時間：2022-12-15 05:26:57
序論：在您撰寫機械系統(tǒng)設計論文時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
在瓶蓋機機械系統(tǒng)設計的過程中，從理蓋、送蓋、傳送機構、沖裁、壓入等工序進行入手設計。理蓋機構的設計：在瓶蓋機機械系統(tǒng)中，會遇到一些形狀相對復雜的工件，在實際加工的過程中，要一邊進行調整，一邊進行修磨，這樣將會增加工件的加工周期。在理蓋的過程中，瓶蓋的正面需要朝上，只有這樣，才可以保障紙片順利的壓入其中，如果瓶蓋處于其他狀態(tài)，紙片將無法被壓入瓶蓋中，甚至還會因為機械之間的碰撞，發(fā)生設備的故障等等。所以針對瓶蓋機機械系統(tǒng)中的理蓋機構，對其進行的設計為定向設計。定向設計采用的方法有兩種：積極定向、消極定向。積極定向設計主要是采用請執(zhí)行措施，將理蓋中不符合定向要求的物件轉變?yōu)橐?guī)定的基準方向，消極定向設計，就是讓符合定向基準的物件在輸送道上始終的保持穩(wěn)定的狀態(tài)，并將其中不符合定向基準物件剔除。
瓶蓋傳送結構的設計：在瓶蓋傳送的過程中，到達沖裁位置時必須保證是整齊排列的，正對著沖刀，為此在紙片沖裁之前安裝一個卡輪裝置，使用兩個步進電機，一個齒輪順時針旋轉、一個齒輪逆時針旋轉，這樣可以保障瓶蓋到達沖裁位置的時候，可以順利的將沖裁紙片塞入瓶蓋中。其中為了保證紙片可以充分的得到利用，瓶蓋和紙片的輸送不能保持在一條直線上，需要保持一定的角度。瓶蓋的傳送結構在設計的過程中，需要滿足三個要求：第一，克服瓶蓋和軌道之間產(chǎn)生的摩擦力；第二，克服卡輪自身的轉動慣性；第三，保證保證瓶蓋可以在軌道上順利的前行。
沖裁機構的設計：需要沖裁的紙片需要具備一定的厚度和硬度，在紙片送到?jīng)_裁位置時，需要先將其攤平，然后將其輸送到瓶蓋的正上方。沖裁機構的設計采用的是動力源驅動主動軸，使其旋轉進而帶動偏心輪，使得沖頭支架的導軌上進行上下往復滑動。其中采用的偏心軸，與沖壓模具的曲柄機構相連，在完成沖裁的紙片，將直接進行沖壓，這種設計可以保證沖裁機構的穩(wěn)定性、降低瓶蓋機機械系統(tǒng)的磨損。壓入結構的設計：完成沖裁的紙片需要塞入瓶蓋內，但是因為紙片的質量較小，其一般情況下在落入瓶蓋時，將停留在廁內螺紋之間，及時有的紙片落入瓶蓋的底部，但是沒有固定的鑲嵌圈，在瓶蓋翻過來之后，紙片非常容易掉落。為了保障紙片在進入瓶蓋之后不發(fā)生掉落，實施壓入，在電氣的作用下將紙片壓入瓶蓋內。該壓入結構在紙片的沖裁結構之后，與沖裁中的沖刀是同步運行的，也就是說可以保證紙片的沖裁和壓入是同時進行的。
2結論
舞臺吊標分為電動和手動兩種,它主要用于懸吊和升降各種幕布、燈具、布景等物，是上下左右頻繁移動機械,所以吊桿也是舞臺安全的主要系數(shù)。電動吊桿的作用可以降低工作人員的勞動強度，起至事半功倍的效果,如果一個舞臺的深度有14米,我們可以為他設置電動吊桿38道，其中24道景桿（含一道前沿幕）、14道備用吊桿【包括2道二維側光燈架】，一道升降電影銀幕架、1道燈光渡橋及無極均勻伸縮大幕機1套。
通過我們多年使用舞臺吊桿機械的經(jīng)驗,我們認為泰州長江影視工程設備廠生產(chǎn)的產(chǎn)品，性能最穩(wěn)定，安全最可靠，已經(jīng)被上百家劇院采用。其運用了蝸輪蝸桿減速系統(tǒng)、材質為錫青銅，磨擦系數(shù)小，傳動效率高。有防沖頂保護、上下限保護?；啚殄冧\防跳繩花輪，安裝不須焊接在滑輪梁上，如焊死，以后維修、調整極不方便。長江影視設備廠的滑輪都是用抱箍羅栓固定。當?shù)鯒U升、降至某一位置時，ABS抱死系統(tǒng)立即斷火緊鎖馬達，這樣確保吊桿停至此位置下滑系數(shù)最小,安全性達到最高。且強弱電分開控制。
所以在這里設計了舞臺機械的具體參數(shù):
A、景物吊桿技術參數(shù)如下：
電機功率：2.2KW吊點數(shù)：4個
升降速度：0.27m/s桿體長暫定：16米
電機轉速：1400轉/分速比為：40：1
提升荷載為：400KG桿體為鋼管
控制方式：點控
該型吊相具有上下限位，沖頂保護裝置。制動形式：蝸輪、蝸桿自鎖，電磁抱閘。噪音≤45dB.
