【正文】 對(duì)對(duì)仿生抓夾式夾具做出技術(shù)進(jìn)化預(yù)測(cè)?？梢栽O(shè)計(jì)帶有吸附作用的元件，就猶如壁虎爬墻，如圖313所示。最后，我們將仿生抓夾式的爪子做成可伸縮的多鉸鏈形式。這樣可以使夾具更加的適應(yīng)工件的形狀，使夾持更加穩(wěn)定?？梢詫⒎律A式夾具的爪子變得更加的柔性化，如果爪子可以隨著工件尺寸的大小變化而變長(zhǎng)變短，就解決了問題。利用材料的熱膨脹或熱收縮；組合使用不同熱膨脹系數(shù)的幾種材料。用光學(xué)系統(tǒng)、聲學(xué)系統(tǒng)、電磁學(xué)系統(tǒng)或影響人類感覺的系統(tǒng)，代替機(jī)械系統(tǒng)；使用與物體相互作用的電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)；用運(yùn)動(dòng)場(chǎng)代替恒定場(chǎng)，結(jié)構(gòu)化場(chǎng)代替非結(jié)構(gòu)化場(chǎng)；把場(chǎng)與場(chǎng)作用和鐵磁粒子組合使用。 負(fù)面影響參數(shù)：系統(tǒng)的復(fù)雜性（）由沖突矩陣表查出發(fā)明原理，如表2所示。② 如果夾持不同尺寸的工件需要不同的仿生抓夾式夾具的話，那么就需要很多套爪子，系統(tǒng)非常復(fù)雜，成本高，管理不便，操作也不便。這里，我將從第二個(gè)方面——結(jié)構(gòu)柔性化，來對(duì)仿生抓夾式夾具進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。2）結(jié)構(gòu)柔性化。得出仿生抓夾式夾具的方向可以歸結(jié)為兩點(diǎn)：1）智能化。目前，智能化在仿生抓夾式夾具中的應(yīng)用還比較小。工作效率很低，人的工作量大，且不夠穩(wěn)定，不安全。(3)減少人為干預(yù)手工操作機(jī)械化智能化手工夾緊人工裝夾工件液壓、氣壓夾緊自動(dòng)調(diào)整夾持力機(jī)構(gòu)自鎖這是進(jìn)化模式10“增加自動(dòng)化，減少人的介入”下的一條進(jìn)化路線。隨著工業(yè)的發(fā)展，需要制造的精度也越來越高，所以對(duì)仿生抓夾式夾具的要求也就越高了，更加朝著柔性化發(fā)展。通過它來確定尋找新的替代技術(shù)的可能方向，我們從增加動(dòng)態(tài)化這條路線分析，這條路線可分為6個(gè)階段，如圖36所示。這就使人們想到了智能化，如具有高度的“觸覺”和“視覺”等，且能高速準(zhǔn)確的自動(dòng)控制夾具，及時(shí)調(diào)整夾持力。目前在工業(yè)生產(chǎn)中，好多精密零件的加工需要精確的裝夾，而一般的控制已經(jīng)無法滿足。液壓控制是仿生抓夾式夾具的一種主要的控制方式。圖33 仿生抓夾式夾具的反饋可控性路線通過對(duì)仿生抓夾式夾具技術(shù)的發(fā)展分析，得出仿生抓夾式夾具反饋可控性路線，如圖33所示。如下圖32，仿照蜘蛛的多爪抓夾夾具。形狀記憶合金是近幾十年發(fā)展起來的一種新型功能材料，它是利用應(yīng)力和溫度誘發(fā)相變的機(jī)理來實(shí)現(xiàn)形狀記憶功能的一類材料。柔性夾具的主要類見表1。所以，柔性夾具還是含糊的，沒有明確的定義和界限。具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調(diào)夾具、成組夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具等。目前，除了在生產(chǎn)流水線、自動(dòng)線配置相應(yīng)的高效、自動(dòng)化夾具外，在數(shù)控機(jī)床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動(dòng)裝夾工件的夾具以及自動(dòng)更換夾具的裝置，充分發(fā)揮了數(shù)控機(jī)床的效率。 ③高效化。 ②精密化。 ①標(biāo)準(zhǔn)化?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應(yīng)市場(chǎng)的需求與競(jìng)爭(zhēng)。根據(jù)加工需要，有些夾具還會(huì)采用分度裝置、靠模裝置、上下料裝置、工業(yè)機(jī)器人、頂出器和平衡塊等，這些元件或裝置也需要專門設(shè)計(jì)。夾具體是夾具的基本骨架。（4）連接元件。通常，夾緊裝置的結(jié)構(gòu)會(huì)影響夾具的復(fù)雜程度和性能。通常，當(dāng)工件定位基準(zhǔn)面的形狀確定后，定位元件的結(jié)構(gòu)也就基本上確定了。如在車床上加上三爪卡盤，加工短軸類、套類零件等要方面很多。用夾具裝夾工件方便、省力、安全。用夾具來定位、夾緊工件，就避免了手工操作用劃線等方法來定位工件，縮短了安裝工件的時(shí)間。 夾具的作用夾具在零件加工過程中的作用主要有以下5點(diǎn)：（1）保證加工精度。⑤隨行夾具用于自動(dòng)線上，工件安裝在隨行夾具上，隨行夾具由運(yùn)輸裝置送往各機(jī)床，并在機(jī)床夾具或機(jī)床工作臺(tái)上進(jìn)行定位夾緊。在產(chǎn)品相對(duì)穩(wěn)定、批量較大的生產(chǎn)中，常用各種專用夾具，可獲得較高的生產(chǎn)率和加工精度。