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随着我国装备制造业的快速发展,机械制造及其自动化技术也得到了长足的发展。下文是我为大家搜集整理的关于发表机械制造论文的内容，欢迎大家阅读参考!

浅析机械制造中的安全控制系统

摘要 目前,在机械制造系统中,安全控制系统的可靠性是衡量该台机械是否符合安全要求的重要依据。本文在分析安全控制系统基本概念基础上,对于安全逻辑控制设备组成及特点进行详细分析,对于保证机械制造系统中的安全问题具有一定作用。

关键词 机械制造;安全控制系统;设备特点;安全继电器;PLC;安全总线

0 引言

机械的安全性就是机械安全使用说明书规定的预定使用条件下执行其功能和在运输、安装、调整、拆卸和处理时不产生伤害或危害健康的能力。任何一台机械都有风险,会导致危险。这些风险和危险都会导致事故的发生、对人员造成伤害。当我们能够关注机械本身的安全性能的时候,其安全功能应该由安全自动化控制系统来实现。安全控制系统的正确设计会影响到机械的安全性能。安全控制系统的可靠性是衡量该台机械是否符合安全要求的重要依据[1],本文对于相关问题进行分析。

1 安全控制系统

所谓的安全(控制)系统,是在开车、停车、出现工艺扰动以及正常维护、操作期间对生产装置提供安全保护。一旦当工厂装置本身出现危险,或由于人为原因而导致危险时,系统立即做出反应并输出正确信号,使装置安全停车,以阻止危险的发生或事故的扩散。它包括了现场的安全信号,如紧急停止信号、安全进入信号、阀反馈信号、液位信号等,逻辑控制单元和输出控制单元[2]。无论在机械制造领域还是在流程化工领域,安全控制系统是整个系统运转中不可或缺的一部分。

从安全控制系统的结构图我们可以看出,安全控制链由输入(如传感器)、逻辑(如控制器)、输出(如触发装置)构成。从逻辑上来说,对于安全信号的控制功能可以采用普通继电器、普通PLC、标准现场总线或DCS 等逻辑控制元器件,从表面上达到我们所需要的逻辑输出。但是,我们可以注意到,普通继电器、普通PLC、标准现场总线或DCS 不属于安全相关元器件或系统。它们在进行安全相关控制的时候可能会出现以下安全隐患:处理器不规则、输入/输出卡件硬件故障、输入回路故障(比如短路、触点融焊)、输出元器件故障(如触点融焊)、输出回路故障(如短路、断路)、通讯错误等。这些安全隐患,都会导致安全功能失效,从而导致事故的发生。所以,安全控制系统就是要求能够可靠的控制安全输入信号,一旦当安全输入信号变化或安全控制系统中出现任何故障,立即做出反应并输出正确信号,使机器安全停车,以阻止危险的发生或事故的扩散。

安全控制系统的硬件主要采取了以下措施来达到安全要求:1)采用冗余性控制;2) 采用多样性控制;3)频繁、可靠的检测(对硬件、软件、通讯);4) 程序CRC 校验;5) 安全认证功能块。

常见的安全输入设备包括由紧急停止设备、安全进入装置(安全门开关或联锁装置)、安全光电设备(安全光幕、安全光栅、安全扫描仪)。安全逻辑部分常采用安全继电器、安全PLC 和安全总线系统。

2 安全逻辑控制设备

逻辑控制设备是整个安全控制系统中最重要的一部分。它需要接收安全信号,进行逻辑分析,可靠的进行安全输出控制。现代自动化安全控制领域中,安全系统的控制元器件有安全继电器、安全PLC 和安全总线控制系统。

2.1 安全继电器

安全继电器,或者称为安全继电器模块,是最简单的安全逻辑控制元器件。其特点是采用了冗余的输出控制和自我检测的功能,实现了对输出负载的可靠控制。

该模块的存在2 个安全输出触点,这两个安全输出触点在内部是由来自2个不同的特殊继电器K1 和K2 的常开触点串连而组成。当K1 出现故障的时候,K2 依然可以实现安全触点断开的功能。同时,安全继电器模块可以通过内部电路进行自检,检测出外部接线故障和内部元器件的故障。

2.2 安全可编程控制器

安全可编程控制器采用了多套中央处理器进行控制,并且这些处理器来自不同的生产商。这样的控制方式符合了冗余、多样性控制的要求。这是安全PLC 与普通PLC最根本的区别。当一定数量的处理器出现故障后,完好的处理器依然执行安全功能,切断所有安全输出使系统停机。导致系统停机的处理器的故障数量取决于不同的系统。如,1oo2 系统(2 取1 的系统),一旦一个处理器出现故障,系统立刻进入故障安全状态;又如,2oo3 系统(3 取2 的系统),当一个处理器出现故障,系统并不会停机。系统只有在2个处理器同时出现故障的情况下才会导致系统停机。前者我们通常成为2 重冗余系统,安全可靠性较高、可用性较低;后者我们通常成为3 重冗余系统,其安全可靠性和可用性较高,但相比前者成本高。

对于信号的采集、处理和输出的过程,安全PLC 都采用了冗余控制的方式。当信号进入PLC 后,分别进入多个输入寄存器,再通过对应的多个中央处理器的处理,最后进入多个输出寄存器。这样,安全PLC 就构成了多个冗余的通道。整个过程之中,信号状态、处理结果等可以通过安全PLC 内部的暂存装置进行相互比较,如果出现不一致,则可以根据不同的系统特性,进入故障安全状态或将故障检测出来。

输入回路可以采用双通道的方式,通过2 条物理接线进入安全PLC。安全PLC也可以提供安全测试脉冲,用以检测输入通道中的故障。安全PLC 的输出内部电路也采用了冗余、多样性的方式,对一个输出节点进行安全可靠控制。安全PLC 可以通过2 种不同的手段,即切断基极信号和切断集电极电源两种不同的方式,将输出信号由1 转变为0。无论那种方式出现故障,另外一种方式依然完好的执行安全功能。同时,安全PLC 提供了内部检测脉冲,以检测内部故障。

安全PLC 的扫描时间要求为每千条指令1ms 以下。快速的中央处理功能不仅可以达到紧急停车的要求,同时能够以较短的时间完成整套系统的安全功能自检。

在软件方面,安全PLC 必须有可靠的编程环境、校验手段,以保证安全。这主要可以通过规范安全功能编程来实现。如Pilz 的安全PLC,提供了通过认证的MBS 安全标准功能块,以帮助编程人员进行合理的、安全的编程。这些安全功能块经过加密,不能够修改。我们只需要在功能块的输入和输出部分填入相应的地址、参数和中间变量,即可以完成对安全功能的编程。这些MBS 功能块涵盖了机械制造领域及流程化工领域的安全功能控制。

2.3 安全总线控制系统

安全现场总线系统是以安全PLC、安全输入输出模块、安全总线构成一套离散式控制系统。硬件和通讯的安全可靠是安全总线控制系统的可靠性判断依据。在硬件上,安全总线系统的模块都采用了冗余、高速的可靠元器件。

3 结论

安全控制系统是一个静态的系统,其监控系统中的安全相关的参数。在系统正常运行期间,安全控制系统不作出任何响应。但是当系统出现异常、或安全相关信号被触发,安全控制系统立刻夺去系统的控制权,根据其内部逻辑,对输出设备进行安全控制,从而保证了整个系统的安全。安全控制系统中的逻辑控制元器件是决定整个安全控制系统安全等级、设计成本、运行质量的重要因素之一。在安全自动化领域,常用的安全逻辑控制元器件包括有安全继电器模块、安全可编程控制系统和安全总线系统。针对不同的应用场合,这些安全逻辑元器件可以配置成合适的安全解决方案。

参考文献

[1]孙清泉,徐卫国,康健.冷轧机自动化安全控制系统[J]. 设备管理与维修,2008,1.

