購買設(shè)計(jì)文檔后加 Q 5 9 9 1 9 6 0 9 免費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 輪足復(fù)合式機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 系 別： 機(jī)械工程系 指導(dǎo)教師： 師 教授 二一五年三月 購買設(shè)計(jì)文檔后加 Q 5 9 9 1 9 6 0 9 免費(fèi)領(lǐng)取圖紙 i 摘 要 輪足復(fù)合式機(jī)器人是高科技產(chǎn)品的典型，是人們設(shè)置指定的程序通過中控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人橫移、越障或爬坡，跨溝、轉(zhuǎn)彎等多種功能的高科技智能化產(chǎn)品。它可代替人類在某些領(lǐng)域力所不能及的地方實(shí)現(xiàn)特定的任務(wù)和功能，能在有害環(huán)境下代替人類工作，偵查，排險(xiǎn)等，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造 、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 本文主要進(jìn)行了輪足復(fù)合式機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。輪足復(fù)合式機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)由直流電機(jī)、編碼器和短臂、長臂、輪子等部分組成，可按預(yù)定程序運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)橫移、越障、爬坡、跨溝、轉(zhuǎn)彎等功能?？刂葡到y(tǒng)部分的設(shè)計(jì)主要是選擇合適的 計(jì)合理的 過中控系統(tǒng)調(diào)節(jié)各個(gè)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速來使輪足復(fù)合式機(jī)器人實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，爬坡，拐彎，越障等功能。 關(guān)鍵詞： 輪足復(fù)合式機(jī)器人；智能化；控制系統(tǒng)；越障 購買設(shè)計(jì)文檔后加 Q 5 9 9 1 9 6 0 9 免費(fèi)領(lǐng)取圖紙 is a to do to a to or It in to in to in is of of it to on of of is to a by of to it of in of 購買設(shè)計(jì)文檔后加 Q 5 9 9 1 9 6 0 9 免費(fèi)領(lǐng)取圖紙 錄 摘 要 . i . 錄 . 緒論 . 1 題的來源與研究的目的和意義 . 2 輪足式復(fù)合機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 . 4 足式復(fù)合機(jī)器人的結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀 . 5 足式復(fù)合機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 . 7 課題研究的內(nèi)容 . 9 2 輪足復(fù)合式機(jī)器人總體方案結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 12 足復(fù)合式機(jī)器人的總體方案圖 . 12 足的布置形式 . 14 足的結(jié)構(gòu)方案 . 14 障機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 14 足的布置形式 . 14 障機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 14 3 驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) . 18 輪電機(jī)的選型計(jì)算 . 20 合器的選型計(jì)算 . 20 承的選型計(jì)算 . 20 鍵的選型計(jì)算 . 20 4 輪足復(fù)合式機(jī)器人的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 21 計(jì)基礎(chǔ) . 21 圖繪制 . 準(zhǔn)特征，參考幾何體的創(chuàng)建 . 伸、旋轉(zhuǎn)、掃描和放樣特征建 . 22 購買設(shè)計(jì)文檔后加 Q 5 9 9 1 9 6 0 9 免費(fèi)領(lǐng)取圖紙 工程圖的設(shè)計(jì) . 配設(shè)計(jì) . 22 子電機(jī)的三維建模 . 22 足組件的三維建模 . 23 臂的三維建模 . 24 足復(fù)合式機(jī)器人的三維建模 . 24 維軟件設(shè)計(jì)總結(jié) . 25 結(jié)論 . 219 致 謝 . 26 參考文獻(xiàn) . 27 附錄 一 . 32 附錄 二 . 36 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒論 隨著人類探索自然界步伐的不斷加速，各應(yīng)用領(lǐng)域?qū)哂袕?fù)雜環(huán)境自主移動(dòng)能力機(jī)器人的需求，日趨廣泛而深入。理論上，輪足復(fù)合式機(jī)器人具有比輪式機(jī)器人更加卓越的應(yīng)對復(fù)雜地形的能力，因而被給予了巨大的關(guān)注，但到目前為止，由于自適應(yīng)步行控制算法匱乏等原因，輪足式移動(dòng)方式在許多實(shí) 際應(yīng)用中還無法付諸實(shí)踐。另一方面，作為地球上最成功的運(yùn)動(dòng)生物，多足昆蟲則以其復(fù)雜精妙的肢體結(jié)構(gòu)和簡易靈巧的運(yùn)動(dòng)控制策略，輕易地穿越了各種復(fù)雜的自然地形，甚至能在光滑的表面上倒立行走。因此，將多足昆蟲的行為學(xué)研究成果，融入到輪足復(fù)合式機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制中，開發(fā)具有卓越移動(dòng)能力的輪足復(fù)合式機(jī)器人，對于輪足復(fù)合式機(jī)器人技術(shù)的研究與應(yīng)用具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 輪足復(fù)合式機(jī)器人地形適應(yīng)能力強(qiáng)，具有冗余肢體，可以在失去若干肢體的情況下繼續(xù)執(zhí)行一定的工作，適合擔(dān)當(dāng)野外偵查、水下搜尋以及太空探測等對自主性、可靠性要 求比較高的工作。 