六足爬蟲機器人機械結構設計-含動畫仿真【JS系列】,JS系列,爬蟲,機器人,機械,結構設計,動畫,仿真,js,系列 河南科技學院本科畢業(yè)論文（設計）中期進展情況檢查表 學生姓名 楊俊 班級 機制052 指導教師 王振寧 論文題目 仿生態(tài)六足爬行機器人的結構設計 目前已完成任務 (1)制定畢業(yè)設計計劃 (2)查找相關文獻 (3)完成畢業(yè)論文開題報告 (4)翻譯外文資料 是否符合任務書要求進度： 尚需完成的任務 1繼續(xù)對論文材料進行組織和整理； 2按照論文提綱，有步驟有計劃的開展論文工作，存在問題要及時與老師溝通； 3 對已完成的論文內容進行檢查審核，力求把問題降到最少； 4到規(guī)定的時間完成論文初稿； 5 根據(jù)指導老師的指導意見和全部材料完成論文； 能否按期完成論文（設計）： 存在問題和解決辦法 存 在 問 題 資料不足，對論文主題的研究不夠透徹，且相關的理論知識還不夠全面； 與指導老師的交流不夠充分 擬 采 取 的 辦 法 繼續(xù)查找資料，加強對相關理論知識的理解和掌握，及時與指導教師溝通 指導教師簽 字 日期 年 月 日 教學院長（主任）意 見 負責人簽字： 年 月 日 ? 畢業(yè)論文（設計）任務書 題目名稱 六足爬蟲機器人機械結構設計 學生姓名 楊俊 所學專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 052 指導老師姓名 王振寧 所學專業(yè) ???機電一體化 職稱 高級實驗師?? 完成期限 2008年12月16日至2008年12月21日 一、論文（設計）主要內容 1. 從坊生學分析六足爬蟲機器人的爬行原理,分析其爬行步態(tài). 2. 設計各個部件的CAD圖 3. 設計整體三維圖 4. 演示模擬爬行狀態(tài). 二、畢業(yè)論文（設計）的基本要求 1、畢業(yè)論文（設計）一份：有400字左右的中英文摘要，正文后有10篇左右的參考文獻，正文中引用5篇以上文獻，并注明文獻出處，論文字數(shù)在6000字以上。 2、?有不少于2000漢字的與本課有關的外文資料翻譯。 3、?畢業(yè)設計總字數(shù)在10000字以上。 4、 程序清單。 三、畢業(yè)（設計）論文進度安排 1.2008年12月22日-2009年1月9日，下達畢業(yè)設計任務書；寒假期間完成英文資料翻譯和開題報告。 2. 2009年2月16-2月27日（第1-2周），指導教師審核開題報告、設計方案和英文資料翻譯。 3. 2009年3月2日-4月24日（第3-10周），畢業(yè)設計單元部分設計。 4. 2009年4月26日-5月1日（第10=11周），畢業(yè)設計中期檢查。 5. 2009年5月4日-5月22日（第12-14周），設計機器人零部件輪廓、生成軌跡、實體生成，整理、撰寫畢業(yè)設計報告。 6. 2009年5月25-6月5日（第15-16周）上交畢業(yè)設計報告，指導教師、評閱教師審查評閱設計報告，畢業(yè)設計答辯資格審查。畢業(yè)設計答辯，學生修改整理設計報告。 ? 河南科技學院本科生畢業(yè)論文（設計）開題報告 題目名稱 六足爬蟲機器人機械結構設計 學生姓名 楊俊 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 學號 20050334218 指導教師姓名 王振寧 所學專業(yè) 機電一體化 職稱 高級實驗師 完成期限 2009年2月16日至2009年2月27日 一、選題的目的意義 機械設計課程設計是機械設計課程培養(yǎng)學生設計能力的一個重要教學環(huán)節(jié)。其目的是： ? ? 1.綜合運用機械設計課程及其他有關已修課程的理論和生產(chǎn)實際知識進行機械設計訓練，從而使這些知識得到進一步鞏固，加深和擴展。 ????2.學習和掌握通用機械零部件，機械傳動及一般機械設計的基本方法和步驟，培養(yǎng)學生工程設計能力和分析問題，解決問題的能力。 ????3.提高學生在計算，制圖，運用設計資料，進行經(jīng)驗估算，考慮技術決策等機械設計方面的基本技能以及機械CAD技術。 目前，重視仿生研究是機械工程進一步發(fā)展的必經(jīng)之路,隨著科學技術的發(fā)展,人們可以在更精細的水平上向生物體學習,同時不能忽視仿生技術的實用化與產(chǎn)業(yè)化條件。對于機械工程有4個值得注意的仿生技術方向:動物運動效果的仿生、生物自生長成型的仿生、機械超前反饋的仿生與微機械研究中對于昆蟲的仿生。 二、國內外研究現(xiàn)狀 隨著教學改革的不斷深入，優(yōu)秀教材層出不窮。高等工科院校機械設計制造及自動化專業(yè)的教材也在不斷更新，特別是CAD/CAM技術、機電一體化、數(shù)控技術等方面的教材大量涌現(xiàn)。相比之下，機械結構設計方面的教材情況顯得格外冷清，除“金屬切削機床”外，其他教材較為罕見。而該專業(yè)的畢業(yè)生又普遍存在機械結構設計能力不強的狀況，設計的工具、手段先進了，卻畫不出合理的結構來。對該專業(yè)來說，社會大量需求的是既掌握CAD/CAM等先進技術，又有扎實的機械結構設計基礎的人才，目前的狀況激起了編寫本教材的熱情，誠懇希望本教材能起到拋磚引玉的作用。結構設計中得到一個可行的結構方案一般并不很難。機械設計的任務是在眾多的可行性方案中尋求較好的或是最好的方案。結構優(yōu)化設計的前提是要能構造出大量可供優(yōu)選的可能性方案，即構造出大量的優(yōu)化求解空間，這也是結構設計最具創(chuàng)造性的地方。結構優(yōu)化設計目前基本仍局限在用數(shù)理模型描述的那類問題上。而更具有潛力、更有成效的結構優(yōu)化設計應建立在由工藝、材料、聯(lián)接方式、形狀、順序、方位、數(shù)量、尺寸等結構設計變元所構成的結構設計解空間的基礎上。 三、主要研究內容 1從坊生學分析六足爬蟲機器人的爬行原理,分析其爬行步態(tài)利用cad軟件設計六足爬蟲機器人機械結構、尺寸設計。 2 利用solidworks確定各個結構的實體，畫出其裝配圖，然后進行模擬其爬行狀態(tài)，測試其功能是否滿足要求。 3 在利用caxa軟件確定加工方案，給出仿真軌跡，在生成G代碼程序。 4 加工出實體，裝配成圖紙所示實體要求。  四、畢業(yè)論文（設計）的研究方法或技術路線 1. 采用理論與實際相結合的方式并利用現(xiàn)有的條件來設計結構； 2. 結合指導教師的教學經(jīng)驗來提高自己對數(shù)控機床的熟悉及其利用其加工出圖紙所要求實體； 3. 