【正文】 還要考慮對系統(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、社會效益。不僅考慮當前,還要考慮長遠發(fā)展。在這種情況下,所謂傳統(tǒng)的設(shè)計方法已越來越顯得適應(yīng)不了發(fā)展的需要。由于科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,對客觀世界的認識不斷深入,設(shè)計工作所需的理論基礎(chǔ)和手段有了很大進步,使產(chǎn)品的設(shè)計發(fā)生了很大的變化,特別是電子計算機的發(fā)展及應(yīng)用,對設(shè)計工作產(chǎn)生了革命性的突變,為設(shè)計工作提供了實現(xiàn)設(shè)計自動化和精密計算的條件。因此,用理論設(shè)計代替經(jīng)驗設(shè)計、用精確設(shè)計代替近似設(shè)計、用優(yōu)化設(shè)計代替一般設(shè)計將成為設(shè)計的必然發(fā)展趨勢。優(yōu)化設(shè)計是以建立數(shù)學(xué)模型進行設(shè)計的。優(yōu)化設(shè)計引用了一些新的概念和術(shù)語,如前所述的設(shè)計變量、目標函數(shù)、約束條件等。機械優(yōu)化設(shè)計將機械設(shè)計的具體要求構(gòu)造成數(shù)學(xué)模型,將機械設(shè)計問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題,構(gòu)成一個完整的數(shù)學(xué)規(guī)劃命題,逐步求解這個規(guī)劃命題,使其最佳地滿足設(shè)計要求,從而獲得可行方案中的最優(yōu)設(shè)計方案。優(yōu)化設(shè)計改變了傳統(tǒng)的設(shè)計方式。傳統(tǒng)設(shè)計方法是被動地重復(fù)分析產(chǎn)品的性能,而不是主動設(shè)計產(chǎn)品的參數(shù)。作為一項設(shè)計不僅要求方案可行、合理,而且應(yīng)該是某些指標達到最優(yōu)的理想方案。并從大量的可行設(shè)計方案中找出—種最優(yōu)化的設(shè)計方案,從而實現(xiàn)最優(yōu)化的設(shè)計。優(yōu)化設(shè)計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,傳動效率高,生產(chǎn)成本低等,這些要求用傳統(tǒng)設(shè)計方法設(shè)計是無法解決的。實踐證明,最優(yōu)化設(shè)計是保證產(chǎn)品具有優(yōu)良的性能,減輕自重或體積,降低工程造價的一種有效設(shè)計方法。優(yōu)化設(shè)計的一般過程與傳統(tǒng)設(shè)計方法有所不同。它是以計算機自動設(shè)計選優(yōu)為其基本特征的。由于計算機的運用速快,分析計算一個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)計人員提供大量的設(shè)計分析數(shù)據(jù),有助于考察設(shè)計結(jié)果,從而可以提高機械產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。機構(gòu)運動參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計是機械優(yōu)化設(shè)計中發(fā)展較早的領(lǐng)域,不僅研究了連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等再現(xiàn)函數(shù)和軌跡的優(yōu)化設(shè)計問題,而且還提出一些標準化程序。機械零、部件的優(yōu)化設(shè)計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、液壓軸承和滾動軸承的優(yōu)化設(shè)計以及軸、彈簧、制動器等的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。除此之外,在機床、鍛壓設(shè)備、壓延設(shè)備、起重運輸設(shè)備、汽車等的基本參數(shù)、基本工作機構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)方面也進行了優(yōu)化設(shè)計工作。近年來發(fā)展起來的計算機輔助設(shè)計(CAD) 引入優(yōu)化設(shè)計方法后,把優(yōu)化設(shè)計方法與計算機輔助設(shè)計結(jié)合起來,使設(shè)計過程完全自動化,已成為設(shè)計應(yīng)用技術(shù)。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的方法分為尺寸優(yōu)化、拓撲優(yōu)化、布局優(yōu)化、控制優(yōu)化等。常用的夠又掛方法有優(yōu)化準則法、數(shù)學(xué)規(guī)劃法、混合法、多級優(yōu)化、遺傳基因算法等。一般結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題都屬于非線性優(yōu)化問題，其特點是約束和設(shè)計變量較多。