吊桿桿體用兩根Φ50黑鐵管焊接成吊桿，中間接頭內襯鋼管。最后均刷防銹漆兩遍，外層噴黑色油漆。
B、燈光吊桿技術參數(shù)如下：
電機功率：3KW吊點數(shù)：4個
升降速度：0.18m/s桿體長暫定：14米
電機轉速：1400轉/分速比為：50：1
提升荷載為：600KG桿體為?50黑鐵管吊桿
控制方式：點控
該型吊桿具有上下限位，沖頂保護裝置。制動形式：蝸輪、蝸桿自鎖，電磁抱閘。噪音≤45dB。
吊桿桿體用Φ50；黑鐵管焊接成吊桿，中間接頭內襯鋼管。最后均刷防銹漆兩遍，外層噴黑色油漆。
舞臺機械設計原則
（節(jié)選）1、鋼結構
a)所有承重的鋼結構件，其結構剛度大于1：1000
b)鋼結構件應設計合理，鋼結構及其接頭應能承受最大額定載荷和由緊急停車造成的沖擊載荷；
c)鋼結構件所用材料應符合有關標準；
d)鋼結構焊縫須符合有關規(guī)定，主要焊縫應進行無損探傷檢查；
2、吊物與卷揚裝置
①卷揚機卷揚機上的電動機和制動器應聯(lián)合動作，只有電動機電源接通時，才能許可制動器打開；萬一制動器打開，而電動機沒有接通電源時，只許吊桿（負載）靜止或低速下降；
②卷筒組件
卷筒直徑不小于鋼絲繩直徑的30倍；
卷筒用優(yōu)質灰鑄鐵或厚壁無縫鋼管焊接并經(jīng)精確機械加工而成；
鋼絲繩嶼卷筒繩槽中心線的夾角應中于2.5度；
卷筒組件應設計防止鋼絲繩在負荷或松馳狀態(tài)下跳槽的裝置。
③滑輪
滑輪的節(jié)圓直徑，不應小于鋼索直徑的28倍；
滑輪及滑輪組應采用滾動軸承支承；
滑輪及滑輪組應有防止鋼絲繩脫槽的保護裝置。
鋼絲繩與滑輪的偏角不超過2.5度。
④鋼絲繩
懸吊鋼絲繩應為帶有人造纖維芯的軟鋼絲繩；
預先檢驗：供貨時所有的鋼絲繩均應分批測試；
現(xiàn)場處理：鋼絲繩在安裝期間應小心處理，不能以任何方式技術打結或損壞；受損或變形的鋼絲繩不予接收。所有切斷頭都應妥善處理；
安裝：鋼絲繩不應與設備的固定或移動部分磨擦，在有損壞或卡住風險的地方，應采取正確防護措施；
懸掛支承：穿過頂樓的轉向滑輪或在其它需要懸掛支承的地方，鋼絲繩應在滑輪上進行支承。
⑤鋼絲繩配件
鋼絲繩配件應采用表面鍍鋅的標準配件；
鋼絲繩配件規(guī)格尺寸與鋼絲繩匹配；
使用鋼絲繩夾的地方，每個接頭至少使便用3個正確安裝的繩夾。
3、吊桿
a)吊桿采用圓管桿或桁架桿，管子或構架應平直、無扭曲變形；
b)管桿采用優(yōu)質無縫鋼管制造；
c)桿的接頭應盡量少，接頭采用實心圓棒與管子配合；
d)懸吊鋼絲繩的端頭用單獨安裝于桿上的調節(jié)裝置進行調整；
e)管端：管端應配有帶醒目顏色的永久性塑料帽或鋼封頭；
4、限位、定位、超程開關
a)限位及定位開關
i.行程終止限們開關：行程終止限位開關應能測出設備正常行程綹并使之停車；
ii.中間定位開關：在合適的地方配置中間定位開關和減速開關；
iii.直接碰撞限位開關：行程終止限位開關也可選用直接碰撞限位開關。
b)超程限位開關
超程限位開關：所有電動設備都應安裝單獨的超程限位開關，以防行程終止限位開關發(fā)生故障導致機械損傷。
4、電動機
a)工作循環(huán)：舞臺機械按斷續(xù)操作設定。每個工作循環(huán)規(guī)定為在載荷條件下6次全行程運轉并有15min停頓；
舞臺吊標分為電動和手動兩種,它主要用于懸吊和升降各種幕布、燈具、布景等物，是上下左右頻繁移動機械,所以吊桿也是舞臺安全的主要系數(shù)。電動吊桿的作用可以降低工作人員的勞動強度，起至事半功倍的效果,如果一個舞臺的深度有14米,我們可以為他設置電動吊桿38道，其中24道景桿（含一道前沿幕）、14道備用吊桿【包括2道二維側光燈架】，一道升降電影銀幕架、1道燈光渡橋及無極均勻伸縮大幕機1套。
通過我們多年使用舞臺吊桿機械的經(jīng)驗,我們認為泰州長江影視工程設備廠生產(chǎn)的產(chǎn)品，性能最穩(wěn)定，安全最可靠，已經(jīng)被上百家劇院采用。其運用了蝸輪蝸桿減速系統(tǒng)、材質為錫青銅，磨擦系數(shù)小，傳動效率高。有防沖頂保護、上下限保護?；啚殄冧\防跳繩花輪，安裝不須焊接在滑輪梁上，如焊死，以后維修、調整極不方便。長江影視設備廠的滑輪都是用抱箍羅栓固定。當?shù)鯒U升、降至某一位置時，ABS抱死系統(tǒng)立即斷火緊鎖馬達，這樣確保吊桿停至此位置下滑系數(shù)最小,安全性達到最高。且強弱電分開控制。
所以在這里設計了舞臺機械的具體參數(shù):
A、景物吊桿技術參數(shù)如下：
電機功率：2.2KW吊點數(shù)：4個
升降速度：0.27m/s桿體長暫定：16米
電機轉速：1400轉/分速比為：40：1
提升荷載為：400KG桿體為鋼管
控制方式：點控
該型吊相具有上下限位，沖頂保護裝置。制動形式：蝸輪、蝸桿自鎖，電磁抱閘。噪音≤45dB.