查閱大量的有關書籍和資料來擴充自己對數(shù)控機床的認識，提高加工的技術含量和加工效率； 4. 通過多次的加工零件的實踐來提出更好的加工工藝，盡量的能從生產(chǎn)的實際出發(fā)來進行設計； 五、 主要參考文獻與資料 [1] 洪鐘德.簡明機械設計手冊.上海：同濟大學出版社，2002. [2] 黨根茂，李集仁，駱志斌等.模具設計與制造. 西安：西安電子科技大學出版社，1995。 [3] 孫恒，陳作模.機械原理.高等到教育出版社，2000. [4] 濮良貴，紀名剛.機械設計.高等教育出版社，2000. [6] 李志剛，夏巨諶.中國模具設計大典. 2003. [7] 黃毅宏，李明輝.模具制造工藝學.機械工業(yè)出版社，2003. [8] 廖念釗.互換性與技術測量.中國計量出版社，2000. [9] 曾志新，呂明機械制造技術基礎. 武漢：武漢理工大學出版社,2003. [10] 馬曉均，種均祥.畫發(fā)幾何及機械制圖.廣州：華南理工大學出版社,1998. [11] 吳祖育，秦鵬飛.數(shù)控機床.上海：上?？茖W技術出版社，2003. [12]毛謙德，李振灣 主編，《袖珍機械設計師手冊》第二版，機械工業(yè)出版社.2000.12 [13] 模具制造手冊編寫組. 模具制造手冊. 機械工業(yè)出版社，1996 六、 指導教師審批意見 簽名： 年 月 日 河南科技學院 2009屆本科畢業(yè)論文 論文題目: 六足爬蟲機器人機械結構設計 （機械部分） 學生姓名：楊俊 所在院系：機電學院 所學專業(yè)：機械設計制造及其自動化 導師姓名：王振寧 完成時間：2009年5月20日 摘 要 分析仿生態(tài)六足爬行機器人步進足規(guī)劃的要求和特點，參照實體機器人結構尺寸利用軟件Cad設計機器人結構零部件的尺寸，及其整 體結構尺寸；再者利用軟件SolidWorks進行實體零部件造型，然后進行結構裝配來檢查各個尺寸設計是否合理，進而更好的實現(xiàn)最終的設計結果，讓它運動起來。在整個過程中，裝配是關鍵，位置要求都要在裝配過程中去嘗試著設計。 關鍵詞：仿生,機器人,結構設計,零部件,裝配 Hexapod robot mechanical structure design of reptiles （Mechanical parts） Abstract Analysis of bionic hexapod crawling robot stepping foot planning requirements and features, with reference to entity size robot design cad software robots the size of the structure of parts and components, and its overall structure size; Furthermore entity solidworks software components modeling, and then assembled to examine the structural design of various sizes are reasonable, and better designed to achieve the final result, with its movement. Throughout the process, the assembly is the key, the location of the requirements in the assembly process must be to try to design. keywords: Biological , Robot, Structural Design, Parts, Assembly 目 錄 1.引言………………………………………………………………………………...1 2.仿生態(tài)六足爬行機器人的步態(tài)爬行原理…………………………………………1 2.1 足部行走模型…………………………………………………………………1 2.2 步態(tài)行走原理....................................................................................................2 3. 各個部件的尺寸設計………………………………………………………….….2 3.1 腿步結構的設計………………………………………………………………2 3.2 主板的結構設計………………………………………………………………3 3.3 連接件的結構設計……………………………………………………………4 4. 各個零部件的實體造型…………………………………………………………..4 4.1 主板的實體造型………………………………………………………………5 4.2 中間腿的實體造型……………………………………………………………5 4.3 后腿的實體造型………………………………………………………………6 4.4 中間腿部連接件的實體造型……………………………………………….....6 4.5 連桿的實體造型……………………………………………………………….6 4.6 銷子的實體造型……………………………………………………………….7 5. 設計整體三維圖…………………………………………………………………...7 6. 機器人零部件的數(shù)控加工………………………………………………………...8 7. 裝配……………………………………………………………………………….13 8. 結束語…………………………………………………………………………….13 致謝…………………………………………………………………………………..13 參考文獻……………………………………………………………………………..14 1 引言 仿生態(tài)六足六足爬行機器人是一種基于仿生學原理研制開發(fā)的新型足式機器人。仿生態(tài)六足六足爬行機器人比傳統(tǒng)的輪式機器人有更好的移動性，自動化程度高，具有豐富的動力學特性。此外，足式機器人采用類似生物的爬行機構進行運動，比其它機器人具有更多的優(yōu)點：它可以較易地跨過比較大的障礙（如溝、坎等），并且機器人足所具有的大量自由度可以使機器人的運動更加靈活，對凹凸不平的地形的適應能力更強；足式機器人的立足點是離散的，跟地面的接觸面積較小，因而可以在可達到的地面上選擇最優(yōu)支撐點，即使在表面極度不規(guī)則的情況下，通過嚴格選擇足的支撐點，也能夠行走自如。