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機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計論文范文第1篇

機(jī)械臂的模型仿真采用MatLab平臺下的RoboticsToolbox工具箱，從而可以很方便地對機(jī)械臂運(yùn)動學(xué)的理論進(jìn)行學(xué)習(xí)和驗(yàn)證。工具箱內(nèi)部包含了很多機(jī)械臂運(yùn)動學(xué)方面的功能函數(shù)，如機(jī)械臂的坐標(biāo)變換及機(jī)械臂正逆運(yùn)動等。通過調(diào)用Link和Robot兩個功能函數(shù)，利用Denavit－Hartenberg參數(shù)表來描述機(jī)械臂各個連桿間的位移關(guān)系，可以在三維空間為機(jī)械臂的每一個連桿建立一個坐標(biāo)系或相對于機(jī)械臂底座的相對坐標(biāo)系，進(jìn)而確定每一個桿件的位置和方向。在建立多個運(yùn)動坐標(biāo)的時候，為了方便，一般建立一張關(guān)節(jié)和連桿參數(shù)的D－H參數(shù)表。根據(jù)圖4所示的結(jié)構(gòu)模型建立的參數(shù)如表1所示。利用表1建立的D－H參數(shù)表來進(jìn)行機(jī)械臂數(shù)學(xué)模型的運(yùn)動仿真，在Matlab中將6個關(guān)節(jié)初始角度按照表1設(shè)置為θ1=90°、θ2=0°、θ3=0°、θ4=－90°、θ5=90°、θ6=0°。通過調(diào)節(jié)工具箱中每個自由度對應(yīng)的活動范圍可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂任一關(guān)節(jié)的位姿運(yùn)動。

2機(jī)械臂控制系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

采摘機(jī)械臂要實(shí)現(xiàn)其特定的動作離不開控制系統(tǒng)的支持，其控制系統(tǒng)主要由AVR主控板和舵機(jī)控制擴(kuò)展板組成，此外還有一些輔助的硬件模塊。例如，使其系統(tǒng)穩(wěn)定工作的開關(guān)電源模塊、調(diào)整工作姿態(tài)的鍵盤模塊、實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話的顯示模塊和語音播報模塊。同時，為了實(shí)現(xiàn)在上位機(jī)上的監(jiān)控，設(shè)計了基于MAX232的串行通信接口。

3機(jī)械臂控制系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

機(jī)械臂控制系統(tǒng)軟件主要由主控板控制程序和上位機(jī)監(jiān)控程序兩部分組成。采摘機(jī)械臂主程序流程如圖8所示。整個程序主要是通過鍵盤模塊上按鍵的控制來切換操作模式，也可以在上位機(jī)設(shè)計的監(jiān)控軟件中來進(jìn)行模式的選擇判斷。主程序主要由單自由度功能模式、多自由度功能模式、軌跡規(guī)劃功能模式這3種工作模式組成，通過這3種工作模式，可以完整的展示采摘機(jī)械臂的整體自由度配合情況。為了在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)對機(jī)械臂的監(jiān)控，借助于Labview軟件設(shè)計了機(jī)械臂上位機(jī)控制系統(tǒng)。Labview使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式［6］。根據(jù)需求選擇合適的控件并進(jìn)行合理的布局，就可以構(gòu)建一個美觀的儀器儀表界面。設(shè)計的控制界面如圖9所示，該界面包含有六個舵機(jī)的數(shù)據(jù)監(jiān)控轉(zhuǎn)盤、串口通訊設(shè)置、速度調(diào)節(jié)滑塊、按鍵模塊。通過RS232通信協(xié)議該監(jiān)控軟件可以實(shí)時的實(shí)現(xiàn)對六個自由度轉(zhuǎn)角和方向的控制，其中舵機(jī)轉(zhuǎn)盤上的數(shù)值代表脈寬值，其可調(diào)整的范圍為500～2500μs，代表舵機(jī)相應(yīng)的角度為0°～180°。在上位機(jī)上的控制信號發(fā)送給AVR主控制板，主控制板對接收到的上位機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將需要的運(yùn)動形式及參數(shù)發(fā)送給舵機(jī)控制板，各個舵機(jī)根據(jù)接收到的控制數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的動作響應(yīng)。

4結(jié)語

機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計論文范文第2篇

本系統(tǒng)高壓發(fā)泡機(jī)以高性價比的臺達(dá)DVP系列PLC和臺達(dá)的DOP的人機(jī)界面為核心控制單元，有多組工作模式多組配方工藝參數(shù)選擇，且可自主編輯工藝參數(shù)，流量注入精確穩(wěn)定，壓力流速可控可調(diào)，故障報警實(shí)時監(jiān)控。實(shí)踐證明，相比老式發(fā)泡機(jī)，PLC控制系統(tǒng)的設(shè)備性能穩(wěn)定可靠，易于操作，工作效率大幅提高。發(fā)泡機(jī)控制系統(tǒng)充分利用了現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)，提高了勞動生產(chǎn)率，改善了勞動條件，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，保持穩(wěn)定的發(fā)泡倍數(shù)，克服了人為的不穩(wěn)定因數(shù)，具有良好的應(yīng)用前景。

