機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計精選(九篇)

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第1篇：機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計范文

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

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

機(jī)器人一直是國內(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，激發(fā)了兒童對科學(xué)技術(shù)的好奇心和求知欲。目前，國內(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)文等人對四自由度寫字機(jī)器人做了詳細(xì)的研究，并對其控制系統(tǒng)設(shè)計、軌跡規(guī)劃、運(yùn)動學(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)與語音技術(shù)相結(jié)合的研究并不多見。漢王科技推出的“雙槍筆”利用語音技術(shù)實現(xiàn)了當(dāng)使用者對著麥克風(fēng)朗讀，相應(yīng)文字就會自動錄入電腦，但這一技術(shù)卻沒能實現(xiàn)書寫過程的展示。文章主要闡述基于語音技術(shù)的早教寫字機(jī)器人，通過x、y、z三自由度機(jī)構(gòu)帶動筆的運(yùn)動來展現(xiàn)書寫過程。語音控制技術(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

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖

系統(tǒng)是基于語音技術(shù)的早教寫字機(jī)器人。該機(jī)器人能按照使用者的語音命令，驅(qū)動其寫字機(jī)構(gòu)運(yùn)動——帶動上面的常規(guī)繪圖筆，完成10以內(nèi)的算術(shù)運(yùn)算的書寫。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)動部分、寫字部分、語音處理部分、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)計框圖如圖1所示。系統(tǒng)由24V，3A的開關(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直流電機(jī)作為驅(qū)動；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互成一定角度的超聲波傳感器用于避障檢測。

2 寫字機(jī)構(gòu)設(shè)計

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)實現(xiàn)XY平面內(nèi)的任意軌跡運(yùn)動；曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實現(xiàn)Z方向的提筆、下筆運(yùn)動。“十”字滑塊結(jié)構(gòu)由導(dǎo)軌座、移動滑塊、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。兩個步進(jìn)電機(jī)作為原動機(jī)以驅(qū)動滾珠絲杠，分別安裝在寫字板的X軸和Y軸上。移動滑塊位于兩滾珠絲杠的交點(diǎn)處，滾珠絲杠的螺母帶動滑塊上的繪圖筆實現(xiàn)沿x、y平面內(nèi)任意軌跡的運(yùn)動，從而實現(xiàn)繪圖筆對平面任意點(diǎn)的遍歷。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)用來完成Z方向的提筆和下筆動作，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖3所示，它能將圓周運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動，筆固定于滑塊上，通過舵機(jī)轉(zhuǎn)動控制曲柄的圓周擺動從而使滑塊沿Z方向上下移動。

圖3 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

3 寫字功能的實現(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57系列的步進(jìn)電機(jī)帶動寫字機(jī)構(gòu)運(yùn)動。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(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)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。電機(jī)的驅(qū)動為TB6560驅(qū)動板，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、一定時間的PWM波使步進(jìn)電動機(jī)完成相應(yīng)的轉(zhuǎn)動，滾珠絲杠能將步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換為繪圖筆相對于坐標(biāo)軸相應(yīng)距離的直線運(yùn)動。當(dāng)一個電機(jī)轉(zhuǎn)動而另一個電機(jī)不轉(zhuǎn)動的情況下，可完成橫線或豎線的書寫；當(dāng)兩個電機(jī)同時轉(zhuǎn)動，完成斜線的書寫，斜線的斜率取決于兩電機(jī)轉(zhuǎn)動頻率差值；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)動對時間是離散的，但電機(jī)的步距精度很高，可以實現(xiàn)圓弧的書寫。

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）分別為書寫過程中五個運(yùn)算單元的起始坐標(biāo)。程序根據(jù)對脈沖的計數(shù)可定位出繪圖筆當(dāng)前的坐標(biāo)P（xp，yp），計算過程如下：

書寫第一個運(yùn)算單元時，以A（x1，y1）作為筆的起始坐標(biāo)。設(shè)定控制X軸向運(yùn)動的電機(jī)的最小步距角為θ0，某段時間內(nèi)微控制器輸出給X軸向電機(jī)的脈沖頻率為fxk，對應(yīng)脈沖個數(shù)為nxk（k=1，2，3，...），則此時間段內(nèi)該電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度為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Y軸向上的運(yùn)動有：

yp=y1+R0θyp （3）

（4）

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

（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，即可求出書寫弧Pn-1Pn這一過程中X軸向電機(jī)接受單片機(jī)輸出脈沖個數(shù)nxk。同理可求出yxk。

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

圖4 畫弧示意圖

4 機(jī)器人驅(qū)動及避障的實現(xiàn)

系統(tǒng)利用兩個差速電機(jī)提供動力，采用L298作為此電機(jī)驅(qū)動。為解決單個超聲波的檢測不準(zhǔn)確的問題，系統(tǒng)使用3個超聲波傳感器，通過計算出最小盲區(qū)和最小干擾范圍，設(shè)計出合理的超聲波傳感器擺放位置。超聲波測距的公式為：

L=C×T （7）

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

C=C0+0.607×T℃ （8）

C0為零攝氏度時的聲波速度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)行距離測量，得到3個方位的距離數(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 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 語音控制技術(shù)

語音控制技術(shù)包括語音識別和單片機(jī)控制技術(shù)。

系統(tǒng)采用以IC公司LD3320語音芯片為核心的ASR（Automatic Speech Recognition）模塊，實現(xiàn)語音識別功能。系統(tǒng)通過穩(wěn)定的算法可完成非特定語音識別，不需要用戶事先錄音和訓(xùn)練。經(jīng)測試，在口令觸發(fā)模式下識別準(zhǔn)確率高達(dá)95%，非口令觸發(fā)模式下識別準(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項不超過79字節(jié)的拼音串候選識別句。

語音控制框圖如圖5所示，圖中“LD3320與電路”實現(xiàn)將采集到的非特定語音信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并與語音庫進(jìn)行信號匹配，確定有用信息及信息內(nèi)容，并通過串口將有效內(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)動作，同時MP3模塊發(fā)出提示音。

圖5 語音控制框圖

6 實驗驗證及總結(jié)

實驗證明，本系統(tǒng)能較好地實現(xiàn)早教功能；寫字機(jī)構(gòu)運(yùn)動穩(wěn)定、噪聲小，定位精度達(dá)90%，所寫字跡清晰，圓潤，書寫結(jié)果正確率達(dá)99%；語音控制方便、靈活，識別準(zhǔn)確率高達(dá)95%。通過使用者與機(jī)器人的良好交互，機(jī)器人完成的書寫效果如圖6所示。

圖 6 寫字效果圖

參考文獻(xiàn)

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（2）.

