫字機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)——帶動(dòng)上面的常規(guī)繪圖筆，完成10以內(nèi)的算術(shù)運(yùn)算的書(shū)寫。系統(tǒng)是典型的機(jī)電聲技術(shù)相結(jié)合的輪式結(jié)構(gòu)機(jī)器人，由STM32F103作為主控芯片，系統(tǒng)按功能由車身驅(qū)動(dòng)部分、寫字部分、語(yǔ)音處理部分、電源模塊和顯示器、播放器等輔助設(shè)備組成。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。系統(tǒng)由24V，3A的開(kāi)關(guān)電源供電。機(jī)械結(jié)構(gòu)包括車體和寫字機(jī)構(gòu)。車體采用四輪式，以安裝于后輪的兩個(gè)直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)；寫字機(jī)構(gòu)放在寫字板上，一同置于車體中層；在車前方安裝了三個(gè)互成一定角度的超聲波傳感器用于避障檢測(cè)。

2 寫字機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2 “十”字滑塊結(jié)構(gòu)

寫字機(jī)構(gòu)搭載在寫字板上，采用“十”字滑塊結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)XY平面內(nèi)的任意軌跡運(yùn)動(dòng)；曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)Z方向的提筆、下筆運(yùn)動(dòng)?！笆弊只瑝K結(jié)構(gòu)由導(dǎo)軌座、移動(dòng)滑塊、寫字板、滾珠絲杠螺母副和步進(jìn)電機(jī)等部件構(gòu)成，“十”字滑塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)作為原動(dòng)機(jī)以驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，分別安裝在寫字板的X軸和Y軸上。移動(dòng)滑塊位于兩滾珠絲杠的交點(diǎn)處，滾珠絲杠的螺母帶動(dòng)滑塊上的繪圖筆實(shí)現(xiàn)沿x、y平面內(nèi)任意軌跡的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)繪圖筆對(duì)平面任意點(diǎn)的遍歷。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)用來(lái)完成Z方向的提筆和下筆動(dòng)作，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖3所示，它能將圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，筆固定于滑塊上，通過(guò)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)控制曲柄的圓周擺動(dòng)從而使滑塊沿Z方向上下移動(dòng)。

圖3 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

3 寫字功能的實(shí)現(xiàn)及寫字算法

該功能旨在完成10以內(nèi)的算術(shù)運(yùn)算。一個(gè)完整的算術(shù)運(yùn)算由運(yùn)算元和運(yùn)算子構(gòu)成，例如“3+6=9”。以下將運(yùn)算元和運(yùn)算子統(tǒng)稱為運(yùn)算單元，不同的運(yùn)算單元又由不同的直線、斜線、圓弧等組合構(gòu)成。在XY平面，兩個(gè)57系列的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)寫字機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。電機(jī)的驅(qū)動(dòng)為TB6560驅(qū)動(dòng)板，由于電機(jī)的步距角為1.8°，再經(jīng)一定的細(xì)分后，定位將更加精確。

由STM32產(chǎn)生一定頻率、一定時(shí)間的PWM波使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)完成相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲杠能將步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換為繪圖筆相對(duì)于坐標(biāo)軸相應(yīng)距離的直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)一個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而另一個(gè)電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，可完成橫線或豎線的書(shū)寫；當(dāng)兩個(gè)電機(jī)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，完成斜線的書(shū)寫，斜線的斜率取決于兩電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率差值；由于圓弧可看成由若干斜率不同的細(xì)小的直線段構(gòu)成，雖然電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)時(shí)間是離散的，但電機(jī)的步距精度很高，可以實(shí)現(xiàn)圓弧的書(shū)寫。

以繪圖板左上角為坐標(biāo)原點(diǎn)建立X-Y平面坐標(biāo)系。設(shè)A（x1，y1），B（x2，y1），C（x3，y1），D（x4，y1），E（x5，y1）分別為書(shū)寫過(guò)程中五個(gè)運(yùn)算單元的起始坐標(biāo)。程序根據(jù)對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)可定位出繪圖筆當(dāng)前的坐標(biāo)P（xp，yp），計(jì)算過(guò)程如下：

書(shū)寫第一個(gè)運(yùn)算單元時(shí)，以A（x1，y1）作為筆的起始坐標(biāo)。設(shè)定控制X軸向運(yùn)動(dòng)的電機(jī)的最小步距角為θ0，某段時(shí)間內(nèi)微控制器輸出給X軸向電機(jī)的脈沖頻率為fxk，對(duì)應(yīng)脈沖個(gè)數(shù)為nxk（k=1，2，3，...），則此時(shí)間段內(nèi)該電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角度為θxp，有

（1）

設(shè)步進(jìn)電機(jī)輸出軸半徑為R0，則筆的當(dāng)前X軸向坐標(biāo)為xp，有：

xp=x1+R0θxp （2）

同理，對(duì)Y軸向上的運(yùn)動(dòng)有：

yp=y1+R0θyp （3）

（4）

弧線的書(shū)寫是算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程中較為復(fù)雜的部分，下面介紹從A點(diǎn)開(kāi)始畫(huà)半徑為R的弧APn的算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程。如圖4，將圓若干等細(xì)分后每部分弧線均可看做直線，且對(duì)應(yīng)的圓心角為α°。設(shè)筆已經(jīng)完成了弧APn-1的書(shū)寫，弧Pn-1Pn近視等效為直線Pn-1Pn，此時(shí)：

（5）

（6）

將xPn-1，xPn的值分別代入式2中的x1、xp，聯(lián)立式1和式2，即可求出書(shū)寫弧Pn-1Pn這一過(guò)程中X軸向電機(jī)接受單片機(jī)輸出脈沖個(gè)數(shù)nxk。同理可求出yxk。

當(dāng)完成一個(gè)運(yùn)算單元的書(shū)寫，滑塊上的舵機(jī)完成Z方向提筆，接下來(lái)需完成由上一個(gè)運(yùn)算單元的結(jié)束位置（x'p，y'p）到下一個(gè)運(yùn)算單元的起始坐標(biāo)（xk，yk）（k=2，3，4...）后落筆的動(dòng)作，然后書(shū)寫下一個(gè)運(yùn)算單元。

圖4 畫(huà)弧示意圖

4 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)及避障的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)利用兩個(gè)差速電機(jī)提供動(dòng)力，采用L298作為此電機(jī)驅(qū)動(dòng)。為解決單個(gè)超聲波的檢測(cè)不準(zhǔn)確的問(wèn)題，系統(tǒng)使用3個(gè)超聲波傳感器，通過(guò)計(jì)算出最小盲區(qū)和最小干擾范圍，設(shè)計(jì)出合理的超聲波傳感器擺放位置。超聲波測(cè)距的公式為：

L=C×T （7）

式中L為測(cè)量的距離長(zhǎng)度；T為超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間間隔的一半；C為超聲波在空氣中的傳播速度，計(jì)算公式為：

C=C0+0.607×T℃ （8）

C0為零攝氏度時(shí)的聲波速度332m/s，T為環(huán)境當(dāng)前的攝氏溫度，這樣補(bǔ)償了溫度變化對(duì)于超聲波傳播速度的影響。

系統(tǒng)依靠3路超聲波進(jìn)行距離測(cè)量，得到3個(gè)方位的距離數(shù)據(jù)后進(jìn)行判斷，當(dāng)距離小于最小避障距離30cm后，底盤上兩直流電機(jī)形成差速使機(jī)器人避障。具體策略如表1所示：

表1 超聲波避障策略

傳感器編號(hào) 策略

左 中 右 左轉(zhuǎn)優(yōu)先

0 0 0 前進(jìn)

0 0 1 左轉(zhuǎn)

0 1 0 左轉(zhuǎn)

1 0 0 右轉(zhuǎn)

0 1 1 左轉(zhuǎn)

1 0 1 后退

1 1 0 右轉(zhuǎn)

1 1 1 后退

注：圖示：1.進(jìn)入避障范圍；0.不在避障范圍

5 語(yǔ)音控制技術(shù)

語(yǔ)音控制技術(shù)包括語(yǔ)音識(shí)別和單片機(jī)控制技術(shù)。

系統(tǒng)采用以IC公司LD3320語(yǔ)音芯片為核心的ASR（Automatic Speech Recognition）模塊，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別功能。系統(tǒng)通過(guò)穩(wěn)定的算法可完成非特定語(yǔ)音識(shí)別，不需要用戶事先錄音和訓(xùn)練。經(jīng)測(cè)試，在口令觸發(fā)模式下識(shí)別準(zhǔn)確率高達(dá)95%，非口令觸發(fā)模式下識(shí)別準(zhǔn)確率可達(dá)70%；內(nèi)置功放電路，麥克風(fēng)、立體聲耳機(jī)和單聲道喇叭，方便與芯片管腳連接；用戶每次可設(shè)置50項(xiàng)不超過(guò)79字節(jié)的拼音串候選識(shí)別句。

語(yǔ)音控制框圖如圖5所示，圖中“LD3320與電路”實(shí)現(xiàn)將采集到的非特定語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并與語(yǔ)音庫(kù)進(jìn)行信號(hào)匹配，確定有用信息及信息內(nèi)容，并通過(guò)串口將有效內(nèi)容以十進(jìn)制數(shù)方式傳遞給主控制器，主控制器控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)做出相應(yīng)動(dòng)作，同時(shí)MP3模塊發(fā)出提示音。

圖5 語(yǔ)音控制框圖

6 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及總結(jié)

實(shí)驗(yàn)證明，本系統(tǒng)能較好地實(shí)現(xiàn)早教功能；寫字機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、噪聲小，定位精度達(dá)90%，所寫字跡清晰，圓潤(rùn)，書(shū)寫結(jié)果正確率達(dá)99%；語(yǔ)音控制方便、靈活，識(shí)別準(zhǔn)確率高達(dá)95%。通過(guò)使用者與機(jī)器人的良好交互，機(jī)器人完成的書(shū)寫效果如圖6所示。

圖 6 寫字效果圖

參考文獻(xiàn)

[1] Carson-Berndsen Julie.Finite-state models，

event logics and statistics in speech recognition

[J].Philosophical Transactions of the Royal

Society A： Mathematical， Physical and Engineering

Sciences，2000，358.

[2] Lixiao Huang，Terri Varnado ，Douglas Gillan.

An Exploration of Robot Builders’Attachment to

Their LEGO Robots[J].Proceedings of the Human

Factors and Ergonomics Society Annual Meeting，

2013，（1）.

[3] 李楊.基于智能語(yǔ)音識(shí)別的云電視系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].

中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2012，（7）.

[4] 楊智鑫.移動(dòng)機(jī)器人語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

[D].北京：北京化工大學(xué)，2011.

[5] 張學(xué)文，陳小安，梁錫昌.寫字機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

及仿真[J].現(xiàn)代制造工程，2009，（10）.

[6] 謝光輝，梁錫昌，李偉.一種機(jī)器人繪字控制系統(tǒng)

的研制[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2007，（2）.

[7] 楊晶東，楊敬輝，蔡則蘇.基于多目標(biāo)優(yōu)化的移動(dòng)

機(jī)器人避障算法[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)2012，

（2）.

第2篇：機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)范文

關(guān)鍵詞：人機(jī)工程；醫(yī)療器械；設(shè)計(jì)；

中圖分類號(hào)： S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

前言

隨著社會(huì)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)品更新、生活質(zhì)量與效率的提高, 人們更加注重醫(yī)療器械產(chǎn)品的方便、舒適、可靠、安全和效率等各種指標(biāo)。很多進(jìn)口醫(yī)療儀器也都提出了符合人機(jī)工程的設(shè)計(jì)，人機(jī)工程是研究人、機(jī)器、工作環(huán)境之間相互作用的學(xué)科。2012年1月18日國(guó)家科技部印發(fā)了《醫(yī)療器械科技產(chǎn)業(yè)“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》，指明“十二五”期間醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)產(chǎn)品方向、重點(diǎn)布局任務(wù)和政策保障措施。規(guī)劃中將人機(jī)工程作為關(guān)鍵技術(shù)提出， “充分利用先進(jìn)制造、微納技術(shù)、生物力學(xué)、人機(jī)工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域的最新進(jìn)展，重點(diǎn)開(kāi)展…等新型醫(yī)用材料的設(shè)計(jì)、制備、制造等技術(shù)瓶頸” ；“重點(diǎn)發(fā)展數(shù)字化醫(yī)療、醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)、人機(jī)交互設(shè)計(jì)、生物醫(yī)用材料加工與制備、精密制造、電磁兼容、可靠性設(shè)計(jì)等共性技術(shù)”。

醫(yī)療器械中人機(jī)工程學(xué)的特點(diǎn)

人機(jī)工程學(xué)的顯著特點(diǎn)是在認(rèn)真研究人、機(jī)、環(huán)境三個(gè)要素本身特性的基礎(chǔ)上，將使用“物”的人和所設(shè)計(jì)的“物”以及人與“物”所共處的環(huán)境作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)研究。在人機(jī)工程學(xué)中將這個(gè)系統(tǒng)稱為“人- 機(jī)- 環(huán)境”系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)中，人、機(jī)、環(huán)境三個(gè)要素之間相互作用、相互依存的關(guān)系決定著系統(tǒng)總體的性能。醫(yī)療器械直接或間接地作用與人體決定了人機(jī)工程質(zhì)量和使用的安全性。隨著科技的發(fā)展，醫(yī)療器械的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和操作控制裝置變得越來(lái)越精準(zhǔn)，可靠性也大大提高。而人的生理機(jī)能卻沒(méi)有多大進(jìn)化，因此就需要對(duì)醫(yī)療器械進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)，使其適用人的操作，達(dá)到人機(jī)和諧統(tǒng)一。

人機(jī)工程設(shè)計(jì)理念在醫(yī)療器械設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用