[2]陆武.浅谈故障安全控制系统的通信[J].自动化仪表, 2007,28(1).

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关于机械方面的论文

加强工程机械的管理,提高工程机械的维修水平和管理技术,已成为增强企业竞争力,提高工作效率和经济效益的一个重要方法。下面是我为大家整理的关于机械方面的论文，供大家参考。

摘要：　首先要加强自检，在上班的前、中、后期都要开展设备的安全检查工作，并且要定期组织检查。其次，对车辆安全检查也要提高警惕，在施工现场，机动性较强的车辆发生事故的可能性较大，必须对其进行强制检查。

关键词：工程机械;安全管理

1易出现的安全事故及原因分析

比较常见的安全事故有：设备损害、人身伤亡、引发火灾等，要从根本上防治这些事故，就要分析原因，从根本抓起。

(1)设备原因

设备方面的原因有很多，如：机械设备本身存在不安全因素，没有采用安全设计或忽视设备质量;零件有缺陷，又因检查不到位而使其蒙混过关，最终安装到机器上成为安全隐患;安全设施性能老化或不良;使用的相关材料不合格，如油料不合格就会损坏机器。很多企业在机械设备出了故障之后，只求“恢复原样”、“能将就用”就行，对落后设备、故障设备进行反复维修，而不进行必要的技术改造，致使工程机械严重落后。不仅耗油多、效率低，而且极易出现故障，最终增加维修费用、耽误工期，即使修理好了也很难恢复性能和精度，无法满足机场建设施工的要求，给施工带来不必要的麻烦。

(2)人为原因

人为原因主要如下：操作人员抱有侥幸心理，认为事故发生的概率低，故而对旧的设备不淘汰，对该检修的设备不检修;缺乏安全技术知识，不熟悉设备的操作规程，不能应付紧急情况，对有可能发生的安全事故缺乏预见能力;工作精神状况不佳，导致操作出现疏漏。事实证明，人的注意力不能长时间内保持高度集中，尤其是在机场建设这样快节奏、高压力的工作中，稍有疏忽，便容易导致安全事故;对队伍的管理纪律松弛，缺乏责任心，不认真检查，导致队伍间缺乏协调合作的能力。

(3)环境原因

在机场施工中，设备大多不是固定安装，因此为其保持一个好的作业环境几乎是不可能的。在噪音过大、照明不足、温度不适宜、地面松软、坡度过高等环境下，容易发生安全事故。例如在夜间工作时，由于光线不好，很容易使操作人员误判。此外，一些不可抗因素，如自然灾害等也会引发安全事故。

2机场机械设备安全管理措施分析

(1)严格挑选机械设备，完善机械设备进场质量检测

。部分企业为节省投资，不重视先进设备的引进与更换，对于旧设备也是抱着凑合用的态度，使得大量报废机械、落后机械充斥在施工现场，造成施工现场隐患重重。机场建设关乎人民群众生命财产安全，必须予以重视。首先，对机械设备应进行严格的进场检测和认真挑选，对于旧设备、已经淘汰的设备、状况差的设备一律禁止入场。其次，所有的设备都要进行登记，建好台账，退场时也要按照进场时的登记严格排查，以防设备遗漏在现场。最后，机场机械设备具有严格的技术使用要求，因此必须严格选择型号，并合理调配，按照规定使用设备，以减少磨损，延长设备寿命。机械设备必须严格放在指定的区域，每台机器都要配备专门的安全工作人员。对机械设备的使用，要采用安全防护装备，如自动显示、自动报警、自动停车等。

(2)加强操作人员培训，制定安全管理制度

对操作人员进行培训，包括技术培训和安全培训，并要求其持证上岗。培训工作要有计划、有针对性地开展，严把人员准入关。相关人员对设备要勤检查、多注意。操作过程中，工作人员除非有必要情况，否则不能离开驾驶室，还要严禁酒后施工，对乱扔杂物等现象也要严肃处理。在施工过程中，重施工、轻管理的问题尤为明显，这是因为在建设过程中，大多数企业只关注项目能否在规定时间内完工。而管理工作从表面看来并不能给施工进度带来明显的作用，也不能给企业带来直接的经济效益，这使得部分企业认为在工程机械管理上投入过多精力是一种浪费。为此，要制定机械的安全操作规程，同时制定合理、有针对性的安全管理制度，这是对操作人员进行安全教育的基础，也是分析事故起因的根据。此外，应制定科学的紧急预案并进行演练，发现问题要及时处理并总结经验。

(3)加强设备的安全检测

首先要加强自检，在上班的前、中、后期都要开展设备的安全检查工作，并且要定期组织检查。其次，对车辆安全检查也要提高警惕，在施工现场，机动性较强的车辆发生事故的可能性较大，必须对其进行强制检查。

参考文献

1产业集聚、集群与工程机械工业发展战略刘友金求索2004-08-3034

2磁流变技术及其在机械工程中的应用黄豪彩,黄宜坚制造技术与机床2003-04-1534

3GMM在机械电子工程中的应用研究现状王传礼,方平,丁凡电子机械工程2002-09-2534

4面向21世纪机械工程教学改革杨叔子,周济,吴昌林,张福润,戴同高等工程教育研究2002-01-30

摘要：工程机械智能化发展趋势不仅意味着工程机械需改变传统的运营模式，还需改变机械的运转操作流程，将其以集成化与智能化形式融入工程机械工作流程中，从而提高工程机械的工作效率，降低资源损耗，使工程机械能够高效率完成施工项目要求。本文针对工程机械的智能化发展趋势及发展展开探讨。

关键词：工程机械;智能化;发展对策

现代工程技术不仅需要具备集成化条件，还需具备一定的智能条件。伴随现代施工规模的不断扩大，传统的工程机械技术已难以适应施工项目的规模要求。为了使工程机械能够适应当前施工项目的发展趋势，工程机械需改变发展方向，融合目前的科学技术，纳入智能化技术，使工程机械的监控系统、检测系统、预报系统、维护系统等能够实现智能化管理，从而为现代施工项目提供更加高效的施工技术。

1工程机械智能化发展趋势现状

(1)工程机械智能化控制技术与单机集成化的发展趋势。工程机械智能化控制技术与单机集成化技术主要包括电液控制自动换挡变速器、编程控制、无人操作等技术。就我国目前的工程机械智能化发展趋势来看，其自动换挡技术在当前的应用更为广泛。该技术能够有效提高质量，为工程机械操作技术带来更多效益，并在技术应用上能够有效提高技术性能，减少传统工程机械的工作强度及工作量，对工作人员的工作负担也有一定的减轻作用。其中，自动换挡设备主要包含了液压式及电液式两种。液压式的应用模式主要是在汽车行驶过程中，将车辆的行驶速度、油门启动程度等参数转换为油压信号，从而利用油压信号来控制汽车的换挡阀，使汽车的换挡阀能够形成自动化换挡模式。电液式的应用模式能够把汽车行驶的速度、油门开度等车辆在行驶过程中产生的参数转换为信号模式，再将信号输入电子换挡控制器中，使电子换挡控制器来控制换挡阀，进而形成自动换挡模式，从而保障车辆行驶的安全性。电液式自动换挡技术能够与工程机械实现相互兼容，是目前工程机械实现电液一体化的重要趋势，也是创新智能条件的重要渠道[1]。

