【正文】 還要考慮對(duì)系統(tǒng)和環(huán)境的影響。不僅要考慮技術(shù)領(lǐng)域,還要考慮經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。不僅考慮當(dāng)前,還要考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。在這種情況下,所謂傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已越來(lái)越顯得適應(yīng)不了發(fā)展的需要。由于科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)不斷深入,設(shè)計(jì)工作所需的理論基礎(chǔ)和手段有了很大進(jìn)步,使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)發(fā)生了很大的變化,特別是電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用,對(duì)設(shè)計(jì)工作產(chǎn)生了革命性的突變,為設(shè)計(jì)工作提供了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)化和精密計(jì)算的條件。因此,用理論設(shè)計(jì)代替經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、用精確設(shè)計(jì)代替近似設(shè)計(jì)、用優(yōu)化設(shè)計(jì)代替一般設(shè)計(jì)將成為設(shè)計(jì)的必然發(fā)展趨勢(shì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)是以建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)的。優(yōu)化設(shè)計(jì)引用了一些新的概念和術(shù)語(yǔ),如前所述的設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)、約束條件等。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)將機(jī)械設(shè)計(jì)的具體要求構(gòu)造成數(shù)學(xué)模型,將機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題,構(gòu)成一個(gè)完整的數(shù)學(xué)規(guī)劃命題,逐步求解這個(gè)規(guī)劃命題,使其最佳地滿足設(shè)計(jì)要求,從而獲得可行方案中的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。優(yōu)化設(shè)計(jì)改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是被動(dòng)地重復(fù)分析產(chǎn)品的性能,而不是主動(dòng)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的參數(shù)。作為一項(xiàng)設(shè)計(jì)不僅要求方案可行、合理,而且應(yīng)該是某些指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)的理想方案。并從大量的可行設(shè)計(jì)方案中找出—種最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案,從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)可以滿足多方面的性能要求。產(chǎn)品要求總體結(jié)構(gòu)尺寸小,傳動(dòng)效率高,生產(chǎn)成本低等,這些要求用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)是無(wú)法解決的。實(shí)踐證明,最優(yōu)化設(shè)計(jì)是保證產(chǎn)品具有優(yōu)良的性能,減輕自重或體積,降低工程造價(jià)的一種有效設(shè)計(jì)方法。優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般過(guò)程與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法有所不同。它是以計(jì)算機(jī)自動(dòng)設(shè)計(jì)選優(yōu)為其基本特征的。由于計(jì)算機(jī)的運(yùn)用速快,分析計(jì)算一個(gè)方案只要幾秒以至千分之一秒鐘,因而可以從大量的方案中選出最優(yōu)方案。因此可以為設(shè)計(jì)人員提供大量的設(shè)計(jì)分析數(shù)據(jù),有助于考察設(shè)計(jì)結(jié)果,從而可以提高機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中發(fā)展較早的領(lǐng)域,不僅研究了連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等再現(xiàn)函數(shù)和軌跡的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題,而且還提出一些標(biāo)準(zhǔn)化程序。機(jī)械零、部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)最近十幾年也有很大發(fā)展,主要是研究各種減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)、液壓軸承和滾動(dòng)軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及軸、彈簧、制動(dòng)器等的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。除此之外,在機(jī)床、鍛壓設(shè)備、壓延設(shè)備、起重運(yùn)輸設(shè)備、汽車等的基本參數(shù)、基本工作機(jī)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)方面也進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD) 引入優(yōu)化設(shè)計(jì)方法后,把優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái),使設(shè)計(jì)過(guò)程完全自動(dòng)化,已成為設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法分為尺寸優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化、布局優(yōu)化、控制優(yōu)化等。常用的夠又掛方法有優(yōu)化準(zhǔn)則法、數(shù)學(xué)規(guī)劃法、混合法、多級(jí)優(yōu)化、遺傳基因算法等。一般結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題都屬于非線性優(yōu)化問(wèn)題，其特點(diǎn)是約束和設(shè)計(jì)變量較多。