李雪凝

（長沙理工大學(xué)， 湖南 長沙 410000）

1 智能制造時代機械設(shè)計制造概述

1.1 智能機械制造的優(yōu)勢

在智能制造中，由于機械制造具備了高精度、生產(chǎn)過程能源耗費較低、生產(chǎn)作業(yè)簡便等的特征。在生產(chǎn)制造中，按照特定的生產(chǎn)過程檢查和調(diào)節(jié)制造參數(shù)、生產(chǎn)流程和生產(chǎn)工藝，有效地提高了機器制造的效率；在制造流程中，能及時地發(fā)現(xiàn)存在的不良現(xiàn)象，并經(jīng)過檢測、預(yù)警、查詢、處理等流程，能有效提升機械制造的準確度；另外，由于在機器中配置了變壓器系統(tǒng)，增強了設(shè)備間的可靠性，降低了設(shè)備之間的摩擦，減少了能源耗費。

1.2 智能機械制造的發(fā)展趨勢

機械設(shè)備制造業(yè)已經(jīng)成為我國國民經(jīng)濟發(fā)展的主要支柱產(chǎn)業(yè)之一，并正向著自動化、智能化趨勢發(fā)展。在智能時代，機械設(shè)備制造商應(yīng)該提高環(huán)境保護能力，并加強在設(shè)計環(huán)節(jié)中采用綠色環(huán)保的材料，以使機械制造設(shè)計更符合可持續(xù)發(fā)展的原則；并且在實際使用過程中的機械特性也需要進一步改善，以增加設(shè)備的生產(chǎn)能力；另外，企業(yè)還需要增加管理技術(shù)的實用性。通過增加企業(yè)對機械制造優(yōu)勢與特點的研究，以及通過智能化技術(shù)的運用，提高企業(yè)對生產(chǎn)過程的控制，增加企業(yè)生產(chǎn)流程的彈性[1-2]。

2 機械設(shè)計制造自動化的特點

2.1 可靠性

智能自動化技術(shù)的應(yīng)用能夠較好地避免事故發(fā)生，同時相關(guān)工作人員也可以不再進行手工操作，通過計算機程序就能實現(xiàn)遠程操控。但在這一過程中難免會出現(xiàn)問題，因此，均需在程序編寫過程中反復(fù)檢查，避免出現(xiàn)安全隱患，如若發(fā)生重大事故應(yīng)立即采取相應(yīng)的補救手段，這能降低或避免工作人員在作業(yè)過程中出現(xiàn)事故。

2.2 高效性

工程機械設(shè)計制造自動化具有高效性，盡管實際參與制造的人較少，但其過程擁有很好的秩序性和條理性，而且沒有出現(xiàn)延遲的現(xiàn)象。采用自動化控制，能有效提高工作效率。通過傳感器技術(shù)和電腦系統(tǒng)等設(shè)備對產(chǎn)品及工序進行檢測分析進行加工處理，利用PLC 程序?qū)崿F(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理。

2.3 機械自動化技術(shù)的意義

機械自動化技術(shù)帶來了新的工作環(huán)境與新的發(fā)展方向。它不僅是一種先進的技術(shù)，更是一種先進的科學(xué)管理理念。

3 機械自動化技術(shù)的實際應(yīng)用（以機器人為例）

3.1 工業(yè)機器人

不同的機器人有不同的結(jié)構(gòu)類型，通過對機器人的結(jié)構(gòu)上的分析可以進一步對機器人進行分類。

工業(yè)機器人可分為直角坐標(biāo)型機器人、球坐標(biāo)型機器人、圓柱坐標(biāo)型機器人和多關(guān)節(jié)型機器人。碼垛機器人在進行構(gòu)型選擇與設(shè)計時，需要遵循四個原則：保證機械臂的工作空間能夠滿足作業(yè)要求；在滿足工作環(huán)境的條件下，盡可能減少自由度；為了避免出現(xiàn)機械臂不可控制和損壞機械臂的情況，需要消除機械臂的奇異位型；以及合理設(shè)計機構(gòu)，機械臂能夠正常運動和方便制造。從機械手的坐標(biāo)結(jié)構(gòu)來看主要分為直角坐標(biāo)、圓柱坐標(biāo)、球坐標(biāo)、關(guān)節(jié)坐標(biāo)。氣爪的氣動控制，氣爪部分是用來實現(xiàn)抓取的功能，是實現(xiàn)現(xiàn)代機械手控制的關(guān)鍵，氣爪由氣缸提供抓取力，可以實現(xiàn)對于重物的抓取，如圖1 所示。