題的來源與研究的目的和意義 目前，用于在人類不宜、不便或不能進(jìn)入的地域進(jìn)行獨(dú)立探測的機(jī)器人主要分兩種，一種是由輪子驅(qū)動(dòng)的輪行機(jī)器人，另一種是基于仿生學(xué)的步行機(jī)器人。輪行機(jī)器人的不足之處在于對于未知的復(fù)雜自然地形，其適應(yīng)能力很差，而步行機(jī)器人可以在復(fù)雜的自然地形中較為容易的完成探測任務(wù)。因此 輪足式復(fù)合機(jī)器人 有廣闊的應(yīng)用前景，如軍事偵察、礦山開采、核能工業(yè)、星球探測、消防及營救、建筑業(yè)等領(lǐng)域。在步行機(jī)器人中，多足機(jī)器人是最容易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定行走的。在眾多機(jī)器人中，模仿昆蟲以及其他節(jié)肢動(dòng)物們的肢體結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)控制策略而創(chuàng)造出的 輪足復(fù)合式機(jī)器人 是極具代表性的一種。 輪足復(fù)合式機(jī)器人 與兩足和輪足復(fù)合式機(jī)器人相比，具有控制結(jié)構(gòu)相對簡單、行走平穩(wěn)、肢體冗余等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使 輪足復(fù)合式機(jī)器人 更能勝任野外偵查、水下搜尋以及太空探測等對獨(dú)立性、可靠性要求比較高的工作。國內(nèi)外對 輪足復(fù)合式機(jī)器人 進(jìn)行了廣泛的研究，現(xiàn)在已有 70 多種 輪足復(fù)合北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 式機(jī)器人 問世，由于 輪足復(fù)合式機(jī)器人 多工作在非結(jié)構(gòu)化、不確定的環(huán)境內(nèi)，人們希望其控制系統(tǒng)更加靈活，并且具有更大的自主性。同時(shí)輪足復(fù)合式機(jī)器人肢體較多，運(yùn)動(dòng)過程中需要實(shí)現(xiàn)各肢體之間的協(xié)調(diào) 工作，如何方便可靠的實(shí)現(xiàn)這種協(xié)調(diào)，也是輪足復(fù)合式機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。輪足復(fù)合式機(jī)器人是一種能夠通過內(nèi)、外傳感器反饋信息感知環(huán)境及自身狀態(tài) , 實(shí)現(xiàn)在有障礙物的環(huán)境中自主運(yùn)動(dòng) , 從而完成一定功能或任務(wù)的機(jī)器人系統(tǒng)。目前已廣泛運(yùn)用于野外考察、地震救災(zāi)、環(huán)境檢測、娛樂生活等諸多行業(yè)，在安全、軍事、生活以及科學(xué)研究中扮演著越來越重要角色。其中輪足式機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，具有移動(dòng)速度快、轉(zhuǎn)向性能好、行走效率高等特點(diǎn)。但同時(shí)適應(yīng)地形 和避障的能力差。輪足式機(jī)器人對地形的適應(yīng)能力較好，可以跨越障礙物、臺(tái)階等， 但運(yùn)動(dòng)間歇大，速度慢。 隨著輪足復(fù)合式機(jī)器人的不斷開發(fā)和應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，未來會(huì)在更多復(fù)雜且未知的環(huán)境中工作。僅僅依靠輪式或者足式的機(jī)器人已無法完全適應(yīng)工作環(huán)境的復(fù)雜性和多樣性了。為了配合對輪、足式機(jī)器人性能要求的逐漸提高，相繼問世了許多復(fù)合式的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中輪足式復(fù)合式機(jī)器人就融合了輪式足式機(jī)器人的特點(diǎn)。既可以保證在平坦地面的移動(dòng)效率又具有了良好的跨越障礙的能力。但當(dāng)輪足復(fù)合式機(jī)器人采用足式的方式行走時(shí)目前在技術(shù)上還存在許多困難，然而在自然界中存在的多足昆蟲則可以通過它們長期進(jìn)化得到的復(fù)雜且精妙的肢體結(jié)構(gòu)和 靈活的的運(yùn)動(dòng)方式，容易地通過了各種復(fù)雜的自然地形，甚至能在光滑的表面上倒立行走。因此，將多足昆蟲的行為學(xué)研究成果，融入到移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制中，開發(fā)具有卓越移動(dòng)能力的輪足式復(fù)合式機(jī)器人，對于足式復(fù)合式機(jī)器人技術(shù)的研究與應(yīng)用都具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 輪足式復(fù)合機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 足式復(fù)合機(jī)器人的結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀 20 世紀(jì) 60 年代，輪足復(fù)合式機(jī)器人的研究工作開始起步。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)器人控制技術(shù)的研究和應(yīng)用，到了 20 世紀(jì) 80 年代，現(xiàn)代輪足復(fù)合式機(jī)器人的研制工作進(jìn)入了廣泛開展的階 段。世界上第一臺(tái)真正意義的輪足復(fù)合式機(jī)器人是由 1977 年制作的該機(jī)器人具有較好的北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 步態(tài)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，但其缺點(diǎn)是，該機(jī)器人的關(guān)節(jié)是由邏輯電路組成的狀態(tài)機(jī)控制的，因此機(jī)器人的行為受到限制，只能呈現(xiàn)固定的運(yùn)動(dòng)形式。 20 世紀(jì)80、 90 年代最具代表性的輪足復(fù)合式機(jī)器人是日本 驗(yàn)室研制 列。 1981 1984 年 授研制成功腳部裝有傳感和信號(hào)處理系統(tǒng)的 的腳底部由形狀記憶合金組成，可自動(dòng)檢測與地面接觸的狀態(tài)。姿態(tài)傳感器和姿態(tài)控制系統(tǒng)根 據(jù)傳感信息做出的控制決策，實(shí)現(xiàn)在不平整地面的自適應(yīng)靜態(tài)步行 器人采用新型的直動(dòng)型腿機(jī)構(gòu)，避免了上樓梯過程中各腿間的干涉，并采用兩級變速驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，對腿的支撐相和擺動(dòng)相分別進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。