因此，仿生態(tài)六足六足爬行機器人的研究已成為機器人學科中一個引人注目的研究領域[1]。本文在對一些六足昆蟲的行走過程進行觀察和詳細測量的基礎上設計了這款仿生態(tài)六足六足爬行機器人，它具有輪式和履帶式機器人所沒有的優(yōu)點，在航空航天（登月，火星探測）、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)（物流自動化、西部大開發(fā)、機械設備的探測和檢修），軍事國防等領域有廣泛的應用前景。 2 仿生態(tài)六足爬行機器人的步態(tài)爬行原理 2.1 足部行走模型 “六足綱”昆蟲多以交替的三角步態(tài)運動進行直線行走，即行走時有3條腿同時著地，另外3條腿邁步，中間腿向上提時一側前后腿向前邁，另一側前后腿向后擺，通過與地面之間的摩擦力來實現(xiàn)機器人的前進；并以一側邁大步、另一側邁小步的方式實現(xiàn)轉向。項目組在對一些六足昆蟲的行走過程進行觀察和詳細測量的基礎上對其三角步態(tài)進行了優(yōu)化和創(chuàng)新，設計了一款新型六足仿生機器人，圖1為前后足部三維實體圖， 圖1 前后腿部結構實體圖 圖2 后腿結構實體圖 圖2為中間足部三維實體圖。該機器人各足均采用圖1、圖2所示的整體式結構，每條腿具有1個關節(jié)，1個自由度，而且一側的前后腿用連桿連接起來，形成聯(lián)動裝置；另一側則是相同，同時還要用連桿把中間的兩側腿連接起來，也形成聯(lián)動裝置；腿部與主板的連接靠螺栓；整機具有2個自由度，都是通過連桿和電機連接起來實現(xiàn)動作，其中中間兩腿用于支撐，進而實現(xiàn)轉彎和前進后退時兩側腿的前擺和后擺作用；兩側的腿實現(xiàn)前后擺動，進而來前進后退?？刂苾蓚韧惹斑M后退的電機放在主板寬闊之處，中間電機放在前面，整個機器人的功能用集成電路來實現(xiàn)，則是放在上面。具體結構見圖3。 圖3 整體結構圖 2.2 步態(tài)行走原理 圖3機器人步態(tài)原理圖及電機安裝圖，前進運動時，其中一側前后腿抬足先行向前側擺一定角度，當其剛好落地時，中間的兩腿支撐起前部實現(xiàn)其中四只腿著地，進而來讓另一側腿開始抬足側擺相同的角度后落地，實現(xiàn)前進；后退時候的原理是同樣的方式。轉彎運行時，中間腿先支撐起來，進而兩側腿同時動作，一側向前擺動，一側向后擺動，至于擺動角度的大小則是根據(jù)轉彎的弧度來決定，經(jīng)過上述過程可解決機器人的轉向問題。綜上可知：步進過程簡述：左側前后腿側擺然后落足，右側腿側擺后落足，中間腿部起到平衡身體的作用，當遇到障礙物時，中間腿部支撐起來機體，然后兩側腿部同時間側擺，向那一側轉彎，另一側的腿擺動的角度大一些，具體拐彎的角度大小靠兩邊腿部擺動的角度大小決定。腿部的擺動都是通過對三部電機的控制來實現(xiàn)運動。 3. 各個部件的尺寸設計 3.1.腿部結構的設計 根據(jù)圖紙（圖4中主板的尺寸大致一定）的要求及其所查資 圖4 設計總要求 料，我選擇cad軟件來設計。腿部尺寸的設計不僅要滿足體積小而且布局上要求具有仿生的效果，我把該機器人的腿部設計成整體式，且從美觀上滿足仿生效果，如圖5、圖6所示： 圖5 前后腿尺寸設計 圖6 中間腿尺寸設計 如上圖所示的設計尺寸只是初步的設計，具體還要根據(jù)加工材料（加工所用的材料為有機玻璃）的實際情況來確定，在最后還有可能把其中的尺寸擴大或縮小。 3.2 主板的結構設計 主板不僅連接腿，而且還放置電機及其電路板集成塊，所以在滿足參考圖紙上主板尺寸的要求，還要滿足功能，盡可能地讓消耗材料最小化。如圖7所示： 圖7 主板尺寸設計 在上圖中，左側是尾，右側是頭部，后面并排放置兩部電機，各自控制兩側的腿，通過電機的正反轉來實現(xiàn)機器人的前進與后退，在主板的上面放置集成塊電路板。 3.3 腿與主板的連接件 這個連接件的設計尺寸要求不是太嚴格，只要保證直徑是5的孔的位置，以及用來放置連桿的直徑是3的孔的位置即可；因為在前后腿和主板的連接時，是間接的方式，通過腿與連接件之間的粘接，然后用螺栓把連接件和主板連接起來；中間腿先和連接件用螺栓連接，然后通過配合和粘接來實現(xiàn)。（注：圖8為前后腿連接件，圖9為中間腿連接件）如圖所示： 圖8 前后腿連接件尺寸設計 圖9 中間腿連接件尺寸設計 4 各個零部件的實體造型 本設計中所采用的實體造型軟件是solidworks，根據(jù)cad圖所設計的尺寸進行造型。 4.1 主板：如圖：10 圖10 主板的實體造型 4.2 中間退：如圖11 如圖11 中間腿部的實體造型 4.3 后退：如圖12 如圖12 前后腿的實體造型 4.4 中間腿部連接板：如圖13 如圖13 連接件的實體造型 4.5 連桿：如圖14 如圖14 連桿的實體造型 4.6 銷子：如圖15 如圖15 銷子的實體造型 5 設計整體三維圖 . 根據(jù)以上零部件的尺寸設計，還有對各個零部件的實體造型，對仿生態(tài)六足爬行機器人進行軟件solidworks的實體裝配，進而來模擬仿生態(tài)六足爬行機器人的腿部功能，同時也可以來檢查各個零部件的設計尺寸是否合適，還有通過對裝配圖的干涉檢查（如圖17）來檢查整體的結構是否合適，進而達到設計要求。如圖16： 圖16 裝配圖 圖17 干涉檢查 通過軟件對裝配圖的結構檢查，以及在solidworks軟件上通過使用鼠標拖動機器人的腿部都能達到預計的運動要求，證明在零部件的尺寸設計上合適，且能夠滿足整體要求，故符合設計要求。運用軟件對機器人進行動畫模擬 G:\楊俊+畢業(yè)設計樣板及資料\楊俊畢業(yè)設計over\裝配體1.avi G:\楊俊+畢業(yè)設計樣板及資料\楊俊畢業(yè)設計over\裝配體2.avi 裝配體3.avi 裝配體4.avi 在solidworks軟件的界面上對機器人的腿部功能的動畫模擬，見上述連接：，證明了腿部的功能設計是合理而且合適的。 6 機器人零部件的數(shù)控加工 對于它的加工所采用的材料均是有機玻璃，其厚度已經(jīng)大致確定，在前面的實體造型中也考慮到，所以我采用數(shù)控銑床來加工。在加工時，所有的零件的造型都是簡單的平面輪廓，因而比較容易加工?，F(xiàn)在就拿主板的加工過程來舉例說明整個加工過程。 