發(fā)泡機(jī)是利用塑料顆粒作為發(fā)泡包裝的原料,可以對精密儀器、電子類產(chǎn)品、工藝品、插花等多類怕震、怕壓的產(chǎn)品進(jìn)行現(xiàn)場的發(fā)泡包裝。發(fā)泡機(jī)作為一種機(jī)電一體化產(chǎn)品,在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的自動化控制中占有重要的地位。高壓發(fā)泡機(jī)廣泛用在各種行業(yè),可用于汽車裝飾、保溫墻噴涂、保溫管道制造、自行車和摩托車車座海綿的加工等等。

發(fā)泡機(jī)最早出現(xiàn)于國外，其原始機(jī)型是采用葉輪高速旋轉(zhuǎn)制泡，故又名“打泡機(jī)”。后來隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，發(fā)泡機(jī)的技術(shù)含量不斷提高，新的機(jī)型不斷出現(xiàn)，形成了不同的技術(shù)體系。我國早在20世紀(jì)50年代就開始使用發(fā)泡機(jī)，但不是專用的發(fā)泡機(jī)型，而是采用砂漿攪拌機(jī)。即將發(fā)泡劑直接加入砂漿攪拌機(jī)或混凝土攪拌機(jī)，讓發(fā)泡劑和砂漿或混凝土一起攪拌生成泡沫。20世紀(jì)70年代前后，開始出現(xiàn)專用的發(fā)泡劑，即高速葉輪發(fā)泡機(jī)。以后又不斷技術(shù)升級和換代，如今已發(fā)展為以高壓充氣為主體的第三代機(jī)型，基本可滿足泡沫混凝土的需要擠出技術(shù)的發(fā)展越來越具有如下特色：一方面要求擠出系統(tǒng)高效率，另方面又要求擠出系統(tǒng)具有靈活性、廣泛適應(yīng)性。應(yīng)用廣泛的高效擠出系統(tǒng)應(yīng)兼頤這兩個方面。其中發(fā)泡機(jī)控制系統(tǒng)將直接影響該產(chǎn)品的發(fā)泡倍數(shù)的穩(wěn)定。發(fā)泡機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)泡倍數(shù)受原料添加重量和發(fā)泡好后粒子的總量決定,蒸汽壓力和氣壓不直接影響發(fā)泡倍數(shù)。因此,為這類發(fā)泡機(jī)開發(fā)出一種可以保持穩(wěn)定的發(fā)泡倍數(shù)的控制系統(tǒng)是一個有著較大實(shí)際意義的課題。

機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計論文范文第3篇

根據(jù)國家機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)中對畢業(yè)能力要求之4“具有設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)、部件的能力”要求，整合現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容，形成了基礎(chǔ)知識遞增和設(shè)計能力遞進(jìn)的機(jī)械設(shè)計類課程教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)。其中先修課程包括數(shù)學(xué)類、工程力學(xué)、機(jī)械制圖、公差與技術(shù)測量等基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課。為達(dá)到“具有設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)、部件的能力”的畢業(yè)要求，設(shè)計了課程教學(xué)及課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)設(shè)計能力培養(yǎng)、創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)三個能力遞進(jìn)培養(yǎng)環(huán)節(jié)。

2機(jī)械設(shè)計類課程教學(xué)及課內(nèi)實(shí)驗(yàn)

課程教學(xué)及課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)分為機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計兩個部分，每部分。含課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，課程內(nèi)容及培養(yǎng)目標(biāo)如下：機(jī)械原理課程是一門培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械機(jī)構(gòu)運(yùn)動設(shè)計與分析的技術(shù)基礎(chǔ)課，主要研究機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動分析和動力分析，常用機(jī)構(gòu)設(shè)計的基本理論和方法，機(jī)械系統(tǒng)傳動方案的規(guī)劃與設(shè)計，其主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生：第一，理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)，設(shè)計實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。第二，掌握機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案設(shè)計的能力。第三，具有機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動簡圖的繪制，計算機(jī)輔助機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計的能力。機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是機(jī)械原理課程教學(xué)中的實(shí)踐環(huán)節(jié)。在實(shí)驗(yàn)中通過安排部分課程基本理論的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生進(jìn)一步加深對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解。通過增設(shè)一些綜合性、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生基本知識、基礎(chǔ)理論與實(shí)際項(xiàng)目需求的理論知識應(yīng)用能力，同時培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和能力。通過設(shè)立較多的選修實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生的個性發(fā)展。機(jī)械設(shè)計課程是一門培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械設(shè)計能力的技術(shù)基礎(chǔ)課，在教學(xué)內(nèi)容方面著重掌握機(jī)械設(shè)計的基本知識、基本理論、基本方法和創(chuàng)新思維，通過對本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握常用機(jī)構(gòu)和機(jī)器中各種通用零件的基本理論和基本知識，初步具有機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的分析、設(shè)計能力，同時注意培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計思想和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。機(jī)械設(shè)計實(shí)驗(yàn)教學(xué)通過設(shè)立部分驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生進(jìn)一步加深理解課堂教學(xué)的內(nèi)容；通過設(shè)立一些綜合性、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力；通過強(qiáng)調(diào)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的全過程，培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力；通過設(shè)立較多的選做實(shí)驗(yàn)，滿足學(xué)生的求知欲，促進(jìn)學(xué)生的個性發(fā)展。

