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[关键词]搬运机械手 仿真设计 制作探讨
中图分类号：TP241.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）05-0368-01
引言
机械手主要是代替人的手和胳膊去完成一些动作，根据固定工序进行抓取和搬运物品的一种机械电子装置。可以帮助人们有效生产，降低劳动强度。机械手在生产中运用越来越广。
1、U壳搬运机械手的结构设计
1.1 滑座部件结构设计
U壳搬运手设备也是自动化设备，它的主要作用就是将冰箱U壳搬运到传送带上[1]。它的滑座部分支撑着设备的水平移动。衡器缸和z轴承载着设备的主要重量，但是它们之间的固定需要依靠滑座部件的中间部分，同时滑座中间部分的右侧还可以控制水平交流伺服电机和行星齿轮减速器，减速器和齿条的连接需要借助齿轮来实现。滑座在水平移动的最大距离为1.5米，并且滚珠丝不易于加工，以及它在市场上的价格比较高，所以选择齿轮齿条来减速。
1.2 z轴结构设计
Z轴结构是用于竖直移动。Z轴结构的最左端是交流伺服电机，电机是维持设备的安全，因为它具有过载能力且带有抱闸系统，一旦发生故障时，抱闸系统就可以对电机进行抱死[2]。与z轴相连的是片联轴器，它是有金属制作而成的，拥有减震和无需和维护等特点。Z轴系部件的左边有2个角接触球轴承，角接触球轴承可以对竖直的载荷进行抵消。Z轴结构中间是丝杠螺母传动装置，特点就是损伤小和效率高。Z轴系部件的设计原理是一端固定一端移动，轴的移动方向是经过严格控制的，它是由固定制成装置完成的。轴的伸缩变化时随着温度变化的，游动轴控制着温度。Z轴两边运用直线的导轨，帮助z轴做竖直运动。Z轴上有两个行程开关和光电开关，它的主要功能就是确定对竖直方向限位和竖直零位。1.3开1.3合横梁结构设计
Z轴和手爪的连接需要依靠开合横梁装置，开合装置依靠六组螺栓就可以实现和z轴的连接，并且它前后有依次有开合气缸，气缸上安装了传感器的端锁，这样气缸的位置就是由传感器进行控制的，端锁是固定气缸，避免气缸在停止运行时还会继续运动。装置的大臂和小臂在直线导轨上的水平运动需要气缸的引领。
1.4 夹爪结构设计
夹爪结构包括大臂和小臂以及手爪挡板。大臂上端连接开合横梁装置，并且连接处需要加强加固处理，这样就可以保证装置安全性能。大臂下段与小臂相连，它们之间的连接需要连接轴来实现的，小臂的转动是需要连接臂和连接轴之间相互配合才能完成的。小臂上端是挡板装置，它的主要作用是当小臂停止转动，减少小臂和大臂阻尼撞击，达到减缓振动的作用。内支撑气缸和直线轴带动手爪挡板装置是用来帮助小臂进行夹持活动。开合气缸带动大、小臂对冰箱u壳进行夹持；小臂上的气缸保证u壳在夹持时，形状是完好的，所以它们的夹持都是由外而内进行的。
2、搬运机械手的仿真设计
2.1 小臂结构的仿真设计
为了满足生产需要通常将小臂的旋转过程时间控制在两秒以内，气缸的启动回路控制着进出口节流回路，所以通过控制调节节流阀的横截面积就能够对活塞运动速度进行控制，让小臂在两秒之内完成九十度的旋转，因为节流阀会影响活塞运动速度[3]。同时，小臂在旋转过程中，气缸力矩会大于或者等于重力矩，并且气缸力臂是在逐渐变小，重力力矩又不断变大，这就导致小臂的加速度数值越来越小。同时旋转时间越长缓冲力越小，并且负载厚度和负载质量也越大。在这里选取旋转时间为1.2秒时，计算出负载厚度压迫保持在0.66米 ，负载质量要控制在50千克，这时候的缓冲力就是10429牛顿，所以，通常设置小臂运动时间在1.2秒和2秒之间，负载厚度（U壳厚度）保持在0.49米和0.66米之间，这就要求负载质量（冰箱质量）控制在0和50千克之间。这就可以分析出小臂的应力是够满足生产需求。