吊桿桿體用兩根Φ50黑鐵管焊接成吊桿，中間接頭內襯鋼管。最后均刷防銹漆兩遍，外層噴黑色油漆。
B、燈光吊桿技術參數(shù)如下：
電機功率：3KW吊點數(shù)：4個
升降速度：0.18m/s桿體長暫定：14米
電機轉速：1400轉/分速比為：50：1
提升荷載為：600KG桿體為?50黑鐵管吊桿
控制方式：點控
該型吊桿具有上下限位，沖頂保護裝置。制動形式：蝸輪、蝸桿自鎖，電磁抱閘。噪音≤45dB。
吊桿桿體用Φ50；黑鐵管焊接成吊桿，中間接頭內襯鋼管。最后均刷防銹漆兩遍，外層噴黑色油漆。
舞臺機械設計原則
（節(jié)選）1、鋼結構
a)所有承重的鋼結構件，其結構剛度大于1：1000
b)鋼結構件應設計合理，鋼結構及其接頭應能承受最大額定載荷和由緊急停車造成的沖擊載荷；
c)鋼結構件所用材料應符合有關標準；
d)鋼結構焊縫須符合有關規(guī)定，主要焊縫應進行無損探傷檢查；
2、吊物與卷揚裝置
①卷揚機卷揚機上的電動機和制動器應聯(lián)合動作，只有電動機電源接通時，才能許可制動器打開；萬一制動器打開，而電動機沒有接通電源時，只許吊桿（負載）靜止或低速下降；
②卷筒組件
卷筒直徑不小于鋼絲繩直徑的30倍；
卷筒用優(yōu)質灰鑄鐵或厚壁無縫鋼管焊接并經(jīng)精確機械加工而成；
鋼絲繩嶼卷筒繩槽中心線的夾角應中于2.5度；
卷筒組件應設計防止鋼絲繩在負荷或松馳狀態(tài)下跳槽的裝置。③滑輪
滑輪的節(jié)圓直徑，不應小于鋼索直徑的28倍；
滑輪及滑輪組應采用滾動軸承支承；
滑輪及滑輪組應有防止鋼絲繩脫槽的保護裝置。
鋼絲繩與滑輪的偏角不超過2.5度。
④鋼絲繩
懸吊鋼絲繩應為帶有人造纖維芯的軟鋼絲繩；
預先檢驗：供貨時所有的鋼絲繩均應分批測試；
現(xiàn)場處理：鋼絲繩在安裝期間應小心處理，不能以任何方式技術打結或損壞；受損或變形的鋼絲繩不予接收。所有切斷頭都應妥善處理；
安裝：鋼絲繩不應與設備的固定或移動部分磨擦，在有損壞或卡住風險的地方，應采取正確防護措施；
懸掛支承：穿過頂樓的轉向滑輪或在其它需要懸掛支承的地方，鋼絲繩應在滑輪上進行支承。
⑤鋼絲繩配件
鋼絲繩配件應采用表面鍍鋅的標準配件；
鋼絲繩配件規(guī)格尺寸與鋼絲繩匹配；
使用鋼絲繩夾的地方，每個接頭至少使便用3個正確安裝的繩夾。
3、吊桿
a)吊桿采用圓管桿或桁架桿，管子或構架應平直、無扭曲變形；
b)管桿采用優(yōu)質無縫鋼管制造；
c)桿的接頭應盡量少，接頭采用實心圓棒與管子配合；
d)懸吊鋼絲繩的端頭用單獨安裝于桿上的調節(jié)裝置進行調整；
e)管端：管端應配有帶醒目顏色的永久性塑料帽或鋼封頭；
4、限位、定位、超程開關
a)限位及定位開關
i.行程終止限們開關：行程終止限位開關應能測出設備正常行程綹并使之停車；
ii.中間定位開關：在合適的地方配置中間定位開關和減速開關；
iii.直接碰撞限位開關：行程終止限位開關也可選用直接碰撞限位開關。
b)超程限位開關
超程限位開關：所有電動設備都應安裝單獨的超程限位開關，以防行程終止限位開關發(fā)生故障導致機械損傷。
4、電動機
a)工作循環(huán)：舞臺機械按斷續(xù)操作設定。每個工作循環(huán)規(guī)定為在載荷條件下6次全行程運轉并有15min停頓；
關鍵詞:機電一體化;機械系統(tǒng);工作經(jīng)驗;研究資料
機電一體化機械系統(tǒng)通過運用計算機技術，由計算機系統(tǒng)進行協(xié)調及控制，從而完成運動、能量流和機械力等各項動力學相關的任務，同時其各個機電部件相互聯(lián)系、相互配合和相互協(xié)調，組成完整的系統(tǒng)結構。基于該系統(tǒng)結構的程序性和任務性，在機電一體化機械系統(tǒng)的設計與研究上應該站在“系統(tǒng)”的相關角度，以便進行有效科學的安排設計。
1機電一體化機械系統(tǒng)的設計要求
1．1保證較高的精確性
機電相關產(chǎn)品的精確程度直接關系著系統(tǒng)整體的質量和效益，機電一體化機械的技術性能、工藝水平及功能都要求選擇優(yōu)質產(chǎn)品，也就是說，機電一體化產(chǎn)品的首要標準和要求便是高精確度。
1．2反應性能要強
機電系統(tǒng)具有良好的反應性能，即在系統(tǒng)接受某一指令后，能夠較短時間內對該指令進行任務的執(zhí)行，從而保證系統(tǒng)能夠更加精確地完成任務。另外根據(jù)系統(tǒng)的運行狀況，做好準確、及時獲得相應指令的控制，能夠增加任務完成和執(zhí)行的準確性。
1．3具有較強的穩(wěn)定性
在機電一體化機械設計中，為了保證更好的系統(tǒng)精確度和反應性能，往往會在無間隙、低摩擦、高剛度和高諧振頻率等方面對系統(tǒng)提出較高的要求。另一方面，還要求機電一體化機械系統(tǒng)有壽命長、體積小、重量輕和可靠性高等優(yōu)點。
2機電一體化機械系統(tǒng)的構成
機電一體化機械系統(tǒng)通常是由傳動機構、導向機構和執(zhí)行機構三部分構成。