(2)工程机械智能化监控、维护、检测技术的发展趋势。工程机械的智能监控基本上以电子智能化为核心。该技术的主要应用是在线监控现场施工遇到的复杂情况，对工程机械执行一系列自动化监控，并对工程机械运转环节中的故障现象执行远程诊断及维修。该智能化工程技术的主要目的是为了针对机械故障现象及现场监控工作进行数字化、智能化和管理化维护。进入20世纪后，微型计算机开始在全国普及应用。许多国外工程机械企业开始尝试应用微型计算机，并在多个领域及设备中开启实验环节。经过多年实验取得一定成果后，工程机械智能化运营模式开始受到工程机械行业的一致认可，并逐步应用于工程机械的各个领域，取得了十分可观的效果。近几年，许多国外厂家开始在故障数据源输出部位及存储部位上安装电子监控设备，以便维修人员能够在查找故障因素时，利用故障代码的输出与输入进行故障分析，从而更准确地找出故障因素及故障类型。与其他国家相比，我国当前在工程机械领域中的智能化监控应用还比较薄弱，其故障诊断技术及监控技术还处于初级发展阶段，且其智能化监控系统也未在国内得到广泛应用，一定程度上阻碍了我国工程机械设备的发展及完善[2]。

(3)基于网络机群的智能化管理。工程机械的应用范围十分广泛，在当前不同建设项目中都有着非常重要的应用。以公路施工来说，级别较高的公路路面在施工时，往往需要借助不同类别的施工机械设备。同时，很多机械设备施工过程中具有随机特征，使工程项目在实际施工过程中，无法针对施工项目形成专门的机械配置，致使施工单位在针对项目投入大量的设备资金时，该机械设备并未得到有效应用，成为当前我国工程机械应用常常遇到的难题。在面对需要高性能、多类型的施工项目时，该项目在施工设备上往往需要投入更多的资金。同时，机群在施工协调上，其由于机械设备较多，协调能力十分有限，对施工项目的施工质量、进度都有着直接的影响。因此，在施工项目的工程机械机群配置及优化上，需将机群的协同工作进行效益发挥，以此降低施工成本。近几年，在我国工程施工频繁出现问题后，已有专门的研究人士开始进行大量研究。虽然在工程机械上取得了许多理论成果，但至今还未有科学的完善手段。因此，在工程施工过程中，其理论成果还未得到有效应用。当前，以网络机群作为工程智能管理及集成控制是当前工程项目建设继续完善的问题。这项设备部件能够有效优化机群的配置模式，还能对施工进度进行智能化管理，对施工项目的施工进度及质量都有保障作用[3]。

2工程机械智能化发展对策

(1)技术综合利用。面对当下施工项目多元化的发展趋势，其单一的机械设备配置已无法满足当前项目的建设需要。为了使现代工程机械能够满足多元化的施工项目需求，我国工程机械需扩大应用范围，并针对数字化技术、智能技术、网络技术等技术进行协调设置，将其进行综合利用，以此改变传统工程机械的应用模式及范围，使工程机械向综合方向发展。在工程机械智能化技术的综合利用方面，工程机械需将控制系统与集成系统技术进行双向控制，以使该技术在智能化发展中形成核心技术及单元技术。综合利用各项技术不仅能够有效提高工程机械的性能系统，还能充分结合我国国情，将工程机械技术实现自主创新应用，促进工程机械新型主导产品的开发，使我国工程机械产品在实现智能化发展。同时，也有助于在短时间内形成跨越式发展，提高我国工程机械的竞争力，从而形成产业化形式的运营模式，为工程机械的未来发展市场打下良好的基础。

(2)工程机械故障诊断技术的开发与应用。故障是工程机械在运行过程中时常出现的技术问题。该问题不仅影响工程机械设备的正常运转，也给工程机械设备带来较大损耗。为了提高工程机械设备的稳定性，我国在工程机械设备中的重点零件部位装置相关的故障诊断传感器系统，以利用传感器对工程机械以往的运行状态进行收集。例如，检测发动机设备的油温、油压等，并对发动机关键系统中的液压系统、燃油量、制动系统等参数进行准确检测。同时，结合机械设备的不同故障类型，采用不同等级的报警装置，使工程机械在运转过程中能够得到有效监视。一旦发现故障现象，立即发出警报提醒，促使工程机械故障能够第一时间采取完善措施，并记录该故障因素，做好预防措施，减少机械设备的故障机率。

(3)应用人工智能、网络通信等科技技术。工程机械智能化发展与科技技术的支持及创新有关。工程机械的智能维护系统与远程监控技术必然需要得到科技技术的融入及支持，从而促使工程机械智能技术得到有效开发。在工程机械故障因素上，利用远程监视技术及传感器，能够有效发觉机械设备的故障因素。对此，工程机械设备科将收集设备故障因素，针对机械的故障因素、预防方式进行整体分析，对机械设备最常出现的故障现象及故障部位进行故障诊断。同时，根据故障机理进行研究，主要包括液压系统、设备零件、散热器、制动器等多个系统部位。再针对典型部件的故障现象建立完善的故障模式系统及数据库系统，为机械设备的故障因素建立完善的故障数据系统，促使机械设备在今后遭遇该故障现象时，能够有效利用智能化技术进行维护，有效避免盲目的维护方式。

(4)开发工程机械智能管理系统——机群控制系统。项目正式施工前，调度员需对该机械设备系统进行详细了解，详细掌握其中施工车辆的车载控制系统。结合当前的实际状况优化机群配置，合理规划机械设备及车辆配置，并定期进行科学调度，科学安排施工车辆及机械设备的运行轨道、操作方式。同时，要对现场施工项目所应用的工程机械设备开展定期维护及保养工作，加强对机械设备的管理工作，精准了解每台机械设备的故障因素，以提高工程机械的维修能力。此外，工程机械设备的智能管理系统，还可以在一定程度上对施工现场的施工数据进行有效采集，对其中的工作机群进行合理配置及调度，以做好协同控制，使机群之间形成良好的网络通信，从而形成智能化控制与操作。

(5)开发机群控制智能机系统。对于当前的智能化施工机群系统来说，机群控制智能系统除了需涵盖基本的工程机械工程外，还需要具备一定的智能机配置，如机群远程故障诊断系统、机群远程故障维护系统、机载智能化系统等装置。这些智能化装置能够使施工机群实现远程控制，并同时实现智能化控制，增强各个机群信号的接受强度及效率，也使机群在面对远距离控制时能够自动做好系统工作，自动执行维护保养工作，有效提升机群的工作效率。

3结束语

综上所述，与西方国家相比，我国工程机械智能化的发展起点较晚，且应用范围上还十分狭隘，在多个领域中都还尚未得到有效应用。面对当前我国建设规模不断扩大，工程机械走向智能化方向发展已成为必然的发展之路。这不仅是施工建设所需，也是社会进步所需。从我国当前工程机械智能化的应用趋势来看，我国当前应用较为广泛的为单机集成化、网络机群的智能化管理、工程机械智能化监控、维护、检测等技术，极大提高了施工项目的施工效率及质量。发展对策上，我国需实现综合技术的应用，开发工程机械故障诊断技术，将智能化工程机械应用人工智能、网络通信等，加大智能技术的应用领域及范围，加快工程机械的发展速度。

参考文献

[1]胡春毅，郭凯.工程机械的智能化发展趋势探究[J].科技致富向导，2013，(11)：112-114.