对小臂结构的仿真设计不仅表现在对冲击力的校核，同时还要对小臂变形与强度进行校核。小臂的强度校核主要是运用相应的模型和ansys静力分析理论来完成的。并运用相应的数学计算可以得出，小臂不易发生变形，无论使用环境有多恶劣，它都可以正常工作。
2.2 连接臂结构的仿真设计
连接臂的结构设计也需要ansys进行分析，ansys分析程序包括：设计变量初始化，这就要求在进行分析前处理器应该根据设计变量的初始值进行输入；定义问题，前处理器的主要任务就制定出最优化的有限元模型；执行初始结构状态结构分析，应力和应变；力以及变形量就是来源于状态结构分析；获得计算结果，它的主要工作就是收集和存储目标函数和约束条件值；进行仿真设计分析，它的任务就是对相关文件以及变量和设计方法进行分析；结果输出，根据分析的数据绘制出相应的变化图表。根据相应的理论和运用ansys 系统分析，可以得出在对小臂进行设计时u，它的半径是九毫米，厚度保持在十三毫米之间。
2.3 支撑架结构的仿真设计
支撑架的仿真设计主要是通过对支撑架结构的瞬间动力学进行分析，得出它的振动幅度和的速度。在对支撑架结构进行仿真设计时，首先是通过运用软件ansys对支撑架建立相应的模型，并设计支撑架的参数。根据ansys软件分析的数据我们可以发现当u壳材料是Q235时，它的弹性木梁是210000mpa，泊松比为0.3，密度是7850千克每立方米。这就可以对支撑架进行瞬态动力学分析，并确定支撑架在不同冲击力喜爱振动幅度的变化以及支撑架的其他特点。
3、u壳搬运机械手的控制软件设计
3.1 机械手初始化
机械手初始化包括水平和竖直都归零，同时，所有的气缸恢复初始化。电机归零的方法可以通过对电机2坐标轴安装零位信号，并且在进行归零处理中选择先高速后低速的方式进行归零处理，归零处理一共要进过三次不同方向的瑰丽处理，才能达到让电机彻底的归零[4]。在首次归零处理时，就可以将正向高速归零；接着启动第二次归零程序，让反向的低速也归零，使用puls设置脉冲量，sped决定着是否执行操作；最后一次归零处理时让它向正向低速归零，sped是启动归零处理程序，ini则是让归零处理程序停止，这时候电机就彻底的归零 。同时，归零过程中脉冲值是在触摸屏中显示的，数值通过脉冲传送到寄存器中，寄存器就将数值显示在触摸屏中。它们之间相互配合才使得电机归零顺利完成。
3.2 触摸屏控制
搬运机械手的触摸屏控制是在气缸复位和机械手自动循环完成之后进行的，对触摸屏控制主要包括u型伴型号输入界面和主菜单界面以及手动运行和分布运行以及自动运行和坚实画面和系统设置[5]。其中，手动运行包括对伺服电机手动运行和气缸与吸盘手动运行，分布运行时针对自动循环单步运行，自动运行的主要包括：示教点参数设置1和示教点参数设置2以及自动运行调整界面，监视画面是对伺服电机坐标以及气缸与吸盘和系统故障报警实施监控，系统设置是对司机电机速度以及触摸屏系统的参数进行设置。
总结
U壳搬运机械手的设计运用先进的科学技术，并应用了ansys等系统软件来帮助u型搬运机械手的设计，对支撑架和连接臂以及小臂的仿真设计中分析它们相应的参数。冰箱u型搬运机械手的仿真设计和制作，让冰箱u壳的搬运实现自动化，为企业生产经营提供便利。
关键词：中职院校 教学改革 机械制图 CAD技术 课程改革