目前，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)種有效的計(jì)算方法是數(shù)學(xué)規(guī)劃方法和工程力學(xué)方法相結(jié)合的算法。優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本原理是通過(guò)構(gòu)建優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，運(yùn)用各種優(yōu)化方法在滿足設(shè)計(jì)要求的條件下進(jìn)行迭代計(jì)算，求得目標(biāo)函數(shù)的極值，得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型可表示為： minF（x）=F（x1，x2,x3, …,xn） g(x)=g(x1，x2,x3, …,xn)≤0 h（x）=g(x1，x2,x3, …,xn)=0 X=( x1，x2,x3, …,xn) 式中F（x）為目標(biāo)函數(shù)是設(shè)計(jì)變量的函數(shù)，用來(lái)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)與劣，優(yōu)化問(wèn)題即為目標(biāo)函數(shù)的極值，約束條件g(x),h(x)稱為狀態(tài)變量只有 符合狀態(tài)變量的要求設(shè)計(jì)是合理的設(shè)計(jì)，x是設(shè)計(jì)種需要優(yōu)選的設(shè)計(jì)參數(shù)所組成的向量，每一個(gè)向量代表一個(gè)具體的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)變量的集合稱為設(shè)計(jì)空間，稱需優(yōu)選設(shè)計(jì)參數(shù)的設(shè)計(jì)變量。在這里的磚窯機(jī)器人的設(shè)計(jì)根據(jù)其環(huán)境的狀況，通過(guò)數(shù)學(xué)的計(jì)算器前面的設(shè)計(jì)尺寸都符合要求。 在這里的設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)器人的靈敏度分析，結(jié)構(gòu)優(yōu)化許多方法種常常提供約束函數(shù)對(duì)于設(shè)計(jì)變量的導(dǎo)數(shù)，求這些導(dǎo)數(shù)及靈敏度分析，利用靈敏度分析提供的導(dǎo)數(shù)可提高機(jī)器人結(jié)構(gòu)與優(yōu)化率，在這里應(yīng)用解析法、差分法、解析和差分相結(jié)合的擬解析法，在機(jī)器人各塊的連接，手臂，關(guān)節(jié)傳動(dòng)電機(jī)的連接需要潤(rùn)滑等要求。在這里重點(diǎn)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)是指對(duì)機(jī)構(gòu)形狀的優(yōu)化，有時(shí)也成為外形優(yōu)化。拓?fù)鋬?yōu)化的目標(biāo)是尋找單載荷或多載荷的物體的最佳材料分配方案，這種方案在拓?fù)鋬?yōu)化中表現(xiàn)為“最大剛度”設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)不同的是拓?fù)鋬?yōu)化不需要給出參數(shù)和優(yōu)化變量的定義。目標(biāo)函數(shù)、狀態(tài)變量和設(shè)計(jì)變量都是預(yù)定義好的。使用只需要給出結(jié)構(gòu)的參數(shù)（材料特性、模型、載荷等）和藥省去的材料百分比。拓?fù)鋬?yōu)化目標(biāo)—目標(biāo)函數(shù)—實(shí)在滿足約束（V）情況下減少結(jié)構(gòu)的變形能。減少結(jié)構(gòu)的變形能相當(dāng)于提高結(jié)構(gòu)的剛度。這個(gè)技術(shù)通過(guò)使用計(jì)變量（ni）給每個(gè)有限元的單元賦予內(nèi)部偽密度來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些密度用PLNSOL，TOPO命令來(lái)會(huì)繪出。磚窯卸垛機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜，但其工作過(guò)程起原理是比較簡(jiǎn)單的，整個(gè)工作過(guò)程中手爪夾持磚塊動(dòng)作較快，且采用外卡式兩指鉗爪結(jié)構(gòu)，手爪在主體的支撐下完成各部分動(dòng)作。因此在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面參照拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)思想，首先對(duì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)在手爪的長(zhǎng)度各連接處的圓角處理根據(jù)載荷適當(dāng)在原有的設(shè)計(jì)尺寸上加大手爪的尺寸，并采用鋼制的材料。已經(jīng)用ANSYS軟件答對(duì)磚窯卸垛機(jī)器人進(jìn)行了靜力學(xué)分析和運(yùn)動(dòng)學(xué)等效靜力分析，雖然所做的等效靜力與復(fù)雜的磚窯卸垛機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)載荷還有一定差異，忽略了阻尼等因素的影響，但由于此磚窯卸垛機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程比較簡(jiǎn)單，且轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程較快因而可以減少其中東載荷對(duì)分析結(jié)果的影響前面通過(guò)靜力學(xué)分析得知在兩種工序下磚窯卸垛機(jī)器人結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變值雖然沒(méi)有超過(guò)材料的許用應(yīng)力和應(yīng)變值，但在磚窯卸垛機(jī)器人還是有較大集中載荷，主要出現(xiàn)在底座，卸垛機(jī)器人手爪，還有在上下導(dǎo)桿連接處，可能影響磚窯卸垛機(jī)器人在卸磚過(guò)程中的動(dòng)力性能，所以在此采用對(duì)磚窯卸垛機(jī)器人結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，通過(guò)分析，最終達(dá)到優(yōu)化目的。這部分對(duì)磚窯卸垛機(jī)器人的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的各種算法簡(jiǎn)單的了解介紹，參照拓?fù)鋬?yōu)化思想對(duì)磚窯卸垛機(jī)器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造分析，達(dá)到結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的?？偟目磥?lái),優(yōu)化設(shè)計(jì)是適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)代化要求發(fā)展起來(lái)的,是一門(mén)嶄新的學(xué)科。