3基礎(chǔ)設(shè)計能力培養(yǎng)

機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計是機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)類課程的重要實(shí)踐性環(huán)節(jié)，通過對機(jī)械傳動裝置和簡單機(jī)械的設(shè)計，使學(xué)生綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計課程和其他先修課程的理論和實(shí)際知識，熟悉機(jī)械設(shè)計的一般規(guī)律，掌握機(jī)械通用零部件及簡單機(jī)械的設(shè)計理論及設(shè)計方法。培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的正確設(shè)計思想，樹立工程意識，培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決工程實(shí)際問題的能力，為畢業(yè)設(shè)計和以后從事工程設(shè)計工作打下良好的基礎(chǔ)。課程的教學(xué)目的：第一，學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計的一般方法、步驟，掌握機(jī)械設(shè)計的一般規(guī)律。第二，學(xué)會從機(jī)器的功能要求出發(fā)，合理選擇傳動機(jī)構(gòu)的類型，制定傳動設(shè)計方案，正確計算零件的工作能力，確定它的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸及材料，并考慮制造工藝、使用、維護(hù)、經(jīng)濟(jì)和安全等問題，培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計能力。第三，進(jìn)行機(jī)械設(shè)計基本技能訓(xùn)練，例如計算、繪圖，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊和設(shè)計資料，以及使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)等。第四，通過編寫設(shè)計說明書，提高學(xué)生文字表達(dá)能力，掌握撰寫技術(shù)文件的有關(guān)要求；培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計算機(jī)撰寫論文的能力。第五，訓(xùn)練學(xué)生用CAD繪圖的能力。機(jī)械綜合課程設(shè)計是形成機(jī)械裝備設(shè)計能力的重要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。內(nèi)容以車床或銑床的主傳動系統(tǒng)設(shè)計為主線，以所學(xué)過的機(jī)械制造裝備的基礎(chǔ)知識為支撐，完成主傳動系統(tǒng)設(shè)計、操縱裝置布置、工程分析計算等環(huán)節(jié)的訓(xùn)練。其目的是在相關(guān)先修課程學(xué)習(xí)后，進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計綜合訓(xùn)練，使學(xué)生掌握機(jī)械系統(tǒng)分析和設(shè)計的基本步驟和方法，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際工程問題的能力。

4創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)

學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)包括機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計與仿真和機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計與制作兩個環(huán)節(jié)：機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計與仿真是學(xué)生以項(xiàng)目組的形式自主開展的為期一年的研發(fā)與制作項(xiàng)目，在學(xué)院的統(tǒng)一命題下完成一項(xiàng)任務(wù)。提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、問題求解、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、項(xiàng)目管理、綜合創(chuàng)新等方面的能力和素質(zhì)。機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計與制作是結(jié)合學(xué)生已有的知識儲備，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計思維，通過機(jī)構(gòu)綜合模擬現(xiàn)實(shí)自然界生物的動作行為，并輔以相應(yīng)的控制系統(tǒng)達(dá)到機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)運(yùn)動。在教師的啟發(fā)和指導(dǎo)下，學(xué)生以組為單位自主地進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容科技文獻(xiàn)檢索、方案設(shè)計、虛擬仿真、繪制加工圖紙、撰寫設(shè)計說明書并進(jìn)行答辯，通過工程實(shí)踐培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)機(jī)械設(shè)計知識的能力。

5結(jié)論

機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計論文范文第4篇

[關(guān)鍵詞]游戲引擎；機(jī)械動力仿真；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

中圖分類號：TP391.9；TD672 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）33-0225-02

一、引言

三維游戲由于引擎技術(shù)在建模技術(shù)、物理引擎技術(shù)、復(fù)雜環(huán)境的高質(zhì)量實(shí)時渲染技術(shù)、動畫技術(shù)、人工智能技術(shù)、對象的行為控制技術(shù)等各方面不斷的完善和強(qiáng)大，已經(jīng)極大地引起了人們的關(guān)注和重視。游戲引擎不再僅用于游戲娛樂產(chǎn)業(yè)的開發(fā)，更多的滲透到了教育軟件開發(fā)、虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用、動畫影視（特技）制作、軍事訓(xùn)練、實(shí)時模擬等人類生活的各個領(lǐng)域。極大地改變了人們的生活方式和思維方式。

游戲引擎技術(shù)尤其物理引擎技術(shù)不斷的研究發(fā)展，讓我們意識到仿真虛擬機(jī)械動力的可能性。利用游戲引擎虛擬機(jī)械運(yùn)動，將為開發(fā)教育游戲中的虛擬物理實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)上數(shù)字科技館、娛樂型游戲中的機(jī)械道具和多樣化游戲任務(wù)等具有重要的應(yīng)用價值和研究意義。