[2]刘利槟.工程机械的智能化趋势与发展对策研究探析[J].信息系统工程，2013，(4)：136-137.

[3]耿平，朱培坤.浅谈机械工程智能化的发展趋势[J].科技创新导报，2012，(2)：52-53.

有关机械方面毕业论文

现今,伴随着我国科技、经济的飞速发展,我国的机械行业也取得了较大的进步。下文是我为大家整理的关于有关机械方面毕业论文的范文，欢迎大家阅读参考!

浅析机械设计与机械制造技术

摘要：改革开放以后，我国科技发展水平越来越高，机械制造技术在与机械制图、电工、计算机应用技术等结合使用过程中不断发展，但是与国外先进技术相比还是有一定距离。本文就主要对机械设计与机械制造相关问题进行了分析探讨。

关键词：机械设计;机械制造;措施

引言

当代社会，随着社会的进步和科技的发展，人们对生活品质的要求越来越高，连带着对各种产品的标准越加严格，对产品的要求向着以下方面发展：合理的价格、高档的质量、方便性、多样化的种类、高度自动化、观赏性等。所以对机械设计以及机械制造的探究就显得非常有意义，能够对提升产品各方面的性质特点有所贡献。

一、机械设计的技术分析

1、机械设计的初期计划设计分析

机械设计要进行初期的计划设计，其在工作方面和计算机软件的设计需求分析比较类似，在设计之前要对机器设计的要求进行调查和分析，在分析要求的过程中，对机器应该具备的功能也要进行掌握。以此作为机械设计的基础，然后在设计以及制造过程中要对相应的约束条件进行规定。

2、机械设计的设计方案分析

在机械设计中，方案设计是关键的部分，方案也是设计的灵魂，其决定着设计的成败。在设计阶段，会遇到很多的问题，主要要面对的问题就是实际和理论之间的矛盾。方案设计不仅仅要符合机器本身的性能，同时，在功能方面也要进行满足。在方案设计方面，对检验人员对机器开发、认识以及创新方面都要进行重视.在设计阶段，主要的步骤可以简单概括为对工作原理进行定义、对机器结构进行确定、对机器运动方式进行设计、对零部件的选取与设计进行判断、对制图进行设计以及对初步设计进行调查。

3、机械设计的主要技术设计分析

机械设计中，对技术层面的要求最为严格，在这个阶段要对设计图纸进行校对，同时，要对图纸进行计算，对设计总图和部分草图要进行对比和核对分析。在机械设计方面对每个部分都要进行设计，设计时要进行非常严格的核对，不能出现疏漏的情况，同时，在校对方面也要保证质量。对要进行产品生产的机械，在设计时，要根据产品进行定型设计。

4、机械设计的技术发展趋势分析

(1)针对现代机械产品的机械设计

现代机械产品对机械设计提出了更高的要求，因此，在进行机械设计时，在技术层面一定要不断的进行改善.机械产品设计要更加具有智能化特点，主要的方式就是利用现代化设计手段，在设计过程中应用先进的设计软件和虚拟的设计技术，对产品设计进行虚拟化，同时，利用多媒体技术对产品的性能结构进行模拟演示，以达到更好的设计效果。

在机械设计方面要更加的系统化，机械设计中包含着很多的部件，这些部件要有机的结合在一起才能形成整体的设计，同时，要具有一定的层次性，在经过系统设计以后才能实现机械产品的设计目标。最后是要具有模块化特点，这种理念在设计方面比较简单，但是，要保证机械设计功能实现模块组合，在产品方案设计过程中进行实现。机械产品设计要具有特性，要根据所生产的产品特性来进行机械设计，在这个过程中要利用计算机对产品进行构建，同时，进行必要的推理，最终形成方案设计。

(2)现代机械设计的未来发展与前景分析

机械产品在性能方面要更加的优良，因此，在进行机械设计过程中要以提高产品的性能为目标，其中机械产品的优良性主要体现在可靠性技术以及控制技术方面。机械设计要更加适合市场发展，在激烈的市场竞争中能够获得发展空间，产品在形成以后要能够在市场中进行拓展。同时，在经济环境不断变化的情况下，要不断开发新技术，这样能够在机械设计方面应用新技术。新技术要具备一定的竞争优势，主要体现在技术方面的创新，成本方面的降低，智能化设计等。应用新技术来提高机械设计的市场竞争能力，对企业未来的发展更加有利。

二、机械制造的技术分析

1、主要的机械制造工艺

当代机械制造的技术覆盖范围非常广，包括焊、钳等。而现代机械制造的焊接技术主要有：埋弧焊焊接技术，即在焊剂表层下靠燃烧电弧来完成焊接的焊接技术;电阻焊焊接技术是指将待焊接的物体牢牢压在正负两极之间，再接上电源，依靠电流经过被焊接物表面以及周边能够发热的效应，将其熔化，使它和金属融为一体的压力焊接工艺;螺柱焊焊接技术，就是使螺柱的一端和管件或板件的表面紧紧连接在一起;搅拌摩擦焊焊接技术就是在焊接时，除了焊接用的搅拌头，其余焊接消耗性材料如焊剂、焊丝等都舍弃的焊接工艺;气体保护焊焊接技术，即用电弧来发热的焊接技术。

2、先进的机械制造技术的特点分析

(1)全球化

在经济全球化前提下，机械的制造企业已经将资源配置扩散至全球范围，这促进了制造业在全球大范围的迅速扩展壮大。现代机械制造技术也承受着全球化的挑战，许多先进的机械制造技术层出不穷。一个机械产品的完成可能是几个国家或地区分工合作的结果，所以一个国家要想在经济全球化大背景下处于常胜地位，就要使本国的制造技术处于国际先进行列，再依据国情和具体的制造技术合理分配机械产品的制造工序。

(2)系统性的技术综合

随着社会的进步，现代科技在机械制造中的重要性也逐渐突出，先进的机械制造技术更是多种现代科技的有机结合。先进的机械制造技术不仅突出制造技术的本身，而且增大了制造技术的范围。现代机械制造技术已经渗透到产品的调研、设计、制造、生产以及销售等整个链条中，应用到的科学技术有自动化、现代化管理信息系统、计算机等，是一种综合性的制造。

(3)不断迎合市场经济

传统工艺制造的机械产品已经远远落后于现代市场对机械产品的需求，因此现代机械制造技术要在保留原有制造工艺的前提下努力创新，同时不断吸收世界各国的先进工艺，研究开发新的制造技术。这样才能使机械制造在竞争逐渐激烈的市场经济中占据有利地位。

(4)符合工业发展的新要求

现代工业正在迅猛的发展，而且各种新技术的体系也接连融入其中，如计算机技术、化工技术等先进的现代技术都很好的融合成了一体。现代工业前提下，机械制造要不断革新制造技术，努力提升生产的效率，进一步满足客户的需求，从而能够很好的进行市场的扩展。