第一步：主板的尺寸設計在cad中已經(jīng)確定，利用caxa軟件制造工程師進行加工造型，如圖18： 圖18 主板造型 第二步：點擊按鈕，選擇，這時界面出現(xiàn)對話框，進行參數(shù)的設置，如以下圖19： 如圖19 平面輪廓加工參數(shù)設置 點擊“確定”按鈕，根據(jù)右下角提示“拾取輪廓和加工方向”，分別拾取草圖輪廓，鼠標右擊，出現(xiàn)右下角提示“拾取進刀點”、在右擊出現(xiàn)右下角提示“拾取退刀點”，再右擊，讓軟件自動拾取進退刀點；對于所有需要加工的輪廓都以同樣的方法，最后生成如圖所示的軌跡輪廓： 。 圖20 軌跡輪廓 第三步：生成加工軌跡。點擊，選擇，彈出如圖所示對話框（如圖21）： 、 。 圖21 后置設置參數(shù)設置 直接點擊“確定”；再點擊“應用”，選擇，出現(xiàn)存儲對話框，自己選擇一個文件名進行存儲，同時也顯示存儲的位置，根據(jù)右下角提示，再右擊，生成加工程序（如圖22）： 圖22 加工程序 最后保存起來。 第四步：程序的校核對于對于數(shù)控加工是非常重要的，因為它關系到加工路徑是否與之前設想的一直，而且要求路徑的簡潔，時間短，效率高。 點擊，選擇，出現(xiàn)對話框選擇剛才所生成的程序名，點擊確定，再次出現(xiàn)提示框并選擇如圖所示，點擊確定，這時刀具的運行軌跡生成如圖23：。 圖23 軌跡校核 7 裝配 裝配就是按照設計的技術要求實現(xiàn)機械零件或部件的連接，把機械零件或部件組合成機器。裝配是機器制造和修理的重要環(huán)節(jié)，裝配是機械制造中最后決定機械產(chǎn)品質量的重要工藝過程，即使是全部合格的零件，如果裝配不當，往往也不能形成質量合格的產(chǎn)品，簡單的產(chǎn)品可由零件直接裝配而成。裝配工作的好壞對機器的效能、修理的工期、工作的勞力和成本等都起著非常重要的作用。 裝配工藝 常用的裝配工藝有：清洗、平衡、刮削、螺紋聯(lián)接、過盈配合聯(lián)接、膠接、校正等。此外，還可應用其它裝配工藝，如焊接，鉚接，滾邊，壓圈和澆鑄聯(lián)接等，以滿足各種不同產(chǎn)品結構的需要。而本工藝只需要以下裝配工藝。 清洗，浸洗是將零件浸漬于清洗液中晃動或靜置。該裝配體采用的材料都是有機玻璃，其表面比較光滑，只需用清洗液清洗，然后擦干或靜置即可。 過盈配合聯(lián)接，使配合面的尺寸公差為過盈配合的聯(lián)接件能得到緊密的結合。此裝配體中只有前后腿的配合要用到過盈配合，作用是來實現(xiàn)退步功能的初步模擬。 膠接，應用工程膠粘劑和膠接工藝聯(lián)接金屬零件或非金屬零件；對于本工藝是在機器人功能初步實現(xiàn)之后進行最后的組裝，如腿部配合、電機墊板的固定。 校正，裝配過程中應用長度測量工具測量出零部件間各種配合面的形狀精度如直線度和平面度等，以及零部件間的位置精度如垂直度，平行度，同軸度和對稱度等，并通過調整，修配等方法達到規(guī)定的裝配精度。校正是保證裝配質量的重要環(huán)節(jié)。本次裝配的要求不是很高，只要把電機的放置位置保證，還有連桿在運動過程中是否與中間腿部運動發(fā)生干涉。 由于本次采用的材料是有機玻璃板，其厚度是很不均勻，即使是尺寸設計的合理還是要求進行修配處理。修配法，裝配中依靠手工操作應用銼、磨和刮削等工藝方法改變個別零件的尺寸、形狀和位置，使配合達到規(guī)定的精度。另外還有螺栓的連接，因為采用的都是光孔，故連接比較簡單，方便；在連桿的連接過程中用的是鋼條，不僅要保證其剛度，還要保證在與孔的配合過程中不能有太大的活動間隙，利于在電機轉動一定角度時，腿部擺動也能達到要求所要求的角度，實現(xiàn)機器人的前進后退功能。 最終的裝配結果如下圖24所示： 圖24 裝配圖 8 結束語 在研究了昆蟲步態(tài)的基礎上，運用仿生原理，本文提出了一種六足機器人機械結構設計的新思路，并研制了基于這種設計思路的樣機。實驗證明，該機器人可以實現(xiàn)直線運動與。在此次設計的過程中，培養(yǎng)了我的綜合運用所學知識的能力，分析和解決實際中所遇到問題的能力，并且能鞏固和深化我所學的專業(yè)知識，使我在調查研究和收集資料等方面有了顯著的提高，同時在理解分析能力、制定設計計算和繪圖能力方面有較大的進步；另外我的技術分析和組織工作的能力也有一定程度的提高。 致謝 非常感謝學院領導和老師給我提供了這次良好的深入學習的機會和寬松的學習環(huán)境。通過這次畢業(yè)設計，不但使我將大學期間所學的專業(yè)知識再次回顧學習，而且也使我學到了專業(yè)領域中一些前沿的知識。非常感謝在本次設計中曾給予我耐心指導和親切關懷的老師及幫助過我的同學，正是由于他們的幫助和鼓勵才使我能夠在畢業(yè)設計過程中克服種種困難，最終順利完成論文，他們的學識和為人也深深地影響著我。在此，請允許我再次向曾直接給予我多次指導的導師表示最忠誠的敬意！ 參考文獻： [1] 龔振邦，汪勤愨等. 機器人機械設計[M] . 北京：電子工業(yè)出版社，1995 [2] 徐小云, 顏國正, 丁國清. 微型六足仿生機器人及其三角步態(tài)的研究 [J].2002，10（4）：392—396 [3] 張敏，石秀華等. 基于ADAMS的三自由度水下機械手運動學仿真[J] .機械設計與制造，2005（7） [4] 周云松，裴以建，余江，池宗琳.雙足行走機器人步態(tài)軌跡規(guī)劃.云南大學學報，2006，28（1）：20~26 [5]何慶.機械制造專業(yè)畢業(yè)設計指導與范例[Ｍ].北京：化學工業(yè)出版社，2008 [6]孫波.機械專業(yè)畢業(yè)設計寶典[Ｍ].西安：西安電子科技大學出版社，2008 [7]張以鵬.實用切削手冊[Ｍ].遼寧：遼寧科學技術出版社，2007 [8]上海市金屬切削技術協(xié)會.金屬切削手冊[Ｍ].上海：上?？茖W技術出版社，2006 [9]梁慶.模具數(shù)控銑削加工工藝分析與操作案例[Ｍ].北京：化學工業(yè)出版社，2007 [10]蔡漢明.新編實用數(shù)控加工手冊[Ｍ].北京：人民郵電出版社，2008 [11]戴向國. Mastercam9.0數(shù)控加工基礎教程[Ｍ].北京：人民郵電出版社，2004 [12] 秦愛中,徐廣勛,林海華, 馬錫琪.SolidWorks環(huán)境下產(chǎn)品設計實例[J]. 機床與 液壓 , 2005 [13] 王隆太.機械CAD/CAM技術.（第二版）[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2004 [14] 宋愛平.CAD/CAM技術綜合實訓指導書[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005 [15] 朱文華,馬登哲.虛擬裝配技術的應用研究[J].機械設計與研究出版社,2004 [16] 吳宗澤，羅圣國.