中图分类号：G718.3 文献标识码：C DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.24.087
在中职院校教学开展中，机械制图以及CAD课程是中职院校理工科专业的两门重要的专业基础课程，对于中职院校教学开展以及教学目标的完成实现等，都有着非常重要的影响和作用。随着教学实践中教学改革的不断深入，中职院校机械制图以及CAD课程教学中也进行了相关改革与创新，但是结合当前中职院校机械制图以及CAD课程教学中的改革状况，教学实践中并没有将机械制图以及CAD两门专业基础课程的教学与改革进行完全融合实现，导致教学实践中一部分学生对于机械制图的教学学习兴趣比较浓厚，而另一部分对于CAD技术的学习积极性比较高的偏科情况，严重影响中职院校的教学质量与水平提升，对于学生理论知识以及实践能力的培养提升，也十分不利。针对这一情况，在中职院校教学改革中，就应注意将两门教学学科结合与联系起来，通过有效的教学改革措施与方法，实现对中职院校机械制图与CAD双重教学改革的推进发展，以促进中职教学改革发展。
1 中职机械制图课程改革必要性分析
结合中职院校教学开展以及课程设置的具体情况，在中职教学开展中，机械制图以及CAD两门课程是一种独立设置并单独授课的形式状态，它是在结合教学大纲的要求与规定基础上，通过教学模型以及挂图等教学方式手段，以教具在黑板上绘制图形的方式，对于学生进行绘图原理以及绘图方法、实际绘图操作等的教授学习，这种教学方法与模式相对具有较好的教学效果。但是，近年来，随着机械制图课程教材的改革发展，机械制图教材在制定过程中，由于教学课时的缩减，导致教材中关于画法几何部分的内容知识也做了大量的删减，但是教学中对于学生绘图原理知识掌握以及能力培养的要求并没有降低，针对这类情况，原有的较为传统并且落后的机械制图教学方式已经不能够适应教学改革的发展，对于学生机械制图知识能力的培养也具有一定的局限性作用，因此，为了保证中职院校机械制图教学效果，提升教学水平，就需要对中职院校的机械制图教学方法进行改革提升，以保证中职机械制图教学质量。
另一方面，在计算机技术的应用发展推动下，中职院校机械制图教学中也面临着新的挑战与问题，应用计算机技术或者是信息化手段，实现中职院校的机械制图教学开展与发展，也逐渐成为中职院校当前教育改革与发展中的重要趋势。其中，CAD软件就是计算机技术发展下实现的一种计算机绘图应用软件，在机械制图中应用比较广泛。通过CAD软件进行机械制图，不仅能够极大提升机械制图的质量与效率，同时与传统的手工机械制图方法相比，具有比较明显和突出的制图应用优势。此外，CAD软件在机械制图应用中，与传统手工制图方法相比在图纸的重复利用以及制图文件的保存、管理上，也都有比较突出的特征优势。因此，在进行中职院校机械制图与CAD课程的教学开展中，应注意将两种课程特征进行相互联系，并注意教学方式的结合利用，以实现对中职院校学生绘图与制图能力的培养与提升。
2 中职院校机械制图与CAD教学改革与实践探析
结合上述中职院校机械制图教学改革的作用意义以及必要性，在进行中职院校机械制图以及CAD课程的教学改革实施中，应注意在对两门课程之间联系性分析基础上，结合两门课程的教学特点，采取有效的方法措施，实现对于中职院校机械制图以及CAD的教学改革实现。
在中职院校的教学开展中，机械制图是CAD课程教学开展与实现的基础，同时CAD对于机械制图教学具有积极的促进作用和意义。因此，在进行中职院校机械制图以及CAD的课程教学开展中，不能够将两门课程进行独立教学划分与设置，进行CAD教学中不能够脱离对于机械制图教学课程中专业知识的学习掌握，只有在对两门课程中的基本制图理论以及投影规律、表达方法、制图标准等全面掌握和了解的基础上，才能够实现对中职机械制图以及CAD课程知识与能力的学习掌握，实现社会发展中所需求人才的培养实现。