采用這類夾具可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，減少夾具品種，從而降低生產(chǎn)成本。 夾具的分類機(jī)床夾具可以按不同的方式進(jìn)行分類。進(jìn)化潛能圖可直觀表示給定技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化情況，為設(shè)計(jì)人員確定未來技術(shù)開發(fā)方向提供了理論依據(jù)。應(yīng)用進(jìn)化模式與進(jìn)化路線的過程如圖24所示 圖24 搜索具有進(jìn)化潛力的進(jìn)化路線應(yīng)用進(jìn)化模式和進(jìn)化路線過程為：根據(jù)已有產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇一種或幾種進(jìn)化模式，然后從每種模式中選擇一種或幾種進(jìn)化路線，從進(jìn)化路線中確定新的核心技術(shù)的可能的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。如圖23所示是模式5“增加動(dòng)態(tài)性和可控性”下的一條進(jìn)化路線和產(chǎn)品的進(jìn)化過程。即產(chǎn)品沿進(jìn)化路線進(jìn)化的過程是新舊核心技術(shù)更替的過程。例如最出洗衣服用搓板，此后出現(xiàn)了單杠、雙杠洗衣機(jī)，后來又出現(xiàn)了全自動(dòng)洗衣機(jī)。進(jìn)化模式9:增加場(chǎng)的使用。隨著轎車的進(jìn)化，板簧與轎車的其他部分已不匹配，后來研制出轎車專用減振器。例如組合音響將AM/FM收音機(jī)、磁帶機(jī)、VCD機(jī)、揚(yáng)聲器等集成為一個(gè)系統(tǒng)，用戶可根據(jù)需要選擇自己需要的功能。例如早期的汽車是靠發(fā)動(dòng)機(jī)的速度控制的，后是靠手工操縱齒輪變速器控制速度，后來又是自動(dòng)變速器。如設(shè)計(jì)人員努力開發(fā)更好地飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，但對(duì)飛機(jī)影響最大的是其空氣動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，因此，設(shè)計(jì)人員的努力對(duì)提高飛機(jī)性能的作用不大。進(jìn)化模式3:增加資源的包含量。每一種系統(tǒng)完成的功能在產(chǎn)生有用效應(yīng)的同時(shí)都會(huì)不可避免地產(chǎn)生有害效應(yīng)。（4） 初始系統(tǒng)概念的資源已用盡。隨著TRIZ理論的發(fā)展，進(jìn)化模式的種數(shù)也不斷變化，進(jìn)化模式，下面是10種進(jìn)化模式:進(jìn)化模式1:進(jìn)化階段，技術(shù)系統(tǒng)的生命周期為出生、生長(zhǎng)、成熟、退出。所以我們選用DE理論對(duì)夾具進(jìn)行進(jìn)化預(yù)測(cè)。GTE理論是以技術(shù)預(yù)測(cè)理論為中心的新興應(yīng)用性技術(shù)進(jìn)化理論，其出發(fā)點(diǎn)是根據(jù)TRIZ理論開發(fā)出一種結(jié)構(gòu)化的方法，對(duì)技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。有技術(shù)進(jìn)化理論（Evolution of Technique， ET）、技術(shù)進(jìn)化引導(dǎo)理論（Guided Technology Evolution， GTE）、直接進(jìn)化理論（Directed Evolution， DE）：1）技術(shù)進(jìn)化理論ET理論側(cè)重于TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論的原理詮釋，它著重于研究了技術(shù)進(jìn)化的動(dòng)力和理論基礎(chǔ)。在對(duì)全世界專利進(jìn)行分析，阿奇舒勒提出了40條發(fā)明原理（見附錄表二）。技術(shù)沖突場(chǎng)表現(xiàn)為一個(gè)系統(tǒng)中兩個(gè)子系統(tǒng)之間的沖突。TRIZ理論成功地揭示了創(chuàng)造發(fā)明的內(nèi)在規(guī)律和原理，著力于澄清和強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)中存在的矛盾，其目標(biāo)是完全解決矛盾，獲得最終的理想解。但是，在當(dāng)今社會(huì)，僅僅把傳達(dá)信息的關(guān)鍵詞定位于正確和充分顯然是不夠的。 從挖掘產(chǎn)品功能出發(fā)，賦予老產(chǎn)品以新的功能、新的用途。 創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)是指充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造力，利用人類已有的相關(guān)科技成果進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思，設(shè)計(jì)出具有科學(xué)性、創(chuàng)造性、新穎性及實(shí)用性的一種實(shí)踐活動(dòng)。