人的因素是人機(jī)工程設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容, 是人機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的核心。而醫(yī)療器械產(chǎn)品是與人體生命密切相關(guān)的特殊產(chǎn)品, 其人機(jī)工程設(shè)計(jì)比其他工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更具有特殊性, 應(yīng)該始終以人為中心進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)人機(jī)工程學(xué)的研究, 使醫(yī)療器械產(chǎn)品在滿足醫(yī)療功能要求的同時(shí), 充分滿足醫(yī)患的各種需要,真正體現(xiàn)以人為本的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念。隨著人機(jī)工程學(xué)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用, 必然會(huì)將醫(yī)療器械的設(shè)計(jì)水平推到嶄新的高度。

醫(yī)療器械產(chǎn)品在以人為中心設(shè)計(jì)過(guò)程中主要包括以下4 個(gè)環(huán)節(jié)：

（1）詳細(xì)說(shuō)明醫(yī)療器械用戶的要求；

（2）醫(yī)療器械產(chǎn)品設(shè)計(jì)解決方案；

（3）根據(jù)使用性要求評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)；

（4）理解并詳細(xì)說(shuō)明使用的范圍。

醫(yī)療器械以人為中心設(shè)計(jì)應(yīng)從工程的最初階段就開(kāi)始，而且應(yīng)該反復(fù)，直到系統(tǒng)符合要求。

圖1醫(yī)療器械以人為中心設(shè)計(jì)關(guān)系圖

實(shí)例分析以人為本的醫(yī)療器械設(shè)計(jì)理念

3.1 遙控胃腸x射線機(jī)設(shè)計(jì)考慮的因素

當(dāng)設(shè)計(jì)普通的家用電器產(chǎn)品時(shí)，產(chǎn)品購(gòu)買者就是產(chǎn)品的最終使用者。但是對(duì)于醫(yī)療設(shè)備而言，是由醫(yī)院的管理者來(lái)購(gòu)買，由醫(yī)生和護(hù)士來(lái)操作，當(dāng)然最終是由患者來(lái)接受治療。這意味著我們需要滿足3組顧客的需求，并且這3組使用者需要的和關(guān)心的優(yōu)先順序各不相同，作為設(shè)計(jì)師應(yīng)該考慮各方面的因素。

3.1.1 醫(yī)院環(huán)境

首先是醫(yī)院自身的環(huán)境即物質(zhì)環(huán)境。醫(yī)院里的任何產(chǎn)品都必須是無(wú)菌的，易于清洗、經(jīng)得起可能使用的任何腐蝕性液體。在許多醫(yī)院里，醫(yī)療設(shè)備的體積通常都很龐大，對(duì)空間的需求很大。所以必須考慮醫(yī)院的門窗尺寸和天花板的高度，當(dāng)然還要考慮這些設(shè)備可能占用的地面面積。設(shè)計(jì)師還需要考慮醫(yī)院的色彩系統(tǒng)，傳統(tǒng)醫(yī)院的色彩系統(tǒng)是白色或淺色系列。

3.1.2 醫(yī)療團(tuán)隊(duì)

設(shè)計(jì)師需要滿足醫(yī)療團(tuán)隊(duì)的要求：首先，顯示資料的電腦顯示屏和控制面板應(yīng)當(dāng)是清楚的。對(duì)于某些特定的設(shè)備，還需要考慮輻射問(wèn)題，也就是說(shuō)工作人員在操作時(shí)還需要穿戴防護(hù)服。其次，設(shè)計(jì)要考慮設(shè)備的照明條件，不同的照明條件會(huì)引起用眼疲勞，因?yàn)橛袝r(shí)需要非常明亮的燈光以便操作，有時(shí)需要微弱的燈光來(lái)觀看熒屏。燈光持續(xù)地忽明忽暗會(huì)導(dǎo)致用眼疲勞。

3.1.3 患者

設(shè)計(jì)師在為患者設(shè)計(jì)時(shí)，實(shí)際上考慮的主要包括舒適、順暢的動(dòng)作等。患者被送入一臺(tái)大型機(jī)器會(huì)有不安的感覺(jué)，有時(shí)還要伴隨著機(jī)器的抽搐、噪聲和不舒適。同時(shí)患者的動(dòng)作也需要考慮在內(nèi)，機(jī)器設(shè)備上不應(yīng)有任何可能纏住或勾住的東西，這很重要。另外，避免不必要的輻射泄漏也應(yīng)該是考慮的重點(diǎn)。在設(shè)計(jì)醫(yī)療設(shè)備時(shí)需要考慮患者、醫(yī)護(hù)人員和管理人員的利益。

3.1.4 心理反應(yīng)

設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)醫(yī)療器械時(shí)必須牢記上述非常實(shí)際的考慮。但實(shí)際上，這3組顧客更多的心理和情感的反應(yīng)也非常重要。設(shè)計(jì)師試圖設(shè)計(jì)可以激發(fā)人們某些特殊反應(yīng)的產(chǎn)品。如聽(tīng)到醫(yī)院的管理者說(shuō)設(shè)備的性價(jià)比很高，說(shuō)這個(gè)產(chǎn)品易于安裝、維護(hù)和清潔（因此價(jià)格便宜），經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年使用，外觀一直很好看。設(shè)計(jì)師想從醫(yī)療團(tuán)隊(duì)身上看到醫(yī)療團(tuán)隊(duì)不受身旁科學(xué)儀器的干擾，把注意力集中在病人身上。設(shè)計(jì)師還試圖讓產(chǎn)品具有直覺(jué)的操作方式，讓醫(yī)生和護(hù)士都覺(jué)得操作自然，就是說(shuō)設(shè)備幾乎就是團(tuán)隊(duì)的一部分，與醫(yī)護(hù)人員和諧工作，而不是各自為政。設(shè)計(jì)師希望醫(yī)療團(tuán)隊(duì)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行速度感到滿意。同時(shí)也希望醫(yī)療設(shè)備的操作明確、感受良好、使用者不易疲勞。設(shè)計(jì)師也把空間占據(jù)和美學(xué)考慮其中，讓醫(yī)護(hù)人員覺(jué)得他們的工作環(huán)境舒適愉快。希望從患者也能感到安心和放心。

3.1.5 遙控胃腸X射線機(jī)設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)

在醫(yī)療器械行業(yè)中，特別是作為直接對(duì)病人進(jìn)行診斷、治療的大型醫(yī)療器械，具有功能形態(tài)語(yǔ)義特征是很明顯的。它們的形態(tài)完全是圍繞對(duì)病人準(zhǔn)確診斷及有效治療展開(kāi)的。遙控胃腸X射線診斷機(jī)的形態(tài)由以下幾個(gè)部分組成。

(1) X線定位系統(tǒng)

(2) 診斷床:病人將躺在上面完成診斷,床面可以左右的運(yùn)動(dòng)。

(3) 定位控制系統(tǒng) 它由控制臺(tái)組成。

從這臺(tái)X射線診斷機(jī)可以看出,產(chǎn)品形態(tài)復(fù)合著多種功能語(yǔ)義,而這些語(yǔ)義是由醫(yī)療器械行業(yè)的功能特性所決定的,設(shè)計(jì)師不能離開(kāi)這些功能來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品形態(tài)。考慮患者、醫(yī)護(hù)人員和管理人員三者的利益確定了X射線診斷機(jī)的設(shè)計(jì)方向——人性化設(shè)計(jì)。這臺(tái)診斷機(jī)在造型設(shè)計(jì)上，盡量避免產(chǎn)品給人產(chǎn)生的笨重、粗糙、冰冷的感覺(jué)，使用一些平行的線條，還有圓弧過(guò)渡，使產(chǎn)品造型活躍又不失整體，從而緩解大型醫(yī)療設(shè)備給患者帶來(lái)的恐懼感，使患者感到安心和放心，體現(xiàn)了醫(yī)療設(shè)計(jì)的人文關(guān)懷。從人機(jī)工程學(xué)的角度設(shè)計(jì)電腦顯示屏和控制面板，使醫(yī)療設(shè)備的操作明確、感受良好、使用者（醫(yī)療團(tuán)隊(duì)）不易疲勞。這臺(tái)診斷機(jī)易于安裝、維護(hù)和清潔，性價(jià)比高。

總結(jié)

綜上所述，醫(yī)療器械是一類特殊的產(chǎn)品,要求對(duì)人的心理和安全性以及易用性都要加強(qiáng)研究力度, 從人機(jī)工程的角度設(shè)計(jì)醫(yī)療器械, 需要考慮的因素又是多方面的。這些因素往往錯(cuò)綜復(fù)雜, 需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中, 從系統(tǒng)的、綜合的角度去考慮這些人的因素, 才能在醫(yī)療器械設(shè)計(jì)中充分體現(xiàn)人文關(guān)懷, 才能提高設(shè)計(jì)水平和產(chǎn)品的質(zhì)量、提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力, 在市場(chǎng)中搶占先機(jī)。

第3篇：機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)范文

關(guān)鍵詞：醫(yī)療器械；人性化；國(guó)際人類工效學(xué)；家庭醫(yī)療保健工程；功能設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：R197文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2012）13-0155-03

1醫(yī)療器械設(shè)計(jì)中貫穿人性化存在著必然性

醫(yī)療器械不同于市場(chǎng)上銷售的其它產(chǎn)品，它的醫(yī)療價(jià)值使其在設(shè)計(jì)方面需要高度重視使用安全性，其次才是操作的便利性、舒適性等要求。醫(yī)療器械的不同相關(guān)者對(duì)于醫(yī)療器械重視的側(cè)重點(diǎn)不同，例如，購(gòu)買人員（通常是醫(yī)院的醫(yī)療管理人員）在采購(gòu)醫(yī)療器械時(shí)，通常會(huì)綜合考慮醫(yī)院環(huán)境和工作效率等方面的因素，因而非常關(guān)注所采購(gòu)的醫(yī)療器械具有怎樣的移動(dòng)性、體積、造型、色彩以及工作性能等方面的因素；使用人員（通常是醫(yī)院的醫(yī)護(hù)人員）則是更加關(guān)注使用的靈活性、操作的舒適性、觀察的清晰性以及器械本身的安全性等方面的因素；受用人員（一般是醫(yī)院的病人）則是主要考慮醫(yī)療器械操作的安全性、承受的舒適性以及作用的有效性等方面的因素。因此，醫(yī)療器械的生產(chǎn)廠家在設(shè)計(jì)相應(yīng)的醫(yī)療器械時(shí)，必須要綜合考慮購(gòu)買人員、使用人員和受用人員三方面的需求，唯有如此才能夠在真正意義提高醫(yī)療器械的設(shè)計(jì)水平，體現(xiàn)人性的關(guān)懷。

時(shí)代的不斷發(fā)展尤其是人們健康意識(shí)的不斷提高，當(dāng)前的醫(yī)療服務(wù)模式正在發(fā)生著巨大的轉(zhuǎn)變，即從單一模式向多元化模式的轉(zhuǎn)變，具體而言就是，從單純性的臨床醫(yī)療救治轉(zhuǎn)變?yōu)樵呵邦A(yù)防和急救、院內(nèi)治療和康復(fù)、家庭護(hù)理和保健的多層次、多元化的綜合性的醫(yī)療保障模式。HHC（家庭醫(yī)療保健工程）是目前國(guó)際醫(yī)學(xué)界提倡的新型醫(yī)療服務(wù)模式，HHC模式不僅能夠在很大程度上減輕社會(huì)和病人本身的醫(yī)療負(fù)擔(dān)，同時(shí)也更加能夠大幅度提升病人的康復(fù)進(jìn)程和健康狀況。例如，在某些歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，在允許范圍內(nèi)盡量降低患者的住院周期已經(jīng)成為一種發(fā)展傾向，在此背景下，越來(lái)越多的醫(yī)療器械從醫(yī)院流向了新型的消費(fèi)群體（家庭和個(gè)人），由于通常病人親自操作和使用醫(yī)療器械，他們不僅是醫(yī)療器械的受用人員，也兼具了使用人員的角色。所以，在醫(yī)療器械的設(shè)計(jì)中更加重視人性化因素的體現(xiàn)是客觀實(shí)際需求。我國(guó)的醫(yī)療水平雖然整體上和歐美發(fā)達(dá)國(guó)家有著較大的差距，但是因?yàn)槲覈?guó)的醫(yī)療水平提升速度較快，也必然會(huì)經(jīng)歷與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相似的經(jīng)歷，因此，醫(yī)療器械生產(chǎn)廠家加強(qiáng)對(duì)醫(yī)療器械設(shè)計(jì)中人性化因素的滲透，是順應(yīng)時(shí)展潮流的應(yīng)時(shí)之舉。

2人性化設(shè)計(jì)及其在醫(yī)療器械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1人性化設(shè)計(jì)概述

2.1.1明確概念

所謂的人性化設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)涵：首先，堅(jiān)持將人機(jī)工程學(xué)作為基本的設(shè)計(jì)原則。人機(jī)工程學(xué)要求要把人的心理需求作為出發(fā)點(diǎn)，將人的生理需求作為具體表現(xiàn)手段，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療器械和人之間的和諧關(guān)系，將醫(yī)療器械對(duì)于人的適用性發(fā)揮到最大水平，實(shí)現(xiàn)人體機(jī)能的綜合性平衡，進(jìn)而在最大程度上保障人的身體健康。其次，重視人的感性需求在醫(yī)療器械設(shè)計(jì)當(dāng)中的體現(xiàn)。具體而言，在設(shè)計(jì)醫(yī)療器械時(shí)，應(yīng)該在滿足醫(yī)療功能和確保產(chǎn)品安全的前提下，協(xié)調(diào)和平衡人的情感因素，重視產(chǎn)品色彩和產(chǎn)品外形對(duì)于人的精神和情緒的影響，在細(xì)節(jié)中體現(xiàn)出人性化的設(shè)計(jì)理念。因?yàn)獒t(yī)療器械產(chǎn)品不同于普通的市場(chǎng)產(chǎn)品，所以在要求它具有高質(zhì)量保障、高技術(shù)含量以及高精度要求的基礎(chǔ)上，也應(yīng)該根據(jù)人們的心理需求和生理需求，在醫(yī)療器械設(shè)計(jì)過(guò)程融入安全性、舒適性和宜人性的設(shè)計(jì)理念，并照顧人類的情感特性，滿足人機(jī)工程學(xué)的設(shè)計(jì)要求；在細(xì)節(jié)方面，更加應(yīng)該重視良好的操作性和使用方便性，延緩使用過(guò)程疲勞感覺(jué)的來(lái)臨時(shí)間，在最大程度上貼近使用人員的操作要求和主觀感覺(jué)。