通常情况下，在进行中职院校机械制图以及CAD课程特点有机结合的教学改革中，比较常见的教学改革应用模式主要有独立式以及添加式、整合式三种，不同教学模式在教学实践中所采用的方法手段有不同，但是都是对机械制图与CAD课程特点的有机结合体现。进行中职机械制图与CAD课程结合下的教学改革，首先应注意在对中职院校机械制图以及CAD教学课程设置中，将机械制图以及CAD课程中所包含的基本知识内容以及投影理论等进行合理设置，以达到在教学过程中相辅相成，共同促进教学改革提升的作用。其次，在进行中职机械制图与CAD结合下的教学改革，还应注意对现代多媒体教学手段以及方法的引进应用，以促进中职机械制图与CAD教学方式与手段上的改革创新。最后，实现中职院校机械制图与CAD结合下的教学改革，还应注意通过加强对学生制图、绘图练习以及对学生的创新能力进行引导培养、促使学生良好学习习惯养成、改革教学考核方式等方面，实现对于中职机械制图与CAD课程的教学改革。
3 结束语
总之，机械制图以及CAD课程作为中职院校理工专业的两门专业基础学科，其教学改革的质量与效果，关系着整个中职院校教学改革的质量效果，同时对中职院校职业人才的培养形成有着重要的影响和作用，具有较大的分析探讨价值。
参考文献：
[1]但堂咏，关智泳。中职《机械制图》课实践教学改革新论[J].职业教育研究，2008，（11）.
[2]陈艳。项目教学法在中职《机械制图》教学中的应用[J].职教论坛，2012，（20）.
[3]刘虹，辜文娟，蒋丽珍。中职机械制图课程教学改革探索[J].职教论坛，2012，（35）.
【关键词】机械原理课程；科学方法；科学思维
高等学校机械类专业在对学生进行教育时，不仅需要学生掌握基础理论知识，还需要学生具备机械设计创新能力，因此需要加强科学方法及科学思维教育。如何培养学生机械创新设计能力是机械专业教师最为关注的问题。机械原理课程作为机械类专业学生必须要学习的技术基础课程，其包含机构学和机器动力学等基本理论，且需要培养学生具有初步设计能力，使学生在以后深入学习和工作中，具有更好的理论基础和创新能力。
一、机械原理课程教学现状
机械原理课程涉及到机构学、机器动力学、机构设计等，对学生数学、物理、力学等基础知识要求较高，而且机械原理课程具有理论性强、实践性强，涉及内容广泛等特点，因此学生在学习过程中会具有一定的困难，给教师带来一定的教学困扰。
在传统机械原理课程的教学中，教师为了提高教学效率，往往会直接将机械原理课程的问题、内容及结论直接传递给学生，并让学生通过反复应用和死记硬背的方式，强行记住课程内容。然而这种教学方法会让学生无法明白结论的缘由以及课程内容中涉及到的公式从何而来，从而导致学生在学习和应用所学内容时，只懂得生搬硬套，不知道结论和公式的意义，不利于培养学生的主观能动性，并会让学生渐渐失去学习机械原理课程的热情。学生被动接受知识的教学方式，且在学习过程中缺乏主动思考，会影响学生的创新能力，与如今我国机械制造业需要创新性人才的要求不符。如今我国主张素质教育，致力于培养学生的创新意识和创新能力，因此机械原理教师需要加强对课程教学结构和教学方法的改进。
二、机械原理课程科学方法及科学思维教育途径
（一）研究教学法