國內(nèi)四足機(jī)器人研制工作從世紀(jì)年代起步，取得一定成果的研究機(jī)構(gòu)有上海交通大學(xué)、清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等。上海交通大學(xué)機(jī)器人研究所于年開展了系列仿壁虎式輪足復(fù)合式機(jī)器人的研究。年該研究所研制成功了 ，如圖 1 所示。該機(jī)器人采用開式鏈腿機(jī)構(gòu)，每條腿有個(gè)自由度，具有結(jié)構(gòu)簡單、 外形靈巧、體積小、重量輕等特點(diǎn)。它采用力和位置混合控制，腳底裝有測力傳感器，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊算法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對角線動(dòng)態(tài)行走。但其步行速度較慢，極限步速僅為 ；另外，其負(fù)重能力有限，故在實(shí)際作業(yè)時(shí)實(shí)用性較差。清華大學(xué)所研制的一款輪足復(fù)合式機(jī)器人，如圖 2 所示。它采用開環(huán)關(guān)節(jié)連桿機(jī)構(gòu)作為步行機(jī)構(gòu)，通過模擬動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)機(jī)理，實(shí)現(xiàn)比較穩(wěn)定的節(jié)律運(yùn)動(dòng)，可以自主應(yīng)付復(fù)雜的地形條件，完成上下坡行走、越障等功能。不足之處是腿運(yùn)動(dòng)時(shí)的協(xié)調(diào)控制比較復(fù)雜，而且承載能力較小。 綜上所述，美國、日本的研究最具 代表性，其技術(shù)水平已經(jīng)較為先進(jìn)，實(shí)用化程度也在逐步提高。國內(nèi)四足步行機(jī)器的研究起步比較晚，在上個(gè)世紀(jì)年代以后才逐步有了成果，但研究水平據(jù)世界先進(jìn)水平還有差距。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 圖一 圖二 足式復(fù)合機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中 ,各國都在盡力追求“零死亡” ,在達(dá)到預(yù)期的軍事目的情況下 ,要求傷亡率降到最低。在這種軍事需求的牽引下 ,無人部隊(duì) ,包括無人飛機(jī)、無人地面武器 搭載平臺(tái)等將成為未來戰(zhàn)爭中的一支重要的力量。本文結(jié)合實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目“輪腿復(fù)合式機(jī)器人” ,初步完成了以下的研究工作 : 首先完成了輪腿復(fù)合式機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝以及調(diào)試工作。該機(jī)器人采用六套輪腿機(jī)構(gòu) ,每套輪腿機(jī)構(gòu)分別由擺腿電機(jī)和行走電機(jī)控制機(jī)器人擺北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 腿和車輪的運(yùn)動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)分為嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制器。嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人平面運(yùn)動(dòng)及越障算法 ,生成電機(jī)運(yùn)動(dòng)指令 ,如速度、位置等信息 ;運(yùn)動(dòng)控制器完成電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制 ,包括速度 位置 ,二者采用 線通信。 其次完成了輪腿復(fù)合式機(jī)器人運(yùn)動(dòng) 學(xué)建模及分析。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分為兩部分 :平面行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)和空間位姿運(yùn)動(dòng)學(xué)。平面行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)中 ,建立了機(jī)器人差速轉(zhuǎn)向的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 ,設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)軌跡分析機(jī)器人車輪的速度分布。空間位姿運(yùn)動(dòng)學(xué)中 ,建立了機(jī)器人通用的空間運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 ,并且針對機(jī)器人在越障過程中會(huì)出現(xiàn)的特殊姿態(tài) ,簡化了通用的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 ,得到不同的特殊姿態(tài)下的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 ,為機(jī)器人的越障穩(wěn)定性控制提供了依據(jù)。 再次完成了輪腿復(fù)合式機(jī)器人針對典型障礙的越障分析。針對垂直障礙、壕溝障礙、斜坡障礙三種典型障礙 ,分析了機(jī)器人的越障能力 ,規(guī)劃了機(jī)器人的 越障動(dòng)作 ,提出了綜合考慮越障裕度、越障安全及越障穩(wěn)定性的優(yōu)化方法 ,對機(jī)器人的越障姿態(tài)進(jìn)行數(shù)值優(yōu)化。在 對所規(guī)劃的機(jī)器人越障動(dòng)作進(jìn)行虛擬仿真 ,驗(yàn)證了所規(guī)劃越障動(dòng)作的正確性。 最后 ,編制了控制機(jī)器人的人機(jī)交互界面 ,完成了機(jī)器人平面行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)及越障實(shí)驗(yàn) ,驗(yàn)證了本文提出的機(jī)器人控制理論的正確性。 課題研究的內(nèi)容 本論文主要研究運(yùn)用 輪足復(fù)合式機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，了解輪足復(fù)合式機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特征和三維軟件的使用要領(lǐng)。 