第2篇：機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：人機(jī)工程；醫(yī)療器械；設(shè)計；

中圖分類號： S611 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

前言

隨著社會發(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，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日國家科技部印發(fā)了《醫(yī)療器械科技產(chǎn)業(yè)“十二五”專項規(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、計算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域的最新進(jìn)展，重點(diǎn)開展…等新型醫(yī)用材料的設(shè)計、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、人機(jī)交互設(shè)計、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)境三個要素本身特性的基礎(chǔ)上，將使用“物”的人和所設(shè)計的“物”以及人與“物”所共處的環(huán)境作為一個系統(tǒng)來研究。在人機(jī)工程學(xué)中將這個系統(tǒng)稱為“人- 機(jī)- 環(huán)境”系統(tǒng)。這個系統(tǒng)中，人、機(jī)、環(huán)境三個要素之間相互作用、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越精準(zhǔn)，可靠性也大大提高。而人的生理機(jī)能卻沒有多大進(jìn)化，因此就需要對醫(yī)療器械進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)設(shè)計，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)計理念在醫(yī)療器械設(shè)計過程中的應(yīng)用

人的因素是人機(jī)工程設(shè)計的主要研究內(nèi)容, 是人機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的核心。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)計比其他工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計更具有特殊性, 應(yīng)該始終以人為中心進(jìn)行設(shè)計。通過人機(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, 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, 必然會將醫(yī)療器械的設(shè)計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)計過程中主要包括以下4 個環(huán)節(jié)：

（1）詳細(xì)說明醫(yī)療器械用戶的要求；

（2）醫(yī)療器械產(chǎn)品設(shè)計解決方案；

（3）根據(jù)使用性要求評價設(shè)計；

（4）理解并詳細(xì)說明使用的范圍。

醫(yī)療器械以人為中心設(shè)計應(yīng)從工程的最初階段就開始，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)計關(guān)系圖

實例分析以人為本的醫(yī)療器械設(shè)計理念

3.1 遙控胃腸x射線機(jī)設(shè)計考慮的因素

當(dāng)設(shè)計普通的家用電器產(chǎn)品時，產(chǎn)品購買者就是產(chǎn)品的最終使用者。但是對于醫(yī)療設(shè)備而言，是由醫(yī)院的管理者來購買，由醫(yī)生和護(hù)士來操作，當(dāng)然最終是由患者來接受治療。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

設(shè)計師需要滿足醫(yī)療團(tuán)隊的要求：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。對于某些特定的設(shè)備，還需要考慮輻射問題，也就是說工作人員在操作時還需要穿戴防護(hù)服。其次，設(shè)計要考慮設(shè)備的照明條件，不同的照明條件會引起用眼疲勞，因為有時需要非常明亮的燈光以便操作，有時需要微弱的燈光來觀看熒屏。燈光持續(xù)地忽明忽暗會導(dǎo)致用眼疲勞。

3.1.3 患者

設(shè)計師在為患者設(shè)計時，實際上考慮的主要包括舒適、順暢的動作等?；颊弑凰腿胍慌_大型機(jī)器會有不安的感覺，有時還要伴隨著機(jī)器的抽搐、噪聲和不舒適。同時患者的動作也需要考慮在內(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)計醫(yī)療設(shè)備時需要考慮患者、醫(yī)護(hù)人員和管理人員的利益。

3.1.4 心理反應(yīng)

設(shè)計師在設(shè)計醫(yī)療器械時必須牢記上述非常實際的考慮。但實際上，這3組顧客更多的心理和情感的反應(yīng)也非常重要。設(shè)計師試圖設(shè)計可以激發(fā)人們某些特殊反應(yīng)的產(chǎn)品。如聽到醫(yī)院的管理者說設(shè)備的性價比很高，說這個產(chǎn)品易于安裝、維護(hù)和清潔（因此價格便宜），經(jīng)過長年使用，外觀一直很好看。設(shè)計師想從醫(yī)療團(tuán)隊身上看到醫(yī)療團(tuán)隊不受身旁科學(xué)儀器的干擾，把注意力集中在病人身上。設(shè)計師還試圖讓產(chǎn)品具有直覺的操作方式，讓醫(yī)生和護(hù)士都覺得操作自然，就是說設(shè)備幾乎就是團(tuán)隊的一部分，與醫(yī)護(hù)人員和諧工作，而不是各自為政。設(shè)計師希望醫(yī)療團(tuán)隊對設(shè)備的運(yùn)行速度感到滿意。同時也希望醫(yī)療設(shè)備的操作明確、感受良好、使用者不易疲勞。設(shè)計師也把空間占據(jù)和美學(xué)考慮其中，讓醫(yī)護(hù)人員覺得他們的工作環(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)計創(chuàng)新點(diǎn)

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

(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。

(3) 定位控制系統(tǒng) 它由控制臺組成。

從這臺X射線診斷機(jī)可以看出,產(chǎn)品形態(tài)復(fù)合著多種功能語義,而這些語義是由醫(yī)療器械行業(yè)的功能特性所決定的,設(shè)計師不能離開這些功能來設(shè)計產(chǎn)品形態(tài)?？紤]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)計方向——人性化設(shè)計。這臺診斷機(jī)在造型設(shè)計上，盡量避免產(chǎn)品給人產(chǎn)生的笨重、粗糙、冰冷的感覺，使用一些平行的線條，還有圓弧過渡，使產(chǎn)品造型活躍又不失整體，從而緩解大型醫(yī)療設(shè)備給患者帶來的恐懼感，使患者感到安心和放心，體現(xiàn)了醫(yī)療設(shè)計的人文關(guān)懷。從人機(jī)工程學(xué)的角度設(shè)計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）不易疲勞。這臺診斷機(jī)易于安裝、維護(hù)和清潔，性價比高。

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。這些因素往往錯綜復(fù)雜, 需要在設(shè)計過程中, 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)計中充分體現(xiàn)人文關(guān)懷, 才能提高設(shè)計水平和產(chǎn)品的質(zhì)量、提高產(chǎn)品的競爭力, 在市場中搶占先機(jī)。

第3篇：機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計范文

[關(guān)鍵詞]： 人防工程 人防醫(yī)療救護(hù)站 地下車庫 平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換措施

中圖分類號：E217 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

[Abstract]： for air raid shelters medical aid station electrical engineering

main design points， the transformation from peacetime to wartime construction

difficulties and put forward feasible measures to ensure the transformation， on

the eve of the war on time will be underground garage converted to civil air

defense medical aid qualified station.

[keyword]： civil air defense engineering and civil air defense medical aid

station underground garage transformation from peacetime to wartime measures.

長期準(zhǔn)備、重點(diǎn)建設(shè)、平戰(zhàn)結(jié)合，是人防工程建設(shè)的重要方針。為了貫徹這一方針，就是要確保戰(zhàn)備效益的前提下，充分發(fā)揮社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。隨著人防建設(shè)配套完善，人防醫(yī)療救護(hù)站建設(shè)的數(shù)量歷年逐漸增多。對于平戰(zhàn)結(jié)合的人防醫(yī)療救護(hù)站，怎樣在設(shè)計中做好平戰(zhàn)使用功能轉(zhuǎn)換的技術(shù)措施，保證工程既能滿足平時使用功能，在臨戰(zhàn)前又能按時完成戰(zhàn)時使用功能，是目前人防各戰(zhàn)線參與者都應(yīng)積極探索和實踐的課題。本文結(jié)合筆者在設(shè)計中碰到的工程案例的一些經(jīng)驗及思考。對醫(yī)療救護(hù)站的設(shè)計及平戰(zhàn)結(jié)合轉(zhuǎn)換功能中電氣專業(yè)應(yīng)對措施提出筆者的設(shè)想及看法。拋磚引玉，希望廣大同行提出寶貴意見，為我國人防建設(shè)事業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

一、設(shè)計要求及工程特點(diǎn)

《人民防空醫(yī)療救護(hù)工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)RFJ005-2011》第1.0.4.（3）條規(guī)定：三等人防醫(yī)療工程（即救護(hù)站）戰(zhàn)時主要承擔(dān)對傷員的緊急救治。這一條明確規(guī)定了救護(hù)站的戰(zhàn)時功能和平戰(zhàn)結(jié)合設(shè)置作出了明確的要求。但在實際工作中，由于各種原因。救護(hù)站平時功能往往被定位于庫房或者汽車庫。針對這樣的實際情況，工程呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：