傳統(tǒng)的機(jī)械動力仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)雖然在一定程度上也能虛擬機(jī)械的運(yùn)動，但是由于那些技術(shù)不可避免的弊端對機(jī)械動力仿真技術(shù)應(yīng)用在其他領(lǐng)域形成了瓶頸。傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)仿真技術(shù)缺乏交互性，設(shè)計復(fù)雜，表現(xiàn)單調(diào)。隨著多媒體技術(shù)、計算機(jī)動畫技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等技術(shù)的滲入，以VRML（Virtual Reality Modeling Language虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言）或Cult3D為代表的技術(shù)給機(jī)械仿真領(lǐng)域帶來了交互性，但是由于傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)固有的特性，如運(yùn)動行為的硬編碼、交互性差、畫面不流暢、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜等，使得基于游戲引擎技術(shù)虛擬機(jī)械動力的技術(shù)具有很大的優(yōu)勢和更大的發(fā)展前景。

本論文研究的技術(shù)充分利用了游戲平臺的優(yōu)勢，它不僅具有傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)所有的優(yōu)點(diǎn)，而且具有3D游戲般的交互性和逼真的動力學(xué)模擬。從開發(fā)角度而言，游戲引擎的實(shí)時渲染能力、快速的計算能力、組件化、可重用性以及面向?qū)ο蟮木幊谭绞降?，都使得?yīng)用游戲引擎成為一種非常便捷和有效的仿真技術(shù)手段。本文描述了利用游戲引擎模擬簡單的機(jī)械動力實(shí)例的核心技術(shù)。

二、機(jī)械動力仿真技術(shù)研究背景

概念設(shè)計是機(jī)械設(shè)計過程中的最初階段，主要目的是獲得產(chǎn)品的本質(zhì)形狀。[3]機(jī)械仿真技術(shù)的發(fā)展為機(jī)械工業(yè)概念設(shè)計注入了新的活力。計算機(jī)運(yùn)算處理能力的提高為機(jī)械系統(tǒng)的仿真提供了更好的基礎(chǔ)。

我國機(jī)械系統(tǒng)傳統(tǒng)的計算機(jī)輔助工具多數(shù)是AutoCAD， Pro/E， Solid Works， Solid Edge， 3D MAX等2D和3D軟件，此類建模軟件含有大量的圖形文件，容量較大，不利于網(wǎng)上傳輸和遠(yuǎn)程控制。同時這種方式建立的三維模型是靜態(tài)的，動畫是設(shè)計者事先設(shè)計好的一副副二維動畫，用戶只是被動的接受，而不能按照自己的意愿進(jìn)行實(shí)時交互式仿真。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種更為人性化的交互技術(shù)，近幾年來逐漸滲透到各個應(yīng)用領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸特征、交互特征和構(gòu)想特征，剛好彌補(bǔ)了上述傳統(tǒng)方法的不足。因此，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)的方法實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計系統(tǒng)成為必然。傳統(tǒng)的機(jī)械仿真都是代碼編寫控制的運(yùn)動效果，沒有實(shí)現(xiàn)通過物體間力的作用而讓物體產(chǎn)生運(yùn)動，所以不免比較生硬，不能具有可復(fù)用性和柔性。

綜上可知，機(jī)械工業(yè)虛擬仿真技術(shù)由于其復(fù)雜性、綜合性決定了開發(fā)的困難，因此勢必需要一些工具來輔助開發(fā)，游戲引擎由于其本身的特點(diǎn)，成為開發(fā)機(jī)械工業(yè)虛擬系統(tǒng)的有力工具。

三、游戲引擎技術(shù)

1.三維游戲引擎

一般而言，三維游戲引擎包括：引擎內(nèi)核、三維圖形引擎、物理引擎、人工智能系統(tǒng)、3D模型和圖像庫、網(wǎng)絡(luò)引擎、輸入系統(tǒng)。三維游戲引擎中各子系統(tǒng)關(guān)系可由（圖1）表示。

2.游戲引擎技術(shù)的優(yōu)勢

（1）利用游戲引擎可以簡化系統(tǒng)制作的復(fù)雜度，縮短開發(fā)時間，降低制作成本。

（2）游戲引擎中強(qiáng)大的物理引擎為該機(jī)械動力仿真系統(tǒng)提供了保障，這也是不同于其他虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的閃光點(diǎn)。

（3）該游戲引擎能快速嵌入到網(wǎng)頁中運(yùn)行，因此，極大的活躍了網(wǎng)頁式三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的三維網(wǎng)頁虛擬技術(shù)在WEB中運(yùn)行效果不是很好，運(yùn)行緩慢，效果單調(diào)，交互性差，游戲引擎技術(shù)的支持在一定程度上可彌補(bǔ)這些不足。

（4）游戲引擎的最大特點(diǎn)是可以實(shí)時渲染，這樣使得開發(fā)者可以及時瀏覽和調(diào)整系統(tǒng)。Unity3D游戲引擎甚至可以支持在程序運(yùn)行時改動場景中物體的屬性。這樣的實(shí)時性改變，使得開發(fā)者能迅速獲得最佳的設(shè)置效果值。

（5）基于游戲引擎技術(shù)開發(fā)的機(jī)械動力仿真系統(tǒng)，具有游戲般的交互能力，活躍了機(jī)械展示的表達(dá)方式。

（6）在游戲引擎平臺上的二次編程代碼被稱為“腳本”，大多數(shù)腳本語言都是面向?qū)ο蟮木幊烫攸c(diǎn)，具有封裝、多態(tài)、可復(fù)用性等特性。簡單易學(xué)，使虛擬系統(tǒng)設(shè)計者易于開發(fā)應(yīng)用。