3、我国机械制造技术的现况及发展趋势分析

现今，我国的机械制造业发展迅猛，究其原因，主要可以从机械制造的设计、制造工艺和管理等方面来分析：首先就是机械制造的设计方面，在工业比较发达的国家企业多数都应用先进的设计理论及方法，而且会对机械制造的设计数据进行不间断的更新，特别是计算机CAD软件技术的应用，更是让越来越多的机械制造企业走进了无图纸的时代，可目前我国紧缺这样类似的先进技术或者是应用得不广泛，需要有关部门和核心机械制造企业大力的宣传和推广;其次是机械制造的技术分析方面，目前机械制造的主要发展趋势是高精密、高精度加工，在发达的国家，一些高级的加工工艺如纳米、电磁、微型加工以及激光等加工技术都被广泛运用到实际的生产制造中，而目前我国这类高端技术应用得则很少甚至还没有开发出来。

因此，在我国的机械制造技术方面还有很大的发展进步空间，值得投入更多的精力去研究探索;最后就是机械制造的管理方面，在这个信息时代的大背景下，应用计算机技术来实行管理已经成为了一种必然趋势，随着机械制造的组织机制和生产方式的不断更新，精细生产(LP)、准时生产制(JIT)、敏捷制造(AM)以及制造资源计划(MRPⅡ)等先进的管理思想应运而生，而在我国这些先进的管理理念则比较稀少，只有极少数的机械制造企业引进了这些管理机制，因此我国的机械制造企业要多多引进这类先进的制造管理理念，提高机械制造的效益与效率。

结束语

综上所述，要想促进机械制造业的发展，就必须不断提高机械制造技术和精密加工工艺的发展及应用水平。而机械设计对机械制造来说非常的重要，因此在机械设计过程中要严格把关，保证质量，实现高标准、高质量的机械生产。

参考文献

[1]郭健禹.现代机械制造技术的发展方向探析[J].中国科技纵横，2011(18).

[2]刘超.我国机械设计制造及其自动化发展方向研究[J].河南科技，2013(6).

[3]陈海平.试析我国机械制造技术的现状及发展方向[J].价值工程，2013(18).

浅析电梯的机械装置及机械结构

摘要：随着高层建筑的进一步增多，电梯也开始频繁出现在我国的各大商场及居民建筑物中，电梯为人们的生产及生活活动带来了方便与快捷的同时，所出现的安全事故等问题也为人们的正常生活秩序造成了严重的影响。

关键词：电梯;机械装置;机械结构

引言

电梯给人们的生活带来了方便和快捷，但是，当电梯出现故障的同时也给人们带了不便甚至危害到了人们的生命安全。因此，应对电梯结构进行进一步的研究和完善。

一、电梯的概念及分类

1、电梯的概念

虽然电梯十分普及，多数人也都使用过电梯，但是人们对于电梯的理解却仅仅局限于狭义的概念方面，所谓狭义的电梯指的是对规定楼层进行服务的，具有轿厢等垂直或是倾斜的升降设备，不包括自动人行道以及自动扶梯等等。对于广义的电梯而言，其主要指的是具有动力驱动的，可沿着刚性导轨进行运行的箱体或是沿着固定的线路进行运行的梯级、踏步等等，可对人或货物进行升降或平行运送的机电设备。其既包括普通意义上的载人或载货电梯，也包括自动扶梯以及自动人行道等等。

2、电梯的分类

2.1 按其运行速度快慢来分，可将电梯分为四大类：低速、快速、高速以及超高速四类电梯。对于低速电梯而言，其主要指的是运行速度小1m/s的电梯，多数货梯的运行速度均在此速度区间内;快速电梯指的是运行速度在1m/s-2m/s之间的电梯，通常而言，15层以内的多层客梯以及住宅电梯的运行速度均在此区间内;高速电梯主要指的是运行速度在2m/s-4m/s之间的电梯，高层写字楼中常为此种类型的电梯;而超高速电梯的运行速度超过4m/s，主要用于分区进行控制的高层大厦中。

2.2 根据电梯使用用途的不同，可将其分为乘客、载货、医用、杂物、观光、车辆以及船舶等多种类型的电梯，除了常用电梯以外，还有不少种类较为特殊的电梯，例如，建筑施工电梯、斜行电梯以及立体停车场用电梯等等。

二、电梯的机械结构及主要装置分析

1、门系统

门系统的主要任务是在电梯运行的过程中关闭电梯的轿厢空间门与各层的层门以免乘客出现意外。门系统是电梯安全保障的重点之一，门系统必须保障的几点是：在轿厢没有升到层门并停好之前层门自动闭锁(某商场就出现过电梯因意外导致层门闭锁失灵，结果一个乘梯的顾客看也没看就走了进去);在轿厢运动过程中轿厢门必须自动闭锁。

2、曳引系统

曳引系统的主要目的就是牵引轿厢上上下下到达乘梯者指定的层数。曳引系统主要由导向轮、限速轮、曳引钢索、曳引机等组成。曳引机即俗称的电梯主机，是为电梯提供动力的装置。电梯主机根据其电机可以分为交流曳引机与直流曳引机;根据其减速方式可以分为无齿轮曳引机与有齿轮曳引机;按其速度可以分为低、中、高、超高速曳引机;据其结构形式可分为卧式曳引机与立式曳引机。电梯的轿厢与对重是通过同一根曳引绳挂在同一个曳引轮上的。轿厢的重量与对重的重量使曳引轮与曳引绳之间产生摩擦力，曳引机则驱动曳引轮转动从而以摩擦力驱动轿厢的上下。

3、轿厢系统

轿厢就是我们平常进入到电梯里的厢式空间。轿厢一般是由轿底、轿门、轿顶、轿壁等部件组成的。轿厢是四大空间中唯一的乘客空间。轿顶与轿门对面的轿壁通常为镜面，轿顶处安装有监控装置。轿厢是电梯的承重与承载空间也是我们最熟的空间，但是我们不知道的是轿厢的底部还有称重装置，可以精确地称量出目前电梯上所有乘员的总重量，一旦这个总重量超出了电梯的额定重量，则发出声音报警，现在许多电梯已经将原来单调的警示音改成了语音报警，以提示电梯目前处于超生停止运行状态，必须对重要做出调整。这时候只要下去一个或几个人只要不超过额定的重量电梯就可以继续运行了。

4、导向系统

电梯的导向系统主要由导轨、导轨架、导靴等组成。导向系统的功能就是对轿厢与对重的自由度进行限制，约束对重与轿厢在各自的轨导上运行，以免发生碰撞，因为对重与轿厢其实挨得很近，如果不加以约束非常容易相撞。在意外停电、曳引绳断裂等意外发生时，导向系统可以将轿厢卡死在导轨上以防止其做自由落体式坠落从而造成人身伤亡。导轨能控制电梯的升降方向，控制了轿厢和对重在水平方面的移动，使得轿厢与对重在井道中处于合理的位置，避免发生倾斜。电梯井道中共有4根导轨，2根为对重架导向，2根为轿厢导向。利用螺栓、螺母与压道板实现导轨的固定。而导轨架之间的距离需控制在3-5m长的导轨上，且数量必须在2个以上。导轨在安全钳动作时，可当成被夹持的支承件，支撑轿厢或对重。

5、重量平衡系统

此系统主要包括了对重、补偿绳、补偿装置以及补偿缆等。对重用的钢丝绳经曳引轮与导向轮同轿厢相连，并负责在运行过程中对轿厢及电梯的负载进行平衡。对于对重重量值而言应严格依据电梯的额定载重量相关要求进行配置，以尽可能确保电梯处于一个最佳的工作状态。若电梯的曳引高度大于30m时，曳引钢丝绳的差重将会对电梯的运行稳定性及其平衡状态造成影响，因此，必须进行补偿装置的增设，例如，补偿链及补偿缆等等。