2.1.2關(guān)注生理層面的設(shè)計(jì)

IEA（International Ergonomics Association，國(guó)際人類工效學(xué)）對(duì)人機(jī)工程學(xué)進(jìn)行比較明確的闡釋，即該學(xué)科主要以研究以下內(nèi)容為：研究人類在日常生活中、實(shí)際工作中以及休閑度假中實(shí)現(xiàn)人的身體健康、心理舒適和工作效率統(tǒng)一協(xié)調(diào)的方法和途徑；研究人類與環(huán)境、機(jī)械的相互作用關(guān)系問(wèn)題；研究人類在特定工作環(huán)境當(dāng)中心理學(xué)、生理學(xué)以及解剖學(xué)等方面的相關(guān)因素。對(duì)于醫(yī)療器械的設(shè)計(jì)而言，將人機(jī)工程學(xué)原理運(yùn)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全部流程當(dāng)中是融入人性化設(shè)計(jì)理念的重要體現(xiàn)。對(duì)于人機(jī)工程學(xué)而言，醫(yī)療器械設(shè)計(jì)首先需要解決的問(wèn)題是舒適性，即滿足人們?cè)谏韺用娴囊?；其次需要解決的問(wèn)題親和感，即滿足人們?cè)谛睦飳用娴囊蟆?/p>

2.1.3重視心理層面的設(shè)計(jì)

人性化設(shè)計(jì)理念中，心理層面的設(shè)計(jì)是非常重要的環(huán)節(jié)。人們?cè)诮佑|并并使用醫(yī)療器械時(shí)，不可避免地會(huì)對(duì)該產(chǎn)品產(chǎn)生各種各樣的心理反應(yīng)和心理感覺(jué)，這些感性因素有時(shí)直接決定了人們對(duì)于該產(chǎn)品的喜惡程度。從設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，設(shè)計(jì)中考慮的感性因素是以認(rèn)識(shí)心理學(xué)為理論基礎(chǔ)的的認(rèn)知判斷，所以，這些感性因素應(yīng)該包括體量感、空間感、運(yùn)動(dòng)感以及生命感等眾多方面，人們?cè)谧陨硖赜械拈啔v、經(jīng)驗(yàn)、記憶以及文化等因素的自覺(jué)作用下會(huì)將以上感覺(jué)上升成為一種比較高級(jí)的情感因子。正是基于以上理論基礎(chǔ)，醫(yī)療器械的設(shè)計(jì)不僅僅要重視功能方面和經(jīng)濟(jì)性方面，同樣應(yīng)該關(guān)注感性因素對(duì)于產(chǎn)品的重要影響。在醫(yī)療器械設(shè)計(jì)中合理地融入感性因素，能夠讓該產(chǎn)品具備一種天生的信任感與親近感，獲得相對(duì)于其它產(chǎn)品的更多的親和力，在市場(chǎng)上便表現(xiàn)獲得更多消費(fèi)者的青睞和更高的市場(chǎng)占有率。我們同樣應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，人們的感性因素不是一成不變的，它們會(huì)隨著時(shí)代的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步以及人們自身素質(zhì)的提升會(huì)出現(xiàn)變化，因此，將感性因素融入到醫(yī)療器械設(shè)計(jì)中的總體原則是：以彰顯企業(yè)風(fēng)格和時(shí)代特征為基本前提，以滿足人們的精神需求和審美需求為重要標(biāo)準(zhǔn)，重視產(chǎn)品的色彩搭配和外形塑造，實(shí)現(xiàn)人機(jī)關(guān)系的合理化與心理作用的顯性化。

2.2人性化設(shè)計(jì)在醫(yī)療器械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.2.1以使用功能為基礎(chǔ)

顯示裝置的作用是對(duì)用戶的操作和各種狀態(tài)作出反饋和提示。所以在設(shè)計(jì)上應(yīng)力求簡(jiǎn)潔、明確、清晰，且數(shù)碼或液晶顯示截面上應(yīng)盡可能少作裝飾和過(guò)多的色彩處理。色彩上一般采用低明度、低純度的中性色為底色和背景，顯示字體可采用背景的對(duì)比色，以增強(qiáng)顯示效果。另一方面，在顯示界面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)減少顯示器的視覺(jué)密度，控制好顯示界面的視覺(jué)平衡性，并要考慮內(nèi)容的配置與看見(jiàn)裕度的保留。有時(shí)適當(dāng)?shù)牧舭讜?huì)使整個(gè)界面看起來(lái)清楚且美觀。對(duì)一些大型的CT類醫(yī)療設(shè)備，有數(shù)碼和液晶顯示部分，應(yīng)該在數(shù)碼顯示管、液晶顯示屏外加裝飾板，以加強(qiáng)顯示效果。操作裝置的作用是用戶通過(guò)它對(duì)器械輸入指令，使器械按照人的旨意工作。人是通過(guò)手來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制的。在人機(jī)操作中手處于中心地位，這就要求手的動(dòng)作在人機(jī)界面中處于方便、安全、舒適的區(qū)域。如拉手的設(shè)計(jì)應(yīng)該力求做到美觀實(shí)用，兼顧東西方人的特點(diǎn)，這樣才能較好地滿足國(guó)內(nèi)外用戶要求。按鍵設(shè)計(jì)應(yīng)該盡量避免采用指甲不能完全接觸的光滑薄膜開(kāi)關(guān)以及無(wú)手感的按鍵，按鍵設(shè)計(jì)應(yīng)該盡量增加手的觸感，便于舒適地操作。旋鈕設(shè)計(jì)應(yīng)注意增加適當(dāng)?shù)淖枘?，以保證旋鈕能較好地定位和操作。

2.2.2以情感功能為提升

作為功能的載體，產(chǎn)品主要是通過(guò)形態(tài)和色彩來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而作為功能的診釋也是由形和色來(lái)完成的。在家庭醫(yī)療器械的設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意利用人特有的感知力，通過(guò)類比、隱喻、象征等手法描述。醫(yī)療器械必須通過(guò)自身的造型解說(shuō)力，使用戶可以很明確地判斷產(chǎn)品的屬性。設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該把各功能模塊用形態(tài)和色彩加以區(qū)分，讓人輕易就能明白哪些屬于看的，哪些屬于可動(dòng)的；哪些是危險(xiǎn)的，不可以隨意碰的；哪些部分是不可以拆解的。構(gòu)成器械的部件、機(jī)構(gòu)、操控等部分的形態(tài)要符合使用者的習(xí)慣。改良時(shí)要注意，應(yīng)該保留原產(chǎn)品部分合理的形態(tài)，并把這種形態(tài)語(yǔ)意擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品中，這樣既保證統(tǒng)一的視覺(jué)形象，又能節(jié)省一定的開(kāi)

發(fā)成本。

參考文獻(xiàn)

[1]李月恩，王紅霞．淺析醫(yī)療器械行業(yè)中的工業(yè)設(shè)計(jì)[J]．中國(guó)醫(yī)療器械信息，2006，（1）．

[2]黃朝暉．服務(wù)用戶，關(guān)愛(ài)患者——淺談醫(yī)療器械的造型設(shè)計(jì)[J]．中國(guó)醫(yī)療器械信息，2006，（1）．

[3]李月恩，劉敏．醫(yī)療器械設(shè)計(jì)的形態(tài)造型指導(dǎo)思想與原則初探[J]．中國(guó)醫(yī)療器械信息，2006，（1）．

[4]王?。畯膬蓚€(gè)案例看醫(yī)療器械設(shè)計(jì)[J]．中國(guó)醫(yī)療器械信息，2006，（1）．

[5]黃群，陳媛媛．老年家用醫(yī)療產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)初探[J]．科技創(chuàng)業(yè)月刊，2007，（5）．

[6]申屠江洪．基于人機(jī)工程學(xué)理念的醫(yī)療器械設(shè)計(jì)及實(shí)例應(yīng)用[J]．商情（財(cái)經(jīng)研究），2008，（2）．

[7]王殊軼，錢省三．醫(yī)療器械設(shè)計(jì)中的人機(jī)工程設(shè)計(jì)研究

第4篇：機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)范文

【關(guān)鍵詞】 理性經(jīng)濟(jì)人 社會(huì)人 民辦教育企業(yè) 員工管理 協(xié)調(diào)

引言

（1）研究對(duì)象描述

民辦教育行業(yè)在《民辦教育促進(jìn)法》中可理解為“民辦非企業(yè)”性質(zhì)，但其實(shí)際的運(yùn)作中以企業(yè)的方式進(jìn)行，因此本文將民辦教育機(jī)構(gòu)稱之為民辦教育企業(yè)。民辦教育企業(yè)中的員工主要是大量教育工作者和行政人員，少部分后勤、安保等員工，前者的性質(zhì)為掌握豐富知識(shí)、在工作上有獨(dú)特思路和訴求的知識(shí)性員工。在民辦教育企業(yè)出現(xiàn)到現(xiàn)在的二十多年的時(shí)間內(nèi)，企業(yè)的創(chuàng)始人和投資者的眼光主要投向了招生、征地、基建、升級(jí)等硬件建設(shè)上，在各民辦教育企業(yè)激烈競(jìng)爭(zhēng)的今天，其核心競(jìng)爭(zhēng)力已經(jīng)不是硬件的比拼，而是內(nèi)涵的建設(shè)。

而民辦教育企業(yè)中的知識(shí)性員工，在投資者的重建設(shè)輕內(nèi)涵的思路下，沒(méi)有得到應(yīng)有的對(duì)待。同時(shí)，社會(huì)對(duì)其給予“社會(huì)人”的期望，自身又面臨生活成本以及管理者企業(yè)式管理，使得民辦教育企業(yè)中的員工處在“經(jīng)濟(jì)人”和“社會(huì)人”的人性認(rèn)同中困惑與掙扎，這對(duì)民辦教育企業(yè)的內(nèi)涵建設(shè)帶來(lái)了巨大的障礙。

（2）應(yīng)用現(xiàn)狀與評(píng)價(jià)

至今，學(xué)者們對(duì)于員工人性特征的研究主要集中在兩個(gè)階段。

“經(jīng)濟(jì)人”研究階段：蘇格蘭的政治經(jīng)濟(jì)學(xué)家亞當(dāng)·斯密1776年發(fā)表了《國(guó)富論》，提出了“經(jīng)濟(jì)人”觀點(diǎn)。在其著作《科學(xué)管理原理》中闡述了工作定額原理、標(biāo)準(zhǔn)化原理、能力與工作相適應(yīng)、差別計(jì)件工資制等思想。這些思想將科學(xué)引入了管理領(lǐng)域，使生產(chǎn)效率提高了二三倍。但他把工人看成是會(huì)說(shuō)話的“活機(jī)器”，工人勞動(dòng)異常緊張、勞累；把工人看作是純粹的“經(jīng)濟(jì)人”，認(rèn)為工人的活動(dòng)僅僅出于個(gè)人的經(jīng)濟(jì)動(dòng)機(jī)，忽視了工人的感情，引起怠工、罷工以及勞資關(guān)系日益緊張。

“社會(huì)人”研究階段：20世紀(jì)20年代以后，“經(jīng)濟(jì)人”假設(shè)表現(xiàn)出很大的局限性，管理者開(kāi)始注意到了“人”具有不同于“物”的許多特殊的方面，需要管理者采取不同的方式來(lái)加以管理。在這一時(shí)期做出突出貢獻(xiàn)的是美國(guó)管理學(xué)家梅奧，他的霍桑試驗(yàn)成為跨時(shí)代的經(jīng)典試驗(yàn)，從此“情商”成為重要的管理資源，被稱為人際關(guān)系學(xué)說(shuō)。主要觀點(diǎn)：工人是“社會(huì)人”而不是，“經(jīng)濟(jì)人”，要滿足工人的社會(huì)欲望，提高工人的士氣；企業(yè)中存在著非正式組織。

2011年全國(guó)民辦高校企業(yè)在670所左右。目前高等教育毛入學(xué)率在27%，民辦高等教育貢獻(xiàn)4%-5%。民辦高校專任教師即知識(shí)性員工的數(shù)量近年迅速增長(zhǎng)，2011年比2003年增長(zhǎng)了2.1倍左右。但民辦教育企業(yè)仍存在“高入職，高離職”的狀況，這與整個(gè)企業(yè)管理體系中錯(cuò)誤對(duì)待知識(shí)性員工角色認(rèn)定和人性認(rèn)定有很大關(guān)系

（3）本文目的

本文運(yùn)用經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)以及相關(guān)邊緣學(xué)科知識(shí)分析上述問(wèn)題，提出①運(yùn)用“理性經(jīng)濟(jì)人”、“社會(huì)人”、“個(gè)性人”三者的協(xié)調(diào)來(lái)激勵(lì)員工②抓緊正負(fù)強(qiáng)化，拓展并構(gòu)建寬泛的管理制度體系③滿足“個(gè)性人”需求，完善民辦教育企業(yè)的員工激勵(lì)體系。

1. 文獻(xiàn)綜述

1.1經(jīng)濟(jì)人的思想淵源

經(jīng)濟(jì)人思想承認(rèn)利己為人的自然屬性，是本能的、先天的。又承認(rèn)利他是人的社會(huì)屬性。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活中，利己與利他的關(guān)系一般表現(xiàn)為如下三種類型：主觀利己客觀利他，結(jié)果是互利；利己-利他-利己，借助利他手段達(dá)到利己目的；利己-損人-利己，通過(guò)損害他人利益達(dá)到利己目的，這種類型是斯密所否定的。