本文的設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種輪足式復(fù)合機(jī)器人。該機(jī)器人結(jié) 合了輪式機(jī)器人和足式機(jī)器人的具多優(yōu)點(diǎn)，能夠在不同的底面實(shí)現(xiàn)考察，檢測等等功用。其研究內(nèi)容包括： （ 1）功能分析與方案設(shè)計(jì)； （ 2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維造型； （ 3）運(yùn)動(dòng)仿真； （ 4）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 2 輪足復(fù)合式機(jī)器人總體方案結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 足復(fù)合式機(jī)器人的總體方案圖 本次設(shè)計(jì)的輪足復(fù)合式機(jī)器人采取的方案是：采用鑄鐵剛度好的鑄鐵機(jī)架作為主體，通過車輪電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的移動(dòng)，通過程序控制各個(gè)車輪電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎，通過渦輪裝置實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自鎖從而控制機(jī)器人的輪足的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的越障跨溝等等功能，總之，輪足復(fù)合式機(jī)器人是人們設(shè)置指定的程序通過中控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人橫移、越障或爬坡，跨溝、轉(zhuǎn)彎等多種功能。具體方案布局圖如下： 輪足的布置形式 本次設(shè)計(jì)，是講 6個(gè)輪子分成三組，每一組輪子具有相同的運(yùn)動(dòng)軌跡，分別為前排輪、中排輪、后排輪，其具體的布置結(jié)構(gòu)簡圖如下： 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 足的結(jié)構(gòu)方案 輪足是機(jī)器人的核心部件輪足的擺動(dòng)是通過機(jī)架立面的電機(jī)實(shí)現(xiàn)，而輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)是通過外側(cè)的直流電機(jī)實(shí) 現(xiàn)的，輪足復(fù)合式機(jī)器人就是通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及相關(guān)的制動(dòng)器、離合器的配合來實(shí)現(xiàn)跨溝，轉(zhuǎn)彎，越障等等功能。其具體結(jié)構(gòu)圖如下： 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 障機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 為了使機(jī)器人能夠順利地跨越一定寬度的障礙物，應(yīng)該將輪足的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可以越障的結(jié)構(gòu)。考慮到四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)較為簡單，在這里我們選擇四連桿機(jī)構(gòu)（圖 1）作為輪足復(fù)合式機(jī)器人的越障機(jī)構(gòu)，最主要的一點(diǎn)就是平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)更容易控制機(jī)構(gòu)的角速度，這對于機(jī)器人的整個(gè)的控制來說是最大的優(yōu)點(diǎn)。 設(shè)計(jì)平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，將每一組輪足設(shè)計(jì)成長臂和短臂連接。并且長臂和短臂在同一平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，其平面在車身的側(cè)面，該機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)自由度。由于機(jī)構(gòu)具有自鎖的特點(diǎn)，所以當(dāng)機(jī)器人越障時(shí)，只需要控制電機(jī)的轉(zhuǎn)停和速度既可，而當(dāng)機(jī)器人需要移動(dòng)時(shí)，控制輪足的電機(jī)不讓它轉(zhuǎn)動(dòng)而車輪電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)就行了。輪足復(fù)合機(jī)器人越障示意圖如圖 2所示。 圖 1 平行四邊形連桿機(jī)構(gòu) 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 2 越障示意圖 3 驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 輪電機(jī)的選型計(jì)算 已知整個(gè)輪足復(fù)合式機(jī)器人的總 重量 150他重量 50們?nèi)】傊亓繛?200動(dòng)速度為 12r/： m m m g = 2 0 0 × 1 0 = 2 0 0 0 1 - 2 m / m i n = 1 6 . 6 - 3 3 . 3 / 具體的電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算如下 : 1、確定運(yùn)行時(shí)間 本次設(shè)計(jì)加速時(shí)間 01(t 60 m/ 有速度可知每秒上升 50 . 0 3 31 . 2 = 1 . 23 6 0 電 機(jī) 文） 10 2 4 0 0 / m i 0 0 5電 機(jī) 0 . 3 1 0 2 0 0 0 . 0 0 5 1 . 7 3 0 . 9 N m 式中： 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 12 ( ) 2 6 3 6 . 9 ( 0 . 0 0 0 3 2 ) 1 . 2 5 6 0 1 . 2 J M J L J 必須轉(zhuǎn)矩 2 . 3 6 . T M T L T S S N m 里取 根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)，我們選用電機(jī)型號(hào)為 160無電機(jī)廠家為機(jī)電產(chǎn)品。