6、机械装置

电梯作为垂直交通工具，安全必须绝对保证。在此主要介绍限速器、安全钳、缓冲器及终端超越保护装置。

6.1 限速器和安全钳

限速器能够反映轿厢或对重的实际运行速度，当电梯的运行速度达到或超过设定的极限值时(一般为额定速度的115%以上)，限速器停止运转，并借助绳轮中的摩擦力或夹绳机构提拉起安装在轿厢梁上的连杆机构，通过机械动作发出信号，切断控制电路，同时迫使安全钳动作，从而使轿厢强行制停在导轨上，只有当所有安全开关复位，轿厢向上提起时，安全钳才能释放。当安全钳没有恢复到正常状态时，电梯不能使用。所以限速器是电梯超速并在超速达到临界值时，起检测及操纵的作用。

6.2 缓冲器

缓冲器是电梯极限位置的最后一道安全装置。当所有保护措施失效时，带有较大的速度与能量的轿厢便会冲向底层或顶层，造成机毁人亡的严重后果。设置缓冲器的目的，就是吸收、消耗轿厢能量。一般在对重侧和轿厢侧都分别设有缓冲器。缓冲器的类型有弹簧型和液压型。由于弹簧缓冲器受到撞击后需要释放弹性变形能，产生反弹，造成缓冲不稳，因此一般只用于额定速度1m/s以上的低速梯。液压缓冲器，是以消耗能量的方式缓冲的，因此没有回弹现象，缓冲过程相对平稳，噪声又小，因此在快速和高速电梯中被普遍使用。

6.3 终端超越保护装置

终端超越保护装置的作用，在于避免电梯的电气系统失效，而造成轿厢越过上、下端站能够持续运行，引起冲顶、撞底等意外的发生。终端超越保护装置，通常安装在轿厢导轨的上、下终端支架上，其主要是由减速开关、限位开关、极限开关并配有打板、碰轮、钢丝绳等构件组成。打板在电梯失控后，会因轿厢的运行而与减速开关相碰，让开关内的接点送出电梯停止运行的指令信号。若这种方式无法停止电梯，则需要利用限位开关的动作，使得电梯往相反的方向运行。若电梯依旧无法停止，极限开关将把电源断开，电梯迅速停止。

结束语

综上所述，虽然电梯的机械结构较为简单，但其机电一体化程度相对较高，所应用的自动化技术也相对较为先进，电梯控制电路及过程复杂程度高。但是，同其他任何机电系统相同，电梯的装置以及机械结构间也存在着不少问题。因此，现有电梯仍需进一步完善，应将传统的曳引绳牵引电梯转变为磁悬轨道动力牵引电梯，并采用固定轨道对电梯进行固定，以确保电梯使用过程的安全性。

参考文献

[1] 叶安丽.电梯控制技术[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]丁立强.曳引电梯动态特性研究及其仿真平台开发[D].杭州:浙江大学，2005.

机械毕业论文10000字

随着中国经济的不断发展,各行各业都迎来了发展的高速时期。而重工业对于一个国家来说也是相当重要的，机械工程专业,随着国家的重视,也迎来了发展的高速时期。下文是我为大家搜集整理的机械毕业论文10000字的内容，欢迎大家阅读参考!

浅谈机械设计及自动化教学思维

摘要:机械设计及自动化是机械类专业的基础学科，其概念理论抽象，教学内容复杂，采用传统的教学方式难以激发学生的学习兴趣。通过转换教学模式，创新教育理念，才能有效促进学生的学习效率，培养他们的思维能力。本文从优化教学内容、创新教学模式的角度探究了培养学生思维能力的几个方法。

关键词:机械设计及自动化;思维能力;培养;教学

机械设计能力和生产制造水平体现着国家现代化的强弱状况，是国家实现现代化的基础。一台机器的制造过程中，零件是它的组成部分，其相互联结、相互作用，才能使整台机器发挥出功能和作用。《机械设计及自动化》作为一门实践能力极强的基础学科是工程院校中的重要课程，学好这门课程才能掌握基本的机械理论知识，懂得常用机械设备的结构、使用方法，懂得零件的设计原理，开展深入的学习和研究。学生在课程学习中不仅需要掌握基本的通用零件设计知识，还需要在实践环节中进行相应的技能训练，积累一定的理论知识，培养出正确的思维，能力，为今后的专业课程、产品设计打下扎实的基础。

1优化教学内容，启发学生思维能力

传统的教学实践中，教师采取“满堂灌”的形式，不考虑学生的感受，课堂效率低下。采取启发式教学模式，关注学生的接受程度、学习兴趣，能够大大改变这一局面。教师通过选取生动的实践案例进行分析，开展多方向的分析讨论，引导学生去积极参与，积极思考，主动探究，主动实践，有助于学生综合能力的全面提高。教师通过正面的引导，让学生在讨论中形成“存疑、求异”的问题思维，引发他们的求知兴趣，进而产生创新、求索的欲望。教育的最终目标并不仅仅是让学生学到知识，更主要的是让学生掌握获取知识的能力、方法，“授人以鱼，不如授人以渔”，教师应注重学生的能力培养，结合机械工程科目的特点改变教育模式，开启学生的思维能力。在讲解章节知识中有意地进行归纳、比较，将知识点链接成一个整体，便于学生掌握。同时立足机械产品的生产过程，紧跟现代科学技术的发展趋势，关注行业的焦点、热点，进行补充和充实，让学生产生出对新观念、新事物的探究兴趣，开发出他们的机械创新思路。

2课程改进设计，滋养学生思维能力

改进教学模式就必须寻找便捷、准确的方法，提高教学效率。《机械设计及自动化》专业课程中有大量复杂的机械结构动态、静态模拟，以及专业机械运动知识，缺乏空间想象能力和工程实践知识学习起来比较吃力，采用计算机辅助教学软件可以很好地化解这些问题，通过画面的播放可以给学生展示出机器零件的制作过程，齿轮的咬合过程，甚至带传动过程中的应力分布等，彻底改变了传统教学方式的僵化凝固状况，让学生看到真实、形象、生动的场面，增强了课堂教学的趣味性、生动感，让学生的认知、理解和认识更加深刻，拓宽了学生的思维空间和想象力，学生的知识容量进一步扩大，教学的感染力得到提高，课堂学习效果显著增长。设置问题可以激发学生的好奇，造成问题悬念，促进学生对事物现象的观察、分析，进而寻找方法进行探究。机械设计课程需要让学生掌握理论联系实际的原理对通用设备、通用零部件进行分析，熟悉其工作原理和结构特点，培养出机械设计的能力。教师通过设问方式让学生开动脑筋:这些机构是如何运转的?如何确定机构的运动模式是唯一的?现代机器人是如何设计的?这些问题的提出给学生带来很大的刺激，让他们在思考中加入讨论，积极主动学习，不仅改变了课堂教学的沉闷气氛，而且有力地促进了教学内容的深化，取得了良好的教学效果。