經(jīng)濟(jì)人假定的思想淵源。在我國(guó)古代，最早公開(kāi)提出以“利”字為其哲學(xué)綱領(lǐng)的是在晚周諸學(xué)派中的墨翟。墨子也時(shí)常提到義，但以利為歸依。認(rèn)為利是社會(huì)倫理基礎(chǔ)，分辨義與不義要依據(jù)其行為，以利人與不利人為標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)濟(jì)人假定是商品社會(huì)的產(chǎn)物，普遍適用于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制。自19世紀(jì)始，西方世界空前繁榮，盡管存在相對(duì)貧困，但人們的生活水平總體上上升到了前所未有的高度。經(jīng)濟(jì)人假定盡管有科學(xué)合理性，但不是萬(wàn)能的。

1.2我國(guó)古代人性假設(shè)理論的演變和發(fā)展

1.2.1性善論與“社會(huì)人”

早在兩千多年前，春秋末期思想家、政治家、教育家，儒學(xué)學(xué)派的創(chuàng)始人孔子（公元前551--公元前479）在他的在《論語(yǔ)·陽(yáng)貨》就提到“性相近也，習(xí)相遠(yuǎn)也?！敝祆洹墩撜Z(yǔ)集注》中說(shuō)：“此所謂性，兼氣質(zhì)而言者也。氣質(zhì)之性，固有美惡之不同矣?！边@里的“性”雖然不完全指人的本性，而兼指人的天生氣質(zhì)之意，但它卻隱含了人性本善的意思。

1933年管理學(xué)家喬治·埃爾頓·梅奧（George Elton mayo，1880--1949）在其發(fā)表的《工業(yè)文明的人類問(wèn)題》一書(shū)中首次提出了社會(huì)人（Socialman）假設(shè)理論，并通過(guò)1927-1932年在美國(guó)芝加哥郊外的西方電器公司進(jìn)行的著名的“霍桑試驗(yàn)”得出結(jié)論：人是社會(huì)人，影響人生產(chǎn)積極性的因素，除物質(zhì)因素外，還有社會(huì)、心理因素；生產(chǎn)率的高低主要取決于員工的士氣，而員工的士氣受企業(yè)內(nèi)部人際關(guān)系及員工的家庭和社會(huì)生活影響；非正式組織的社會(huì)影響比正式組織的經(jīng)濟(jì)誘因?qū)T工有更大的影響力；員工最強(qiáng)烈期望在于領(lǐng)導(dǎo)者能承認(rèn)并滿足他們的社會(huì)需要。所以，要調(diào)動(dòng)員工的工作積極性，必須使員工的社會(huì)和心理需求得到滿足。

1.2.2性惡論與“經(jīng)濟(jì)人”

我國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期著名的思想家，先秦唯物主義的集大成者荀子（約前313-前238）在其《荀子·天論》中說(shuō)：“好惡喜怒哀樂(lè)臧焉，夫是之謂天情”也就是說(shuō)人的好惡、喜怒、哀樂(lè)是天生就有的，所以叫做“天情”。

美國(guó)著名行為科學(xué)家道格拉斯·麥格雷戈（Douglas M·Mc Gregor，1906～1964）在《在企業(yè)中的人性方面》一書(shū)中將這種人性假設(shè)概括為X理論。經(jīng)濟(jì)人假設(shè)認(rèn)為：人是由經(jīng)濟(jì)誘因引發(fā)工作動(dòng)機(jī)的；人總是被動(dòng)地在組織的操縱、激勵(lì)和控制下從事工作；人總是企圖用最小投入取得滿意的報(bào)酬；大多數(shù)的人缺乏理性，不能克制自己，很容易受別人影響，組織必須設(shè)法控制個(gè)人的感情。荀子的理論與之即有共同點(diǎn)。

2. 提出問(wèn)題

2.1“理性經(jīng)濟(jì)人”帶來(lái)的雇傭意識(shí)和打工意識(shí)

民辦教育企業(yè)的知識(shí)性員工即教師的每年的流動(dòng)率大概在10%到20%之間，總體呈現(xiàn)“進(jìn)的多、走的也多”的現(xiàn)象。出于理性經(jīng)濟(jì)人的考慮知識(shí)性員工會(huì)有如下表現(xiàn)：

2.1.1一些知識(shí)性員工把民辦教育企業(yè)當(dāng)作一時(shí)的過(guò)渡，有些年輕教師碩士畢業(yè)后由于未找到合適的工作，選擇暫時(shí)呆在民辦高校，等考上博士或者找到理想的工作后再跳槽。

2.1.2不穩(wěn)定性與雇傭意識(shí)。外地教師往往受原單位政策或家庭因素變化的影響，隨時(shí)有“打馬回朝”的可能；離退休教師受年齡、體質(zhì)的限制，工作周期短；兼職教師須經(jīng)本學(xué)校同意并在完成本職工作任務(wù)的基礎(chǔ)上，方可兼課，因而也處于變動(dòng)之中；同時(shí)，由于各民校之間的不正當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)，以及經(jīng)濟(jì)分配等原因?qū)е虏簧俳處煹臒o(wú)規(guī)則流動(dòng)。

2.1.3事業(yè)心不強(qiáng)與打工意識(shí)。來(lái)自于公辦高校的離退休教師覺(jué)得自己的輝煌時(shí)代已成歷史，年過(guò)六旬不必再把自己搞得太辛苦，夕陽(yáng)的余輝熱量有限；外地不少教師往往產(chǎn)生“短幫工”思想。他們的工作積極性依賴于學(xué)按的經(jīng)濟(jì)支付標(biāo)準(zhǔn)和管理者的領(lǐng)導(dǎo)藝術(shù)來(lái)調(diào)動(dòng)。來(lái)自于對(duì)事業(yè)的忠誠(chéng)、對(duì)社會(huì)的負(fù)責(zé)、對(duì)學(xué)生的熱愛(ài)而產(chǎn)生的內(nèi)動(dòng)力減少；兼職教師前文已經(jīng)提到“兼”當(dāng)然就不可能“全”，完成任務(wù)為其基本工作目標(biāo)。

2.2“社會(huì)人”理念產(chǎn)生的管理效率問(wèn)題

在民辦教育企業(yè)中，在內(nèi)部管理中教育式管理往往較之企業(yè)式管理而占上風(fēng)。作為高層知識(shí)性員工的教育CEO即校長(zhǎng)往往以教育、感化、自由等難以量化的方式來(lái)管理知識(shí)性員工。工作的執(zhí)行程度與效率僅靠知識(shí)性員工的認(rèn)識(shí)和自覺(jué)，工作效果的測(cè)量往往沒(méi)有一個(gè)量化的標(biāo)準(zhǔn)，且主觀性較強(qiáng)。

而面對(duì)民辦教育市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，以及民辦教育企業(yè)外在企業(yè)化的運(yùn)作，使得其不得不考慮管理效率的問(wèn)題。于是，如何衡量和控制知識(shí)性員工在“社會(huì)人”管理背景下的效率，成了民辦高校企業(yè)發(fā)展的瓶頸之一。

2.3游走于“理性經(jīng)濟(jì)人”和“社會(huì)人”之間，使管理者無(wú)所適從

在知識(shí)性員工需求的低層次上，民辦高校企業(yè)可以發(fā)揮資源配置的優(yōu)勢(shì)，保障滿足員工的“理性經(jīng)濟(jì)人”的需求。如在工資待遇、住房分配、職位級(jí)別等方面保證按勞分配、多勞多得、公平正義。這是最容易操作，也是民辦教育企業(yè)投資人最擅長(zhǎng)使用的方式。

然而，民辦教育企業(yè)的員工為一類特殊的員工即知識(shí)性員工，其對(duì)“社會(huì)人”的需求也絲毫不亞于“理性經(jīng)濟(jì)人”。知識(shí)性員工出產(chǎn)的產(chǎn)品是無(wú)形產(chǎn)品即學(xué)生的能力，其自身的高層次需求也是無(wú)形的，如尊重、歸屬感、自我實(shí)現(xiàn)等。在次反面，作為教育CEO的校長(zhǎng)最懂得滿足其需求。

但民辦教育企業(yè)是董事會(huì)領(lǐng)導(dǎo)下的校長(zhǎng)負(fù)責(zé)制，董事會(huì)負(fù)責(zé)企業(yè)外部管理，教育CEO負(fù)責(zé)內(nèi)部管理。事實(shí)上已經(jīng)是“管理上的兩層皮”了，再加之董事會(huì)與教育CEO在管理理念、行為方式、權(quán)力爭(zhēng)奪等方面的博弈使得整個(gè)民辦教育企業(yè)的員工管理處在“理性經(jīng)濟(jì)人”和“社會(huì)人”之間游走的狀態(tài)，這很容易產(chǎn)生管理上的混亂和矛盾。

3. 方法與分析

3.1行為分析

ABC模型也叫做三維可能性模型，三維是：先前條件、行為、和后果。三維可能性模型指的是每一個(gè)行為都受它之前的環(huán)境、條件、和它產(chǎn)出的后果影響。

前提（ANTECEDENT）：先決條件，一些狀況，可以導(dǎo)致后面行為的信號(hào)等等。

行為（Behavior）：收到前提所刺激的反應(yīng)行為，“前提”可以說(shuō)是“行為”的“因”，而“行為”是“前提”的“果”。

結(jié)果（Consequence）：就是“行為”所產(chǎn)生的“結(jié)果”，而這個(gè)“結(jié)果”，又會(huì)成為下個(gè)“行為”的“前提”。如果，這個(gè)結(jié)果/前提是好的，那么特定的行為就會(huì)重復(fù)出現(xiàn)。

一般在分析的時(shí)候，會(huì)用一個(gè)表格來(lái)進(jìn)行：

表1 三維可能模型

由表1的啟示可知，在對(duì)民辦教育企業(yè)知識(shí)性員工的管理中，管理者如果不期望員工打工意識(shí)和雇傭意識(shí)的出現(xiàn)，則要從員工出現(xiàn)此狀況的結(jié)果和前提入手。民辦教育企業(yè)給予知識(shí)性員工結(jié)果：知識(shí)性員工得到了什么；知識(shí)性員工沒(méi)有獲得什么。后者往往是造成其離職率高的原因。知識(shí)性員工出現(xiàn)兩種結(jié)果的前提：知識(shí)性員工期望得到什么。

于是，管理者只要抓住知識(shí)性員工期望得到什么，沒(méi)有得到什么這兩個(gè)問(wèn)題深度挖掘，便是解決此問(wèn)題的關(guān)鍵。

3.2強(qiáng)化理論分析

美國(guó)心理學(xué)家斯金納提出的強(qiáng)化理論認(rèn)為人的行為是其所獲得刺激的函數(shù)。如果這種刺激對(duì)他有利，則這種行為就會(huì)重復(fù)出現(xiàn)；如果對(duì)他不利，這種行為就會(huì)減弱直至消失。強(qiáng)化可以分為正強(qiáng)化和負(fù)強(qiáng)化兩種。正強(qiáng)化就是獎(jiǎng)勵(lì)那些符合組織目標(biāo)的行為，以便這些行為得到進(jìn)一步加強(qiáng)，從而有利于組織目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。負(fù)強(qiáng)化指懲罰那些不符合組織目標(biāo)的行為，以使這些行為消弱甚至消失，從而保證組織目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)不受干擾。

由此理論，民辦教育企業(yè)管理中，知識(shí)性員工的某些工作的效率難以衡量時(shí)，也無(wú)需精確的標(biāo)準(zhǔn)去衡量，管理者只需要給出正向引導(dǎo)并配合相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)使其朝著自己預(yù)期的目標(biāo)前進(jìn)。同時(shí)，給出負(fù)向激勵(lì)措施，即給出管理“底線”或“高壓線”凡是員工觸及此線則給予懲罰。正強(qiáng)化和負(fù)強(qiáng)化相互配合，達(dá)到“前拉后截”的效果，把對(duì)知識(shí)性員工的管理放在一個(gè)較為寬泛的范圍，這樣即達(dá)到了發(fā)揮知識(shí)性員工工作自由與自主的作用，又將難以衡量的工作制定了一般的衡量標(biāo)準(zhǔn)，從而達(dá)到提高民辦高校員工管理效率。

3.3“經(jīng)濟(jì)人”、“社會(huì)人”、“個(gè)性人”綜合分析

本文認(rèn)為人的特點(diǎn)不僅包括外部物質(zhì)環(huán)境塑造的經(jīng)濟(jì)人和后天社會(huì)環(huán)境培養(yǎng)的社會(huì)人，也包括先天帶來(lái)的個(gè)性人，是這三者的綜合。本文提到的個(gè)性人指的是人作為個(gè)體，在面對(duì)獨(dú)立處理的工作內(nèi)容時(shí)，具有先天帶來(lái)的不同于別人的特點(diǎn)，包括獨(dú)立性、性格、氣質(zhì)等特點(diǎn)。

經(jīng)濟(jì)人與社會(huì)人并不矛盾，而且可以起到相輔相成的作用，經(jīng)濟(jì)人保障了知識(shí)性員工的生活需要，社會(huì)人滿足了知識(shí)性員工歸屬感的需求，此二者可以同時(shí)滿足，只要相互保持各自的度就不會(huì)發(fā)生矛盾。個(gè)性人則實(shí)現(xiàn)了每個(gè)人不同于別人的特色，這種特色就是人的本色。滿足了知識(shí)性員工的個(gè)性人需求就做到了以人為本，這也是員工幸福感產(chǎn)生的源泉。

4. 研究結(jié)論

4.1“理性經(jīng)濟(jì)人”與“社會(huì)人”的融合

經(jīng)濟(jì)人的啟發(fā)

經(jīng)濟(jì)人的理性：遵循經(jīng)濟(jì)規(guī)律，力求收益最大化。對(duì)于民辦教育企業(yè)的管理者要認(rèn)識(shí)到：

4.1.1經(jīng)濟(jì)人表現(xiàn)出的是人的本能，不但不干擾人的正常經(jīng)濟(jì)行為，而且還是經(jīng)濟(jì)行為的基礎(chǔ)和動(dòng)機(jī)。追求最大化滿足的欲望，使民辦教育企業(yè)合理投資、生產(chǎn)、交換、消費(fèi)等等，也為知識(shí)性員工的“理性經(jīng)濟(jì)人”需求的滿足奠定基礎(chǔ)。