1、配電系統(tǒng)設(shè)計要求不同。人防醫(yī)療救護(hù)工程戰(zhàn)時各級負(fù)荷供電應(yīng)符合下列要求：戰(zhàn)時一級負(fù)荷，應(yīng)采用雙電源，雙回路末端負(fù)荷側(cè)自動切換；戰(zhàn)時二級負(fù)荷，宜采取雙電源、電源側(cè)切換，專用回路供電；戰(zhàn)時三級負(fù)荷應(yīng)采取電源供電，當(dāng)由柴油電站供電時，應(yīng)能自動或手動切除。而平時作為庫房，小容量的一級負(fù)荷和三級負(fù)荷宜采用放射式配電。這就導(dǎo)致戰(zhàn)時針對不同負(fù)荷要求供電的線路臨戰(zhàn)轉(zhuǎn)換要求高。

2、平戰(zhàn)使用功能完全不同，造成臨戰(zhàn)前工作量增大。對平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換工作可靠性要求更高。醫(yī)療救護(hù)工程戰(zhàn)時使用的各類功能性房間多為小房間，如診斷室、化驗室、X線機(jī)室、心電圖B超室、貯血室、手術(shù)室、搶救室、治療室、病房等，而平時作為庫房，主要用于存儲一些雜物等。這類工程要完成平戰(zhàn)結(jié)合的人防工程都要進(jìn)行的各人防人口部房間如濾毒室、除塵室、擴(kuò)散室、防毒通道、密閉通道等，各類風(fēng)、水、電管線等的臨戰(zhàn)轉(zhuǎn)換。

3、由于平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換，給設(shè)備專業(yè)帶來大量的臨戰(zhàn)轉(zhuǎn)換工作。對人防電氣專業(yè)的設(shè)計提出了新的要求，例如平時的庫房照度低，而作為醫(yī)療用房間照度的要求高。一般庫房照明50lx，醫(yī)療用房的照度大多在200～300lx，手術(shù)室照度更達(dá)到500～750lx。怎樣將低照度的照明轉(zhuǎn)換到需要的照度？這是設(shè)計工作中應(yīng)考慮到并提出可行的轉(zhuǎn)換措施。

二、平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換措施

針對這些新特點(diǎn)，筆者在設(shè)計中總結(jié)經(jīng)驗作了如下工作，使該類設(shè)計既滿足設(shè)計規(guī)范要求，又有切實可行的轉(zhuǎn)換措施指導(dǎo)工作。保證戰(zhàn)時功能的順利轉(zhuǎn)換。

（1）設(shè)計者不僅要熟悉人防專業(yè)相關(guān)的設(shè)計規(guī)范，還應(yīng)熟悉有關(guān)醫(yī)療方面的設(shè)計規(guī)范，充分了解各種相關(guān)的醫(yī)療設(shè)備及各種功能房間對電氣專業(yè)的要求，做到心中有數(shù)。

（2）必須按人防醫(yī)療救護(hù)站的標(biāo)準(zhǔn)做完整的施工圖設(shè)計，各配電系統(tǒng)圖、平面布置圖的均應(yīng)設(shè)計到位。在此基礎(chǔ)上分門別類、梳理出哪些需要一次性安裝到位、哪些是臨戰(zhàn)前安裝，哪些可通過平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換分步安裝。提出來的平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換措施一定要具體可行。在圖紙上標(biāo)注清楚。其別要注意將所有穿過人防外墻、臨戰(zhàn)墻、防護(hù)密閉墻、密閉隔墻的各種電纜（包括動力、照明、通信、醫(yī)療用電設(shè)備等）管線在過墻處按規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)（05SFD10、07FD01～02等）要求預(yù)埋防護(hù)密閉套管，并且必須一次全部施工安裝到位。設(shè)計人員應(yīng)將每處穿墻密閉套管的數(shù)量、規(guī)格、用途在平面圖相關(guān)位置標(biāo)注清楚（圖1）。這項工作從設(shè)計到施行工都不允許出差錯遺漏，以保證臨戰(zhàn)前相關(guān)的各種電纜能順利敷設(shè)到各部位。

圖1 人防動力、干線平面圖

（3）在有局部等電位聯(lián)結(jié)（LEB）要求房間的相關(guān)部位墻上按要求預(yù)埋接地連接板（手術(shù)室、ICU室、X光機(jī)室、心腦電圖室、急救室、淋浴室等），便于臨戰(zhàn)前安裝LEB箱。暫無墻體處可在對應(yīng)位置的底板上預(yù)埋接地連接板。臨戰(zhàn)前砌筑墻體后再安裝LEB箱。

（4）對于醫(yī)療專用的配電箱，如X光機(jī)室電源箱、手術(shù)室配電箱、化驗室配電箱等平時不用的箱盤，筆者認(rèn)為可以在臨戰(zhàn)前才安裝，但各箱盤的設(shè)計一定要到位，例如手術(shù)室配電箱系統(tǒng)圖（圖2）。這里要注意為X 光機(jī)配套的電源開關(guān)箱應(yīng)設(shè)在便于操作處，并不得設(shè)在有放射線的墻體上安裝。（JGJ16-2008第9.7.5.6條）。供潔凈手術(shù)室用電的專用配電箱不得設(shè)在手術(shù)室內(nèi)，每個潔凈化手術(shù)室應(yīng)設(shè)有一個獨(dú)立專用配電箱，配電箱處應(yīng)設(shè)在手術(shù)室的外廊側(cè)墻內(nèi)。（GB50333-2002第8.3.2.1條）。

圖2 手術(shù)室配電系統(tǒng)圖

（5）手術(shù)室屬2類醫(yī)療場所（JGJ312-2013表3.0.2），對各專業(yè)都有較高的設(shè)計要求，醫(yī)療規(guī)范對電專業(yè)的主要要求詳見附錄一。因手術(shù)室四面墻體及頂板、底板均有相關(guān)的電氣設(shè)備安裝，這些工作只能在臨戰(zhàn)前、墻體砌筑后才能安裝。設(shè)計中要做好這些設(shè)備構(gòu)件的預(yù)埋，方便今后安裝。

（6）對于照明設(shè)計，筆者總結(jié)為：平時集中控制預(yù)留轉(zhuǎn)換條件，戰(zhàn)時分房間控制，按需要增加燈具，基本可解決集中與分散、低照度與高照度的矛盾。

小結(jié)

利用平時地下車庫轉(zhuǎn)換為人防醫(yī)療救護(hù)站、臨戰(zhàn)轉(zhuǎn)換工作量大，設(shè)計上有一定的難度，需要平戰(zhàn)統(tǒng)一協(xié)調(diào)，但只要勤于思考、精心設(shè)計、標(biāo)注準(zhǔn)確，對不同的工程特點(diǎn) 提出具體可行的平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換技術(shù)措施指導(dǎo)施工。使地下車庫在臨戰(zhàn)前能按時轉(zhuǎn)換為滿足人防規(guī)范要求的醫(yī)療救護(hù)站工程。

附錄一

1 民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范JGJ16-2008

（1）第10.8.6.9條：手術(shù)室內(nèi)除應(yīng)設(shè)專用無影燈外，宜另設(shè)有一般照明，其淘汰色溫慶與無影燈光源相適應(yīng)。

（2）第12.8.6.1條：在2類醫(yī)療場所內(nèi)，用于維持生命，外科手術(shù)和其它位于“患者區(qū)域”內(nèi)的醫(yī)用電氣設(shè)備和系統(tǒng)的供電回路，均應(yīng)采用醫(yī)療IT系統(tǒng)。