根據(jù)電機(jī)的特性曲線以及參數(shù)表如下： 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 根據(jù)計(jì)算和特性曲線以及電機(jī)基本參數(shù)表，我們選用電機(jī)型號(hào)為160機(jī)額定功率為 定轉(zhuǎn)矩 為 額定轉(zhuǎn)速為 3000r/機(jī)大致圖如下： 外形尺寸 130機(jī)輸出軸徑為 25 合器的選型計(jì)算 離合器借助通入磁軛內(nèi)勵(lì)磁線圈中的電流產(chǎn)生磁力吸引銜鐵，從而使與磁軛北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 和銜鐵相連的兩上牙形齒爪接合傳遞轉(zhuǎn)矩。牙嵌式 電磁離合器 可分為線圈旋轉(zhuǎn)（有滑環(huán)式）和線圈靜止（無滑環(huán)式）兩種，前一種的勵(lì)磁線圈回轉(zhuǎn)，電流經(jīng)滑環(huán)引入，后一種勵(lì)磁線圈靜止，電流直接通入線圈。為了使離、合容易，一般采用三角形牙或梯形牙。如下圖所示為線圈旋轉(zhuǎn)牙嵌式 電磁離合器 ，圖上部為接合狀態(tài)，下部為分離狀態(tài)。主動(dòng)齒輪 1安裝在軸 9 的 滾動(dòng)軸承 上，銜鐵 3和磁軛 8的相對端面上有三角形齒，勵(lì)磁線圈 6置于磁軛內(nèi)。件 2、 3間的內(nèi)嚙合齒輪副有導(dǎo)向和傳扭的雙重作用。線圈通電建立磁場后磁軛將銜鐵吸住，端面齒嚙合，動(dòng)力由齒輪 1經(jīng)齒圈 2傳給已接合的銜鐵和磁軛，由軸 9輸出。離合器斷電時(shí)， 壓縮彈簧 7使銜鐵復(fù)位，兩半離合器牙分開，隔 磁環(huán) 4的作用是使磁力線構(gòu)成回路，減少磁損失，提高接合力。 承的選型計(jì)算 根據(jù)根據(jù)條件，軸承預(yù)計(jì)壽命 16× 365× 8=48720小時(shí)； (1）已知 n =軸承徑向反力： 初先兩軸承為深溝球軸承 6204型。 根據(jù)課本 11軸承內(nèi)部軸向力 (2) a= 故任意取一端為壓緊端，現(xiàn)取 1端為壓緊端 (3)計(jì)算當(dāng)量載荷 263表（ 11 f P=據(jù)課本 11得 P1=fP(1× )= P2=fp(1× )= (4)軸承壽命計(jì)算 2故取 P= 深溝球軸承 =3； 的選型計(jì)算 鍵聯(lián)結(jié)是通過鍵實(shí)現(xiàn)軸和軸上零件的周向固定以傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。其中有類型也可以實(shí)現(xiàn)軸向固定和傳遞軸向力，有些類型并能實(shí)現(xiàn)軸向動(dòng)聯(lián)結(jié)，于在圓錐北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 篩的軸上主要通過鍵來實(shí)現(xiàn)傳遞轉(zhuǎn)矩和軸向固定所以，只需選用常見的普通平鍵，鍵的類型可根據(jù)使用要求、工作條件和聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選定，鍵 的長度根據(jù)軸轂的長度從標(biāo)準(zhǔn)中選取，鍵的 b× 軸和輪子的聯(lián)結(jié)， d=30參考資料 21095用 105， 4 輪足復(fù)合式機(jī)器人的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 計(jì)基礎(chǔ) 熟悉 工作環(huán)境；了解 握在 存、導(dǎo)入等基本操作，掌握三維建模流程。 掌握點(diǎn)、直線、矩形、弧度圓等基本圖形的繪制方法；掌握樣條、文字等 高級幾何圖形的繪制方法；理解集合約束的概念并在草圖繪制中熟練應(yīng)用幾何約束；熟練應(yīng)用陣列、實(shí)體轉(zhuǎn)換等草圖繪制工具；能綜合應(yīng)用各種草圖繪制實(shí)體和利用草圖繪制工具完成草圖繪。 準(zhǔn)特征 清楚明白基于特征的建模方式、參數(shù)化思想等概念；靈活運(yùn)用各種建立基準(zhǔn)點(diǎn)的方法；靈活運(yùn)用各種建立基準(zhǔn)軸方法；靈活運(yùn)用各種建立基準(zhǔn)面的方法；靈活運(yùn)用坐標(biāo)系的建立方法；能根據(jù)建模需要綜合應(yīng)用各種參考幾何體。 轉(zhuǎn)、掃描和放樣特征建模 靈活運(yùn)用拉伸特征的概念與建立方法；靈活運(yùn)用旋轉(zhuǎn)特征的概念與建 立方法；北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 掌握掃描特征的概念與建立方法；靈活運(yùn)用放樣特征的概念與建立方法；通過實(shí)踐能夠準(zhǔn)確分析零件的特征，靈活運(yùn)用拉伸和旋轉(zhuǎn)也正建立三維模型。綜合應(yīng)用掃描、放樣、彎曲、鏡向、陣列等特征建立各種實(shí)體。 靈活運(yùn)用用戶自定義工程圖格式文件的方法；靈活運(yùn)用建立標(biāo)準(zhǔn)三視圖，剖視圖，斷面圖，局部圖，輔助視圖等方法；靈活運(yùn)用各種注釋的方法。 靈活運(yùn)用自底向上的裝配方法；靈活運(yùn)用生成裝配體爆炸圖的方法；靈活運(yùn)用 活運(yùn)用裝配體零部件的狀態(tài)和屬性控制，并 能夠在裝配體中設(shè)計(jì)子裝配體；靈活運(yùn)用干涉檢查；靈活運(yùn)用自上向下的裝配方法；靈活運(yùn)用在裝配模型工程圖中添加零件序號(hào)；靈活運(yùn)用生成裝配體材料明細(xì)表的方法。 子電機(jī)的三維建模 足組件的三維建模 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 臂的三維建模 足復(fù)合式機(jī)器人的三維建模 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 維軟件設(shè)計(jì)總結(jié) 通過此次設(shè)計(jì)，又一次提升了運(yùn)用三維軟件的水平，并吸收了不少經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)為一下幾點(diǎn)。 （ 1） 有零件圖紙作圖與空想設(shè)計(jì)作圖不同，零件尺寸已經(jīng)給出，作圖時(shí)先不考慮尺寸是否真的合適，根據(jù)尺寸作出零件的三維圖，但到裝配時(shí)必須要考慮尺寸是否合適，由于 紙效果不好，導(dǎo)致尺寸會(huì)有出錯(cuò)，甚至有出現(xiàn)欠定義尺寸，所以，此時(shí)必須通過配合后在衡量尺寸，再進(jìn)行修改，直到滿足配合要求。 （ 2） 工具集的確方便了作圖，通過選擇零件類型，輸入數(shù)據(jù)，就能生成出標(biāo)準(zhǔn)零件，但有時(shí)需要用到的零件在工具集上也未必能找到，所以此時(shí)要隨機(jī)應(yīng)變，運(yùn)用其他零件代替并通過修改或添加零件使其滿足要求。 （ 3） 作三維圖時(shí)要靈活變通，解決問題的方法總比問題多，當(dāng)一種方法不能正常作圖時(shí)，試試另一種方法，這不但能完成零件制作，同時(shí)也可以培養(yǎng)北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 出更好的作圖思路，和打破規(guī)矩的新想法。 （ 4） 規(guī) 則的零件，要學(xué)會(huì)使用一些能夠節(jié)省時(shí)間的命令，如鏡向，陣列等，“能省則省”。 （ 5） 關(guān)于裝配，曾經(jīng)帶給我很大的阻礙，花了很多時(shí)間才弄清原因所在。在一可活動(dòng)子裝配體上，即使活動(dòng)范圍會(huì)產(chǎn)生干涉，也不能對其設(shè)定活動(dòng)范圍，如高級配合里的距離范圍，和角度范圍，即使在該活動(dòng)范圍并不影響父配體，也不可設(shè)定。因?yàn)橐坏┰O(shè)定范圍后，在父裝配體上會(huì)將子裝配體視為完全定義的模型，這樣會(huì)對子裝配體之間的配合產(chǎn)生矛盾，將不能完成裝配。 看懂圖是作圖的首要任務(wù)，看圖就是了解零件的工具，沒有工具則無法制出 零件，所以畫圖不能急于 下筆，想透了零件的結(jié)構(gòu)，想透圖中的虛實(shí)線，這才是高效作圖的重中之重。 進(jìn)行零件建模前，一般應(yīng)進(jìn)行深入的特征分析，搞清零件是由那幾個(gè)特征組成，明確各個(gè)特征的形狀，他們之間的相對位置和表面連接關(guān)系，然后按照特征的主次關(guān)系，按一定的順序進(jìn)行建模。一個(gè)復(fù)雜的零件，可能是許多個(gè)簡單特征經(jīng)過相互之間的疊加、切除或相交組成。所以零件建模時(shí)，特征的生成順序十分重要，不同的建模過程雖然可以構(gòu)造出同樣的實(shí)體零件，但其造型過程及實(shí)體的構(gòu)型結(jié)構(gòu)卻直接影響到實(shí)體模型的穩(wěn)定性、可修改性、可理解性及實(shí)體模型的應(yīng)用。 尤其在二維圖紙 上，我們能看到的只是零件的平面圖，而內(nèi)部特征則以虛線給予表示，另外還有零件的相貫線，這表示了各個(gè)特征相交時(shí)出現(xiàn)線段。在零件的草圖繪制過程中，必須要選好第一個(gè)草繪平面，這很關(guān)鍵，這個(gè)平面決定了往后建模的所用到的命令，簡單的說，一個(gè)圓柱可以作一個(gè)圓形然后拉伸，也可以作一個(gè)長方體旋轉(zhuǎn)，雖然他們的結(jié)果都一樣，但所用的草繪平面和命令就截然不同。如果我們要的是一條軸，那我們就應(yīng)該選擇第二種方法為好了。 由于此設(shè)計(jì)的零件都是比較規(guī)則的零件，所用到的命令大部分是拉伸命令和旋轉(zhuǎn)命令，而且很多零件都是擁有對稱關(guān)系，所以為了節(jié)省 時(shí)間，提高效率，經(jīng)常會(huì)用到鏡向特征命令。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 一張完整的工程圖應(yīng)具備以下 4 方面的內(nèi)容。 （ 1） 一組視圖：用一組視圖（其中包括視圖、剖視圖、斷面圖、局部放大圖）正確、完整、清晰地表達(dá)零件各部分的結(jié)構(gòu)形狀。 （ 2） 尺寸：確定零件各部分形狀的大小和位置 （ 3） 技術(shù)要求：表明零件在制造和檢驗(yàn)是應(yīng)達(dá)到的一些要求，如表面粗糙度、尺寸公差、形位公差、材料熱處理方式和指標(biāo)等。 （ 4） 標(biāo)題欄：注明零件名稱、材料、數(shù)量、圖樣比例以及圖號(hào)等內(nèi)容。 單擊【新建文件】圖標(biāo)，系統(tǒng)顯示新建 件對話框，雙擊該對話框中得裝配體選項(xiàng)，即可進(jìn)入裝 配體工作模式。 調(diào)入第一個(gè)零件模型并放置在裝配體的原點(diǎn)處，即零件原點(diǎn)與裝配體原點(diǎn)重合。 調(diào)入一個(gè)與第一個(gè)零件模型有裝配關(guān)系的零件模型。分析兩個(gè)零件之間的裝配約束關(guān)系，然后選取相應(yīng)的約束選項(xiàng)進(jìn)行零件操作。 調(diào)入其他與已裝配零件有裝配關(guān)系的零件模型并進(jìn)行裝配。 全部零件裝配完畢后，將裝配體模型存盤。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 結(jié)論 在最近的一段時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們充分把握的設(shè)計(jì)方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識(shí)，而且還獲得新的經(jīng)驗(yàn)與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，會(huì)遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能 給予及時(shí)的指導(dǎo)，確保設(shè)計(jì)進(jìn)度，本文所設(shè)計(jì)的是輪足復(fù)合式機(jī)器人的設(shè)計(jì)，通過初期的定稿，查資料和開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識(shí)的重要性，從而讓我更加深刻地體會(huì)到做一門學(xué)問不易，需要不斷鉆研，不斷進(jìn)取才可要做的好，總之，本設(shè)計(jì)完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最感謝幫助過我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 致 謝 在論文完成之際，我首先向我的導(dǎo)師致以衷心的感謝和崇高的敬意！在這期間，導(dǎo)師在學(xué)業(yè)上嚴(yán)格要求，精心指導(dǎo)，在生活上給了我無微不至的關(guān)懷，給了我人生的啟迪，使我在順利的 完成學(xué)業(yè)階段的學(xué)業(yè)的同時(shí)，也學(xué)到了很多做人的道理，明確了人生目標(biāo)。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，淵博的學(xué)識(shí)，實(shí)事求是的作風(fēng)，平易近人、寬以待人和豁達(dá)的胸懷，深深感染著我，使我深受啟發(fā)，必將終生受益。 經(jīng)過近半年努力的設(shè)計(jì)與計(jì)算，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動(dòng)。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因?yàn)樗俏矣眯?、用汗水成就的，也是我在大學(xué)四年來對所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用和體現(xiàn)。 