機械設計課程設計手冊(第二版) [M].北京：清華大學，北 京科技大學，2004 ［17］ 陳天河. 刀具選擇與切削用量在數(shù)控加工中的確定［J］. 中國科技信息 , 2005（24） ［18］ 謝騏. 數(shù)控車削加工工藝問題的探討［J］. 機床與液壓 , 2007（3） ［19］廖效果，劉又午．數(shù)控技術．武漢：湖北科學技術出版社．2000．1 ［20］ 楊叔子，周 濟．面向21世紀機械工程教學改革．高等工程教育研究， 2002(1)：11—13、17 Computer and Design The computer has had a major impact on the way everyday tasks associated with design are accomplished .It can be used in many ways to do many things. However, all design tasks accomplished using a computer fall into one of four broad categories: *design modeling *design analysis *design documentation 1. Design Modeling In CAD/CAM design modeling, a geometric model of a product is developed that describes the part mathematically. This mathematical description is converted to graphic form and displayed on a cathode ray tube (CRT). The geometric model also allows the graphic image to be easily edited and manipulated once displayed. The process begins when a designer creates a graphic image using a special ICG software package. The image is created by entering commands that cause the computer to construct the image out of points, lines, circles, and curves. To create a graphic image, the computer must translate the geometric characters into a corresponding mathematical model. What appears to the designer as a graphic image is stored in the computer as a series of mathematical coordinates. As the designer issues commands to edit or manipulate a graphic image, the computer revises the mathematical model .The computer must first change the geometric model before it can change the graphic image, and it must calculate the mathematical coordinates of a geometric character before it can display that character. Graphic images are displayed in one of three formats: ．two-dimensional or 2-D ．two-and-a-half-dimensional or 21/2-D ．three-dimensional or 3-D These three formats are illustrated in Fig.2.3 , 2.4 and 2.5 .A2-D graphic image shows an orthographic(flat) representation and usually shows two or more views (e.g. ,top ,front ,and right side).A 21/2-D graphic image is an oblique representation . A 3-D graphic image may be a wireframe model or a true 3-D solid model (Fig2.6). Communication can be enhanced further when graphic images are displayed in color .Many capabilities of CAD/CAM, including finite-element analysis, wireframe 3-D, and solids modeling , are more easily understood when the graphic images are Fig 1 displayed in color .Specific applications such as piping drawings are also easier to read when displayed in an appropriate variety of colors . When graphic images are displayed in only one color ,it is sometimes difficult to determine when lines cross over or under ,what is near and what is far away ,what is the original image and what is the distorted image (as in the case of finite-element analysis), and which layer a given component is on .The use of color allows for a more definitive distinction between over and under ,near and far ,and original and distorted .It also helps clarify objects consisting of numerous surfaces or several component parts . 