目前，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計種有效的計算方法是數(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)計的基本原理是通過構(gòu)建優(yōu)化設(shè)計模型，運用各種優(yōu)化方法在滿足設(shè)計要求的條件下進行迭代計算，求得目標函數(shù)的極值，得到最優(yōu)的設(shè)計方案。優(yōu)化問題的數(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）為目標函數(shù)是設(shè)計變量的函數(shù)，用來評價設(shè)計方案的優(yōu)與劣，優(yōu)化問題即為目標函數(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)計是合理的設(shè)計，x是設(shè)計種需要優(yōu)選的設(shè)計參數(shù)所組成的向量，每一個向量代表一個具體的設(shè)計方案，設(shè)計變量的集合稱為設(shè)計空間，稱需優(yōu)選設(shè)計參數(shù)的設(shè)計變量。在這里的磚窯機器人的設(shè)計根據(jù)其環(huán)境的狀況，通過數(shù)學(xué)的計算器前面的設(shè)計尺寸都符合要求。 在這里的設(shè)計對機器人的靈敏度分析，結(jié)構(gòu)優(yōu)化許多方法種常常提供約束函數(shù)對于設(shè)計變量的導(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，在機器人各塊的連接，手臂，關(guān)節(jié)傳動電機的連接需要潤滑等要求。在這里重點對機器人進行拓撲優(yōu)化設(shè)計。拓撲優(yōu)化設(shè)計是指對機構(gòu)形狀的優(yōu)化，有時也成為外形優(yōu)化。拓撲優(yōu)化的目標是尋找單載荷或多載荷的物體的最佳材料分配方案，這種方案在拓撲優(yōu)化中表現(xiàn)為“最大剛度”設(shè)計。與傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計不同的是拓撲優(yōu)化不需要給出參數(shù)和優(yōu)化變量的定義。目標函數(shù)、狀態(tài)變量和設(shè)計變量都是預(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。拓撲優(yōu)化目標—目標函數(shù)—實在滿足約束（V）情況下減少結(jié)構(gòu)的變形能。減少結(jié)構(gòu)的變形能相當于提高結(jié)構(gòu)的剛度。這個技術(shù)通過使用計變量（ni）給每個有限元的單元賦予內(nèi)部偽密度來實現(xiàn)。這些密度用PLNSOL，TOPO命令來會繪出。磚窯卸垛機器人的結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜，但其工作過程起原理是比較簡單的，整個工作過程中手爪夾持磚塊動作較快，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作。因此在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面參照拓撲優(yōu)化設(shè)計思想，首先對機器人結(jié)構(gòu)在手爪的長度各連接處的圓角處理根據(jù)載荷適當在原有的設(shè)計尺寸上加大手爪的尺寸，并采用鋼制的材料。已經(jīng)用ANSYS軟件答對磚窯卸垛機器人進行了靜力學(xué)分析和運動學(xué)等效靜力分析，雖然所做的等效靜力與復(fù)雜的磚窯卸垛機器人系統(tǒng)實際轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生的動載荷還有一定差異，忽略了阻尼等因素的影響，但由于此磚窯卸垛機器人運動過程比較簡單，且轉(zhuǎn)動過程較快因而可以減少其中東載荷對分析結(jié)果的影響前面通過靜力學(xué)分析得知在兩種工序下磚窯卸垛機器人結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變值雖然沒有超過材料的許用應(yīng)力和應(yīng)變值，但在磚窯卸垛機器人還是有較大集中載荷，主要出現(xiàn)在底座，卸垛機器人手爪，還有在上下導(dǎo)桿連接處，可能影響磚窯卸垛機器人在卸磚過程中的動力性能，所以在此采用對磚窯卸垛機器人結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)的改進，通過分析，最終達到優(yōu)化目的。這部分對磚窯卸垛機器人的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計進行了探討，對優(yōu)化設(shè)計的各種算法簡單的了解介紹，參照拓撲優(yōu)化思想對磚窯卸垛機器人的結(jié)構(gòu)進行改造分析，達到結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的?？偟目磥?