（3）第12.8.10.1條：在1類和2類醫(yī)療場所中，應(yīng)安裝輔助等電位聯(lián)結(jié)導(dǎo)體，并應(yīng)將其連接到位于“患者區(qū)域”內(nèi)的等電位聯(lián)結(jié)母線上。

（4）第12.8.12條：手術(shù)室、搶救室應(yīng)根據(jù)需要采用防靜電措施。

2 人民防空醫(yī)療救護(hù)工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) RFJ005-2011

表6.2.3規(guī)定：手術(shù)室用電負(fù)荷等級為一級。

表6.6.3規(guī)定：手術(shù)室照度為500lx。

3 醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范GB50333-2002

（1）第8.3.1.1條：潔凈手術(shù)部必須保證用電可靠性，當(dāng)采用雙路供電有困難時，應(yīng)設(shè)置備用電源。

（2）第8.3.1.2條：潔凈手術(shù)室內(nèi)用電應(yīng)與輔助用房用電分開，每個手術(shù)室的干線必須單獨(dú)敷設(shè)。

（3）第8.3.2.6條：潔凈手術(shù)室內(nèi)照明燈具應(yīng)為嵌入式密閉燈帶。

參考文獻(xiàn)：

[1]人民防空工程設(shè)計防火規(guī)范 GB 50098-2009 中國計劃出版社 2009

[2]人民防空地下室設(shè)計規(guī)范 GB 50038-2005 （限內(nèi)部發(fā)行）

[3]民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范 JGJ16-2008 中國建筑工業(yè)出版社 2008

第4篇：機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計范文

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

引言

（1）研究對象描述

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、在工作上有獨(dú)特思路和訴求的知識性員工。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、升級等硬件建設(shè)上，在各民辦教育企業(yè)激烈競爭的今天，其核心競爭力已經(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)中的知識性員工，在投資者的重建設(shè)輕內(nèi)涵的思路下，沒有得到應(yīng)有的對待。同時，社會對其給予“社會人”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“社會人”的人性認(rèn)同中困惑與掙扎，這對民辦教育企業(yè)的內(nèi)涵建設(shè)帶來了巨大的障礙。

（2）應(yīng)用現(xiàn)狀與評價

至今，學(xué)者們對于員工人性特征的研究主要集中在兩個階段。

“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說話的“活機(jī)器”，工人勞動異常緊張、勞累；把工人看作是純粹的“經(jīng)濟(jì)人”，認(rèn)為工人的活動僅僅出于個人的經(jīng)濟(jì)動機(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加以管理。在這一時期做出突出貢獻(xiàn)的是美國管理學(xué)家梅奧，他的霍桑試驗成為跨時代的經(jīng)典試驗，從此“情商”成為重要的管理資源，被稱為人際關(guān)系學(xué)說。主要觀點(diǎn)：工人是“社會人”而不是，“經(jīng)濟(jì)人”，要滿足工人的社會欲望，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性員工的數(shù)量近年迅速增長，2011年比2003年增長了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，這與整個企業(yè)管理體系中錯誤對待知識性員工角色認(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)科知識分析上述問題，提出①運(yùn)用“理性經(jīng)濟(jì)人”、“社會人”、“個性人”三者的協(xié)調(diào)來激勵員工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“個性人”需求，完善民辦教育企業(yè)的員工激勵體系。

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)利他是人的社會屬性。在社會經(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。在我國古代，最早公開提出以“利”字為其哲學(xué)綱領(lǐng)的是在晚周諸學(xué)派中的墨翟。墨子也時常提到義，但以利為歸依。認(rèn)為利是社會倫理基礎(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)人假定是商品社會的產(chǎn)物，普遍適用于市場經(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，但不是萬能的。

1.2我國古代人性假設(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·陽貨》就提到“性相近也，習(xí)相遠(yuǎn)也。”朱熹《論語集注》中說：“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)文明的人類問題》一書中首次提出了社會人（Socialman）假設(shè)理論，并通過1927-1932年在美國芝加哥郊外的西方電器公司進(jìn)行的著名的“霍桑試驗”得出結(jié)論：人是社會人，影響人生產(chǎn)積極性的因素，除物質(zhì)因素外，還有社會、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生活影響；非正式組織的社會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)并滿足他們的社會需要。所以，要調(diào)動員工的工作積極性，必須使員工的社會和心理需求得到滿足。

1.2.2性惡論與“經(jīng)濟(jì)人”

我國戰(zhàn)國時期著名的思想家，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：“好惡喜怒哀樂臧焉，夫是之謂天情”也就是說人的好惡、喜怒、哀樂是天生就有的，所以叫做“天情”。

美國著名行為科學(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)工作動機(jī)的；人總是被動地在組織的操縱、激勵和控制下從事工作；人總是企圖用最小投入取得滿意的報酬；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)法控制個人的感情。荀子的理論與之即有共同點(diǎn)。

2. 提出問題

2.1“理性經(jīng)濟(jì)人”帶來的雇傭意識和打工意識

民辦教育企業(yè)的知識性員工即教師的每年的流動率大概在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)人的考慮知識性員工會有如下表現(xiàn)：

2.1.1一些知識性員工把民辦教育企業(yè)當(dāng)作一時的過渡，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。外地教師往往受原單位政策或家庭因素變化的影響，隨時有“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，因而也處于變動之中；同時，由于各民校之間的不正當(dāng)競爭，以及經(jīng)濟(jì)分配等原因?qū)е虏簧俳處煹臒o規(guī)則流動。

2.1.3事業(yè)心不強(qiáng)與打工意識。來自于公辦高校的離退休教師覺得自己的輝煌時代已成歷史，年過六旬不必再把自己搞得太辛苦，夕陽的余輝熱量有限；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)來調(diào)動。來自于對事業(yè)的忠誠、對社會的負(fù)責(zé)、對學(xué)生的熱愛而產(chǎn)生的內(nèi)動力減少；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“社會人”理念產(chǎn)生的管理效率問題

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)。作為高層知識性員工的教育CEO即校長往往以教育、感化、自由等難以量化的方式來管理知識性員工。工作的執(zhí)行程度與效率僅靠知識性員工的認(rèn)識和自覺，工作效果的測量往往沒有一個量化的標(biāo)準(zhǔn)，且主觀性較強(qiáng)。

而面對民辦教育市場的激烈競爭，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題。于是，如何衡量和控制知識性員工在“社會人”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“社會人”之間，使管理者無所適從

在知識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，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性員工，其對“社會人”的需求也絲毫不亞于“理性經(jīng)濟(jì)人”。知識性員工出產(chǎn)的產(chǎn)品是無形產(chǎn)品即學(xué)生的能力，其自身的高層次需求也是無形的，如尊重、歸屬感、自我實現(xiàn)等。在次反面，作為教育CEO的校長最懂得滿足其需求。

但民辦教育企業(yè)是董事會領(lǐng)導(dǎo)下的校長負(fù)責(zé)制，董事會負(fù)責(zé)企業(yè)外部管理，教育CEO負(fù)責(zé)內(nèi)部管理。事實上已經(jīng)是“管理上的兩層皮”了，再加之董事會與教育CEO在管理理念、行為方式、權(quán)力爭奪等方面的博弈使得整個民辦教育企業(yè)的員工管理處在“理性經(jīng)濟(jì)人”和“社會人”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)致后面行為的信號等等。