它是在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上提出的一種更科學(xué)的設(shè)計(jì)方法,它可使機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量達(dá)到更高的要求。因此,在加強(qiáng)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論研究的同時(shí),還要進(jìn)一步加強(qiáng)最優(yōu)設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的研究,以便在近代數(shù)學(xué)、力學(xué)和物理學(xué)的新成就基礎(chǔ)上,使其更能反映客觀實(shí)際。同時(shí)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究還必須與工程實(shí)踐、數(shù)學(xué)力學(xué)理論、計(jì)算技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用等緊密聯(lián)系起來(lái),才能具有更廣闊的發(fā)展前景。結(jié) 論隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展以及自動(dòng)生產(chǎn)線的需要，機(jī)械手的應(yīng)用越來(lái)越廣，抓取機(jī)械手在一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中扮演著舉足輕重的角色，因此本次對(duì)卸垛抓取機(jī)械手的設(shè)計(jì)工作在機(jī)械手研制領(lǐng)域有著積極的意義。通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我了解了機(jī)械手的很多相關(guān)知識(shí)。了解了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在此方面的一些先進(jìn)生產(chǎn)和制造技術(shù)以及機(jī)械手設(shè)計(jì)的一般過(guò)程，通過(guò)對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握了一定的機(jī)械設(shè)計(jì)方面的基礎(chǔ)為以后的工作學(xué)習(xí)創(chuàng)造了一定的條件。機(jī)器人的研究與開(kāi)發(fā)對(duì)于國(guó)內(nèi)乃至世界都是一個(gè)任重而道遠(yuǎn)的課題，所以我們只有在不斷的掌握基礎(chǔ)理論與積累經(jīng)驗(yàn)的工程中，找到一些改進(jìn)機(jī)器人研發(fā)的途徑，而當(dāng)今機(jī)器人技術(shù)正在向智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢(shì)主要為：結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；控制技術(shù)的開(kāi)放化、PC化和網(wǎng)絡(luò)化；伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實(shí)用化；工作環(huán)境設(shè)計(jì)的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面。本次設(shè)計(jì)任務(wù)包括機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)，液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)三個(gè)組成部分的設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及到的知識(shí)幾乎涵蓋了機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)所學(xué)的全部課程，綜合運(yùn)用了機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、工程材料、機(jī)電傳動(dòng)與控制、機(jī)械電子學(xué)、液壓傳動(dòng)技術(shù)、可編程控制器等相關(guān)知識(shí)。設(shè)計(jì)從最初提出設(shè)計(jì)方案開(kāi)始，在指導(dǎo)老師的幫助下，經(jīng)過(guò)對(duì)比和分析，直至確定最終設(shè)計(jì)方案，期間經(jīng)過(guò)查閱大量的相關(guān)資料，計(jì)算，繪圖，定稿最終順利完成了此次設(shè)計(jì)任務(wù)。畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)于一名工科類學(xué)生而言，是對(duì)大學(xué)四年專業(yè)知識(shí)一個(gè)檢驗(yàn)和運(yùn)用的過(guò)程，經(jīng)過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我深切體會(huì)到作為一名機(jī)械設(shè)計(jì)人員必須面對(duì)的各種困難，同時(shí)也讓我看到了自身的不足，更清楚了前進(jìn)的方向。致謝經(jīng)歷了一個(gè)學(xué)期的艱苦奮戰(zhàn)之后，我終于完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)是我們?cè)趯W(xué)完四年工科課程后進(jìn)行的一次綜合性的、系統(tǒng)性的、理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)活動(dòng)，我認(rèn)為自己從中獲益匪淺。通過(guò)這次設(shè)計(jì)使我的專業(yè)知識(shí)得到了鞏固，設(shè)計(jì)能力得到了提高。設(shè)計(jì)中我還使用了AUTOCAD等電腦繪圖軟件，通過(guò)使用這些軟件，使我運(yùn)用電腦繪圖能力也得到了很大的提高。同時(shí)，也進(jìn)一步加強(qiáng)了我嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的良好習(xí)慣，這將為我以后的工程技術(shù)人員道路打下良好的基礎(chǔ)。在這次設(shè)計(jì)中，我得到了指導(dǎo)教師的悉心關(guān)懷和幫助。在此，向他致以深深的謝意。特別感謝本課題小組成員的不斷地督促和幫助。他們嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、孜孜以求的工作作風(fēng)對(duì)我產(chǎn)生重要影響。我將帶著這些寶貴的精神財(cái)富，在博大精深的機(jī)械行業(yè)闖出自己的一片天空來(lái)。同時(shí)，我還要感謝其他專業(yè)老師在大學(xué)四年中對(duì)我的鼓勵(lì)和指導(dǎo)，他們?yōu)槲彝瓿蛇@篇論文提供了巨大的幫助。在此我也衷心的感謝他們。最后，衷心感謝在百忙之中抽出時(shí)間審閱本論文的專家、教授。由于本人知識(shí)水平有限，文中不免有不妥之處，敬請(qǐng)各位專家、教授不吝批評(píng)和指正。參考文獻(xiàn)[1] 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