優(yōu)化設(shè)計是適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)代化要求發(fā)展起來的,是一門嶄新的學(xué)科。它是在現(xiàn)代機械設(shè)計理論的基礎(chǔ)上提出的一種更科學(xué)的設(shè)計方法,它可使機械產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量達到更高的要求。因此,在加強現(xiàn)代機械設(shè)計理論研究的同時,還要進一步加強最優(yōu)設(shè)計數(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際。同時機械優(yōu)化設(shè)計的研究還必須與工程實踐、數(shù)學(xué)力學(xué)理論、計算技術(shù)和電子計算機的應(yīng)用等緊密聯(lián)系起來,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)展以及自動生產(chǎn)線的需要，機械手的應(yīng)用越來越廣，抓取機械手在一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中扮演著舉足輕重的角色，因此本次對卸垛抓取機械手的設(shè)計工作在機械手研制領(lǐng)域有著積極的意義。通過此次畢業(yè)設(shè)計，使我了解了機械手的很多相關(guān)知識。了解了當前國內(nèi)外在此方面的一些先進生產(chǎn)和制造技術(shù)以及機械手設(shè)計的一般過程，通過對機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計作了系統(tǒng)的設(shè)計，掌握了一定的機械設(shè)計方面的基礎(chǔ)為以后的工作學(xué)習(xí)創(chuàng)造了一定的條件。機器人的研究與開發(fā)對于國內(nèi)乃至世界都是一個任重而道遠的課題，所以我們只有在不斷的掌握基礎(chǔ)理論與積累經(jīng)驗的工程中，找到一些改進機器人研發(fā)的途徑，而當今機器人技術(shù)正在向智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要為：結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；控制技術(shù)的開放化、PC化和網(wǎng)絡(luò)化；伺服驅(qū)動技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實用化；工作環(huán)境設(shè)計的優(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)計任務(wù)包括機械手的機械系統(tǒng)，液壓驅(qū)動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)三個組成部分的設(shè)計工作。設(shè)計過程中涉及到的知識幾乎涵蓋了機械設(shè)計專業(yè)所學(xué)的全部課程，綜合運用了機械原理、機械設(shè)計、材料力學(xué)、工程材料、機電傳動與控制、機械電子學(xué)、液壓傳動技術(shù)、可編程控制器等相關(guān)知識。設(shè)計從最初提出設(shè)計方案開始，在指導(dǎo)老師的幫助下，經(jīng)過對比和分析，直至確定最終設(shè)計方案，期間經(jīng)過查閱大量的相關(guān)資料，計算，繪圖，定稿最終順利完成了此次設(shè)計任務(wù)。畢業(yè)設(shè)計對于一名工科類學(xué)生而言，是對大學(xué)四年專業(yè)知識一個檢驗和運用的過程，經(jīng)過此次畢業(yè)設(shè)計，讓我深切體會到作為一名機械設(shè)計人員必須面對的各種困難，同時也讓我看到了自身的不足，更清楚了前進的方向。致謝經(jīng)歷了一個學(xué)期的艱苦奮戰(zhàn)之后，我終于完成了這次畢業(yè)設(shè)計。本次設(shè)計是我們在學(xué)完四年工科課程后進行的一次綜合性的、系統(tǒng)性的、理論聯(lián)系實際的設(shè)計活動，我認為自己從中獲益匪淺。通過這次設(shè)計使我的專業(yè)知識得到了鞏固，設(shè)計能力得到了提高。設(shè)計中我還使用了AUTOCAD等電腦繪圖軟件，通過使用這些軟件，使我運用電腦繪圖能力也得到了很大的提高。同時，也進一步加強了我嚴謹治學(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。他們嚴謹求實的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、孜孜以求的工作作風(fēng)對我產(chǎn)生重要影響。我將帶著這些寶貴的精神財富，在博大精深的機械行業(yè)闖出自己的一片天空來。同時，我還要感謝其他專業(yè)老師在大學(xué)四年中對我的鼓勵和指導(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間審閱本論文的專家、教授。由于本人知識水平有限，文中不免有不妥之處，敬請各位專家、教授不吝批評和指正。參考文獻[1] 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