四、主要結(jié)論

3D游戲引擎技術(shù)最大的特點(diǎn)就是它把一個程序中可以重復(fù)利用的部分，以精巧的模塊組織起來，將其規(guī)格化、最佳化，以利于程序重用技術(shù)。利用引擎不僅可以開發(fā)出“景物真實(shí)、動作真實(shí)、感覺真實(shí)”的三維系統(tǒng)，更重要的是利用它我們可以節(jié)省大量的人員和資金，簡化系統(tǒng)制作的復(fù)雜度，縮短開發(fā)時間，降低制作成本，并且游戲引擎普遍具有的FPS（First Person Shooting第一人稱射擊游戲）特性，這一特點(diǎn)可以巧妙的應(yīng)用于交互設(shè)計中。游戲引擎的實(shí)時渲染、動態(tài)編譯和可視化編輯功能有效解決了傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中存在的渲染耗費(fèi)時間和硬件成本的問題。

3D游戲引擎最吸引人的是它的強(qiáng)大的PhysX物理引擎和真實(shí)的圖形渲染引擎。強(qiáng)大的功能會提升研究的成功性。從開發(fā)方面考慮，該引擎的腳本語言近似c#或javascript，使得開發(fā)輕車熟路，而且腳本是動態(tài)編譯的，運(yùn)行速度和匯編接近，不會因?yàn)槟_本的問題而影響系統(tǒng)的執(zhí)行效率。從方面考慮，該引擎支持跨平臺，而且用該引擎開發(fā)的作品可以通過網(wǎng)頁直接運(yùn)行，是3D虛擬現(xiàn)實(shí)作品輕松實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁漫游的良好解決方案。

參考文獻(xiàn)

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機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計論文范文第5篇

關(guān)鍵詞：問題； 先進(jìn)制造技術(shù)； 前沿科學(xué)； 應(yīng)用前景

論文

制造業(yè)是現(xiàn)代國民經(jīng)濟(jì)和綜合國力的重要支柱，其生產(chǎn)總值一般占一個國家國內(nèi)生產(chǎn)總值的20%~55%。在一個國家的企業(yè)生產(chǎn)力構(gòu)成中，制造技術(shù)的作用一般占60%左右。專家認(rèn)為，世界上各個國家經(jīng)濟(jì)的競爭，主要是制造技術(shù)的競爭。其競爭能力最終體現(xiàn)在所生產(chǎn)的產(chǎn)品的市場占有率上。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的高速發(fā)展以及顧客需求和市場環(huán)境的不斷變化，這種競爭日趨激烈，因而各國政府都非常重視對先進(jìn)制造技術(shù)的研究。

1 當(dāng)前制造科學(xué)要解決的問題

當(dāng)前制造科學(xué)要解決的問題主要集中在以下幾方面：

（1）制造系統(tǒng)是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，為滿足制造系統(tǒng)敏捷性、快速響應(yīng)和快速重組的能力，必須借鑒信息科學(xué)、生命科學(xué)和社會科學(xué)等多學(xué)科的研究成果，探索制造系統(tǒng)新的體系結(jié)構(gòu)、制造模式和制造系統(tǒng)有效的運(yùn)行機(jī)制。制造系統(tǒng)優(yōu)化的組織結(jié)構(gòu)和良好的運(yùn)行狀況是制造系統(tǒng)建模、仿真和優(yōu)化的主要目標(biāo)。制造系統(tǒng)新的體系結(jié)構(gòu)不僅對制造企業(yè)的敏捷性和對需求的響應(yīng)能力及可重組能力有重要意義，而且對制造企業(yè)底層生產(chǎn)設(shè)備的柔性和可動態(tài)重組能力提出了更高的要求。生物制造觀越來越多地被引入制造系統(tǒng)，以滿足制造系統(tǒng)新的要求。

（2）為支持快速敏捷制造，幾何知識的共享已成為制約現(xiàn)代制造技術(shù)中產(chǎn)品開發(fā)和制造的關(guān)鍵問題。例如在計算機(jī)輔助設(shè)計與制造(CAD／CAM)集成、坐標(biāo)測量(CMM)和機(jī)器人學(xué)等方面，在三維現(xiàn)實(shí)空間(3-Real Space)中，都存在大量的幾何算法設(shè)計和分析等問題，特別是其中的幾何表示、幾何計算和幾何推理問題；在測量和機(jī)器人路徑規(guī)劃及零件的尋位(如Localization)等方面，存在C-空間

(配置空間Configuration Space)的幾何計算和幾何推理問題；在物體操作(夾持、抓取和裝配等)描述和機(jī)器人多指抓取規(guī)劃、裝配運(yùn)動規(guī)劃和操作規(guī)劃方面則需要在旋量空間(Screw Space)進(jìn)行幾何推理。制造過程中物理和力學(xué)現(xiàn)象的幾何化研究形成了制造科學(xué)中幾何計算和幾何推理等多方面的研究課題，其理論有待進(jìn)一步突破，當(dāng)前一門新學(xué)科--計算機(jī)幾何正在受到日益廣泛和深入的研究。