四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的能力，更重要的是從周圍的老師和同學(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多。在 此，向他們表示深深的謝意與美好的祝愿。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 參考文獻(xiàn) 1張福學(xué)編著 北京：電子工業(yè)出版社， 2000。 2何發(fā)昌著，邵遠(yuǎn)編著 北京：高等教育出版社， 1996。 3宋學(xué)義著 . 輪足復(fù)合式機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 4陳奎生著 . 氣與氣壓傳動(dòng) . 武漢：武漢理工大學(xué)出版社， 5國）有限公司 . 輪足復(fù)合式機(jī)器人實(shí)用技術(shù) . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，6徐文燦著 . 輪式機(jī)器人系統(tǒng)設(shè) 計(jì) . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1995。 7曾孔庚 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用論壇。 8壽慶豐 機(jī)械設(shè)計(jì) 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應(yīng)當(dāng)把機(jī)械設(shè)計(jì)看成是機(jī)械設(shè)計(jì)人員運(yùn)用創(chuàng)造性的才能進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、系統(tǒng)分析和制定產(chǎn)品的制造工藝學(xué)的一個(gè)良機(jī)。掌握工程基礎(chǔ)知識(shí)要比熟記一些數(shù)據(jù)和公式更為重要。僅僅使用數(shù)據(jù)和公式是不足以在一個(gè)好的 設(shè)計(jì)中做出所需的全部決定的。另一方面，應(yīng)該認(rèn)真精確的進(jìn)行所有運(yùn)算。例如，即使將一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的位置放錯(cuò)，也會(huì)使正確的設(shè)計(jì)變成錯(cuò)誤的。 一個(gè)好的設(shè)計(jì)人員應(yīng)該勇于提出新的想法，而且愿意承擔(dān)一定的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)新的方法不適用時(shí)，就使用原來的方法。因此，設(shè)計(jì)人員必須要有耐心，因?yàn)?所花費(fèi)的時(shí)間和努力并不能保證帶來成功。一個(gè)全新的設(shè)計(jì)，要求屏棄許多陳舊的，為人們所熟知的方法。由于許多人墨守成規(guī)，這樣做并不是一件容易的事。一位機(jī)械設(shè)計(jì)師應(yīng)該不斷地探索改進(jìn)現(xiàn)有的產(chǎn)品的方法，在此過程中應(yīng)該認(rèn)真選擇原有的、經(jīng)過驗(yàn)證的設(shè)計(jì)原理，將其與未 經(jīng)過驗(yàn)證的新觀念結(jié)合起來。 新設(shè)計(jì)本身會(huì)有許多缺陷和未能預(yù)料的問題發(fā)生，只有當(dāng)這些缺陷和問題被解決之后，才能體現(xiàn)出新產(chǎn)品的優(yōu)越性。因此，一個(gè)性能優(yōu)越的產(chǎn)品誕生的同時(shí)，也伴隨著較高的風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，如果設(shè)計(jì)本身不要求采用北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 全新的方法，就沒有必要僅僅為了變革的目的而采用新方法。 在設(shè)計(jì)的初始階段，應(yīng)該允許設(shè)計(jì)人員充分發(fā)揮創(chuàng)造性，不受各種約束。即使產(chǎn)生了許多不切實(shí)際的想法，也會(huì)在設(shè)計(jì)的早期，即繪制圖紙之前被改正掉。只有這樣，才不致于堵塞創(chuàng)新的思路。通常，要提出幾套設(shè)計(jì)方案，然后加以比較。很有可能在最后選定的方案 中，采用了某些未被接受的方案中的一些想法。 心理學(xué)家經(jīng)常談?wù)撊绾问谷藗冞m應(yīng)他們所操作的機(jī)器。設(shè)計(jì)人員的基本職責(zé)是努力使機(jī)器來適應(yīng)人們。這并不是一項(xiàng)容易的工作，因?yàn)閷?shí)際上并不存在著一個(gè)對所有人來說都是最優(yōu)的操作范圍和操作過程 另一個(gè)重要問題，設(shè)計(jì)工程師必須能夠同其他有關(guān)人員進(jìn)行交流和磋商。在開始階段，設(shè)計(jì)人員必須就初步設(shè)計(jì)同管理人員進(jìn)行交流和磋商，并得到批準(zhǔn)。這一般是通過口頭討論，草圖和文字材料進(jìn)行的。為了進(jìn)行有效的交流 ，需要解決下列問題 （ 1） 所設(shè)計(jì)的這個(gè)產(chǎn)品是否真正為人們所需要？ （ 2） 此產(chǎn)品與其他 公司的現(xiàn)有同類產(chǎn)品相比有無競爭能力 ？ （ 3） 生產(chǎn)這種產(chǎn)品是否經(jīng)濟(jì)？ （ 4） 產(chǎn)品的維修是否方便？ （ 5） 產(chǎn)品有無銷路？是否可以盈利？ 只有時(shí)間能對上述問題給出正確答案。但是， 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和銷售只能在對上述問題的初步肯定答案的基礎(chǔ)上進(jìn)行。設(shè)計(jì)工程師還應(yīng)該通過零件圖和裝配圖，與制造部門一起對最終設(shè)計(jì)方案進(jìn)行磋商。 通常 ，在制造過程中會(huì)出現(xiàn)某個(gè)問題。可能會(huì)要求對某個(gè)零件尺寸或公差作一些更改，使零件的生產(chǎn)變得容易。但是，工程上的更改必須要經(jīng)過設(shè)計(jì)人員批準(zhǔn)，以保證不會(huì)損傷產(chǎn)品的功能。有時(shí)，在產(chǎn)品的 裝配時(shí)或者裝箱外運(yùn)前的試驗(yàn)中才發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的某種缺陷。這些事例恰好說明了設(shè)計(jì)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程?？