行為（Behavior）：收到前提所刺激的反應(yīng)行為，“前提”可以說是“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“結(jié)果”，又會成為下個“行為”的“前提”。如果，這個結(jié)果/前提是好的，那么特定的行為就會重復(fù)出現(xiàn)。

一般在分析的時候，會用一個表格來進(jìn)行：

表1 三維可能模型

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

于是，管理者只要抓住知識性員工期望得到什么，沒有得到什么這兩個問題深度挖掘，便是解決此問題的關(guān)鍵。

3.2強(qiáng)化理論分析

美國心理學(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)。如果這種刺激對他有利，則這種行為就會重復(fù)出現(xiàn)；如果對他不利，這種行為就會減弱直至消失。強(qiáng)化可以分為正強(qiáng)化和負(fù)強(qiáng)化兩種。正強(qiáng)化就是獎勵那些符合組織目標(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)的實現(xiàn)不受干擾。

由此理論，民辦教育企業(yè)管理中，知識性員工的某些工作的效率難以衡量時，也無需精確的標(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)的獎勵使其朝著自己預(yù)期的目標(biāo)前進(jìn)。同時，給出負(fù)向激勵措施，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，把對知識性員工的管理放在一個較為寬泛的范圍，這樣即達(dá)到了發(fā)揮知識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”、“社會人”、“個性人”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)人和后天社會環(huán)境培養(yǎng)的社會人，也包括先天帶來的個性人，是這三者的綜合。本文提到的個性人指的是人作為個體，在面對獨(dú)立處理的工作內(nèi)容時，具有先天帶來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)人保障了知識性員工的生活需要，社會人滿足了知識性員工歸屬感的需求，此二者可以同時滿足，只要相互保持各自的度就不會發(fā)生矛盾。個性人則實現(xiàn)了每個人不同于別人的特色，這種特色就是人的本色。滿足了知識性員工的個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。對于民辦教育企業(yè)的管理者要認(rèn)識到：

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，不問價格，無論優(yōu)劣，則經(jīng)濟(jì)規(guī)律就不復(fù)存在，民辦教育企業(yè)的生存就會出現(xiàn)危機(jī)。

由此可見，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。讓知識性員工消除教育管理和教育產(chǎn)品的無形、無法衡量和無邊無際的意識。在正強(qiáng)化和負(fù)強(qiáng)化之間則拓寬幅度，給知識性員工充分的發(fā)揮自我才能的空間，充分展示其特性，使其的價值真正體現(xiàn)，實現(xiàn)其受尊重、歸屬感、自我實現(xiàn)的需求。

4.3個性人的需求的滿足

知識性員工的“個性人”需求，其發(fā)揮作用的原因主要是通過不同于別人的特色來展現(xiàn)自我價值，實現(xiàn)自我。對于民辦教育企業(yè)要對員工實行人性化管理，表現(xiàn)為：

4.31重視與知識性員工情感的溝通

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

4.3.2營造知識性員工發(fā)展的良好環(huán)境

民辦教育企業(yè)要根據(jù)知識性員工個人的興趣、特長和能力，為其提供能充分發(fā)揮才能的舞臺和機(jī)會，不斷創(chuàng)造條件，優(yōu)化知識性員工的工作、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、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，滿足提高學(xué)術(shù)水平，實現(xiàn)個人價值的需要；要創(chuàng)造一種相互尊重，充分信任，關(guān)心愛護(hù)的人際環(huán)境，使知識性員工置身于和諧、溫暖的環(huán)境中。同時協(xié)助解決知識性員工的住房、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)：

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

[3]李愛娥，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，民辦高校教師流動頻繁問題有待解決，2010/09/07 00：00 來源： 北青網(wǎng) 北京青年報.

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

[7] 李曉春.試論荀子對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)計范文

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

【中圖分類號】G64.32 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】

引 言

Inventor是一種全面的可視化設(shè)計工具，用于創(chuàng)建和驗證完整的數(shù)字樣機(jī)，可以檢驗機(jī)械產(chǎn)品的外型、結(jié)構(gòu)和功能，也可以對其進(jìn)行運(yùn)動仿真和應(yīng)力分析，設(shè)計師應(yīng)用這種軟件可對數(shù)字化樣機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，并預(yù)測機(jī)械產(chǎn)品在未來的實際工作情況[1]。

本文設(shè)計了六足雙斗機(jī)器人，機(jī)器人采用足式移動方式優(yōu)點(diǎn)在于控制簡單，移動比較迅速，同時可以相對較容易地跨過比較大的障礙，但是當(dāng)機(jī)器人在行走時，整個物體的重心會發(fā)生變化，各個關(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對六足機(jī)器人在平地行走和爬坡過程中重心的位置、速度加速度變化進(jìn)行仿真分析，Inventor集設(shè)計、建模和仿真于一體，且操作簡單，這給設(shè)計工作帶來了許多方便，節(jié)約了研究時間和研制費(fèi)用，實現(xiàn)了高質(zhì)量、高速度、高效率、低成本的整體設(shè)計。

本文所應(yīng)用的軟件為虛擬設(shè)計方法又提供了一個方便可行的辦法，同時，設(shè)計的六足機(jī)器人為足類機(jī)器人的設(shè)計也提供了一些思路。在Inventor的虛擬仿真下，得到所設(shè)計的六足機(jī)器人的一些有用信息，為更好的設(shè)計新型六足機(jī)器人提供了參考依據(jù)。小型物理樣機(jī)試驗，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，同時其渲染功能也易于操作，效果良好，應(yīng)用Inventor對六足機(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，在滑塊和曲柄的作用下轉(zhuǎn)化為腿部搖擺運(yùn)動[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)是鉸接和滑動副，因而在步行時即使出現(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，支撐相和擺動相隨時間變化的順序集合稱為步態(tài)。對勻速行走的機(jī)器人來說，其足相呈周期變化規(guī)律，由于這時步態(tài)是周期性變化的，故稱為周期步態(tài)，在一個周期T內(nèi)，支撐相的時間為 ，則該足的有荷因數(shù)β按下式計算[4]：

（1）

一個步態(tài)周期中，步行機(jī)器人機(jī)體重心向前移動的距離稱為步距s，各足處于支撐相時相對于機(jī)體的移動距離稱為足的行程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)體并推動機(jī)器人前進(jìn)（稱為支撐相），另三足擺動為下一步支撐做準(zhǔn)備（稱為擺動相），整個機(jī)器人的運(yùn)動過程就是支撐相與擺動相交替、循環(huán)的過程。

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分力達(dá)到向前行走的目的。在爬坡時雙斗的位置嚴(yán)重影響機(jī)器人的穩(wěn)定性和爬坡能力，設(shè)計雙斗的最佳放置位置，有利于機(jī)器人的爬坡動作。

3.基于Inventor的機(jī)器人運(yùn)動仿真

3.1 Inventor運(yùn)動仿真簡介

Inventor運(yùn)動仿真能夠完成裝配下的零部件運(yùn)動和載荷條件下的動態(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)動過程以及某瞬間的動態(tài)載荷；可以設(shè)計模型在其整個運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)的動態(tài)運(yùn)行條件，并精確調(diào)整電動機(jī)和傳動器的尺寸，以便承受實際的運(yùn)轉(zhuǎn)載荷；可以分析機(jī)械裝置中每個零部件的位置、速度、加速度以及承受的載荷[5]。進(jìn)入Inventor運(yùn)動仿真模塊的操作過程如下：打開一個需要進(jìn)行運(yùn)動仿真的裝配文件，在“應(yīng)用程序”菜單下選擇“運(yùn)動仿真”，即可進(jìn)入Inventor運(yùn)動仿真界面。