2. Design Analysis The computer has simplified the design analysis stage of the design process significantly .Once a proposed design has been developed, it is necessary to analyze how it will stand up to the conditions to which it will be subjected .Such analysis methods as heat transfer and stress-strain calculations are time-consuming and complex .With CAD/CAM, special computer programs written specifically for analysis purposes are available. Fig 2 One such program that has simplified the analysis of manufactured products is called finite-element analysis .Finite-element analysis involves breaking an object up into many small rectangular or triangular elements (Fig.2.7),then analyzing each individual element by computer .This approach gives a thorough analysis that might not be feasible without the aid of a computer .It also offers the advantage of specifically pinpointing the locations of problems so that design corrections can be more easily made . With finite-element analysis , the computer must have a powerful processing capability .The computer analyzes the whole object by analyzing each individual interconnected finite element .By analyzing the response of each finite element of the object to the stress ,strain ,heat ,or other force acting on it ,the computer can predict the reaction of the whole object . Modern CAD/CAM systems with finite-element analysis capability make the process simple to achieve .Users define the area that is to be divided .The computer then automatically divides the area into the interconnected network of finite elements. Fig 3 A particularly valuable characteristic of finite-element analysis is its ability to visually display the results of the analysis. For example, if a part is to be analyzed to determine how it will behave when subjected to a specified amount of stress, the computer is able superimpose the image of the stressed part over the unstressed part .In this way, the resultant distortion can be easily seen .Such visual evidence of the results can make it easier for the designer to pinpoint the necessary design changes. 3. Design Review Another step in the design process that has been simplified by the computer is design review .This involves checking the accuracy of all aspects of the design .There are several ICG capabilities that make design review in CAD/CAM easier than with manual design . The first is the semiautomatic dimensioning capability of many CAD/CAM software packages .To produce a graphic image, an ICG system must first create a mathematical model .The data in this model can be used by the computer