2．1傳動機構
機電一體化機械系統(tǒng)中的傳動機構，不僅僅是轉速和轉矩的轉換器，耗時伺服系統(tǒng)中的重要組成部分，因此，在機電一體化機械系統(tǒng)設計要求中，傳動機構首先要具有較高的精確度，同時必須滿足重量輕、噪音低、體積小、運轉速度高和可靠性高等方面的要求和特點，結合機電一體化機械系統(tǒng)中對伺服控制的要求和標準進行傳動機構的設計研究，以便更好地提升系統(tǒng)機械結構中的伺服性能。
2．2導向機構
導向機構在機電一體化機械系統(tǒng)中主要起到的是導向作用和支撐作用，一般包括導軌和軸承等。導向機構的正常作用的發(fā)揮可以有效保證機電一體化機械系統(tǒng)中的組成部分和各個裝置能夠安全、準確完成指定的任務運動。
2．3執(zhí)行機構
執(zhí)行機構，是指在機電一體化機械系統(tǒng)中直接完成任務指令的操作裝置和部分，一般情況下，執(zhí)行機構所具備的高靈敏度和精確度以及高重復性能和可靠性，可以保證其根據(jù)不同的任務指令和相關要求，在動力源的推動下完成預先設定的各種操作任務。在目前經(jīng)濟快速發(fā)展的社會，計算機的應用能通過其強大有效的功能，使傳統(tǒng)機電的動力發(fā)動機轉換成為可變速、動力和執(zhí)行的多功能發(fā)動機，從而使得執(zhí)行機構和傳動機構得到進一步的簡化。
3機電一體化機械系統(tǒng)的設計思想
3．1動態(tài)設計思想
在機電一體化機械系統(tǒng)的設計中，通過靜態(tài)設計的有效協(xié)助，為了更好的研究整個機械系統(tǒng)結構的頻率特點和性質，完成各個系統(tǒng)環(huán)節(jié)數(shù)字模型的建立，推動促進機電一體化機械系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，必須充分有效地通過自控方法進行頻率特性的計算，這便是動態(tài)設計。機械系統(tǒng)的頻率特性，在一定程度上不但能夠反映出整個系統(tǒng)在不同信號頻率下的相應反應，還決定了系統(tǒng)的工作最大頻率、抗干擾性和穩(wěn)定性。
3．2靜態(tài)設計思想
靜態(tài)設計是指按照機電一體化各個機械系統(tǒng)的功能要求，通過相關的研究和經(jīng)驗初步、大體上制定出機械系統(tǒng)設計的步驟及方案。方案中主要涉及整個系統(tǒng)部件之間的控制、連接以及部件的種類和對能源的需求等。基本方案設計完成后，應以技術手段為基礎，設計出系統(tǒng)中各部件的運動關系、參數(shù)及結構，確定部件及相應零件的材料、精確度和結構方式，并對執(zhí)行元件發(fā)電功率、參數(shù)和過載能力進行驗算，對其他相關的元件和部件進行配置系統(tǒng)的選擇等等。
4機電一體化機械系統(tǒng)的性能分析
想要使機電一體化機械系統(tǒng)良好的伺服性能得到保證，不但需要從機械系統(tǒng)的靜態(tài)特征方面得到更好的滿足，同時還要充分的運用理論研究和自動化的控制方法對整個系統(tǒng)體系進行動態(tài)設計和分析。另外，機械系統(tǒng)的動態(tài)設計應該以系統(tǒng)靜態(tài)的數(shù)字模型為基礎，根據(jù)自動化控制的要求和方法研究分析系統(tǒng)的整個頻率特性，并通過調整相應的頻率，改善系統(tǒng)整體的伺服性能。
4．1數(shù)字模型的建立
機電一體化機械系統(tǒng)數(shù)字模型的建立和電氣系統(tǒng)的數(shù)字模型的建立在一定程度上基本相似，即都是通過折算將比較負責的結構裝置簡單化，轉為等效的數(shù)學函數(shù)關系，并用數(shù)學中的線性微分方程表達式將其表達出來。機電一體化機械系統(tǒng)的數(shù)字模型分析通常情況下都是輸入與輸出的聯(lián)系。比如，把比較復雜的系統(tǒng)機械參數(shù)，彈性模量、阻尼和系統(tǒng)慣量等統(tǒng)一進行處理，并對各個機械參數(shù)進行數(shù)學方式的分析，從而得出它們對整個機械系統(tǒng)的影響。在數(shù)字模型的建立之前，需要先對機械系統(tǒng)中的不同物理量進行折算，使它們直接轉化到某個元件上，從而把多變、復雜的多軸傳動變?yōu)閱屋S傳動，在此過程中，必須嚴格按照總機械系統(tǒng)性能不變的原則。這樣，以單軸為基礎的輸入量和輸出量的關系，就能夠建立相關的數(shù)學表達式，從中反應出機械的相應性能，從而應用并指導實際中的設計。
4．2性能參數(shù)的影響
機電一體化機械系統(tǒng)設計要求必須要工作可靠、精確度高、運行平穩(wěn)等，既是靜態(tài)設計中的研究問題，也是動態(tài)設計對伺服機構的要求，這就應該通過對有關參數(shù)的調整，優(yōu)化整體系統(tǒng)的性能。
5結語