机械类专业学生在进行机械原理课程的学习时，不仅需要注重掌握课本知识，还需要注重掌握学习过程，从而获得自主学习的能力。研究教学法主要是通过设置问题，并引导学生进行研究和探讨，从而让学生自主掌握相关知识的教学过程。在设置问题时，要注重问题的新颖性，确保可以引起学生的学习兴趣。
如教师在进行机构组成教学时，首先可以引导学生了解机构组成原理，让学生明确基本结构加若干个基本杆组可以组成任何平面机构。随后教师可以通过多媒体播放一张机械机构的结构图，并让学生通过观看该结构图，分析此机构能否完成其工作，符合机械机构设计师的设计要求。这种通过将理论与实际结合起来的教学方法，可以很快提起学生的学习兴趣，让学生利用所学知识及课程知识，对该结构图进行分析和讨论，从而活跃了课堂氛围，并让学生进入主动思考模式中。教师需要引导学生分析该机构图存在哪些问题，如何进行改进，让学生有明确的思考方向，并在该方向中应用发散性思维进行教学内容的思考，并用于在课堂上发表自己对结构图问题的看法，并提出改进措施。学生学过思考和讨论之后，会更加具有学习热情。
另外教师还可以让学生通过参观机构模型，让学生将课本知识与实际机构模型结合在一起，从而将思维中比较模糊和抽象的知识，形成具象、生动的知识。学生在谈论学习和参观学习之后，会逐渐认识到机械原理是从机械应用逐渐发展而来，在提起学生学习兴趣的同时，使学生的思维更加灵活和实际。
（二）理论与实践结合
机械原理课程具有理论性强、实践性强等特征，教师不仅需要让学生掌握理论知识，还需要让学生通过动手实践，在提高动手能力的同时，巩固理论知识。另外学生通过动手实践，可以针对实际工程中存在的问题进行分析，使学生的思维更加灵活。
如教师在进行连杆机构的解析法运动教学时，如果只进行公示推导和求解，往往会让学生不知所云，感到教学的枯燥和乏味。此时教师可以让学生自主进行连杆机构的运动分析，并结合软件编程，让学生自主绘制出运动曲线，从而提高学生的实际应用能力，让学生更加具有学习热情。
（三）机械创新大赛
我国很多地区和学校都有机械创新大赛，教师可以组织学生成立创新设计小组，让学生通过自主创新和实践，设计出具有新颖性和实用价值的机械。为了让设计小组有更加全面的思考方向，可以让不同专业的学生给出设计意见，从而有效培养学生的思维创新能力和动手实践能力。
如2012年曾有学生利用行星齿轮的自传和公转，设计出能够全面无死角清洗鞋面的鞋面清洗机。该机械设计不仅具有创新性，还具有一定的实用价值，并可以让其他学生进行参考和学习。
（四）论文考核
为了培养学生自主思考能力和创新能力，教师可以学生撰写科研报告的形式，作为考核方式。学生可以根据教师提供的方向，自主进行课题的研究，并通过查阅相关资料和自主实验获得数据，从而撰写科研报告。该种考核方式可以有效让学生主动学习和探讨，有效培养学生的创新能力，且学生在撰写科研报告过程中，可以进一步巩固课本知识。
结束语
综上所述，机械原理课程需要学生完善掌握理论知识，具备良好的实践能力和创新能力，因此需要加强科学方法和科学思维教育。通过上述分析可知，机械原理课程教师在教学中需要注重理论与实践的结合，通过让学生自主学习和设计，起到培养学生的创新意识和创新能力的效果。
参考文献
[1]张毅杰，孔令琼，施杰，邹欢，管毓斌。基于UG平台的机械原理课程设计新模式探究[J].中国现代教育装备，2013，03：70-72.
[2]孙建荣，杨超君，马如宇。机械原理及设计创新型教学的研究与实践[J].教育教学论坛，2013，41：225-226.
[3]张蔚，李映平。面向设计的机械原理课程教学改革的探索和实践[J].教育教学论坛，2013，36：213-215.