（3）在現(xiàn)代制造過程中，信息不僅已成為主宰制造產(chǎn)業(yè)的決定性因素，而且還是最活躍的驅(qū)動因素。提高制造系統(tǒng)的信息處理能力已成為現(xiàn)代制造科學(xué)發(fā)展的一個重點(diǎn)。由于制造系統(tǒng)信息組織和結(jié)構(gòu)的多層次性，制造信息的獲取、集成與融合呈現(xiàn)出立體性、信息度量的多維性、以及信息組織的多層次性。在制造信息的結(jié)構(gòu)模型、制造信息的一致性約束、傳播處理和海量數(shù)據(jù)的制造知識庫管理等方面，都還有待進(jìn)一步突破。

（4）各種人工智能工具和計算智能方法在制造中的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了制造智能的發(fā)展。一類基于生物進(jìn)化算法的計算智能工具，在包括調(diào)度問題在內(nèi)的組合優(yōu)化求解技術(shù)領(lǐng)域中，受到越來越普遍的關(guān)注，有望在制造中完成組合優(yōu)化問題時的求解速度和求解精度方面雙雙突破問題規(guī)模的制約。制造智能還表現(xiàn)在：智能調(diào)度、智能設(shè)計、智能加工、機(jī)器人學(xué)、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能診斷等多方面。

這些問題是當(dāng)前產(chǎn)品創(chuàng)新的關(guān)鍵理論問題，也是制造由一門技藝上升為一門科學(xué)的重要基礎(chǔ)性問題。這些問題的重點(diǎn)突破，可以形成產(chǎn)品創(chuàng)新的基礎(chǔ)研究體系。

2 現(xiàn)代機(jī)械工程的前沿科學(xué)

不同科學(xué)之間的交叉融合將產(chǎn)生新的科學(xué)聚集，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步對科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生了新的要求和期望，從而形成前沿科學(xué)。前沿科學(xué)也就是已解決的和未解決的科學(xué)問題之間的界域。前沿科學(xué)具有明顯的時域、領(lǐng)域和動態(tài)特性。工程前沿科學(xué)區(qū)別于一般基礎(chǔ)科學(xué)的重要特征是它涵蓋了工程實(shí)際中出現(xiàn)的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題。

超聲電機(jī)、超高速切削、綠色設(shè)計與制造等領(lǐng)域，國內(nèi)外已經(jīng)做了大量的研究工作，但創(chuàng)新的關(guān)鍵是機(jī)械科學(xué)問題還不明朗。大型復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的性能優(yōu)化設(shè)計和產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計、智能結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)、智能機(jī)器人及其動力學(xué)、納米摩擦學(xué)、制造過程的三維數(shù)值模擬和物理模擬、超精度和微細(xì)加工關(guān)鍵工藝基礎(chǔ)、大型和超大型精密儀器裝備的設(shè)計和制造基礎(chǔ)、虛擬制造和虛擬儀器、納米測量及儀器、并聯(lián)軸機(jī)床、微型機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域國內(nèi)外雖然已做了不少研究，但仍有許多關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題有待解決。

信息科學(xué)、納米科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、管理科學(xué)和制造科學(xué)將是改變21世紀(jì)的主流科學(xué)，由此產(chǎn)生的高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)將改變世界的面貌。因此，與以上領(lǐng)域相交叉發(fā)展的制造系統(tǒng)和制造信息學(xué)、納米機(jī)械和納米制造科學(xué)、仿生機(jī)械和仿生制造學(xué)、制造管理科學(xué)和可重構(gòu)制造系統(tǒng)等會是21世紀(jì)機(jī)械工程科學(xué)的重要前沿科學(xué)。

2．1 制造科學(xué)與信息科學(xué)的交叉--制造信息科學(xué)

機(jī)電產(chǎn)品是信息在原材料上的物化。許多現(xiàn)代產(chǎn)品的價值增值主要體現(xiàn)在信息上。因此制造過程中信息的獲取和應(yīng)用十分重要。信息化是制造科學(xué)技術(shù)走向全球化和現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。人們一方面對制造技術(shù)開始探索產(chǎn)品設(shè)計和制造過程中的信息本質(zhì)，另一方面對制造技術(shù)本身加以改造，以使得其適應(yīng)新的信息化制造環(huán)境。隨著對制造過程和制造系統(tǒng)認(rèn)識的加深，研究者們正試圖以全新的概念和方式對其加以描述和表達(dá)，以進(jìn)一步達(dá)到實(shí)現(xiàn)控制和優(yōu)化的目的。

與制造有關(guān)的信息主要有產(chǎn)品信息、工藝信息和管理信息，這一領(lǐng)域有如下主要研究方向和內(nèi)容：

(1) 制造信息的獲取、處理、存儲、傳遞和應(yīng)用，大量制造信息向知識和決策轉(zhuǎn)化。

(2) 非符號信息的表達(dá)、制造信息的保真?zhèn)鬟f、制造信息的管理、非完整制造信息狀態(tài)下的生產(chǎn)決策、虛擬管理制造、基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的設(shè)計和制造、制造過程和制造系統(tǒng)中的控制科學(xué)問題。