通過以上論述，從機電一體化機械系統(tǒng)的性質、概念等方面進行相關分析，分別從機電一體化機械系統(tǒng)的設計要求、基本構成、設計思想和性能分析四個方面進行了研究分析，機電一體化機械系統(tǒng)設計研究進行了詳細的論述。
作者:朱翔宇 王玉樂 單位:聊城大學機械與汽車工程學院 青島科技大學自動化與電子工程學院
參考文獻:
［1］農(nóng)明武．技校生參加"機電一體化"技能競賽的指導策略［J］．中小企業(yè)管理與科技(下旬刊)，2016(01)．
［2］韓向可，吳耀春．應用型本科機電一化系統(tǒng)設計課程改革探索［J］．裝備制造技術，2016(01)．
機械臂的模型仿真采用MatLab平臺下的RoboticsToolbox工具箱，從而可以很方便地對機械臂運動學的理論進行學習和驗證。工具箱內部包含了很多機械臂運動學方面的功能函數(shù)，如機械臂的坐標變換及機械臂正逆運動等。通過調用Link和Robot兩個功能函數(shù)，利用Denavit－Hartenberg參數(shù)表來描述機械臂各個連桿間的位移關系，可以在三維空間為機械臂的每一個連桿建立一個坐標系或相對于機械臂底座的相對坐標系，進而確定每一個桿件的位置和方向。在建立多個運動坐標的時候，為了方便，一般建立一張關節(jié)和連桿參數(shù)的D－H參數(shù)表。根據(jù)圖4所示的結構模型建立的參數(shù)如表1所示。利用表1建立的D－H參數(shù)表來進行機械臂數(shù)學模型的運動仿真，在Matlab中將6個關節(jié)初始角度按照表1設置為θ1=90°、θ2=0°、θ3=0°、θ4=－90°、θ5=90°、θ6=0°。通過調節(jié)工具箱中每個自由度對應的活動范圍可以實現(xiàn)機械臂任一關節(jié)的位姿運動。
2機械臂控制系統(tǒng)硬件實現(xiàn)
采摘機械臂要實現(xiàn)其特定的動作離不開控制系統(tǒng)的支持，其控制系統(tǒng)主要由AVR主控板和舵機控制擴展板組成，此外還有一些輔助的硬件模塊。例如，使其系統(tǒng)穩(wěn)定工作的開關電源模塊、調整工作姿態(tài)的鍵盤模塊、實現(xiàn)人機對話的顯示模塊和語音播報模塊。同時，為了實現(xiàn)在上位機上的監(jiān)控，設計了基于MAX232的串行通信接口。
3機械臂控制系統(tǒng)軟件實現(xiàn)
機械臂控制系統(tǒng)軟件主要由主控板控制程序和上位機監(jiān)控程序兩部分組成。采摘機械臂主程序流程如圖8所示。整個程序主要是通過鍵盤模塊上按鍵的控制來切換操作模式，也可以在上位機設計的監(jiān)控軟件中來進行模式的選擇判斷。主程序主要由單自由度功能模式、多自由度功能模式、軌跡規(guī)劃功能模式這3種工作模式組成，通過這3種工作模式，可以完整的展示采摘機械臂的整體自由度配合情況。為了在上位機上實現(xiàn)對機械臂的監(jiān)控，借助于Labview軟件設計了機械臂上位機控制系統(tǒng)。Labview使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式［6］。根據(jù)需求選擇合適的控件并進行合理的布局，就可以構建一個美觀的儀器儀表界面。設計的控制界面如圖9所示，該界面包含有六個舵機的數(shù)據(jù)監(jiān)控轉盤、串口通訊設置、速度調節(jié)滑塊、按鍵模塊。通過RS232通信協(xié)議該監(jiān)控軟件可以實時的實現(xiàn)對六個自由度轉角和方向的控制，其中舵機轉盤上的數(shù)值代表脈寬值，其可調整的范圍為500～2500μs，代表舵機相應的角度為0°～180°。在上位機上的控制信號發(fā)送給AVR主控制板，主控制板對接收到的上位機數(shù)據(jù)進行分析處理，將需要的運動形式及參數(shù)發(fā)送給舵機控制板，各個舵機根據(jù)接收到的控制數(shù)據(jù)進行相應的動作響應。
4結語
可變功能機械系統(tǒng)由不同的分功能組成，且功能間會發(fā)生耦合。筆者基于FBS概念設計模型對可變功能機械系統(tǒng)進行研究，先將各分功能獨立，分別建立自頂向下的設計模型，即先對功能進行分解，由功能-行為映射求解得到相應的行為層級結構，分析相應的行為模型，得出映射層結構方案?？勺児δ軝C械的FBS模型詳解如圖1所示。在研究可變功能機械系統(tǒng)時，本研究將分功能到行為和行為到結構的映射并行研究，功能總和代表了各分功能不同模型的集合，系統(tǒng)實現(xiàn)其中一個功能時，另一個分功能處于待用模式，為加以區(qū)分，用功能符號“F”+“i”（數(shù)字）代表分功能序號，用“or”（或者）連接各分功能。之后本研究建立分功能的層級結構及相應的功能分解模型、行為過程層級結構及其行為過程模型，最后進行映射求解。這種并列的設計過程存在交集，即這些分功能間具有耦合性，系統(tǒng)的功能分解有部分相似，例如當農(nóng)用拖車的連接器連接不同的耕作設備可以完成不同的生產(chǎn)功能，施肥機可以進行移動施肥，灑水機完成澆灌工作等，系統(tǒng)的動力功能和傳動功能并未發(fā)生改變，改變的僅是執(zhí)行端的功能。