4.1.2經(jīng)濟(jì)人最求的利益最大化則是人的能力水平描述，是人思維行為的能力表現(xiàn)。它是中性的，無(wú)優(yōu)劣之分。

4.1.3理性經(jīng)濟(jì)人是經(jīng)理規(guī)律的體現(xiàn)，如果民辦教育企業(yè)不遵守理性原則，生產(chǎn)成本，不問(wèn)價(jià)格，無(wú)論優(yōu)劣，則經(jīng)濟(jì)規(guī)律就不復(fù)存在，民辦教育企業(yè)的生存就會(huì)出現(xiàn)危機(jī)。

由此可見(jiàn)，民辦教育企業(yè)在宏觀管理層面要最求“理性經(jīng)濟(jì)人”理念，而且其本身應(yīng)當(dāng)做理性經(jīng)濟(jì)人，這樣為企業(yè)生存提供保證。

4.2構(gòu)建“控制兩邊，放松中間”的管理制度體系

運(yùn)用強(qiáng)化理論。首先，民辦教育企業(yè)的管理者對(duì)員工的管理要將重點(diǎn)放在正強(qiáng)化的吸引和負(fù)強(qiáng)化的截止上。讓知識(shí)性員工消除教育管理和教育產(chǎn)品的無(wú)形、無(wú)法衡量和無(wú)邊無(wú)際的意識(shí)。在正強(qiáng)化和負(fù)強(qiáng)化之間則拓寬幅度，給知識(shí)性員工充分的發(fā)揮自我才能的空間，充分展示其特性，使其的價(jià)值真正體現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)其受尊重、歸屬感、自我實(shí)現(xiàn)的需求。

4.3個(gè)性人的需求的滿足

知識(shí)性員工的“個(gè)性人”需求，其發(fā)揮作用的原因主要是通過(guò)不同于別人的特色來(lái)展現(xiàn)自我價(jià)值，實(shí)現(xiàn)自我。對(duì)于民辦教育企業(yè)要對(duì)員工實(shí)行人性化管理，表現(xiàn)為：

4.31重視與知識(shí)性員工情感的溝通

“人之相識(shí)，貴在相知；人之相知，貴在知心?！痹趯?shí)際工作中，民辦教育企業(yè)的中層、高層管理者要做到“兩個(gè)結(jié)合”：一是把關(guān)心知識(shí)性員工的工作與生活結(jié)合起來(lái)。管理者必須深入了解知識(shí)性員工工作的適應(yīng)程度，工作進(jìn)展和任務(wù)完成情況。二是把關(guān)心其個(gè)體成長(zhǎng)與團(tuán)隊(duì)發(fā)展結(jié)合起來(lái)。從滿足知識(shí)性員工“自我實(shí)現(xiàn)”的需求出發(fā)，管理者必須把組織目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)與員工個(gè)體職業(yè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)結(jié)合起來(lái)。

4.3.2營(yíng)造知識(shí)性員工發(fā)展的良好環(huán)境

民辦教育企業(yè)要根據(jù)知識(shí)性員工個(gè)人的興趣、特長(zhǎng)和能力，為其提供能充分發(fā)揮才能的舞臺(tái)和機(jī)會(huì)，不斷創(chuàng)造條件，優(yōu)化知識(shí)性員工的工作、生活和學(xué)術(shù)環(huán)境。給其創(chuàng)造一種人文環(huán)境，滿足豐富知識(shí)、擴(kuò)大視野的需要；創(chuàng)造一種學(xué)術(shù)環(huán)境，提供施展才華的機(jī)會(huì)，滿足提高學(xué)術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)個(gè)人價(jià)值的需要；要?jiǎng)?chuàng)造一種相互尊重，充分信任，關(guān)心愛(ài)護(hù)的人際環(huán)境，使知識(shí)性員工置身于和諧、溫暖的環(huán)境中。同時(shí)協(xié)助解決知識(shí)性員工的住房、婚戀等方面的需求，使其感受到家人般的關(guān)懷。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉靜暖，長(zhǎng)春稅務(wù)學(xué)院經(jīng)濟(jì)系，由經(jīng)濟(jì)人的思想淵源到理性借鑒：在構(gòu)建和諧社會(huì)中的反思，理論前沿，2007.10.

[2] 范林榜、黃 燕，四川師范大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院，價(jià)格彈性理論在民辦高等教育中的應(yīng)用.

[3]李愛(ài)娥，湖南信息科學(xué)職業(yè)學(xué)院，論民辦高校青年教師流失原因及應(yīng)對(duì)措施.

[4] 鄧奎偉，淺談民辦高校教師人性化管理，成功·教育，2007-11-1.

[5] 李一龍，民辦高校教師流動(dòng)頻繁問(wèn)題有待解決，2010/09/07 00：00 來(lái)源： 北青網(wǎng) 北京青年報(bào).

[6] 周敦耀.論人性假設(shè).廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（哲社版）[J]，2000（6）：1-8.

[7] 李曉春.試論荀子對(duì)告子人性論的繼承與揚(yáng)棄[J]，孔子研究，2002（4）：29-36.

第5篇：機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)范文

【關(guān)鍵詞】虛擬仿真設(shè)計(jì)；六足機(jī)器人；Inventor；運(yùn)動(dòng)仿真

【中圖分類號(hào)】G64.32 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】

引 言

Inventor是一種全面的可視化設(shè)計(jì)工具，用于創(chuàng)建和驗(yàn)證完整的數(shù)字樣機(jī)，可以檢驗(yàn)機(jī)械產(chǎn)品的外型、結(jié)構(gòu)和功能，也可以對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真和應(yīng)力分析，設(shè)計(jì)師應(yīng)用這種軟件可對(duì)數(shù)字化樣機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，并預(yù)測(cè)機(jī)械產(chǎn)品在未來(lái)的實(shí)際工作情況[1]。

本文設(shè)計(jì)了六足雙斗機(jī)器人，機(jī)器人采用足式移動(dòng)方式優(yōu)點(diǎn)在于控制簡(jiǎn)單，移動(dòng)比較迅速，同時(shí)可以相對(duì)較容易地跨過(guò)比較大的障礙，但是當(dāng)機(jī)器人在行走時(shí)，整個(gè)物體的重心會(huì)發(fā)生變化，各個(gè)關(guān)節(jié)受到的速度及加速度也不同，在不行走，進(jìn)行挖掘工作，不同部位受到的力也不一樣。本文應(yīng)用Inventor對(duì)六足機(jī)器人在平地行走和爬坡過(guò)程中重心的位置、速度加速度變化進(jìn)行仿真分析，Inventor集設(shè)計(jì)、建模和仿真于一體，且操作簡(jiǎn)單，這給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)了許多方便，節(jié)約了研究時(shí)間和研制費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量、高速度、高效率、低成本的整體設(shè)計(jì)。

本文所應(yīng)用的軟件為虛擬設(shè)計(jì)方法又提供了一個(gè)方便可行的辦法，同時(shí)，設(shè)計(jì)的六足機(jī)器人為足類機(jī)器人的設(shè)計(jì)也提供了一些思路。在Inventor的虛擬仿真下，得到所設(shè)計(jì)的六足機(jī)器人的一些有用信息，為更好的設(shè)計(jì)新型六足機(jī)器人提供了參考依據(jù)。小型物理樣機(jī)試驗(yàn)，行走和利用雙斗夾取物體。

1.六足機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)

Inventor軟件注重產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)，同時(shí)其渲染功能也易于操作，效果良好，應(yīng)用Inventor對(duì)六足機(jī)器人進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)造型和渲染，其中腿部結(jié)構(gòu)輸入旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在滑塊和曲柄的作用下轉(zhuǎn)化為腿部搖擺運(yùn)動(dòng)[2]，腿部機(jī)構(gòu)的搖擺幅度為[-24°～+24°]，由于該機(jī)器人的腿部關(guān)節(jié)是鉸接和滑動(dòng)副，因而在步行時(shí)即使出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象也具有較強(qiáng)的姿態(tài)恢復(fù)能力[3]，足部使用減震和緩沖作用的橡膠材料。

2.機(jī)器人步態(tài)分析

在機(jī)器人研究領(lǐng)域，支撐相和擺動(dòng)相隨時(shí)間變化的順序集合稱為步態(tài)。對(duì)勻速行走的機(jī)器人來(lái)說(shuō)，其足相呈周期變化規(guī)律，由于這時(shí)步態(tài)是周期性變化的，故稱為周期步態(tài)，在一個(gè)周期T內(nèi)，支撐相的時(shí)間為 ，則該足的有荷因數(shù)β按下式計(jì)算[4]：

（1）

一個(gè)步態(tài)周期中，步行機(jī)器人機(jī)體重心向前移動(dòng)的距離稱為步距s，各足處于支撐相時(shí)相對(duì)于機(jī)體的移動(dòng)距離稱為足的行程R，兩者的關(guān)系為[4]：

R=s?β（2）

三角步態(tài)是六足仿生步行機(jī)器人實(shí)現(xiàn)步行的典型步態(tài)。其核心思想是把機(jī)器人的六足分為兩組（軀體一側(cè)的前、后足和另一側(cè)的中足構(gòu)成一組，其余足構(gòu)成另一組），三足支撐機(jī)體并推動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)（稱為支撐相），另三足擺動(dòng)為下一步支撐做準(zhǔn)備（稱為擺動(dòng)相），整個(gè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過(guò)程就是支撐相與擺動(dòng)相交替、循環(huán)的過(guò)程。

六足機(jī)器人爬坡行走狀態(tài)及整體受力分析可知，腿部形成的摩擦力克服重力的一個(gè)分力達(dá)到向前行走的目的。在爬坡時(shí)雙斗的位置嚴(yán)重影響機(jī)器人的穩(wěn)定性和爬坡能力，設(shè)計(jì)雙斗的最佳放置位置，有利于機(jī)器人的爬坡動(dòng)作。

3.基于Inventor的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真

3.1 Inventor運(yùn)動(dòng)仿真簡(jiǎn)介

Inventor運(yùn)動(dòng)仿真能夠完成裝配下的零部件運(yùn)動(dòng)和載荷條件下的動(dòng)態(tài)仿真，可以在任何狀態(tài)下將載荷條件輸出到應(yīng)力分析中，也能展示運(yùn)動(dòng)過(guò)程以及某瞬間的動(dòng)態(tài)載荷；可以設(shè)計(jì)模型在其整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行條件，并精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)器的尺寸，以便承受實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)載荷；可以分析機(jī)械裝置中每個(gè)零部件的位置、速度、加速度以及承受的載荷[5]。進(jìn)入Inventor運(yùn)動(dòng)仿真模塊的操作過(guò)程如下：打開(kāi)一個(gè)需要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真的裝配文件，在“應(yīng)用程序”菜單下選擇“運(yùn)動(dòng)仿真”，即可進(jìn)入Inventor運(yùn)動(dòng)仿真界面。

本文在仿真時(shí)定義腿和地面為摩擦副，定義摩擦系數(shù)f為0.5。制作實(shí)物樣機(jī)時(shí)，兩排行走足各有一個(gè)電機(jī)，依靠鏈傳動(dòng)帶動(dòng)各個(gè)足運(yùn)動(dòng)。在仿真時(shí)，為了方便起見(jiàn)，定義6個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)6個(gè)足，保持主要工作原理不變。仿真內(nèi)容主要有：爬坡角度θ分別為0°、15°和22°時(shí)，機(jī)器人重心位置、速度和加速度的變化情況。

3.2 重心變化情況分析

六足機(jī)器人重心位置、速度、加速度對(duì)機(jī)器人整體的穩(wěn)定性有重要影響，通過(guò)仿真得到在不同爬坡角度下重心的變化曲線，分析機(jī)器人的穩(wěn)定性。如圖5所示，機(jī)器人在平面上行走時(shí)的重心變化曲線，由前面設(shè)計(jì)的腿部結(jié)構(gòu)可知，機(jī)器人每走一步，在豎直方向上重心都有一個(gè)上升和下降的過(guò)程，豎直方向波動(dòng)幅值越大說(shuō)明機(jī)器人步距也越大，太大的步距影響機(jī)器人的穩(wěn)定性。水平方向上的波動(dòng)越小越好，如圖5（b）所示，Y方向上的速度波動(dòng)非常小，加速度對(duì)機(jī)器人零部件有一個(gè)動(dòng)載荷的作用，求出行走每一步的加速度后還可以計(jì)算出零部件上的動(dòng)載荷。從圖中可以看出，重心在各種情況下的變化曲線有很強(qiáng)的周期性，這與前面的分析一致。

4.物理樣機(jī)試驗(yàn)

通過(guò)在Inventor環(huán)境下的虛擬設(shè)計(jì)和仿真，以及在裝配模式下仿真得到行走時(shí)的步態(tài)和爬坡能力，六足機(jī)器人設(shè)計(jì)合理，為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性和仿真的真實(shí)性，將六足機(jī)器人在各個(gè)Inventor環(huán)境下的三維零件圖轉(zhuǎn)化成二維CAD圖紙，依據(jù)圖紙的設(shè)計(jì)尺寸制造了一小型物理樣機(jī)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳伯雄.Inventor R8 應(yīng)用培訓(xùn)教程：機(jī)械設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社，2004.9

[2]孫恒，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理[M].高等教育出版社，2006

[3]閆尚彬，韓寶玲，羅慶生.仿生六足步行機(jī)器人步

態(tài)軌跡的研究與仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真.2007.10.156～160

第6篇：機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)范文

伴隨著全新的信息科學(xué)與技術(shù)發(fā)展和全球性的教育改革，國(guó)際青少年電腦機(jī)器人活動(dòng)于20世紀(jì)90年代在一些發(fā)達(dá)國(guó)家青少年中逐步興起。近幾年來(lái)，機(jī)器人教育已經(jīng)在全國(guó)發(fā)達(dá)城市中小學(xué)中廣泛開(kāi)展起來(lái)，并大有普及之勢(shì)。