這些內(nèi)容是制造科學(xué)和信息科學(xué)基礎(chǔ)融合的產(chǎn)物，構(gòu)成了制造科學(xué)中的新分支--制造信息學(xué)。

2．2 微機(jī)械及其制造技術(shù)研究

微型電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)，是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的完整微型機(jī)電系統(tǒng)。MEMS技術(shù)的目標(biāo)是通過系統(tǒng)的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)。MEMS的發(fā)展將極大地促進(jìn)各類產(chǎn)品的袖珍化、微型化，成數(shù)量級的提高器件與系統(tǒng)的功能密度、信息密度與互聯(lián)密度，大幅度地節(jié)能、節(jié)材。它不僅可以降低機(jī)電系統(tǒng)的成本，而且還可以完成許多大尺寸機(jī)電系統(tǒng)無法完成的任務(wù)。例如用尖端直徑為5μm的微型鑷子可以夾起一個紅細(xì)胞；制造出3mm大小能夠開動的小汽車；可以在磁場中飛行的像蝴蝶大小的飛機(jī)等。MEMS技術(shù)的發(fā)展開辟了技術(shù)全新的領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)，具有許多傳統(tǒng)傳感器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此在制造業(yè)、航空、航天、交通、通信、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事、家庭以及幾乎人們接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。

微機(jī)械是機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)在納米尺度上相融合的產(chǎn)物。早在1959年就有科學(xué)家提出微型機(jī)械的設(shè)想，1962年第一個硅微型壓力傳感器問世。1987年美國加州大學(xué)伯克利分校研制出轉(zhuǎn)子直徑為60~120μm的硅微型靜電電動機(jī)，顯示出利用硅微加工工藝制作微小可動結(jié)構(gòu)并與集成電路兼容制造微小系統(tǒng)的潛力。微機(jī)械技術(shù)有可能像20世紀(jì)的微電子技術(shù)那樣，在21世紀(jì)對世界科技、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)產(chǎn)生巨大的影響。近10年來，微機(jī)械的發(fā)展令人矚目。其特點(diǎn)如下：相當(dāng)數(shù)量的微型元器件(微型結(jié)構(gòu)、微型傳感器和微型執(zhí)行器等)和微系統(tǒng)研究成功，體現(xiàn)了其現(xiàn)實(shí)的和潛在的應(yīng)用價值；多種微型制造技術(shù)的發(fā)展，特別是半導(dǎo)體微細(xì)加工等技術(shù)已成為微系統(tǒng)的支撐技術(shù)；微型機(jī)電系統(tǒng)的研究需要多學(xué)科交叉的研究隊(duì)伍，微型機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)是在微電子工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展的多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域，涉及電子工程、機(jī)械工程、材料工程、物理學(xué)、化學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)等多種工程技術(shù)和科學(xué)。轉(zhuǎn)貼于

目前對微觀條件下的機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律，微小構(gòu)件的物理特性和載荷作用下的力學(xué)行為等尚缺乏充分的認(rèn)識，還沒有形成基于一定理論基礎(chǔ)之上的微系統(tǒng)設(shè)計理論與方法，因此只能憑經(jīng)驗(yàn)和試探的方法進(jìn)行研究。微型機(jī)械系統(tǒng)研究中存在的關(guān)鍵科學(xué)問題有微系統(tǒng)的尺度效應(yīng)、物理特性和生化特性等。微系統(tǒng)的研究正處于突破的前夜，是亟待深入研究的領(lǐng)域。

2．3 材料制備／零件制造一體化和加工新技術(shù)基礎(chǔ)

材料是人類進(jìn)步的里程碑，是制造業(yè)和高技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。每一種重要新材料的成功制備和應(yīng)用，都會推進(jìn)物質(zhì)文明，促進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和軍事實(shí)力的增強(qiáng)。21世紀(jì)中，世界將由資源消耗型的工業(yè)經(jīng)濟(jì)向知識經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變，要求材料和零件具有高的性能以及功能化、智能化的特性；要求材料和零件的設(shè)計實(shí)現(xiàn)定量化、數(shù)字化；要求材料和零件的制備快速、高效并實(shí)現(xiàn)二者一體化、集成化。材料和零件的數(shù)字化設(shè)計與擬實(shí)仿真優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)材料與零件的高效優(yōu)質(zhì)制備／制造及二者一體化、集成化制造的關(guān)鍵。一方面，通過計算機(jī)完成擬實(shí)仿真優(yōu)化后可以減少材料制備與零件制造過程中的實(shí)驗(yàn)性環(huán)節(jié)，獲得最佳的工藝方案，實(shí)現(xiàn)材料與零件的高效優(yōu)質(zhì)制備／制造；另一方面，根據(jù)不同材料性能的要求，如彈性模量、熱膨脹系數(shù)、電磁性能等，研究材料和零件的設(shè)計形式。進(jìn)而結(jié)合傳統(tǒng)的去除材料式制造技術(shù)、增加材料式覆層技術(shù)等，研究多種材料組分的復(fù)合成形工藝技術(shù)。形成材料與零件的數(shù)字化制造理論、技術(shù)和方法，如快速成形技術(shù)采用材料逐漸增長的原理，突破了傳統(tǒng)的去材法和變形法機(jī)械加工的許多限制，加工過程不需要工具或模具，能迅速制造出任意復(fù)雜形狀又具有一定功能的三維實(shí)體模型或零件。