for calculating dimensions automatically .Most good CAD/CAM software packages can display these dimensions according to standard dimensioning and tolerancing practices .This means fewer dimensioning errors, a common problem with manual dimensioning. The layering capability of CAD/CAM software also simplifies design review .If a multisided printed circuit board has been designed, the traces for each successive layer can be displayed simultaneously. In this way, traces can be easily checked to ensure that all connections have been properly laid out. The layering capability can also be used to check complex piping layouts to ensure that pipes do not intersect where they should not and do intersect where they should .Good CAD/CAM systems can operate on over 250 layers. Another CAD/CAM software capability that has simplified design review is called interference checking .With this capability, mating parts can be joined on the CRT display as they would be in a final assembly. The designer can see immediately if there is interference .With interference checks, the computers zoom capability is particularly useful. Zoom allows the designer’s eye to move progressively closer to small, intricate details in a drawing .It gives the appearance of magnified small details so they can be seen more easily. This is particularly useful when working on complex assemblies made up of numerous small subassemblies. Some of the more advanced CAD/CAM software packages have a kinematic capability .This means they can simulate motion on a CRT display .This is particularly useful when working on a design made up of moving parts .Computer simulation in such cades takes the place of the cardboard and plastic models used by designers in the past . 4. Design Documentation Design documentation is another area in which CAD/CAM offers major benefits when compared with manual drafting techniques .With CAD/CAM, the drawings needed to document the design can be produced using the database created during the design process. Five-fold improvements in drafting productivity are now common with modern CAD/CAM systems. CAD/CAM software has simplified such time-consuming drafting tasks as dimensioning, creating magnified views of intricate details, transformations (e.g., isometric, diametric, and trimetric projections),scaling , correcting errors ,and making design revisions .It also made the concept of non repetition a reality in drafting . One of the most unproductive tasks associated with manual drafting is redrawing details ,sectional views ,of other drawings that have been previously drawn .Because the computer can store the mathematical models of all drawings done on a CAD/CAM system , once drawing has been produced ,it never has to be redrawn .It can simply be called up from storage ,entered into the appropriate location in the drawing package ,and used again and again . 