本文在仿真時定義腿和地面為摩擦副，定義摩擦系數(shù)f為0.5。制作實物樣機(jī)時，兩排行走足各有一個電機(jī)，依靠鏈傳動帶動各個足運(yùn)動。在仿真時，為了方便起見，定義6個電機(jī)驅(qū)動6個足，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，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、加速度對機(jī)器人整體的穩(wěn)定性有重要影響，通過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的重心變化曲線，由前面設(shè)計的腿部結(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上升和下降的過程，豎直方向波動幅值越大說明機(jī)器人步距也越大，太大的步距影響機(jī)器人的穩(wěn)定性。水平方向上的波動越小越好，如圖5（b）所示，Y方向上的速度波動非常小，加速度對機(jī)器人零部件有一個動載荷的作用，求出行走每一步的加速度后還可以計算出零部件上的動載荷。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

通過在Inventor環(huán)境下的虛擬設(shè)計和仿真，以及在裝配模式下仿真得到行走時的步態(tài)和爬坡能力，六足機(jī)器人設(shè)計合理，為了驗證設(shè)計的可行性和仿真的真實性，將六足機(jī)器人在各個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)計尺寸制造了一小型物理樣機(jī)。

參考文獻(xiàn)

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

第6篇：機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計范文

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，國際青少年電腦機(jī)器人活動于20世紀(jì)90年代在一些發(fā)達(dá)國家青少年中逐步興起。近幾年來，機(jī)器人教育已經(jīng)在全國發(fā)達(dá)城市中小學(xué)中廣泛開展起來，并大有普及之勢。

2006年，我校申報寶山區(qū)區(qū)級課題《機(jī)器人步行模式的研究與設(shè)計》，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)器人的一個板塊出發(fā)，利用學(xué)生對機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的認(rèn)識和研究開始逐步破解學(xué)生對機(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)計出發(fā)，自己動手設(shè)計并制作機(jī)器人。從而讓學(xué)生能夠從中體驗較為完整的科研過程，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，提高分析問題和解決問題的能力。同時，在課程及活動中穿插結(jié)合專家講座以及實踐探索等一系列方式來了解智能機(jī)器人的發(fā)展和應(yīng)用狀況，并在組裝機(jī)器人的過程中培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、協(xié)作能力和創(chuàng)造能力。最終的目的是能為同學(xué)們開設(shè)一門能充分發(fā)揮創(chuàng)造力的創(chuàng)新課程，或者說向這個目標(biāo)做一些有益嘗試。

我們知道了一般機(jī)器人的設(shè)計可以分為三個部分：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。高中最常見的機(jī)器人活動競賽就是單馬達(dá)的簡易機(jī)器人搭建了，通過不同的結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)跑步、爬桿、爬梯（圖1）等不同的動作。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，這就涉及到了一個基本的機(jī)構(gòu)學(xué)概念——機(jī)械傳動，具體的搭建方式雖然可以參照機(jī)器人的說明書，但如果能真正掌握其原理必然讓學(xué)生對機(jī)器人有更深一層次的認(rèn)識。

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，從可行性角度對本課題進(jìn)行了論證，在肯定我們想法的同時專家還從技術(shù)角度解答了我們的一些疑問，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)識機(jī)械設(shè)計這一可能會被忽略的機(jī)器人最基礎(chǔ)的部分。

3課程設(shè)計

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

3.1 觀察分析階段

一開始通過對機(jī)器人的搭建及觀察，學(xué)生接觸簡易單馬達(dá)機(jī)器人，從實際出發(fā)認(rèn)識一個機(jī)器人完成整個運(yùn)動過程的基本方式，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和合作精神，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)通過對四桿機(jī)構(gòu)這樣一種常用的傳動方式的介紹，帶領(lǐng)同學(xué)從單純照搬圖紙過度到進(jìn)行簡易機(jī)構(gòu)分析的層面。機(jī)器人制作課程實際是一種跨學(xué)科的學(xué)習(xí)課程，須靈活運(yùn)用各種學(xué)科的知識。現(xiàn)在的高中課程中，學(xué)生們學(xué)了很多數(shù)學(xué)、物理、計算機(jī)方面知識和解題方法，但遇到實際問題往往就不會運(yùn)用了。如本環(huán)節(jié)用到了很多他們學(xué)過的數(shù)學(xué)知識，既讓他們覺得設(shè)計并不是那么遙不可及從而失去信心和興趣，又讓他們在真實的情景中體驗學(xué)以致用的快樂，更好的提升他們學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識的熱情。

3.3 技術(shù)實踐階段

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，來一次理論聯(lián)系實際。受到了《神奇的仿真技術(shù)》課程的啟發(fā)，我們考慮借助計算機(jī)仿真這一手段。一方面機(jī)械結(jié)構(gòu)的實物的設(shè)計制作存在一定成本，另外計算機(jī)輔助設(shè)計作為一門新興學(xué)科也已經(jīng)登陸到了高中課堂（一些學(xué)校已經(jīng)開設(shè)了AUTOCAD、CAXA等課程）。經(jīng)過我們的幾次嘗試這一環(huán)節(jié)可以通過多種方式去實現(xiàn)，比如可結(jié)合數(shù)學(xué)計算利用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）可以實現(xiàn)類似真實模擬環(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中心組織的培訓(xùn)，掌握了工程設(shè)計領(lǐng)域的權(quán)威軟件ProE，其中即可實現(xiàn)三維模型的建模，又可模擬真實的三維運(yùn)動（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)新實踐階段

在經(jīng)過了上述各階段的學(xué)習(xí)以后，學(xué)生對于機(jī)械結(jié)構(gòu)的認(rèn)識可以說有了一個質(zhì)的飛躍，這為其以后參與到各項機(jī)器人的活動中打下了扎實的基礎(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單的機(jī)械結(jié)構(gòu)，也要經(jīng)歷結(jié)構(gòu)設(shè)計、運(yùn)動模擬、計算機(jī)輔助設(shè)計、計算機(jī)輔助制造等環(huán)節(jié)。而且這個流程不是一蹴而就的，必將經(jīng)過反復(fù)的修改和測試，下面我們來看一個成功的例子。

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)計一等獎作品的論文節(jié)選，該論文中的學(xué)生就是在經(jīng)過了上述過程的學(xué)習(xí)后改進(jìn)了一個步行機(jī)器人結(jié)構(gòu)，雖然在參賽過程中專家對于其在實用性方面還存在一定爭議，但評委們一致認(rèn)為在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計這一部分，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)了一個容易跌倒的雙足步行機(jī)器人結(jié)構(gòu)，通過模擬人行走的膝關(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，其分別對應(yīng)了我們上述提到的機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計的幾個步驟。

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會“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)動模擬軟件——WORKING MODEL中對其運(yùn)動過程進(jìn)行了模擬，從而進(jìn)一步分析其運(yùn)動。

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

4.2 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計

根據(jù)分析，要是能設(shè)計一個能活動的且最好與地面始終保持水平的足問題便迎刃而解了。我們詢問了老師也在網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)機(jī)構(gòu)學(xué)書籍中查找了資料，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。有了這個關(guān)鍵的機(jī)構(gòu)原理作支撐，我們開始了對原有機(jī)構(gòu)的改進(jìn)。

從運(yùn)動轉(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)簡單。從支撐的角度分析，該裝置疊加了兩個平行四桿機(jī)構(gòu)，因而具備活動的膝關(guān)節(jié)和活動的踝關(guān)節(jié)，在行走過程中，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)計的需要。