2006年，我校申報(bào)寶山區(qū)區(qū)級(jí)課題《機(jī)器人步行模式的研究與設(shè)計(jì)》，期間在上海大學(xué)的指導(dǎo)和我?？萍冀處煹墓餐ο掠?009年順利結(jié)題，課題從高中教學(xué)層面探討了機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)如何應(yīng)用于高中學(xué)段學(xué)生。

2 理論基礎(chǔ)

我們考慮從機(jī)器人的一個(gè)板塊出發(fā)，利用學(xué)生對(duì)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和研究開(kāi)始逐步破解學(xué)生對(duì)機(jī)器人的神秘感，鍛煉學(xué)生的科研能力，引導(dǎo)學(xué)生從設(shè)計(jì)出發(fā)，自己動(dòng)手設(shè)計(jì)并制作機(jī)器人。從而讓學(xué)生能夠從中體驗(yàn)較為完整的科研過(guò)程，使他們學(xué)到科學(xué)有效的思維方式，提高邏輯思維能力、規(guī)劃能力，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，在課程及活動(dòng)中穿插結(jié)合專家講座以及實(shí)踐探索等一系列方式來(lái)了解智能機(jī)器人的發(fā)展和應(yīng)用狀況，并在組裝機(jī)器人的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、協(xié)作能力和創(chuàng)造能力。最終的目的是能為同學(xué)們開(kāi)設(shè)一門能充分發(fā)揮創(chuàng)造力的創(chuàng)新課程，或者說(shuō)向這個(gè)目標(biāo)做一些有益嘗試。

我們知道了一般機(jī)器人的設(shè)計(jì)可以分為三個(gè)部分：機(jī)械部分、電路部分和程序部分，而其中最為基礎(chǔ)的便是機(jī)械部分。高中最常見(jiàn)的機(jī)器人活動(dòng)競(jìng)賽就是單馬達(dá)的簡(jiǎn)易機(jī)器人搭建了，通過(guò)不同的結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)跑步、爬桿、爬梯（圖1）等不同的動(dòng)作。類似的比賽中經(jīng)常有一條規(guī)則是一定要使用曲柄連桿機(jī)構(gòu)，不得使用輪式，這就涉及到了一個(gè)基本的機(jī)構(gòu)學(xué)概念——機(jī)械傳動(dòng)，具體的搭建方式雖然可以參照機(jī)器人的說(shuō)明書(shū)，但如果能真正掌握其原理必然讓學(xué)生對(duì)機(jī)器人有更深一層次的認(rèn)識(shí)。

有了這些理論基礎(chǔ)和想法，我們咨詢了上海大學(xué)機(jī)械工程系的專家，從可行性角度對(duì)本課題進(jìn)行了論證，在肯定我們想法的同時(shí)專家還從技術(shù)角度解答了我們的一些疑問(wèn)，提供了我們一些新的思路和手段。我們打算第一步就從機(jī)械板塊進(jìn)行教學(xué)的深入探究，讓學(xué)生重新認(rèn)識(shí)機(jī)械設(shè)計(jì)這一可能會(huì)被忽略的機(jī)器人最基礎(chǔ)的部分。

3課程設(shè)計(jì)

遵循這樣一個(gè)切入點(diǎn)我們針對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)部分為學(xué)生設(shè)計(jì)了以下的一系列學(xué)習(xí)課程，大致分為了這樣幾個(gè)階段：

3.1 觀察分析階段

一開(kāi)始通過(guò)對(duì)機(jī)器人的搭建及觀察，學(xué)生接觸簡(jiǎn)易單馬達(dá)機(jī)器人，從實(shí)際出發(fā)認(rèn)識(shí)一個(gè)機(jī)器人完成整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的基本方式，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和合作精神，并使其掌握讀圖紙、零件裝配等一些基本工程技術(shù)素養(yǎng)。

3.2 理論學(xué)習(xí)階段

本環(huán)節(jié)通過(guò)對(duì)四桿機(jī)構(gòu)這樣一種常用的傳動(dòng)方式的介紹，帶領(lǐng)同學(xué)從單純照搬圖紙過(guò)度到進(jìn)行簡(jiǎn)易機(jī)構(gòu)分析的層面。機(jī)器人制作課程實(shí)際是一種跨學(xué)科的學(xué)習(xí)課程，須靈活運(yùn)用各種學(xué)科的知識(shí)。現(xiàn)在的高中課程中，學(xué)生們學(xué)了很多數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)方面知識(shí)和解題方法，但遇到實(shí)際問(wèn)題往往就不會(huì)運(yùn)用了。如本環(huán)節(jié)用到了很多他們學(xué)過(guò)的數(shù)學(xué)知識(shí)，既讓他們覺(jué)得設(shè)計(jì)并不是那么遙不可及從而失去信心和興趣，又讓他們?cè)谡鎸?shí)的情景中體驗(yàn)學(xué)以致用的快樂(lè)，更好的提升他們學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識(shí)的熱情。

3.3 技術(shù)實(shí)踐階段

有了一定的理論基礎(chǔ)以后我們可以利用一系列的技術(shù)手段讓學(xué)生的所學(xué)得到鞏固提高，來(lái)一次理論聯(lián)系實(shí)際。受到了《神奇的仿真技術(shù)》課程的啟發(fā)，我們考慮借助計(jì)算機(jī)仿真這一手段。一方面機(jī)械結(jié)構(gòu)的實(shí)物的設(shè)計(jì)制作存在一定成本，另外計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)作為一門新興學(xué)科也已經(jīng)登陸到了高中課堂（一些學(xué)校已經(jīng)開(kāi)設(shè)了AUTOCAD、CAXA等課程）。經(jīng)過(guò)我們的幾次嘗試這一環(huán)節(jié)可以通過(guò)多種方式去實(shí)現(xiàn)，比如可結(jié)合數(shù)學(xué)計(jì)算利用VB的繪圖功能進(jìn)行二維機(jī)構(gòu)仿真（圖2），再比如有一些現(xiàn)成的軟件（如working model 2D）可以實(shí)現(xiàn)類似真實(shí)模擬環(huán)境下的機(jī)構(gòu)仿真。最新的探究中我利用了上海市青少年活動(dòng)中心組織的培訓(xùn)，掌握了工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的權(quán)威軟件ProE，其中即可實(shí)現(xiàn)三維模型的建模，又可模擬真實(shí)的三維運(yùn)動(dòng)（圖3），很好地為學(xué)生的自主探究提供的一種手段。

3.4 創(chuàng)新實(shí)踐階段

在經(jīng)過(guò)了上述各階段的學(xué)習(xí)以后，學(xué)生對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)可以說(shuō)有了一個(gè)質(zhì)的飛躍，這為其以后參與到各項(xiàng)機(jī)器人的活動(dòng)中打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。至少在機(jī)器人的機(jī)械部分，我們總結(jié)出了即使在是看似再簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)，也要經(jīng)歷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)模擬、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造等環(huán)節(jié)。而且這個(gè)流程不是一蹴而就的，必將經(jīng)過(guò)反復(fù)的修改和測(cè)試，下面我們來(lái)看一個(gè)成功的例子。

4具體案例

以下為第24屆英特爾上海市創(chuàng)新大賽我校機(jī)器人創(chuàng)意設(shè)計(jì)一等獎(jiǎng)作品的論文節(jié)選，該論文中的學(xué)生就是在經(jīng)過(guò)了上述過(guò)程的學(xué)習(xí)后改進(jìn)了一個(gè)步行機(jī)器人結(jié)構(gòu)，雖然在參賽過(guò)程中專家對(duì)于其在實(shí)用性方面還存在一定爭(zhēng)議，但評(píng)委們一致認(rèn)為在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這一部分，其科學(xué)性和新穎性已經(jīng)達(dá)到了一定高度。

論文改進(jìn)了一個(gè)容易跌倒的雙足步行機(jī)器人結(jié)構(gòu)，通過(guò)模擬人行走的膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了一定創(chuàng)新，基本達(dá)到了課題制定的目標(biāo)，下面是文章的部分節(jié)選，其分別對(duì)應(yīng)了我們上述提到的機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)步驟。

4.1 有機(jī)構(gòu)的分析

我們仔細(xì)觀察暑假中制作的那個(gè)會(huì)“摔跤”的步行機(jī)器人，發(fā)現(xiàn)從機(jī)器人的結(jié)構(gòu)上看，有曲柄還有連桿，是一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)。緊接著我們用直尺量出了模型的各部件尺寸并在運(yùn)動(dòng)模擬軟件——WORKING MODEL中對(duì)其運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了模擬，從而進(jìn)一步分析其運(yùn)動(dòng)。

而在WORKING MODEL的運(yùn)動(dòng)模擬中（如圖4），我們發(fā)現(xiàn)原機(jī)器人的機(jī)械裝置并沒(méi)有人那樣的關(guān)節(jié)。從圖中能觀察到，由于沒(méi)有膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的屈伸活動(dòng)，因此在行走過(guò)程中，當(dāng)從機(jī)械足跟著地到機(jī)械全足放平這一階段，前后的重心沒(méi)能很好地調(diào)整，系統(tǒng)重心會(huì)突然前傾，影響行走的平穩(wěn)性。機(jī)器人行走過(guò)程中前后重心不穩(wěn)的問(wèn)題就出在這里。

4.2 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

根據(jù)分析，要是能設(shè)計(jì)一個(gè)能活動(dòng)的且最好與地面始終保持水平的足問(wèn)題便迎刃而解了。我們?cè)儐?wèn)了老師也在網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)機(jī)構(gòu)學(xué)書(shū)籍中查找了資料，了解到了有一種叫做平行四桿機(jī)構(gòu)的方式，如資料顯示，雙曲柄平行四桿機(jī)構(gòu)有四類，從外觀判斷其中a類應(yīng)該就是我們需要的方式。有了這個(gè)關(guān)鍵的機(jī)構(gòu)原理作支撐，我們開(kāi)始了對(duì)原有機(jī)構(gòu)的改進(jìn)。

從運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換角度分析，該裝置是單自由度的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，構(gòu)造和控制均相當(dāng)簡(jiǎn)單。從支撐的角度分析，該裝置疊加了兩個(gè)平行四桿機(jī)構(gòu)，因而具備活動(dòng)的膝關(guān)節(jié)和活動(dòng)的踝關(guān)節(jié)，在行走過(guò)程中，裝置的機(jī)架部分始終與地面保持平行， 能較平穩(wěn)地移動(dòng)系統(tǒng)的重心位置，避免突然前傾的現(xiàn)象出現(xiàn)。這些都符合了我們之前機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要。

4.3 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）

接下來(lái)，我們?cè)诜抡孳浖餃y(cè)量了各個(gè)部件的尺寸，然后按照一定的比例縮放后得到實(shí)際的部件的尺寸。

在設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)了各鉸接點(diǎn)的連接是一個(gè)很大的問(wèn)題，簡(jiǎn)易機(jī)器人里都是利用插銷來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其優(yōu)點(diǎn)是成本低，但缺點(diǎn)很多如：容易磨損和脫落等。詢問(wèn)了老師后，他建議我們使用軸承，并告知了我們軸承的一般裝配方式。

在設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮大足的制作、馬達(dá)乃至以后傳感器等的安裝位置的預(yù)留、如何使整個(gè)機(jī)架的重心盡量降低以保證其穩(wěn)定性等問(wèn)題。在老師的幫助下終于在CAD中完成了各個(gè)零件的設(shè)計(jì)，并將它們組裝成了模型（如圖6）。我們聯(lián)系了加工的地方利用雕刻機(jī)將基本的部件制作了出來(lái)，一些較為關(guān)鍵的部件老師幫我進(jìn)行了挑選，比如馬達(dá)和齒輪，挑選了內(nèi)部應(yīng)用蝸桿的齒輪箱增大了扭矩，而且降低了噪音，齒輪的外掛設(shè)計(jì)也有效地防止了齒輪卡死。

4.4 計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）

在雕刻機(jī)的幫助下，一個(gè)個(gè)由我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)零件終于由電子文件變成了實(shí)物（如圖8）。經(jīng)過(guò)最后的拼裝搭建，我們自己設(shè)計(jì)的第一臺(tái)機(jī)器人終于出世（如圖9）。

5思考與小結(jié)

上述活動(dòng)過(guò)程我們考慮可設(shè)計(jì)成一個(gè)系列的短課程，包含機(jī)器人制作、機(jī)構(gòu)學(xué)入門、計(jì)算機(jī)機(jī)械仿真、CAD模型設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，涵蓋了當(dāng)前用于機(jī)械部分設(shè)計(jì)的比較主流的設(shè)計(jì)思路和手段方法。結(jié)合了數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)等多門學(xué)科的綜合知識(shí)，可以讓學(xué)生在運(yùn)用自己的所學(xué)中不斷有新的發(fā)現(xiàn)，認(rèn)識(shí)到各學(xué)科之間其實(shí)是相通的，很多我們學(xué)習(xí)的理論是為技術(shù)服務(wù)的。而在最后的模型制造環(huán)節(jié)之前的操作是將可行性較高的設(shè)計(jì)送去外部加工，以后學(xué)校如有條件可考慮采購(gòu)一臺(tái)小型雕刻機(jī)，一些簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)可以直接完成CAM，學(xué)生的認(rèn)識(shí)會(huì)更加直觀也可作為活動(dòng)的一個(gè)和小結(jié)部分。

我們的初衷是想通過(guò)對(duì)機(jī)器人機(jī)械部分的研究與設(shè)計(jì)，學(xué)生能不再局限于使用各公司的機(jī)器人套材，而更多地考慮自己設(shè)計(jì)或改進(jìn)。從機(jī)器人學(xué)習(xí)研究的角度，學(xué)生從簡(jiǎn)單拼裝搭建的裝配層面上升到了理論結(jié)合實(shí)際的研究層面，我們也看到了一些讓我們歡欣鼓舞的自主研創(chuàng)新成果。當(dāng)然在課程的進(jìn)一步深入的過(guò)程中，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)還有許多新的知識(shí)，每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)都能用于不同功能機(jī)器人的設(shè)計(jì)，我想在以后的機(jī)器人課程或者活動(dòng)中我們要做的還有很多。

參考文獻(xiàn):

[1] 上海市機(jī)器人學(xué)會(huì)編.機(jī)器人ABC.上海市科學(xué)教育推廣項(xiàng)目資料包

[2] 王中杰等.神奇的仿真技術(shù). 上海市科學(xué)教育推廣項(xiàng)目資料包

[3] 楊可楨等.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社,2006.