計算機與設計 在日常工作與設計中計算機產(chǎn)生了重大影響，發(fā)揮很大的作用。他被應用在很多領域，做很多事情。然而，使用計算機所有完成的設計工作分為四大類： *設計建模 *設計分析 *設計文件 1 .設計模型 在CAD / CAM設計建模，幾何模型產(chǎn)品的開發(fā)，描述了部分數(shù)學。在陰極射線管（ CRT ）中這種數(shù)學描述轉換為圖形的形式被顯示出來。幾何模型還允許一次性展示圖像，這樣可以方便地編輯和操縱。 該過程開始時，設計者采用特殊的全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)軟件包創(chuàng)建了一個圖形圖像。圖像由輸入命令使計算機的形象建設成點，線，圈和曲線。要創(chuàng)建一個圖形圖像，計算機必須翻譯成與幾何特征相應的數(shù)學模型?？磥碓O計師在計算機中 作為一個圖形圖像存儲一系列數(shù)學坐標。用設計師的命令修改或操縱的圖形圖像，用計算機去修改數(shù)學模型。計算機必須首先改變幾何模型，然后才可以改變圖像，它必須根據(jù)相應的數(shù)學坐標的幾何特征，然后才可以顯示字符。 圖像顯示有三種格式： 。兩維或二維 。兩維半立體或21/2-D 。立體或三維 這三種格式的說明圖分別為2.3,2.4和2.5 。素A2的三維圖像顯示字形（單位）通常顯示兩個或兩個以上的部位（例如，頂部，前面和右側） 。甲21/2- D圖像是一個斜的代表性圖形。三維圖形圖像可能是一個線框模型或一個真正的三維實體模型（ 圖2.6 ） 。 通訊可以進一步提高時，圖像的顏色會顯示出來。許多功能的CAD /CAM ，包括有限元分析，線框3 - D和固體建模，更容易使圖形圖像顏色顯示出來。具體應用如管道圖紙顯示適當?shù)母鞣N顏色更易于閱讀顯示。當圖像都顯示在只有一種色彩時，在層某一部分上有時難以確定何時線交叉或依據(jù)是什么，什么是附近不遠的地方，什么是原始圖像和什么是扭曲的圖像（如有限元分析） 。使用顏色可以更明確的區(qū)分，并有根據(jù)可尋。它還有助于澄清許多組成的物體表面或幾個組成部分近及遠，和原來的和歪曲的。 2 .設計分析 計算機簡化了設計分析階段的設計過程。一旦提議設計已制定，它將會對如何使用的這些條件作出必要分析，。這種分析方法作為傳熱和壓力應變計算耗時等復雜的依據(jù)。與CAD / CAM系統(tǒng)，特殊的計算機程序為分析提供專門目的。這樣的一個程序，簡化了分析制成品被稱為有限元分析。有限元分析的對象涉及打破成許多小矩形或三角形的要素（ 圖2.7 ） ，然后分析每個元素的計算機。這種做法給出了透徹的分析，但援助的一臺計算機，可能是不可行的。它也可以提供其優(yōu)勢，特別是要確定地點，以便可以更容易地取得更正好設計。與有限元分析相比，計算機必須有一個強大的處理能力。計算機對整個對象進行分析，每個有相互關聯(lián)的有限元。通過分析響應有限元的每個對象的應力，應變，熱，或其他力上，計算機可以預測整個對象的反應能力。現(xiàn)代CAD / CAM系統(tǒng)與有限元分析能力相比，使該進程簡單易于實現(xiàn)。用戶對確定的領域進行劃分。計算機自動劃分領域有相互關聯(lián)的網(wǎng)絡—有限元。特別寶貴有限元分析的特性使它能夠直觀顯示分析結果。例如，如果對一個部分進行分析，以確定它如何表現(xiàn)時，將受到特定重量的壓力，電腦能夠疊加的強調部分的輕聲一部分形象。通過這種方式，由此造成的失真可容易看到。這種視覺證據(jù)的結果可以更容易地設計，最終確定必要的設計更改。 3 .設計審查 另一個步驟在設計過程中對計算機的設計審查已被簡化了。這就需要檢查所有方面的設計的準確性。有幾個全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)有能力使設計審查在CAD / CAM容易與手工設計結合。 首先是許多CAD / CAM軟件的軟件包半自動標注能力。為了產(chǎn)生一個圖像，一個全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)的系統(tǒng)必須先建立數(shù)學模型。在此模型數(shù)據(jù)可用于計算機自動計算層面。根據(jù)標準尺寸及公差多數(shù)良好的CAD / CAM軟件的軟件包可以顯示這些方面的做法。這意味著有更少的標注錯誤，與人工標注面臨一個共同的問題。 具有分層能力的CAD / CAM軟件還簡化了設計審查。如果一個多面印刷電路板的設計，可同時顯示每個的痕跡連續(xù)層。通過這種方式，可以很容易地追蹤檢查，以確保所有的連接已被適當?shù)卮_定。分層能力還可以用來檢查管道布局復雜，良好的CAD / CAM系統(tǒng)可以在超過250層以確保管道不相交，他們不應該這樣做，他們應該相互交叉。 另一個CAD / CAM軟件功能，所謂干涉檢查簡化了設計審查。利用這一功能，交配部分可加入的CRT顯示器，因為它們將能夠在最后組裝。變焦可以讓設計者的眼睛，以逐步接近小、復雜的細節(jié)來繪圖，設計師可以立即看到是否有干擾。干擾檢查對計算機變焦能力是特別有用。它的出現(xiàn)能夠放大小細節(jié)，使他們能夠更容易地看到。對復雜的組件組成的許多小部件時這是特別有用的工作。一些較先進的CAD / CAM軟件套件有運動能力。這是特別有用的工作時，這意味著他們可以模擬運動的CRT顯示器。設計了移動部件，在過去設計師使用計算機模擬這種cad取代紙板和塑料模型。 4 .設計文件 設計文件為另一個領域的CAD / CAM提供了主要的利益相比性，手冊起草技術。與CAD / CAM系統(tǒng)相比，在設計過程中需要的圖紙能利用創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫設計文件。與現(xiàn)代CAD / CAM系統(tǒng)相比改善了5倍生產(chǎn)力。CAD / CAM軟件簡化這種耗費時間的起草任務、設計修改，標注，放大錯綜復雜的細節(jié)，變化（例如長，直徑和半徑預測） ，縮放，糾正錯誤。其中，最非生產(chǎn)性任務是人工重新起草細節(jié)，局部的觀點，其他圖紙此前已制定。因為把電腦可以存儲的數(shù)學模型的所有圖紙上裝進CAD / CAM系統(tǒng)，一旦圖紙已制作，它從來沒有被重新繪制。它可以簡單地被稱為從儲存，在圖紙封裝時進入適當?shù)奈恢?，并一次又一次的使用?