本研究將相似的功能結構和行為結構以及方案層的具體實施構件組合用虛線連接，代表它們之間存在的特殊聯(lián)系。為具體表達該設計過程中的模型聯(lián)系，基于經(jīng)典相似理論中對序結構的定義，本研究將系統(tǒng)要素按一定組成規(guī)律、一定順序出現(xiàn)的序列結構稱為序結構，序結構與系統(tǒng)有著緊密的聯(lián)系。根據(jù)可變功能機械系統(tǒng)概念設計層次，筆者對序結構進行特征分析，分為功能序結構、行為序結構以及方案序結構。由于篇幅原因，本研究僅對功能分解和行為結構的序結構表達進行描述，并構建相似模型。
2相似模型構建
2.1功能序結構和行為序結構模型相似包括功能相似以及行為相似，功能具有相同的效果不代表行為也具有相似性。研究系統(tǒng)相似度時需要衡量功能相似度和行為相似度不同的權重值，建立相似模型，從系統(tǒng)的角度將不同的功能及其行為映射用序結構表達出來，用系統(tǒng)要素的方式進行模型構建。功能是表達系統(tǒng)特性最抽象的方式，功能的表達需滿足：（1）能根據(jù)給定要求表示設計者的意圖；（2）能準確描述滿足設計要求的設計對象；（3）能被定性或者定量地評價，并可以測定設計意圖的滿意度。功能的系統(tǒng)要素為能量、物質和信息，每個功能要素都有其輸入和輸出，因此可以運用“輸入流-輸出流”的方法進行功能描述。功能要素在時間和空間上有一定的順序，即功能序。本研究將功能序的關系進行分類，分別有組成關系、時序關系和因果關系如圖2、圖3所示。時序關系又有順序關系，并存關系。功能序是功能序結構的基礎組成。在概念設計模型中，功能是一個模糊而粗糙的概念，而行為相對而言更為具體，能激發(fā)設計者的靈感，引導設計者保證三大流（即物質、能量、信息）的有序流動，不違背自然規(guī)律。行為的系統(tǒng)要素包括運動學要素、力學要素和能量要素。結合目前行為結構的表達方法，本研究統(tǒng)一用“輸入流-輸出流”的方式表達行為序結構。行為可以分為基本行為和組合行為。基本行為對應基本結構，較為簡單；組合行為由基本行為構成，包括運動轉換行為、執(zhí)行行為、檢測行為、控制行為等，這些基本行為通過一定的順序連接起來形成組合行為。行為序就是指這些基本行為和組合行為間的連接，行為序結構則表達了行為序間的連接關系。行為序結構分類如圖4所示。行為序的關系有以下幾種：①串聯(lián)順序關系；②并聯(lián)同時關系；③選擇發(fā)生關系。
2.2基于序結構的相似模型構建由相似第一定律即序結構定律可知，不同類型、不同層次系統(tǒng)存在一定的序結構，當系統(tǒng)序結構存在共同性時，系統(tǒng)之間出現(xiàn)相似特性，相似性大小隨序結構的共同性程度增大而上升，反之則下降。上節(jié)已將可變功能機械系統(tǒng)概念設計中的功能層和行為層用序結構進行表達來探索功能和行為的相似性，本節(jié)在此基礎之上運用數(shù)學建模對相似度進行計算?？勺児δ軝C械系統(tǒng)具有一定的相似性，即相似度大于零，某些功能或行為能通過改變一些系統(tǒng)組成就能形成新的功能系統(tǒng)，若是沒有相似性即相似度為零，那么整個分功能系統(tǒng)就轉變成了多功能的單個系統(tǒng)的集合，不在本研究的研究范圍之內。本研究將系統(tǒng)或者系統(tǒng)的一部分進行序結構構建和分析之后，為每個序進行編碼，用eik表示序要素的集合，要素包含屬性和特征值，屬性由所屬功能或者行為的輸入輸出流決定，i是分功能編號，k是序的編號。相似序的概念是將分功能序結構的要素和特征聯(lián)系形成兩兩組合的有序偶，用(e1k,e2k)表示。相似度由相似序的個數(shù)和相似序對相似的影響權重所決定，相似度以q表示，相似序個數(shù)決定的相似度為q1，影響權重決定的相似度。權重的分配也是相似度量的重要環(huán)節(jié)之一，主要包括主觀權重分配方法和客觀權重分配方法。相似序模型分析之后根據(jù)經(jīng)典相似理論進行數(shù)學建模，系統(tǒng)的總相似度由功能、行為和結構的相似度綜合得出。本研究根據(jù)所建立的序結構進行系統(tǒng)知識表達，計算可變功能間的相似性，設機械系統(tǒng)共有兩個可變分功能，特征參數(shù)取自輸入輸出流的類型和數(shù)值，如功能的能量類型和所代表的數(shù)值等，對整個系統(tǒng)進行相似模型構建，并計算相應的相似度數(shù)值。相似求解模型如圖5所示。建模的一般步驟可表述如下：（1）分別對分功能系統(tǒng)進行層次劃分，建立基于功能或者行為結構的模型。可用輸入流輸出流的方式按2.1節(jié)所述分別建立分功能的具體模型，對應的序結構統(tǒng)計如表1所示。
3實例分析