3开发实验教学，创新学生思维能力

实验教学有助于培养学生的创新能力、创新意识，让学生养成动手动脑的操作能力，提高学生的综合能力。《机械设计及自动化》中有许多验证性的实验，不利于调动起学生的积极参与性，更无法滋生出创新能力。因此，需要开拓多重类型的实验，如基本型、综合设计型、创新型。针对普通学生，着重培养他们的动手能力、学习能力、探究问题的能力;针对学有余力的学生可以进一步开启他们的解决问题的能力、创新能力。将实验教学形成开放的、多层次的教学阵地，适应不同学生的需求。

学生在不同层次的实验操作中可以体验到技术创新的乐趣和科学发现的方法，产生出积极探究的兴趣。教师要鼓励学生自己设计实验内容，动手实践，使用各类机电一体化的电器元件根据学到的知识，结合机械结构设计方法，创造性地设计实验目标，进行有创意的发明和改造，试制出有新意的机电小产品、小型电机结构，增强他们求知、探究的信心。实验室里可以让学生仔细观察研究实验对象，做出评价和分析，通过建模和设计进行仿造和再现，是学生进行认知实践的最佳环境。建立开发的机械设计创新实验基地，将实验和模型进行主题分区、系统化、合理化，有助于学生主动设计各类创意实验，熟悉实验室环境，动手制作各种创新实验模型。

4结语

《机械设计及自动化》是重要的技术型学科，必须从教学内容、教学方式上不断探索和改进，培养学生的探索思维、创新意识，增强学生的学习兴趣和动手实践的主动性，让学生养成独立思考的能力，为他们在今后的机械设计工作中打下扎实的基础，不断提升他们的创新意识和机械设计能力。

参考文献:

[1]叶航.探析机械设计及自动化教学中关于学生思维能力的培养[J].才智，2015(07):103.

[2]解瑞瑞.机械设计及自动化教学中思维能力的培养[J].传奇.传记文学选刊(理论研究)，2011(02):130～132.

浅析机械加工技术中数控加工的应用

1机械加工中数控加工技术特征和应用重要性

1.1机械加工中数控加工特征

机械加工当中对数控加工技术的应用，是机械加工现代化发展的体现，数控加工技术的应用在当前比较广泛，这是在传统机械加工技术的基础上进一步发展而来的。在对数字控制技术的应用下，对机械加工的质量水平得到了提高，数控技术应用对工艺参数能进行改变，从而在制造新的产品的时候就提供了很大的方便[1]。在数控加工技术的应用下，能将普通机床难以完成的加工要求高效的完成。数控加工技术在对模块化的标准工具应用下，就能节约时间，并实现标准化的生产等。

1.2应用重要性

数控加工技术的应用对机床的控制能力可有效提高，数控加工技术在近些年得到了广泛应用，尤其是在机械加工当中是主要的应用行业，在数控加工技术的应用下，提高了机床的控制力，对机械加工的整体效率得到了显著提高。数控加工技术的应用对机床设备的功能发挥起到了促进作用，使得机床设备的操作比较简单化，在数控器上编制好程序之后，按照程序进行自动化的操作，对机械加工的质量提高起到了保障作用，也对机床设备操作人员的工作效率有了提高。

2机械加工技术中数控加工应用和发展前景

2.1机械加工加工技术中数控加工应用

机械加工中数控加工技术在多个环节得到了应用，如在机床设备的加工当中应用，起到了积极作用。数控加工技术在机床设备加工当中应用，对加工的精度得到了保障，使得操作向着规范化的方向迈进，也提高了机械加工的速度[2]。在数控加工技术的应用下，对机床的刀具以及工作的位置进行预先设置，正确的排列主轴以及冷却泵和变速等操作的顺序，将这些相关的数据信息输入到数控加工控制系统当中，在计算机技术的支持下，就能对机床设备的工作进行指挥。机床所需要的零部件也能按照程序完整的进行加工，大大提高零部件的加工质量和效率。

机械加工中数控加工技术在实际生产当中的应用中，机械化操作也愈来愈普遍化，传统依靠人工操作的方法已经很难满足当前的生产要求。在数控加工技术的应用下，对工程生产的技术支持力度得到了显著加强。数控加工技术作为依托的情况下，对机械生产操作的环境进行优化，有效保证机械加工的安全生产。在编制好相应的加工程序后，数控系统的科学化控制下，就能按照相应的程序进行自动化的作业。数控加工技术在汽车加工领域当中的应用，也能起到积极促进作用，对汽车的零部件加工的质量水平提高就发挥着积极作用。汽车的零部件加工中，零部件加工复杂程度较大，加工难度比较高，传统的机械加工方式已经很难满足加工精度的需求。而在数控加工技术的应用下，能对零部件的高速加工的作用充分发挥，以及在加工当中的质量也能有效保证。

这样就满足了实际零件加工的实际需要。在汽车零部件的更新换代下，零部件的加工难度也有了进一步的提升，这就对数控加工技术的应用需求进一步扩大，数控加工技术的升级也显得比较重要，只有在数控加工技术的支持下，才能真正有助于满足汽车零部件加工的要求。除此之外，数控加工技术在零件的质量检测当中应用也比较重要。数控技术对零部件能进行全面性的检测，并且检测的过程也是自动化的，这就对检测的效率得到了有效提高，对检测的质量也得到了有效提高。

2.2机械加工技术中数控加工发展前景

随着科学技术的进一步升级，机械加工技术当中的数控加工技术应用要求也会进一步的提高。我国在对数控加工技术的应用已经有了很长一段时间，在数控加工技术的应用发展中也积累了丰富的经验。尤其是在面对当前的经济发展形势下，注重数控加工技术水平的提高，才能保障机械加工领域的良好发展，对机械制造产业的发展才能起到积极促进作用。数控加工技术在未来会向着智能化以及网络化的方向发展，对数控加工技术的有效性会加强，在网络技术的支持下，对提高机械加工的整体效率也打下了坚实基础。在未来的发展中，机械加工中数控加工技术的应用就更为重要，要注重从多方面对生产力水平提高，将数控技术的应用作用充分发挥，为我国的经济发展提供基础支持。

3结束语

总而言之，数控加工技术对机械加工产业的进一步发展有着积极促进作用，只有从多方面充分重视，注重数控加工技术的科学化应用，才能有助于机械加工的整体水平提高。通过此次对数控加工技术的应用研究，从理论上进行促进机械加工的发展。

参考文献：

[1]李士东.高职机械数控加工课堂教学策略研究[J].成才之路,2016(17).

【机器人技术论文】 机器人论文3000字

机器人是由计算机控制的通过编程具有可以变更的多功能的自动机械，下面是我整理的机器人技术论文，希望你能从中得到感悟!