圖1 氣爪形態(tài)示意圖

3.2 農(nóng)業(yè)機器人

采摘機器人分別由視覺定位系統(tǒng)、機械臂系統(tǒng)、末端執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)以及總控制系統(tǒng)組成。具體實例如下：

1）椰子機器人：可以像人一樣對物品進行抓取，有類似于人的關(guān)節(jié)，同時也有類似與人的大腦的控制系統(tǒng)，來控制不同的關(guān)節(jié)之間的移動，簡單說這類機器人是有驅(qū)動、傳統(tǒng)以及控制的系統(tǒng)三部分組成，由視覺識別系統(tǒng)對椰子進行識別，識別后有升降臺將小車的執(zhí)行部件運送到指定的位置，從而實現(xiàn)抓取的操作。抓取下椰子之后，直接將椰子放到地面上。

2）自動噴藥機器人：目前最常見的噴藥機是人操作的背負式噴霧器，對于高大的植物則采取了使用航空噴霧的方法。噴藥機器是通過機器運動的手段對噴藥裝置進行驅(qū)動，大部分是使用輪子進行驅(qū)動，同樣也有使用履帶驅(qū)動。

無論什么形式的噴藥裝置，最大的特點都是可以通過各種手段實現(xiàn)對人力的替代，提高工作效率。但我國額定噴藥機器的研究仍然較落后，傳統(tǒng)噴藥方式的缺點主要為效率低，人力成本大。經(jīng)過不斷研究發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)諸多果蔬的采摘、施肥、噴藥等工作已經(jīng)采用自動噴藥裝置來取代人工操作。噴藥裝置的應(yīng)用可以極大提高工作效率，達到靈活噴藥的目的，這些噴藥裝置基本上都應(yīng)用于園林的護工等工作上[3]。

通過研究調(diào)查多個自動噴藥裝置發(fā)現(xiàn)，果園噴藥裝置主要分成三部分，即噴藥系統(tǒng)、行走系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。噴藥裝置的設(shè)計重點是在底盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計，即行走機構(gòu)的設(shè)計；噴藥系統(tǒng)的設(shè)計，即噴藥的方式以及噴藥用的藥水存儲方式，以及基本的控制系統(tǒng)組成，不同的系統(tǒng)有不同的控制邏輯以及基本的控制方法。其底盤布局和整體結(jié)構(gòu)如圖2、圖3 所示。

圖2 底盤布局

圖3 整體結(jié)構(gòu)

由于果園中的環(huán)境比較復(fù)雜，噴藥裝置在操作時為了適應(yīng)果園復(fù)雜的工作環(huán)境，設(shè)計一個履帶行走機構(gòu)，來實現(xiàn)爬坡等操作。行走機構(gòu)外側(cè)是通過履帶和地面直接接觸，履帶的作用是為了增加與小車與地面之間的接觸面積從而減小壓強。當(dāng)履帶行走機構(gòu)運動的時候，有電機驅(qū)動鏈輪選擇，由鏈輪的轉(zhuǎn)動帶動著履帶的運動，由于履帶板與路面之間的附著力大于驅(qū)動鏈輪、支重輪和導(dǎo)向輪的滾動阻力，所以履帶板不會滑動，而驅(qū)動鏈輪、支重輪和導(dǎo)向輪則沿著鋪設(shè)的鏈軌滾動，從而驅(qū)使整機行走。

4 結(jié)語

我國機械制造自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，促進了機械領(lǐng)域的發(fā)展。但我國的此類技術(shù)與發(fā)達國家相比仍存在一定的差距，應(yīng)針對目前的問題與難題展開深入的研究，讓智能技術(shù)在機械制造技術(shù)中得到全面的提升，以此來增強國民經(jīng)濟的快速發(fā)展。