偸谴嬖谥玫姆椒▉硗瓿稍O(shè)計(jì)工作，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該不斷努力，尋找這些更好的方法。 近 些年來，工程材料的選擇已經(jīng)顯得重要。此外，選擇過程應(yīng)該是一個(gè)對材料的連續(xù)不斷的重新評價(jià)過程。新材料不斷出現(xiàn)，而一些原有的材料的能夠獲得的數(shù)量可能會(huì)減少。環(huán)境污染、材料的回收利用、工人的健康及安全等方面經(jīng)常會(huì)對材料選擇附加新的限制條件。為了減輕重量或者節(jié)約能源，可能會(huì)要求使用不同的材料。來自國內(nèi)和國際競爭、對產(chǎn)品維修保養(yǎng)方便性北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 要求的提高和顧 客的反饋等方面的壓力，都會(huì)促使人們對材料進(jìn)行重新評價(jià)。由于材料選用不當(dāng)造成的產(chǎn)品責(zé)任訴訟，已經(jīng)產(chǎn)生了深刻的影響。此外，材料與材料加工之間的相互依賴關(guān)系已經(jīng)被人們認(rèn)識(shí)得更清楚。因此，為了能在合理的成本和確保質(zhì)量的前提下獲得滿意的結(jié)果，設(shè)計(jì)工程師的制造工程師都必須認(rèn)真仔細(xì)地選擇、確定和使用材料。 制造任何產(chǎn)品的第一步工作都是設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)通?？梢苑譃閹讉€(gè)明確的階段：（ a）初步設(shè)計(jì)；（ b）功能設(shè)計(jì)；（ c）生產(chǎn)設(shè)計(jì)。在初步設(shè)計(jì)階 段，設(shè)計(jì)者著重考慮產(chǎn)品應(yīng)該具有的功能。通常要設(shè)想和考慮幾個(gè)方案，然后決定這種思想是否可行；如果可行，則應(yīng)該對其中一個(gè)或幾個(gè)方案作進(jìn)一步的改進(jìn)。在此階段，關(guān)于材料選擇唯一要考慮的問題是：是否有性能符合要求的材料可供選擇；如果沒有的話，是否有較大的把握在成本和時(shí)間都允許的限度內(nèi)研制出一種新材料。 在功能設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)階段，要做出一個(gè)切實(shí)可行的設(shè)計(jì)。在這個(gè)階段要繪制出相當(dāng)完整的圖紙，選擇并確定各種零件的材料。通常要制造出樣機(jī)或者實(shí)物模型，并對其進(jìn)行試驗(yàn)，評價(jià)產(chǎn)品的功能、可靠性、外觀和維修保養(yǎng)性等。雖然這種試驗(yàn)可能 會(huì)表明，在產(chǎn)品進(jìn)入到生產(chǎn)階段之前，應(yīng)該更換某些材料，但是，絕對不能將這一點(diǎn)作為不認(rèn)真選擇材料的借口。應(yīng)該結(jié)合產(chǎn)品的功能，認(rèn)真仔細(xì)地考慮產(chǎn)品的外觀、成本和可靠性。一個(gè)很有成就的公司在制造所有的樣機(jī)時(shí)，所選用的材料應(yīng)該和其生產(chǎn)中使用的材料相同，并盡可能使用同樣的制造技術(shù)。這樣對公司是很有好處的。功能完備的樣機(jī)如果不能根據(jù)預(yù)期的銷售量經(jīng)濟(jì)地制造出來，或者是樣機(jī)與正式生產(chǎn)的裝置在質(zhì)量和可靠性方面有很大不同，則這種樣機(jī)就沒有多大的價(jià)值。設(shè)計(jì)工程師最好能在這一階段完全完成材料的分析、選擇和確定工作，而不是將其留到生產(chǎn)設(shè) 計(jì)階段去做。因?yàn)椋谏a(chǎn)設(shè)計(jì)階段材料的更換是由其他人進(jìn)行的，這些人對產(chǎn)品的所有功能的了解不如設(shè)計(jì)工程師。 在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段中，與材料有關(guān)的主要問題是應(yīng)該把材料完全確定下來，使它們與現(xiàn)有的設(shè)備相適應(yīng)，能夠利用現(xiàn)有設(shè)備經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行加工，而且材料的數(shù)量能夠比較容易保證供應(yīng)。 在制造過程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)對使用中的材料做一些更改的情況。經(jīng)驗(yàn)表明，可采用某些便宜材料作為替代品。然而，在大多數(shù)情況下，在進(jìn)行生產(chǎn)以后改換材料要比在開始生產(chǎn)前改換材料所花費(fèi)的代價(jià)要高。在設(shè)計(jì)階段做好材料選擇工作，可以避免多數(shù)這樣的情況。在生產(chǎn) 制造開始后出現(xiàn)北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 了可供使用的新材料是更換材料的最常見的原因。當(dāng)然，這些新材料可能降低成本、改進(jìn)產(chǎn)品的性能。但是，必須對新材料進(jìn)行認(rèn)真的評價(jià)，以確保其所有性能都滿足要求。應(yīng)當(dāng)記住，新材料的性能和可靠性很少像現(xiàn)有材料那樣為人們所了解。大部分的產(chǎn)品失效和產(chǎn)品責(zé)任事故案件是由于在選用新材料作為替代材料之前，沒有真正了解它們的長期使用性能而引起的 。 產(chǎn)品的責(zé)任訴訟迫使設(shè)計(jì)人員和公司在選擇材料時(shí)，采用最好的程序。在材料過程中，五個(gè)最常見的問題為：（ a）不了解或者不會(huì)使用關(guān)于材料應(yīng)用方面的最新最好的信息資料； (b)未能預(yù)見 和考慮擦黑年品可能的合理用途（如有可能，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)進(jìn)一步預(yù)測和考慮由于產(chǎn)品使用方法不當(dāng)造成的后果。在近年來的許多產(chǎn)品責(zé)任訴訟案件中，由于錯(cuò)誤地使用產(chǎn)品而受到傷害的原告控告生產(chǎn)廠家，并且贏得判決）； (c)所使用的材料的數(shù)據(jù)不全或是有些數(shù)據(jù)不確定，尤其是當(dāng)其長期性能數(shù)據(jù)是如此的時(shí)候； (d)質(zhì)量控制方法不適當(dāng)和未經(jīng)驗(yàn)證； (e)由一些完全不稱職的人員選擇材料 。 通過對上述五個(gè)問題的分析，可以得出這些問題是沒有充分理由存在的結(jié)論。對這些問題的研究分析可以為避免這些問題的出現(xiàn)指明方向。盡管采用最好的材料選擇方法也不能 避免發(fā)生產(chǎn)品責(zé)任訴訟，設(shè)計(jì)人員和工業(yè)界按照適當(dāng)?shù)某?