2．4 機(jī)械仿生制造

21世紀(jì)將是生命科學(xué)的世紀(jì)，機(jī)械科學(xué)和生命科學(xué)的深度融合將產(chǎn)生全新概念的產(chǎn)品(如智能仿生結(jié)構(gòu))，開發(fā)出新工藝(如生長成形工藝)和開辟一系列的新產(chǎn)業(yè)，并為解決產(chǎn)品設(shè)計、制造過程和系統(tǒng)中一系列難題提供新的解決方法。這是一個極富創(chuàng)新和挑戰(zhàn)的前沿領(lǐng)域。

地球上的生物在漫長的進(jìn)化中所積累的優(yōu)良品性為解決人類制造活動中的各種難題提供了范例和指南。從生命現(xiàn)象中學(xué)習(xí)組織與運(yùn)行復(fù)雜系統(tǒng)的方法和技巧，是今后解決目前制造業(yè)所面臨許多難題的一條有效出路。仿生制造指的是模仿生物器官的自組織、自愈合、自增長與自進(jìn)化等功能結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式的一種制造系統(tǒng)與制造過程。如果說制造過程的機(jī)械化、自動化延伸了人類的體力，智能化延伸了人類的智力，那么，"仿生制造"則可以說延伸了人類自身的組織結(jié)構(gòu)和進(jìn)化過程。

仿生制造所涉及的科學(xué)問題是生物的"自組織"機(jī)制及其在制造系統(tǒng)中的應(yīng)用問題。所謂"自組織"是指一個系統(tǒng)在其內(nèi)在機(jī)制的驅(qū)動下，在組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式上不斷自我完善、從而提高對于環(huán)境適應(yīng)能力的過程。仿生制造的"自組織"機(jī)制為自下而上的產(chǎn)品并行設(shè)計、制造工藝規(guī)程的自動生成、生產(chǎn)系統(tǒng)的動態(tài)重組以及產(chǎn)品和制造系統(tǒng)的自動趨優(yōu)提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)條件。

仿生制造屬于制造科學(xué)和生命科學(xué)的"遠(yuǎn)緣雜交"，它將對21世紀(jì)的制造業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。

仿生制造的研究內(nèi)容目前有兩個方面：

2．4．1 面向生命的仿生制造

研究生命現(xiàn)象的一般規(guī)律和模型，例如人工生命、細(xì)胞自動機(jī)、生物的信息處理技巧、生物智能、生物型的組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式以及生物的進(jìn)化和趨優(yōu)機(jī)制等；

2．4．2 面向制造的仿生制造

研究仿生制造系統(tǒng)的自組織機(jī)制與方法，例如：基于充分信息共享的仿生設(shè)計原理，基于多自律單元協(xié)同的分布式控制和基于進(jìn)化機(jī)制的尋優(yōu)策略；研究仿生制造的概念體系及其基礎(chǔ)，例如：仿生空間的形式化描述及其信息映射關(guān)系，仿生系統(tǒng)及其演化過程的復(fù)雜度計量方法。

機(jī)械仿生與仿生制造是機(jī)械科學(xué)與生命科學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科的高度融合，其研究內(nèi)容包括生長成形工藝、仿生設(shè)計和制造系統(tǒng)、智能仿生機(jī)械和生物成形制造等。目前所做的研究工作大多屬前沿探索性的工作，具有鮮明的基礎(chǔ)研究的特點(diǎn)，如果抓住機(jī)遇研究下去，將可能產(chǎn)生革命性的突破。今后應(yīng)關(guān)注的研究領(lǐng)域有生物加工技術(shù)、仿生制造系統(tǒng)、基于快速原型制造技術(shù)的組織工程學(xué)，以及與生物工程相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)等。 3 現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展趨勢

20世紀(jì)90年代以來，世界各國都把制造技術(shù)的研究和開發(fā)作為國家的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)先發(fā)展，如美國的先進(jìn)制造技術(shù)計劃AMTP、日本的智能制造技術(shù)（IMS）國際合作計劃、韓國的高級現(xiàn)代技術(shù)國家計劃(G--7)、德國的制造2000計劃和歐共體的ESPRIT和BRITE-EURAM計劃。

隨著電子、信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，市場需求個性化與多樣化，未來現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢是向精密化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、綠色集成化、全球化的方向發(fā)展。

當(dāng)前現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展趨勢大致有以下九個方面：

(1) 信息技術(shù)、管理技術(shù)與工藝技術(shù)緊密結(jié)合，現(xiàn)代制造生產(chǎn)模式會獲得不斷發(fā)展。

(2) 設(shè)計技術(shù)與手段更現(xiàn)代化。

(3) 成型及制造技術(shù)精密化、制造過程實(shí)現(xiàn)低能耗。

(4) 新型特種加工方法的形成。

(5) 開發(fā)新一代超精密、超高速制造裝備。

(6) 加工工藝由技藝發(fā)展為工程科學(xué)。

(7) 實(shí)施無污染綠色制造。