[4] 陳國(guó)華.機(jī)械機(jī)構(gòu)及應(yīng)用[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[5] 尹居中.機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)作計(jì)劃—投球機(jī)構(gòu)模擬分析.

[6] 導(dǎo)向科技編.AUTOCAD 2006基礎(chǔ)[M]. 北京：人民郵電出版社,2006.

第7篇：機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)范文

【關(guān)鍵詞】工業(yè)機(jī)器人；培訓(xùn)；應(yīng)用；教學(xué)

1工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)人才崗位分析

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)存在巨大的人才缺口，人才崗位需求主要集中在工業(yè)機(jī)器人設(shè)備維修、裝配與調(diào)試、工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用開(kāi)發(fā)與系統(tǒng)集成等崗位，主要分為技術(shù)與銷售兩條人才培養(yǎng)路線。

2工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)專業(yè)培訓(xùn)目標(biāo)

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)專業(yè)培訓(xùn)目標(biāo)是培養(yǎng)具有在生產(chǎn)一線從事工業(yè)機(jī)器人及其相關(guān)機(jī)電設(shè)備的安裝、編程、調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)和設(shè)備管理的高端技能型專門人才。掌握使用工業(yè)機(jī)器人為主的工業(yè)控制、自動(dòng)化應(yīng)用等必備知識(shí)，具備從事工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線安裝、調(diào)試、維護(hù)、系統(tǒng)集成的綜合職業(yè)能力，適應(yīng)工業(yè)機(jī)器人操作、工業(yè)機(jī)器人調(diào)試、工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)線維護(hù)、工業(yè)機(jī)器人設(shè)備集成和改造等職業(yè)崗位任職要求。

3工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)專業(yè)培訓(xùn)計(jì)劃

3.1機(jī)械設(shè)計(jì)方向

工業(yè)機(jī)器人集成項(xiàng)目機(jī)械設(shè)計(jì)工程師成為職場(chǎng)新寵，要求能夠針對(duì)集成項(xiàng)目進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、總體設(shè)計(jì)及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.2電氣設(shè)計(jì)與調(diào)試方向

主要針對(duì)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用集成項(xiàng)目電氣部分，掌握常規(guī)的電氣系統(tǒng)控制、PLC控制，掌握工業(yè)機(jī)器人的控制原理、PLC高級(jí)編程、機(jī)器人高級(jí)編程、機(jī)器人視覺(jué)應(yīng)用及集成項(xiàng)目的電氣設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)電氣圖紙。

4計(jì)算機(jī)仿真軟件編程

隨著機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展和現(xiàn)場(chǎng)示教環(huán)境的限制，借助計(jì)算機(jī)仿真軟件的離線編程逐漸成為當(dāng)前機(jī)器人編程應(yīng)用者的一種普遍使用的編程方式。RobotStudio是一款機(jī)器人仿真軟件，可以在辦公室里面不間斷地完成自動(dòng)編程，借助虛擬機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行離線編程，如同將真實(shí)的機(jī)器人搬到了電腦中。Robotstudio軟件中內(nèi)置的虛擬示教器與真實(shí)的工業(yè)機(jī)器人示教器沒(méi)有任何區(qū)別，對(duì)于學(xué)習(xí)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)示教編程的，可以在基礎(chǔ)工作站中進(jìn)行學(xué)習(xí)使用。運(yùn)用Robotstu-dio軟件創(chuàng)建機(jī)器人基礎(chǔ)工作站包括以下步驟：①創(chuàng)建機(jī)器人工作站布局；②由布局配置機(jī)器人控制系統(tǒng)；③同步現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)至控制器；④設(shè)定與切換末端執(zhí)行器；⑤示教編程；⑥仿真運(yùn)行。點(diǎn)擊菜單欄中的“仿真”，點(diǎn)擊“播放”工具，機(jī)器人開(kāi)始按照示教軌跡自動(dòng)運(yùn)行。

第8篇：機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)范文

班級(jí)：機(jī)械設(shè)計(jì)03-5班

姓名：李雄

時(shí)間過(guò)得很快，轉(zhuǎn)眼大學(xué)四年就要過(guò)去了，然而大多數(shù)人對(duì)本專業(yè)的認(rèn)識(shí)還是不夠, 學(xué)校為了使我們更多了解機(jī)電產(chǎn)品、設(shè)備，提高對(duì)機(jī)電工程制造技術(shù)的認(rèn)識(shí)，加深機(jī)電在工業(yè)各領(lǐng)域應(yīng)用的感性認(rèn)識(shí)，開(kāi)闊視野，了解相關(guān)設(shè)備及技術(shù)資料，熟悉典型零件的加工工藝，特意安排了我們到幾個(gè)擁有較多類型的機(jī)電一體化設(shè)備，生產(chǎn)技術(shù)較先進(jìn)的工廠進(jìn)行參觀實(shí)習(xí)。為期五，六天的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我們先后去過(guò)了邯鄲漢陽(yáng)包裝機(jī)械有限公司和保定長(zhǎng)城汽車股份有限公司有限公司。了解這些工廠的生產(chǎn)情況，與本專業(yè)有關(guān)的各種知識(shí)，各廠工人的工作情況等等。親身感受了所學(xué)知識(shí)與實(shí)際的應(yīng)用，電子技術(shù)在機(jī)械制造工業(yè)的應(yīng)用了，精密機(jī)械制造在機(jī)器制造的應(yīng)用了，等等理論與實(shí)際的相結(jié)合。

一 實(shí)習(xí)地點(diǎn)

邯鄲漢陽(yáng)包裝機(jī)械廠 保定長(zhǎng)城汽車股份有限公司

二 實(shí)習(xí)時(shí)間

XX年年3月

三 實(shí)習(xí)目的

通過(guò)完成畢業(yè)實(shí)習(xí)過(guò)程，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)或論文選題深入工廠企業(yè)實(shí)地參觀與調(diào)查，達(dá)到以下的實(shí)習(xí)目的在這個(gè)基礎(chǔ)上把所學(xué)的專業(yè)理論知識(shí)與實(shí)踐緊密結(jié)合起來(lái)，提高實(shí)際工作能力與分析能力，以達(dá)到學(xué)以致用的目的。

1. 了解機(jī)器人的具體結(jié)構(gòu)及其工作原理

2. 掌握工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式及其類型

3. 汽車產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝過(guò)程及企業(yè)基本生產(chǎn)狀況

4. 汽車的類型、結(jié)構(gòu)，工作原理及各零件的作用

5. 了解與熟悉汽車生產(chǎn)的各工藝過(guò)程。包括整車裝配部件生產(chǎn)等。

6. 了解與熟悉汽車生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)組織過(guò)程。

7. 了解國(guó)內(nèi)外汽車工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)。

8. 收集畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容的相關(guān)資料。

9. 了解與熟悉汽車生產(chǎn)的各工藝過(guò)程。包括整車裝配部件生產(chǎn)等。

四 畢業(yè)實(shí)習(xí)單位狀況概述

漢陽(yáng)（邯鄲）包裝機(jī)械有限公司是韓國(guó)漢陽(yáng)包裝機(jī)械株式會(huì)社[公司總部在韓國(guó)仁川，已有30余年的發(fā)展歷史在華投資的跨國(guó)企業(yè)。公司全套引進(jìn)國(guó)外技術(shù)與管理，匯集優(yōu)秀人才，全心致力于熱收縮設(shè)備的研制開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)制造，產(chǎn)品有l(wèi)式、袖筒式、枕式三大系列，160多個(gè)品種.產(chǎn)品科技含量高，生產(chǎn)工藝先進(jìn)，有多種機(jī)型為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，國(guó)際領(lǐng)先。

1 機(jī)器人應(yīng)用和發(fā)展前景綜述

研制機(jī)器人的最初目的是為了幫助人們擺脫繁重勞動(dòng)或簡(jiǎn)單的重復(fù)勞動(dòng)，以及替代人到有輻射等危險(xiǎn)環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)，因此機(jī)器人最早在汽車制造業(yè)和核工業(yè)領(lǐng)域得以應(yīng)用。隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域的焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配、鑄造等場(chǎng)合，己經(jīng)開(kāi)始大量使用機(jī)器人。另外在軍事、海洋探測(cè)、航天、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、林業(yè)甚到服務(wù)娛樂(lè)行業(yè)，也都開(kāi)始使用機(jī)器人。

2 國(guó)內(nèi)外機(jī)器人的主要應(yīng)用方面

從機(jī)器人的用途來(lái)分，可以分為兩大類：軍用機(jī)器人和民用機(jī)器人。

軍用機(jī)器人主要用于軍事上代替或輔助軍隊(duì)進(jìn)行作戰(zhàn)、偵察、探險(xiǎn)等工作。根據(jù)不同的作戰(zhàn)空間可分為地面軍用機(jī)器人、空中軍用機(jī)器人(即無(wú)人飛行機(jī))、水下軍用機(jī)器人和空間軍用機(jī)器人等。軍用機(jī)器人的控制方式一般有自主操控式、半自主操控式、遙控式等多種方式。

在民用機(jī)器人中，各種生產(chǎn)制造領(lǐng)域中的工業(yè)機(jī)器人在數(shù)量上占絕對(duì)多數(shù)，成為機(jī)器人家族中的主力軍；其它各種種類的機(jī)器人也開(kāi)始在不同的領(lǐng)域得到研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人是機(jī)器人中數(shù)量和種類最多的一種機(jī)器人，廣泛用于工業(yè)領(lǐng)域的各行各業(yè)。工業(yè)機(jī)器人一般由機(jī)械本體、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置等構(gòu)成，是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。工業(yè)機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。

機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)（機(jī)械本體）、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。

工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展, 出現(xiàn)了數(shù)控加工中心,它在減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí), 大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。但數(shù)控加工中常見(jiàn)的上下料工序, 通常仍采用人工操作或傳統(tǒng)繼電器控制的半自動(dòng)化裝置。前者費(fèi)時(shí)費(fèi)工、效率低; 后者因設(shè)計(jì)復(fù)雜, 需較多繼電器,接線繁雜, 易受車體振動(dòng)干擾,而存在可靠性差、故障多、維修困難等問(wèn)題?？删幊绦蚩刂破鱬lc控制的上下料機(jī)械手控制系統(tǒng)動(dòng)作簡(jiǎn)便、線路設(shè)計(jì)合理、具有較強(qiáng)的抗干擾能力, 保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,降低了維修率, 提高了工作效率。機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。

機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來(lái)搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。在工資水平較低的中國(guó)，塑料制品行業(yè)盡管仍屬于勞動(dòng)力密集型，機(jī)械手的使用已經(jīng)越來(lái)越普及。那些電子和汽車業(yè)的歐美跨國(guó)公司很早就在它們?cè)O(shè)在中國(guó)的工廠中引進(jìn)了自動(dòng)化生產(chǎn)。但現(xiàn)在的變化是那些分布在工業(yè)密集的華南、華東沿海地區(qū)的中國(guó)本土塑料加工廠也開(kāi)始對(duì)機(jī)械手表現(xiàn)出越來(lái)越濃厚的興趣，因?yàn)樗麄円鎸?duì)工人流失率高，以及交帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動(dòng)化程度的迅速提高，實(shí)現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、噴槍、板手等工具進(jìn)行加工、裝配等作業(yè)的自動(dòng)化，已愈來(lái)愈引起人們的重視，同時(shí)也要求供料機(jī)構(gòu)更加靈活、作為二十世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，自60年代初問(wèn)世以來(lái)，機(jī)器人在伴隨著科技飛速躍進(jìn)的幾十年的時(shí)間里，從理論設(shè)計(jì)到實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域也都有了長(zhǎng)足的發(fā)展，并逐步走向成熟的階段。機(jī)器人應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了定義：“機(jī)器人是一種具有自動(dòng)控制的操作和移動(dòng)功能，能完成各種作業(yè)的可編.