筆者選取典型的可變功能機械系統(tǒng)進行研究，選取如圖6所示的機床作為研究對象，通過更換不同的刀具執(zhí)行機構可以獲得鉆孔，擴孔和鉸孔3個不同的功能?？梢钥闯?，這是一種通過改變系統(tǒng)執(zhí)行機構達到改變功能的情況。本研究按上文所述的步驟進行分析，首先由系統(tǒng)的可變功能得到功能的序結構模型，所建立的模型如圖7所示。表3所示機床的可變功能由更換執(zhí)行機構來實現(xiàn)，在系統(tǒng)層面上達到了改變功能的要求。本研究按上文所述，根據(jù)所建立的序結構模型，通過分析相似要素應用公式（1~3）得到系統(tǒng)功能級的相似度數(shù)值。
4結束語
機械系統(tǒng)設計的過程中需要從管理模型出發(fā)，按照機械設計管理成熟度模型的具體要求推進各項工作，保證機械制造企業(yè)能夠符合生產(chǎn)經(jīng)營管理的具體要求，按照機械模型標準化的要求推進系統(tǒng)設計，提高對系統(tǒng)的綜合控制和管理能力，為機械系統(tǒng)優(yōu)化控制創(chuàng)造良好的條件。機械系統(tǒng)設計的過程中需要從現(xiàn)成模型管理出發(fā)，保證模型化管理方案能夠符合機械控制的總體要求，推進機械設計管理體系創(chuàng)新，為機械管理體系優(yōu)化創(chuàng)造良好的平臺。企業(yè)管理模式優(yōu)化控制管理的過程中需要對模型控制的整體思路進行優(yōu)化，確保整體思路能夠符合管理效益提升的要求，實現(xiàn)機械系統(tǒng)的自動化控制，讓機械系統(tǒng)設計更加符合機械系統(tǒng)管理的要求。機械設計過程中需要不斷改變傳統(tǒng)思維模式，讓思維模式符合機械系統(tǒng)設計體系的具體要求，確保機械系統(tǒng)設計符合模型化控制的全面要求。機械設計模型化的提出對機械系統(tǒng)優(yōu)化具有積極的作用，并且能夠形成機械控制、機械管理、方案優(yōu)化與一體，實現(xiàn)目標測算模型的全面控制和優(yōu)化。
1.1機械設計業(yè)務模型探索
機械設計的過程中需要對機械控制功能進行全面的分析，只有把握住機械控制功能，才能對機械功能進行全面的分析，提高機械設計業(yè)務管理水平，為機械業(yè)務模型控制和優(yōu)化創(chuàng)造良好的平臺。在新的機械業(yè)務管理鏈條控制下，需要對信息流進行優(yōu)化控制，才能提升機械設計的綜合管理控制能力，為機械綜合控制管理創(chuàng)造良好的內部條件和外部條件。機械設計的過程中業(yè)務模型優(yōu)化需要從價值鏈角度出發(fā)，對模型化管理工具進行全面的分析，實現(xiàn)對管理工具的全面控制，提升對機械管理工具的綜合管理能力。
1.2通過IT工具實現(xiàn)機械設計的模型優(yōu)化
隨著信息技術的發(fā)展，機械設計所利用的IT工具越來越多，因此要從云計算、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等角度出發(fā)，充分發(fā)揮機械工具的控制管理要求，保證新興IT技術能夠在機械設計中得到全面的應用。IT工具在業(yè)務需求控制管理的過程中需要進行流程化管理，確保權責控制能夠符合機械化的具體要求，實現(xiàn)機械的流程化管理和控制，提高對機械控制管理的總體需求，在具體實施的過程中需要從價值創(chuàng)造和管理效率角度出發(fā)，實現(xiàn)機械設計的管理模型優(yōu)化，為管理方案的探索和優(yōu)化創(chuàng)造良好的條件，通過搜集整理和數(shù)據(jù)管理分析，保證機械設計能夠符合管理決策控制的要求，實現(xiàn)機械系統(tǒng)的全面優(yōu)化。機械設計中需要通過軟件診斷和經(jīng)驗分析等手段，保證模型能夠按照機電一體化控制的要求進行系統(tǒng)設計。機械設計咨詢與機械設計軟件和機械設計軟件服務融合在一起的，需要按照一體化管理和控制的具體要求，積極推進機械系統(tǒng)的綜合控制管理，從機械模型主脈出發(fā)，積極穩(wěn)妥的推進機械系統(tǒng)優(yōu)化控制。機械設計軟件本身就是一種模型，因此管理模式存在固化現(xiàn)象，需要從全面預算管理的角度出發(fā)，解決機械設計中出現(xiàn)的問題，對機械系統(tǒng)進行全面的風險控制，保證機械系統(tǒng)設計符合模型化的具體要求。
2機械設計管理模型控制和優(yōu)化
機械設計管理過程中需要從全面預算管理的角度出發(fā)，控制和優(yōu)化機械設計的方案，提高機械模型的綜合控制管理水平，對范式有效控制具有積極的作用，通過對機械業(yè)務的全面控制，才能對管理模型進行優(yōu)化，提高對機械系統(tǒng)的綜合管理水平。
2.1機械設計中多業(yè)務模型控制