⑦資源性：通過設(shè)計(jì)追求自然資源、設(shè)計(jì)資源的無限可逆性循環(huán)利用。③經(jīng)濟(jì)性：滿足標(biāo)注化、批量生產(chǎn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，同時(shí)延長(zhǎng)使用壽命、方便運(yùn)輸、維修及回收。（7）仿生物意象的設(shè)計(jì)生物的意象是在人類認(rèn)識(shí)自然的經(jīng)驗(yàn)與情感積累的過程中產(chǎn)生的，仿生物意象的設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品語義和文化特征的體現(xiàn)具有重要作用。結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)通過對(duì)自然生物由內(nèi)而外的結(jié)構(gòu)特征的認(rèn)知，結(jié)合不同產(chǎn)品概念與設(shè)計(jì)目的進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新，使人工產(chǎn)品具有自然生命的意義與美感特征。包括動(dòng)物、植物、微生物、人類等所具有的典型外部形態(tài)的認(rèn)知基礎(chǔ)上，尋求對(duì)產(chǎn)品形態(tài)的突破與創(chuàng)新。 仿生設(shè)計(jì) 仿生設(shè)計(jì)是工業(yè)設(shè)計(jì)中有著深厚歷史積淀與豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的，同時(shí)又是最新鮮、最具活力的設(shè)計(jì)創(chuàng)新方法，是設(shè)計(jì)回歸自然、追求人性化的具體、可行的方法，正逐漸成為設(shè)計(jì)發(fā)展過程中新的亮點(diǎn)。在批量生產(chǎn)中，企業(yè)都習(xí)慣于采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里，約有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔3~4年就要更新50%~80%的專用夾具，而夾具的實(shí)際磨損量?jī)H為10%~20%，這些夾具往往留下來又很難得到重復(fù)使用，拋棄他們又實(shí)在可惜，因此造成很大的浪費(fèi)。夾具最早出現(xiàn)在18世紀(jì)后期。 關(guān)鍵詞：直接進(jìn)化理論；仿生抓夾式夾具；進(jìn)化模式；創(chuàng)新設(shè)計(jì) ABSTRACTFor present and future development of the fixtures’ technology clear thinking,broden the research field, jumped out of the inherent fixture technology category, from the theoretical level to analyze it, for the future development field of fixture looking for the technology trends of theory support. the paper quoted Directed evolution theory of TRIZ to the Bionic Catch Clip type to its Patterns of technological evolution and multiple evolutionary lines to analyze bionic catch clip type fixture technologies, and find its evolutionary potential. There mainly through feedback control, reducing human intervention, dynamic route for analysis, on the development direction of the possible future has made accurate judgment and the forecast.Through forecast about the bionic catch clip type fixture, to make its innovative design. Using the theory of conflict and inventive principles to analyze the problem, we conclude that technology conflicts, the conflict, namely is adaptability and the plexity of the system. according to the conflict matrix table, find out the principle invention and innovation, then, using the dynamic and mechanical system substitution principle, design the telescopic catch clip fixture and adsorptive fixture.Key Words: Directed evolution。