長(zhǎng)城汽車股份有限公司是一家大型股份制民營(yíng)企業(yè)，也是國(guó)內(nèi)規(guī)模最大、品種最多的皮卡專業(yè)廠。目前，公司下屬有“長(zhǎng)城華北汽車有限公司”、“保定市信誠(chéng)汽車發(fā)展有限公司”、“長(zhǎng)城內(nèi)燃機(jī)有限公司”、“長(zhǎng)城橋業(yè)有限公司”、“長(zhǎng)城汽車技術(shù)研究中心”等控股公司多家，。公司根據(jù)特殊行業(yè)的要求進(jìn)行“點(diǎn)菜式”生產(chǎn)，每年近萬(wàn)輛長(zhǎng)城皮卡被各地的質(zhì)量監(jiān)督、公安、政法、工商、公路、電訊等系統(tǒng)選為公務(wù)專用車。

老師為我們介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)造和原理，對(duì)它有了更深刻地認(rèn)識(shí)?，F(xiàn)在的汽車、摩托車等大都采用的是內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)是一種熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，它的特點(diǎn)是通過(guò)液體或氣體燃料在機(jī)器內(nèi)部燃燒產(chǎn)生熱能，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能提供給汽車，成為汽車前進(jìn)的動(dòng)力。就拿我們常見(jiàn)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，它是一種四沖程往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。

隨然在生產(chǎn)實(shí)習(xí)的時(shí)候曾有過(guò)與機(jī)械電子相關(guān)的工作經(jīng)驗(yàn)，但在接觸到所在單位的具體工作的時(shí)候，還是感覺(jué)自己缺乏許多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和社會(huì)知識(shí)。通過(guò)短短幾天時(shí)間的學(xué)習(xí)，使我慢慢體會(huì)到了“學(xué)無(wú)止境”的深刻道理。也找到了自身的許多缺點(diǎn)，比如上班遲到的問(wèn)題，閑著沒(méi)事做等，自己也已經(jīng)引起了注意，盡量避免在以后的無(wú)論是學(xué)習(xí)還是工作中出現(xiàn)。

第9篇：機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)范文

【關(guān)鍵詞】舞蹈機(jī)器人；AVR單片機(jī)；舵機(jī)

1.引言

機(jī)器人是作為現(xiàn)代高新技術(shù)的重要象征和發(fā)展結(jié)果，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)民生產(chǎn)的哥哥領(lǐng)域，并正在給人類傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式帶來(lái)革命性的變化，影響著人們生活的方方面面。機(jī)器人一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、檢測(cè)裝置和控制系統(tǒng)等組成[1]。現(xiàn)在，國(guó)際上對(duì)機(jī)器人的概念已經(jīng)逐步趨近一般，即機(jī)器人是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。聯(lián)合國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給機(jī)器人下的定義：“一種可編程和多功能的，用來(lái)搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)；或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動(dòng)作的專門系統(tǒng)。”

機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在二十一世界將成為和汽車、電腦并駕齊驅(qū)的主干產(chǎn)業(yè)。從龐大的工業(yè)機(jī)器人到微觀的納米機(jī)器人，從代表尖端技術(shù)的仿人型機(jī)器人到孩子們喜愛(ài)的寵物機(jī)器人，機(jī)器人正在日益走進(jìn)我們的生活，成為人類最親密的伙伴。機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化在全中國(guó)甚至全世界擁有一定得現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)和廣闊的市場(chǎng)前景。本次設(shè)計(jì)采用Atmega16L單片機(jī)作為雙足機(jī)器人控制單元的核心，具備自主決策和智能判斷的能力[2]。使用六個(gè)FutabaS3003舵機(jī)作為關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)和一個(gè)微機(jī)板作為舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制機(jī)器人完成各種動(dòng)作。該舞蹈機(jī)器人雙腿關(guān)節(jié)采用6個(gè)FutabaS3003舵機(jī)，能夠可靠地負(fù)載起手臂和身軀。微機(jī)板放在背部，用以充當(dāng)機(jī)器人的身軀，手臂安裝在微機(jī)板兩側(cè)；利用舵機(jī)調(diào)試程序?qū)ξ璧笝C(jī)器人的每個(gè)動(dòng)作進(jìn)行編排、采樣，最后將一個(gè)個(gè)動(dòng)作連貫起來(lái)編譯下載，在團(tuán)隊(duì)的共同努力下完成跳舞機(jī)器人。

2.機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì)

2.1 舞蹈機(jī)器人總體分析

要設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)一個(gè)舞蹈機(jī)器人，首先應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行總體分析和設(shè)計(jì)，確定舞蹈機(jī)器人的功能，基本結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)配置。舞蹈機(jī)器人的設(shè)計(jì)一般要經(jīng)過(guò)創(chuàng)意提出、整體論證、初步設(shè)計(jì)、組裝調(diào)試、最終定型等幾個(gè)大的步驟。其中最重要的當(dāng)數(shù)其中的機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，它關(guān)系到后面機(jī)器人的整體性能以及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

該雙足競(jìng)步機(jī)器人設(shè)計(jì)的目的是要實(shí)現(xiàn)擬人下肢多自由度得平穩(wěn)行走，在實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的前提下為降低設(shè)計(jì)的難度，我們按照目前世界上各研究機(jī)構(gòu)普通采用的下肢6個(gè)自由度的關(guān)節(jié)配置形式，來(lái)實(shí)現(xiàn)行走功能所必須的各關(guān)節(jié)自由度分布，具體自由度配置為單腿髖關(guān)節(jié)1個(gè)，膝關(guān)節(jié)1個(gè)，踝關(guān)節(jié)1個(gè)[3]。髖關(guān)節(jié)用于擺動(dòng)腿，實(shí)現(xiàn)邁步，并起到了輔助平衡作用。膝關(guān)節(jié)主要用來(lái)調(diào)節(jié)重心的高度，及改變擺動(dòng)腿的著地高度，使之與地形相適應(yīng)。踝關(guān)節(jié)用來(lái)和髖關(guān)節(jié)相配合實(shí)現(xiàn)支撐腿的移動(dòng)，以及調(diào)整與地面的接觸狀態(tài)。其結(jié)構(gòu)圖大致與下圖1相似。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)確定的自由度配置方案以及選用的舵機(jī)、微機(jī)板，設(shè)計(jì)機(jī)器人的零件。本著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、盡量采用通用零件、外形美觀等原則，對(duì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及外觀進(jìn)行優(yōu)化。

實(shí)現(xiàn)舞蹈機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的基本問(wèn)題是對(duì)機(jī)器人各關(guān)節(jié)位置、速度伺服控制和協(xié)調(diào)控制。如果把連桿以及關(guān)節(jié)想象為機(jī)器人的骨骼，那么驅(qū)動(dòng)器就起到肌肉的作用，它通過(guò)移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)連桿來(lái)改變機(jī)器人的構(gòu)型。驅(qū)動(dòng)器必須有足夠的功率對(duì)負(fù)載加速或者減速。同時(shí)，啟動(dòng)器本身要精確、靈敏、輕便、經(jīng)濟(jì)、使用方便可靠且易于維護(hù)[4]。

舵機(jī)是一種最早應(yīng)用在航模運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)力裝置，是一種微型伺服馬達(dá)，它的控制信號(hào)是一個(gè)寬度可調(diào)的方波脈沖信號(hào)，所以很方便和模擬系統(tǒng)進(jìn)行接口。只要能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的控制信號(hào)的模擬設(shè)備都可以用來(lái)控制舵機(jī)，比如PLC、單片機(jī)和DSP等。而且舵機(jī)體積緊湊、便于安裝、輸出力矩大、穩(wěn)定性、控制簡(jiǎn)單。根據(jù)所需的驅(qū)動(dòng)力矩要求和性價(jià)比方面的考慮，我們決定選用日本雙葉電子工業(yè)株式會(huì)社生產(chǎn)的大扭力齒輪舵機(jī)。該類型舵機(jī)價(jià)格適中且規(guī)格參數(shù)能夠滿足舞蹈機(jī)器人的各項(xiàng)性能要求。因此在綜合了開(kāi)銷，性能等一系列因素后我們選擇了FutabaS3003這款舵機(jī)。

3.控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

主板是以Atmega16L單片機(jī)微控制器為核心，包括電源模塊、USB下載模塊、ISP下載模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、外部晶振以及各種I/O接口。

本設(shè)計(jì)所選舵機(jī)為日本雙葉電子工業(yè)株式會(huì)社生產(chǎn)的FutabaS3003舵機(jī)，該類型舵機(jī)的扭力達(dá)到4.1公斤且為同軸雙端輸出銅合金齒輪舵機(jī)。價(jià)格適中且規(guī)格參數(shù)能夠滿足雙足機(jī)器人的各項(xiàng)性能要求[5]。并且可以進(jìn)行模擬位置鎖存，大大減少控制端的數(shù)據(jù)量，適合多級(jí)聯(lián)動(dòng)控制。裝有防撞減震軸承，減少磨損，并且密封。采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的PWM控制格式，便于移植到其他平臺(tái)使用。因此在綜合了開(kāi)銷，性能等一系列因素后我們選擇了FutabaS3003型舵機(jī)。舵機(jī)FutabaS3003實(shí)物圖2所示。

FutabaS3003舵機(jī)的轉(zhuǎn)角達(dá)到180度，由于采用8位CPU控制，所以控制精度最大為256份。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試和規(guī)劃，分了250份。將0-185分為250份，每份0.74度?？刂扑璧腜WM寬度為0.5ms～2.5ms，寬度2ms。舵機(jī)的控制信號(hào)是脈沖位置調(diào)制信號(hào)，周期一般為2ms，當(dāng)方波的脈沖寬度改變時(shí)，舵機(jī)轉(zhuǎn)軸的角度發(fā)生變化，角度變化與脈沖寬度的變化成正比。一般舵機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)角與輸入信號(hào)的脈沖寬度之間的關(guān)系可用下圖3所示。

4.控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)模型樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)調(diào)試，在硬件基礎(chǔ)上進(jìn)行了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)實(shí)際機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制理論研究，規(guī)劃了一套簡(jiǎn)便的調(diào)試方案以驗(yàn)證樣機(jī)設(shè)計(jì)的合理性，并進(jìn)行對(duì)預(yù)訂步態(tài)的相應(yīng)關(guān)節(jié)控制調(diào)試和可行性驗(yàn)證。

ATmega16是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1MIPS/MHz，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。

由于單片機(jī)功能的限制，復(fù)雜的動(dòng)作編制、舞蹈的設(shè)計(jì)不可能在單片機(jī)上進(jìn)行，而且對(duì)于人機(jī)交互等在單片機(jī)上不好實(shí)現(xiàn)。所有必須要有上位機(jī)的協(xié)助，通過(guò)上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)舞蹈動(dòng)作的編寫以及調(diào)試。如基本的前進(jìn)，后退，轉(zhuǎn)身，彎腰，搖頭等[6]。上位機(jī)還負(fù)責(zé)同下位機(jī)的交互，人機(jī)接口等。

舞蹈動(dòng)作設(shè)計(jì)得再完美，再漂亮，最終都要體現(xiàn)在機(jī)器人的行走上。運(yùn)動(dòng)控制主要有兩個(gè)方面的內(nèi)容，一方面是編寫完美的舞蹈動(dòng)作，另一方面就是如何精確實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)好的舞蹈動(dòng)作。也就是說(shuō)如何精確地控制電機(jī)/舵機(jī)，讓多個(gè)電機(jī)準(zhǔn)確快速，穩(wěn)定地到達(dá)指定的位置，并且實(shí)現(xiàn)24個(gè)電機(jī)的協(xié)調(diào)工作。

串行通信子程序主要用于處理單片機(jī)與上位機(jī)之間的通信，實(shí)現(xiàn)從上位機(jī)接收控制指令和動(dòng)作數(shù)據(jù)功能。單片機(jī)與上位機(jī)之間采用半雙工通信方式，但是主要還是采取數(shù)據(jù)的單向傳輸方式，即主要由上位機(jī)向單片機(jī)發(fā)送指令和數(shù)據(jù)，而單片機(jī)并不向上位機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)，僅僅是在二者通信之前向上位機(jī)發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，以確認(rèn)二者之間通信成功與否。因此，此處主要討論由上位機(jī)發(fā)送單片機(jī)接收的通訊方式。

5.舞蹈機(jī)器人設(shè)計(jì)總結(jié)

舞蹈機(jī)器人比賽是機(jī)器人比賽中具有很強(qiáng)觀賞性和趣味性的高技術(shù)對(duì)抗賽，舞蹈機(jī)器人的制作涉及機(jī)械、電子、自控.通訊、傳感，人工智能、機(jī)器人學(xué)、精密機(jī)構(gòu)和仿生材料等多個(gè)領(lǐng)域。

舞蹈機(jī)器人的制作一般要經(jīng)過(guò)創(chuàng)意提案、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、制作調(diào)試4個(gè)階段。我們?cè)谥谱鬟^(guò)程中，考慮具體情況，分步細(xì)化，按照流程來(lái)控制節(jié)點(diǎn)，達(dá)成目標(biāo)。

舞蹈機(jī)器人的動(dòng)作是表現(xiàn)在一定時(shí)間序列上的窒間位姿（位置和姿態(tài)）的集合。

舞蹈機(jī)器人動(dòng)作設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的方法一般是借鑒機(jī)械臂軌跡的控制方式，在不同的平臺(tái)和技術(shù)水平基礎(chǔ)上采用相應(yīng)的方法[7]。以下是我們?cè)谖璧笝C(jī)器人動(dòng)作設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究和應(yīng)用的3類方法：直觀估測(cè)法、動(dòng)作示教法、虛擬仿真法。這些方法是從不同的研究目的和舞蹈機(jī)器人動(dòng)作的控制要求出發(fā)的，虛擬仿真法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)舞蹈機(jī)器人動(dòng)作的精確控制。

6.結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一款結(jié)構(gòu)緊湊、外觀美觀的小型雙足機(jī)器人本體，機(jī)器人共10個(gè)自由度。它能自由行走，進(jìn)行舞蹈表演。此外本系統(tǒng)為雙足機(jī)器人的研究預(yù)留了足夠的擴(kuò)展空間，它能夠在本系統(tǒng)上模擬，研究其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為研究智能機(jī)器人，機(jī)器人學(xué)習(xí)、運(yùn)動(dòng)等提供了一個(gè)可靠的平臺(tái)。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，在機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上我們?cè)?jīng)遇到了很大的困難，好幾次的設(shè)計(jì)都由于不符合要求已經(jīng)被改的面目全非。好在全組成員團(tuán)結(jié)合作，最終解決了機(jī)械結(jié)構(gòu)的問(wèn)題。在使用ATmega16L的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們也充分體會(huì)到了這款單片機(jī)的性能優(yōu)越性和便利性，其單芯片設(shè)計(jì)方案對(duì)提高產(chǎn)品集成，降低系統(tǒng)成本有很大的幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]漢中，馮雪梅.人形機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀[J].機(jī)械工程師，2006，19（4）：133-134.

[2]張效祖.工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng)，2004（5）：33-36.

[3]蔡自興.21世紀(jì)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[J].南京化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，22（4）：73-76.

[4]畢勝.國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀[J].機(jī)械工程師，2008（7）：5-8.

[5]陳秀珍，潘拓.21世紀(jì)初機(jī)器人技術(shù)的走向[J].中國(guó)設(shè)備工程，2007（11）：30-32.

[6]宋建國(guó).AVR單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998.

[7]付麗，劉衛(wèi)國(guó)，伊強(qiáng).單片機(jī)控制的多路舵機(jī)用PWM波產(chǎn)生方法[J].驅(qū)動(dòng)控制，2006，2：28-33.

[8]徐玉，韓波，李平.基于AVR的舵機(jī)控制器設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2004（11）：38-40.

作者簡(jiǎn)介：