機械設計過程中需要對不同的功能進行不同的分析，確保功能業(yè)務能夠被全面的掌控，實現(xiàn)對機械設計的管理模型優(yōu)化，讓參數(shù)能夠符合機械設計中多業(yè)務管理的要求，提升對多業(yè)務模型的綜合控制管理水平。機械設計要和參數(shù)及控制點緊密結合在一起，實現(xiàn)對情景的有效匹配，為機械控制管理和模型優(yōu)化創(chuàng)造良好的條件。機械系統(tǒng)多業(yè)務模型控制管理的過程中需要從風險控制角度出發(fā)，按照管理模型的綜合管理要求，提升機械系統(tǒng)的優(yōu)化管理要求。
2.2機械系統(tǒng)設計的質量模型控制優(yōu)化
機械系統(tǒng)設計的過程中需要建立完善的質量管理和控制體系，通過對質量模型的優(yōu)化和管理，實現(xiàn)對算法的全面管理，讓機械系統(tǒng)設計能夠符合質量標準要求，機械系統(tǒng)的質量控制與機械系統(tǒng)的效率是緊密結合在一起的，只有把機械系統(tǒng)的質量和系統(tǒng)的模型融合在一起，才能提升機械系統(tǒng)的綜合控制管理水平，質量控制需要從機械元件出發(fā)，對每個元件進行機械模型優(yōu)化，提高對機械模型的控制管理水平。機械系統(tǒng)模型設計與質量控制要從不同的方案出發(fā)，建立完善的質量控制管理體系，為模型管理創(chuàng)造良好的內部環(huán)境和外部環(huán)境。在機械設計平臺中植入質量管理方案，可以實時對機械系統(tǒng)的質量進行監(jiān)控，確保機械系統(tǒng)的質量管理能夠符合質量控制的具體要求，實現(xiàn)對模型的全面分析和優(yōu)化，對模型應用具有重要的作用。機械系統(tǒng)設計質量控制與機械系統(tǒng)模型管理是緊密結合在一起的，需要從不同的方案設計出發(fā)，提高機械系統(tǒng)的管理控制能力。
3機械系統(tǒng)設計模型控制和管理機制
機械系統(tǒng)設計模型控制要從模型管理的角度出發(fā)，加強管理機制建設，提高對機械系統(tǒng)的控制管理水平，為機械設計系統(tǒng)的綜合管理創(chuàng)造良好的條件。
3.1機械系統(tǒng)設計模型控制
機械系統(tǒng)設計需要從機械控制角度出發(fā)，建立完善的機械模型，保證機械系統(tǒng)能夠得到全面的運行。機械系統(tǒng)設計模式控制需要遵循一定的規(guī)范，全面提升機械系統(tǒng)的綜合控制、管理功能。機械系統(tǒng)功能模塊設計過程中要從技術創(chuàng)新出發(fā)，確保CAD解決方案能夠符合功能設計的總體要求，從機械系統(tǒng)操作角度進行模型控制，按照機械資源管理器的控制理念，提升機械系統(tǒng)的資源控制和管理能力，為機械系統(tǒng)更好的管理文件創(chuàng)造良好的條件。機械系統(tǒng)要實現(xiàn)高質量的模型控制，必須要從資源管理角度出發(fā)，促進機械系統(tǒng)模型優(yōu)化管理工作。機械系統(tǒng)設計要和零件設計、部件設計緊密結合在一起，形成工程模式管理，全面優(yōu)化機械系統(tǒng)的綜合功能，提高機械系統(tǒng)的優(yōu)化控制和管理功能。機械系統(tǒng)模型設計過程中需要建立一套完整的動態(tài)管理界面，減少不必要的操作流程，提高機械系統(tǒng)設計的控制管理能力。機械模型設計中要從特征模塊出發(fā)，建立完善的標準控制管理系統(tǒng)，通過特征模型設計，可以實現(xiàn)對其標準的優(yōu)化和控制，實現(xiàn)零件系統(tǒng)的信息共享。機械系統(tǒng)設計控制模型優(yōu)化要與調用標準緊密結合在一起，形成機械配置管理的模式，從部件設計、零件設計、工程圖角度出發(fā)，確保機械系統(tǒng)設計能夠符合機械控制管理的具體要求。機械系統(tǒng)設計中需要通過不同的參數(shù)組合和變換，提高機械系統(tǒng)的綜合控制管理水平。
3.2機械設計模型管理機制設計
機械設計模型管理機制要從信息資源共享角度出發(fā)，建立完善的信息共享平臺，提高機械設計的信息共享能力，為其更好的實現(xiàn)機械控制創(chuàng)造良好的平臺。機械設計模型管理中要利用先進的工具，通過互聯(lián)網(wǎng)進行協(xié)同控制和管理，保證機械系統(tǒng)能夠得到全面的優(yōu)化，為機械系統(tǒng)的管理模式創(chuàng)新創(chuàng)造良好的條件。機械設計中信息管理機制建設需要從文件控制管理角度出發(fā)，通過實體模型優(yōu)化控制，確?；ヂ?lián)網(wǎng)信息能夠協(xié)同工作，在機械部件設計中進行參數(shù)信息管理，使設計能夠符合機械控制管理的具體要求。通過智能零件技術能夠實現(xiàn)系統(tǒng)的自動重復設計，保證智能零件能夠符合創(chuàng)新技術方案設計的具體要求。機械設計模型與管理模式要緊密結合在一起，確保管理模式能夠符合機械設計平臺設計的管理要求，從不同平臺實現(xiàn)信息資源的共享。
4結語