這里主要通過對(duì)反饋可控性、減少人為干預(yù)、動(dòng)態(tài)化三條路線進(jìn)行分析，對(duì)仿生抓夾式夾具技術(shù)將來可能的發(fā)展方向做出準(zhǔn)確判斷和預(yù)測(cè)。本文將TRIZ的直接進(jìn)化理論引入到仿生抓夾式夾具中來，根據(jù)它的進(jìn)化模式和多條進(jìn)化路線來對(duì)仿生抓夾式夾具技術(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其進(jìn)化潛能。根據(jù)沖突矩陣表，查出發(fā)明創(chuàng)新原理，運(yùn)用其中的動(dòng)態(tài)性和機(jī)械系統(tǒng)替代原理，設(shè)計(jì)出伸縮抓夾夾具和吸附式夾具。 innovative design 目 錄1 緒論 1 設(shè)計(jì)背景及意義 1 仿生設(shè)計(jì) 1 仿生設(shè)計(jì)內(nèi)容 1 仿生設(shè)計(jì)原則 2 創(chuàng)新設(shè)計(jì) 32 TRIZ理論 4 TRIZ發(fā)明問題解決理論 4 TRIZ的三大進(jìn)化理論 4 直接進(jìn)化理論 6 進(jìn)化模式 6 進(jìn)化路線 7 進(jìn)化潛能 93 基于DE的仿生抓夾式夾具創(chuàng)新設(shè)計(jì) 10 夾具 10 夾具的分類 10 夾具的作用 11 夾具的組成 11 夾具的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 12 柔性夾具 13 柔性夾具的分類 14 仿生抓夾式夾具 14 仿生抓夾式夾具的進(jìn)化預(yù)測(cè) 15 進(jìn)化路線分析 15 預(yù)測(cè)結(jié)論 19 仿生抓夾式夾具的創(chuàng)新設(shè)計(jì) 19結(jié) 論 22參考文獻(xiàn) 23附錄1 技術(shù)沖突和發(fā)明原理表 25附錄2 英文資料及翻譯 27致 謝 4346 / 531 緒論 設(shè)計(jì)背景及意義機(jī)械制造的機(jī)械加工、焊接、熱處理、檢驗(yàn)、裝配等工藝過程中，為了安裝加工工件，使之占有正確的位置，以保證零件和產(chǎn)品的質(zhì)量，并提高生產(chǎn)效率，所采用的工藝裝備稱為夾具。而仿生抓夾式夾具屬于其中機(jī)床夾具和通用夾具。顯然，如何設(shè)計(jì)制造出更先進(jìn)的夾具是工業(yè)進(jìn)步的一大關(guān)鍵，因此研究仿生抓夾式夾具的進(jìn)化歷程和夾具技術(shù)的未來發(fā)展方向有著重要的意義。（1）仿生物體形態(tài)的設(shè)計(jì)是在對(duì)自然生物體。（3）仿生物結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)生物結(jié)構(gòu)是自然選擇與進(jìn)化的重要內(nèi)容，是決定生命形式與種類的因素，具有鮮明的生命特征與意義。（6）仿生物形式美感的設(shè)計(jì)從人類的審美要求出發(fā)，發(fā)現(xiàn)和歸納自然生物所蘊(yùn)含的美感規(guī)律，更好的進(jìn)行產(chǎn)品美感與意義的整合設(shè)計(jì)。②功能性：產(chǎn)品合理、有效的基本功能和方便、安全、宜人等多層次功能的綜合體現(xiàn)。⑥系統(tǒng)性：是對(duì)產(chǎn)品系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)、把握與創(chuàng)造。③設(shè)計(jì)的多義性：理解自然生物有意義的形式，賦予產(chǎn)品更多樣化的美感和含義。創(chuàng)新設(shè)計(jì)可以從以下幾個(gè)側(cè)重點(diǎn)出發(fā)： 從用戶需求出發(fā)，以人為本，滿足用戶的需求。作為“為傳達(dá)而設(shè)計(jì)”的視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)，如何正確充分地傳達(dá)信息是每一個(gè)設(shè)計(jì)者始終要面臨的中心問題。阿奇舒勒創(chuàng)建于1946年。技術(shù)沖突是指一個(gè)作用同時(shí)導(dǎo)致有用及有害兩種結(jié)果。TRIZ中的發(fā)明原理是由專門研究人員對(duì)不同領(lǐng)域的已有創(chuàng)新成果進(jìn)行分析、總結(jié)，得到的具有普遍意義的經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)對(duì)指導(dǎo)不同領(lǐng)域的產(chǎn)品創(chuàng)新都有重要的參考價(jià)值。隨著TRIZ進(jìn)化理論的發(fā)展，不同的研究者提出了不同的進(jìn)化模式體系。2）技術(shù)進(jìn)化引導(dǎo)理論GTE理論包括了6條進(jìn)化模式：①增加理想度；②子系統(tǒng)不平衡；③向超系統(tǒng)轉(zhuǎn)換；④增加動(dòng)態(tài)性；⑤縮短能量轉(zhuǎn)換路徑；⑥向微觀級(jí)轉(zhuǎn)換。因此，與其他技術(shù)進(jìn)化理論相比，D