4.3 計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）

接下來，我們在仿真軟件里測量了各個部件的尺寸，然后按照一定的比例縮放后得到實際的部件的尺寸。

在設(shè)計時發(fā)現(xiàn)了各鉸接點(diǎn)的連接是一個很大的問題，簡易機(jī)器人里都是利用插銷來實現(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)計時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、如何使整個機(jī)架的重心盡量降低以保證其穩(wěn)定性等問題。在老師的幫助下終于在CAD中完成了各個零件的設(shè)計，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，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)計也有效地防止了齒輪卡死。

4.4 計算機(jī)輔助制造（CAM）

在雕刻機(jī)的幫助下，一個個由我們設(shè)計的機(jī)構(gòu)零件終于由電子文件變成了實物（如圖8）。經(jīng)過最后的拼裝搭建，我們自己設(shè)計的第一臺機(jī)器人終于出世（如圖9）。

5思考與小結(jié)

上述活動過程我們考慮可設(shè)計成一個系列的短課程，包含機(jī)器人制作、機(jī)構(gòu)學(xué)入門、計算機(jī)機(jī)械仿真、CAD模型設(shè)計等環(huán)節(jié)，涵蓋了當(dāng)前用于機(jī)械部分設(shè)計的比較主流的設(shè)計思路和手段方法。結(jié)合了數(shù)學(xué)、物理、計算機(jī)等多門學(xué)科的綜合知識，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)識到各學(xué)科之間其實是相通的，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)計送去外部加工，以后學(xué)校如有條件可考慮采購一臺小型雕刻機(jī)，一些簡單設(shè)計可以直接完成CAM，學(xué)生的認(rèn)識會更加直觀也可作為活動的一個和小結(jié)部分。

我們的初衷是想通過對機(jī)器人機(jī)械部分的研究與設(shè)計，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)計或改進(jìn)。從機(jī)器人學(xué)習(xí)研究的角度，學(xué)生從簡單拼裝搭建的裝配層面上升到了理論結(jié)合實際的研究層面，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)一步深入的過程中，機(jī)構(gòu)設(shè)計還有許多新的知識，每一個知識點(diǎn)都能用于不同功能機(jī)器人的設(shè)計，我想在以后的機(jī)器人課程或者活動中我們要做的還有很多。

參考文獻(xiàn):

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[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、自動化應(yīng)用等必備知識，具備從事工業(yè)機(jī)器人自動化生產(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)計劃

3.1機(jī)械設(shè)計方向

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

3.2電氣設(shè)計與調(diào)試方向

主要針對工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用集成項目電氣部分，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高級編程、機(jī)器人高級編程、機(jī)器人視覺應(yīng)用及集成項目的電氣設(shè)計方法，設(shè)計電氣圖紙。

4計算機(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)場示教環(huán)境的限制，借助計算機(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的工業(yè)機(jī)器人示教器沒有任何區(qū)別，對于學(xué)習(xí)機(jī)器人現(xiàn)場示教編程的，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)器人開始按照示教軌跡自動運(yùn)行。

第8篇：機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計范文

班級：機(jī)械設(shè)計03-5班

姓名：李雄

時間過得很快，轉(zhuǎn)眼大學(xué)四年就要過去了，然而大多數(shù)人對本專業(yè)的認(rèn)識還是不夠, 學(xué)校為了使我們更多了解機(jī)電產(chǎn)品、設(shè)備，提高對機(jī)電工程制造技術(shù)的認(rèn)識，加深機(jī)電在工業(yè)各領(lǐng)域應(yīng)用的感性認(rèn)識，開闊視野，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)行參觀實習(xí)。為期五，六天的生產(chǎn)實習(xí)，我們先后去過了邯鄲漢陽包裝機(jī)械有限公司和保定長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，各廠工人的工作情況等等。親身感受了所學(xué)知識與實際的應(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，等等理論與實際的相結(jié)合。

一 實習(xí)地點(diǎn)

邯鄲漢陽包裝機(jī)械廠 保定長城汽車股份有限公司

二 實習(xí)時間

XX年年3月

三 實習(xí)目的

通過完成畢業(yè)實習(xí)過程，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計或論文選題深入工廠企業(yè)實地參觀與調(diào)查，達(dá)到以下的實習(xí)目的在這個基礎(chǔ)上把所學(xué)的專業(yè)理論知識與實踐緊密結(jié)合起來，提高實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)動形式及其類型

3. 汽車產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝過程及企業(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)組織過程。

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

8. 收集畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容的相關(guān)資料。

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

四 畢業(yè)實習(xí)單位狀況概述

漢陽（邯鄲）包裝機(jī)械有限公司是韓國漢陽包裝機(jī)械株式會社[公司總部在韓國仁川，已有30余年的發(fā)展歷史在華投資的跨國企業(yè)。公司全套引進(jìn)國外技術(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)型為國內(nèi)首創(chuàng)，國際領(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或簡單的重復(fù)勞動，以及替代人到有輻射等危險環(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、鑄造等場合，己經(jīng)開始大量使用機(jī)器人。另外在軍事、海洋探測、航天、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、林業(yè)甚到服務(wù)娛樂行業(yè)，也都開始使用機(jī)器人。

2 國內(nèi)外機(jī)器人的主要應(yīng)用方面

從機(jī)器人的用途來分，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進(jìn)行作戰(zhàn)、偵察、探險等工作。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)器人也開始在不同的領(lǐng)域得到研究開發(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)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置等構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、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)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。工業(yè)機(jī)器人并不是在簡單意義上代替人的勞動，而是綜合了人的特長和機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(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)域不可缺少的自動化設(shè)備。

機(jī)器人技術(shù)是綜合了計算機(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，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(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)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、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)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(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，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。

工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(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強(qiáng)度的同時, 大大提高了勞動生產(chǎn)率。但數(shù)控加工中常見的上下料工序, 通常仍采用人工操作或傳統(tǒng)繼電器控制的半自動化裝置。前者費(fèi)時費(fèi)工、效率低; 后者因設(shè)計復(fù)雜, 需較多繼電器,接線繁雜, 易受車體振動干擾,而存在可靠性差、故障多、維修困難等問題?？删幊绦蚩刂破鱬lc控制的上下料機(jī)械手控制系統(tǒng)動作簡便、線路設(shè)計合理、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)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機(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)械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機(jī)器，它有多個自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。在工資水平較低的中國，塑料制品行業(yè)盡管仍屬于勞動力密集型，機(jī)械手的使用已經(jīng)越來越普及。那些電子和汽車業(yè)的歐美跨國公司很早就在它們設(shè)在中國的工廠中引進(jìn)了自動化生產(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)的中國本土塑料加工廠也開始對機(jī)械手表現(xiàn)出越來越濃厚的興趣，因為他們要面對工人流失率高，以及交帶來的挑戰(zhàn)。

隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動化程度的迅速提高，實現(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)的自動化，已愈來愈引起人們的重視，同時也要求供料機(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年代初問世以來，機(jī)器人在伴隨著科技飛速躍進(jìn)的幾十年的時間里，從理論設(shè)計到實際應(yīng)用領(lǐng)域也都有了長足的發(fā)展，并逐步走向成熟的階段。機(jī)器人應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀國際標(biāo)準(zhǔn)化組織對機(jī)器人進(jìn)行了定義：“機(jī)器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能完成各種作業(yè)的可編.