刍议智能机器人及其关键技术

【摘 要】文章介绍了机器人的定义，阐述了智能机器人研究领域的关键技术，最后展望了智能机器人今后的发展趋势。

【关键词】智能机器人;信息融合;智能控制

一、机器人的定义

自机器人问世以来，人们就很难对机器人下一个准确的定义，欧美国家认为机器人应该是“由计算机控制的通过编程具有可以变更的多功能的自动机械”;日本学者认为“机器人就是任何高级的自动机械”，我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。”目前国际上对机器人的概念已经渐趋一致，联合国标准化组织采纳了美国机器人协会(RIA：Robot Institute of America)于1979 年给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机;或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。”概括说来，机器人是靠自身动和控制能力来实现各种功能的一种机器。

二、智能机器人关键技术

随着社会发展的需要和机器人应用领域的扩大，人们对智能机器人的要求也越来越高。智能机器人所处的环境往往是未知的、难以预测的，在研究这类机器人的过程中，主要涉及到以下关键技术：

(1)多传感器信息融合。多传感器信息融合技术是近年来十分热门的研究课题，它与控制理论、信号处理、人工智能、概率和统计相结合，为机器人在各种复杂、动态、不确定和未知的环境中执行任务提供了一种技术解决途径。机器人所用的传感器有很多种，根据不同用途分为内部测量传感器和外部测量传感器两大类。内部测量传感器用来检测机器人组成部件的内部状态，包括：特定位置、角度传感器;任意位置、角度传感器;速度、角度传感器;加速度传感器;倾斜角传感器;方位角传感器等。外部传感器包括：视觉(测量、认识传感器)、触觉(接触、压觉、滑动觉传感器)、力觉(力、力矩传感器)、接近觉(接近觉、距离传感器)以及角度传感器(倾斜、方向、姿式传感器)。多传感器信息融合就是指综合来自多个传感器的感知数据，以产生更可靠、更准确或更全面的信息。经过融合的多传感器系统能够更加完善、精确地反映检测对象的特性，消除信息的不确定性，提高信息的可靠性。融合后的多传感器信息具有以下特性：冗余性、互补性、实时性和低成本性。目前多传感器信息融合方法主要有贝叶斯估计、卡尔曼滤波、神经网络、小波变换等。

(2)导航与定位。在机器人系统中，自主导航是一项核心技术，是机器人研究领域的重点和难点问题。导航的基本任务有3点：一是基于环境理解的全局定位：通过环境中景物的理解，识别人为路标或具体的实物，以完成对机器人的定位，为路径规划提供素材;二是目标识别和障碍物检测：实时对障碍物或特定目标进行检测和识别，提高控制系统的稳定性;三是安全保护：能对机器人工作环境中出现的障碍和移动物体作出分析并避免对机器人造成的损伤。机器人有多种导航方式，根据环境信息的完整程度、导航指示信号类型等因素的不同，可以分为基于地图的导航、基于创建地图的导航和无地图的导航3类。根据导航采用的硬件的不同，可将导航系统分为视觉导航和非视觉传感器组合导航。视觉导航是利用摄像头进行环境探测和辨识，以获取场景中绝大部分信息。目前视觉导航信息处理的内容主要包括：视觉信息的压缩和滤波、路面检测和障碍物检测、环境特定标志的识别、三维信息感知与处理。非视觉传感器导航是指采用多种传感器共同工作，如探针式、电容式、电感式、力学传感器、雷达传感器、光电传感器等，用来探测环境，对机器人的位置、姿态、速度和系统内部状态等进行监控，感知机器人所处工作环境的静态和动态信息，使得机器人相应的工作顺序和操作内容能自然地适应工作环境的变化，有效地获取内外部信息。

(3)路径规划。路径规划技术是机器人研究领域的一个重要分支。最优路径规划就是依据某个或某些优化准则(如工作代价最小、行走路线最短、行走时间最短等)，在机器人工作空间中找到一条从起始状态到目标状态、可以避开障碍物的最优路径。路径规划方法大致可以分为传统方法和智能方法两种。传统路径规划方法主要有以下几种：自由空间法、图搜索法、栅格解耦法、人工势场法。大部分机器人路径规划中的全局规划都是基于上述几种方法进行的，但这些方法在路径搜索效率及路径优化方面有待于进一步改善。人工势场法是传统算法中较成熟且高效的规划方法，它通过环境势场模型进行路径规划，但是没有考察路径是否最优。智能路径规划方法是将遗传算法、模糊逻辑以及神经网络等人工智能方法应用到路径规划中，来提高机器人路径规划的避障精度，加快规划速度，满足实际应用的需要。其中应用较多的算法主要有模糊方法、神经网络、遗传算法、Q学习及混合算法等，这些方法在障碍物环境已知或未知情况下均已取得一定的研究成果。

(4)机器人视觉。视觉系统是自主机器人的重要组成部分，一般由摄像机、图像采集卡和计算机组成。机器人视觉系统的工作包括图像的获取、图像的处理和分析、输出和显示，核心任务是特征提取、图像分割和图像辨识。而如何精确高效的处理视觉信息是视觉系统的关键问题。目前视觉信息处理逐步细化，包括视觉信息的压缩和滤波、环境和障碍物检测、特定环境标志的识别、三维信息感知与处理等。其中环境和障碍物检测是视觉信息处理中最重要、也是最困难的过程。机器人视觉是其智能化最重要的标志之一，对机器人智能及控制都具有非常重要的意义。目前国内外都在大力研究，并且已经有一些系统投入使用。

(5)智能控制。随着机器人技术的发展，对于无法精确解析建模的物理对象以及信息不足的病态过程，传统控制理论暴露出缺点，近年来许多学者提出了各种不同的机器人智能控制系统。机器人的智能控制方法有模糊控制、神经网络控制、智能控制技术的融合(模糊控制和变结构控制的融合;神经网络和变结构控制的融合;模糊控制和神经网络控制的融合;智能融合技术还包括基于遗传算法的模糊控制方法)等。近几年，机器人智能控制在理论和应用方面都有较大的进展。在模糊控制方面，y等人论证了模糊系统的逼近特性，首次将模糊理论用于一台实际机器人。模糊系统在机器人的建模控制、对柔性臂的控制、模糊补偿控制以及移动机器人路径规划等各个领域都得到了广泛的应用。在机器人神经网络控制方面，CMCA(Cere-bella Model Controller Articulation)应用较早的一种控制方法，其最大特点是实时性强，尤其适用于多自由度操作臂的控制。

(6)人机接口技术。智能机器人的研究目标并不是完全取代人，复杂的智能机器人系统仅仅依靠计算机来控制目前是有一定困难的，即使可以做到，也由于缺乏对环境的适应能力而并不实用。智能机器人系统还不能完全排斥人的作用，而是需要借助人机协调来实现系统控制。因此，设计良好的人机接口就成为智能机器人研究的重点问题之一。人机接口技术是研究如何使人方便自然地与计算机交流。为了实现这一目标，除了最基本的要求机器人控制器有1个友好的、灵活方便的人机界面之外，还要求计算机能够看懂文字、听懂语言、说话表达，甚至能够进行不同语言之间的翻译，而这些功能的实现又依赖于知识表示方法的研究。因此，研究人机接口技术既有巨大的应用价值，又有基础理论意义。目前，人机接口技术已经取得了显著成果，文字识别、语音合成与识别、图像识别与处理、机器翻译等技术已经开始实用化。另外，人机接口装置和交互技术、监控技术、远程操作技术、通讯技术等也是人机接口技术的重要组成部分，其中远程操作技术是一个重要的研究方向。

三、总结与展望

机器人是自动化领域的主题之一，人们几十年来对机器人的开发和研究，使机器人技术取得了巨大的进步。随着人工智能、智能控制和计算机技术的发展，机器人的应用领域必将不断扩大，性能不断提高，在未来的生产、生活、科研当中会发挥更重要的作用。

参 考 文 献

[1]孙华，陈俊风，吴林.多传感器信息融合技术及其在机器人中的应用[J].传感器技术.2003，22(9)：1～4

[2]王灏，毛宗源.机器人的智能控制方法[M].北京：国防工业出版社，2002

[3]金周英.关于我国智能机器人发展的几点思考[J].机器人技术与应用.2001(4)：5～7

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