長城汽車股份有限公司是一家大型股份制民營企業(yè)，也是國內(nèi)規(guī)模最大、品種最多的皮卡專業(yè)廠。目前，公司下屬有“長城華北汽車有限公司”、“保定市信誠汽車發(fā)展有限公司”、“長城內(nèi)燃機(jī)有限公司”、“長城橋業(yè)有限公司”、“長城汽車技術(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)，每年近萬輛長城皮卡被各地的質(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)動機(jī)的基本構(gòu)造和原理，對它有了更深刻地認(rèn)識?，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)動機(jī)，它的特點(diǎn)是通過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)的動力。就拿我們常見的汽車發(fā)動機(jī)來說，它是一種四沖程往復(fù)活塞式發(fā)動機(jī)。

隨然在生產(chǎn)實習(xí)的時候曾有過與機(jī)械電子相關(guān)的工作經(jīng)驗，但在接觸到所在單位的具體工作的時候，還是感覺自己缺乏許多實踐經(jīng)驗和社會知識。通過短短幾天時間的學(xué)習(xí)，使我慢慢體會到了“學(xué)無止境”的深刻道理。也找到了自身的許多缺點(diǎn)，比如上班遲到的問題，閑著沒事做等，自己也已經(jīng)引起了注意，盡量避免在以后的無論是學(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)動裝置、檢測裝置和控制系統(tǒng)等組成[1]。現(xiàn)在，國際上對機(jī)器人的概念已經(jīng)逐步趨近一般，即機(jī)器人是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會給機(jī)器人下的定義：“一種可編程和多功能的，用來搬運(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)化在全中國甚至全世界擁有一定得現(xiàn)實基礎(chǔ)和廣闊的市場前景。本次設(shè)計采用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FutabaS3003舵機(jī)作為關(guān)節(jié)驅(qū)動和一個微機(jī)板作為舵機(jī)的驅(qū)動控制機(jī)器人完成各種動作。該舞蹈機(jī)器人雙腿關(guān)節(jié)采用6個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)器人的每個動作進(jìn)行編排、采樣，最后將一個個動作連貫起來編譯下載，在團(tuán)隊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

2.1 舞蹈機(jī)器人總體分析

要設(shè)計和開發(fā)一個舞蹈機(jī)器人，首先應(yīng)該對其進(jìn)行總體分析和設(shè)計，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)計一般要經(jīng)過創(chuàng)意提出、整體論證、初步設(shè)計、組裝調(diào)試、最終定型等幾個大的步驟。其中最重要的當(dāng)數(shù)其中的機(jī)械設(shè)計環(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。

該雙足競步機(jī)器人設(shè)計的目的是要實現(xiàn)擬人下肢多自由度得平穩(wěn)行走，在實現(xiàn)這個功能的前提下為降低設(shè)計的難度，我們按照目前世界上各研究機(jī)構(gòu)普通采用的下肢6個自由度的關(guān)節(jié)配置形式，來實現(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，膝關(guān)節(jié)1個，踝關(guān)節(jié)1個[3]。髖關(guān)節(jié)用于擺動腿，實現(xiàn)邁步，并起到了輔助平衡作用。膝關(guān)節(jié)主要用來調(diào)節(jié)重心的高度，及改變擺動腿的著地高度，使之與地形相適應(yīng)。踝關(guān)節(jié)用來和髖關(guān)節(jié)相配合實現(xiàn)支撐腿的移動，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

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)計機(jī)器人的零件。本著結(jié)構(gòu)簡單、盡量采用通用零件、外形美觀等原則，對機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及外觀進(jìn)行優(yōu)化。

實現(xiàn)舞蹈機(jī)器人運(yùn)動的基本問題是對機(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)動器就起到肌肉的作用，它通過移動或轉(zhuǎn)動連桿來改變機(jī)器人的構(gòu)型。驅(qū)動器必須有足夠的功率對負(fù)載加速或者減速。同時，啟動器本身要精確、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)動中的動力裝置，是一種微型伺服馬達(dá)，它的控制信號是一個寬度可調(diào)的方波脈沖信號，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)的控制信號的模擬設(shè)備都可以用來控制舵機(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、控制簡單。根據(jù)所需的驅(qū)動力矩要求和性價比方面的考慮，我們決定選用日本雙葉電子工業(yè)株式會社生產(chǎn)的大扭力齒輪舵機(jī)。該類型舵機(jī)價格適中且規(guī)格參數(shù)能夠滿足舞蹈機(jī)器人的各項性能要求。因此在綜合了開銷，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

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)動模塊、外部晶振以及各種I/O接口。

本設(shè)計所選舵機(jī)為日本雙葉電子工業(yè)株式會社生產(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)。價格適中且規(guī)格參數(shù)能夠滿足雙足機(jī)器人的各項性能要求[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，適合多級聯(lián)動控制。裝有防撞減震軸承，減少磨損，并且密封。采用國際標(biāo)準(zhǔn)的PWM控制格式，便于移植到其他平臺使用。因此在綜合了開銷，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)過實際測試和規(guī)劃，分了250份。將0-185分為250份，每份0.74度。控制所需的PWM寬度為0.5ms～2.5ms，寬度2ms。舵機(jī)的控制信號是脈沖位置調(diào)制信號，周期一般為2ms，當(dāng)方波的脈沖寬度改變時，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

為了實現(xiàn)模型樣機(jī)的實驗調(diào)試，在硬件基礎(chǔ)上進(jìn)行了系統(tǒng)軟件設(shè)計，通過對實際機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動控制理論研究，規(guī)劃了一套簡便的調(diào)試方案以驗證樣機(jī)設(shè)計的合理性，并進(jìn)行對預(yù)訂步態(tài)的相應(yīng)關(guān)節(jié)控制調(diào)試和可行性驗證。

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)的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，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)雜的動作編制、舞蹈的設(shè)計不可能在單片機(jī)上進(jìn)行，而且對于人機(jī)交互等在單片機(jī)上不好實現(xiàn)。所有必須要有上位機(jī)的協(xié)助，通過上位機(jī)，實現(xiàn)舞蹈動作的編寫以及調(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。

舞蹈動作設(shè)計得再完美，再漂亮，最終都要體現(xiàn)在機(jī)器人的行走上。運(yùn)動控制主要有兩個方面的內(nèi)容，一方面是編寫完美的舞蹈動作，另一方面就是如何精確實現(xiàn)設(shè)計好的舞蹈動作。也就是說如何精確地控制電機(jī)/舵機(jī)，讓多個電機(jī)準(zhǔn)確快速，穩(wěn)定地到達(dá)指定的位置，并且實現(xiàn)24個電機(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，實現(xiàn)從上位機(jī)接收控制指令和動作數(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，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)和仿生材料等多個領(lǐng)域。

舞蹈機(jī)器人的制作一般要經(jīng)過創(chuàng)意提案、初步設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、制作調(diào)試4個階段。我們在制作過程中，考慮具體情況，分步細(xì)化，按照流程來控制節(jié)點(diǎn)，達(dá)成目標(biāo)。

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

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

6.結(jié)論

本文設(shè)計了一款結(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)動規(guī)律，為研究智能機(jī)器人，機(jī)器人學(xué)習(xí)、運(yùn)動等提供了一個可靠的平臺。整個設(shè)計過程中，在機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計上我們曾經(jīng)遇到了很大的困難，好幾次的設(shè)計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)的問題。在使用ATmega16L的開發(fā)過程中，我們也充分體會到了這款單片機(jī)的性能優(yōu)越性和便利性，其單芯片設(shè)計方案對提高產(chǎn)品集成，降低系統(tǒng)成本有很大的幫助。

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