時間：2023-03-22 17:35:00
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇機(jī)械優(yōu)化設(shè)計論文，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
整體設(shè)計思想把城市當(dāng)成一個整體景觀，全面地考慮與建筑相關(guān)的各個元素——外部環(huán)境、建筑形態(tài)、附屬設(shè)備等協(xié)調(diào)關(guān)系。城市中的建筑不只是其本身構(gòu)筑的主體，也是城市單元的一部分，建筑設(shè)計應(yīng)注重城市空間的整體效果，考慮對所處地塊有影響的城市景觀要素，如面寬、輪廓線、相鄰建筑造型等，把反復(fù)的對照貫穿與建筑設(shè)計的始終，不可因過分強(qiáng)調(diào)自我表現(xiàn)而與景觀相沖突，保持建筑與景觀的和諧統(tǒng)一。
建筑是環(huán)境的一部分,只有與整體環(huán)境形成一定的生態(tài)聯(lián)系，才有一種共生關(guān)系。所以,建筑必須與外部空間相聯(lián)系,形成不同層次的空間環(huán)境。因此,建筑與環(huán)境之間的結(jié)合、呼應(yīng),不僅完善了建筑空間,也使空間得以延伸、擴(kuò)展。建筑空間與景觀空間的結(jié)合,可以大大豐富建筑本身的空間。蘇州拙政園中的“借景”手法非常經(jīng)典地闡釋了這種設(shè)計理念。例如：在市中心復(fù)雜地段建筑，由于道路不規(guī)則等問題對建筑產(chǎn)生了很大的制約，如果設(shè)計者采用圓形建筑風(fēng)格，映襯周邊的弧形道路，再用環(huán)形的步行道穿插于之中，能夠形成建筑與環(huán)境的和諧統(tǒng)一。
二、和諧在于共同元素的發(fā)掘
在建筑設(shè)計中我們經(jīng)常見到：一是關(guān)注建筑本身，后去考慮環(huán)境的美化；另一種是在環(huán)境中去添加建筑，建筑難以融入環(huán)境之中。這兩種設(shè)計環(huán)境都難以實現(xiàn)空間的和諧統(tǒng)一。事實上，我們不能單純考慮建筑，也不能單純關(guān)注景觀，單方面追求和諧統(tǒng)一的想法都是不現(xiàn)實的。如何在具體是設(shè)計過程中貫穿景觀與建筑和諧統(tǒng)一的理念呢？這就需要我們?nèi)ふ医ㄖc景觀的最佳結(jié)合點，不能在設(shè)計中顧此失彼。只有去尋求景觀與建筑的結(jié)合點，從這個地方切入，才能夠?qū)ふ业浇ㄖ撵`魂。
為此，我們在進(jìn)行單體建筑設(shè)計的同時，預(yù)先提出整體環(huán)境框架與要求，在分析基址環(huán)境、周邊環(huán)境、視域環(huán)境等因素的基礎(chǔ)上，提出系統(tǒng)的設(shè)計指導(dǎo)原則。尊重建筑周圍景觀對建筑風(fēng)格、色調(diào)、設(shè)施的各種要求，在這些要素中去尋找景觀與建筑相通的地方，抓住這個點來貫穿建筑與景觀，讓建筑風(fēng)格與環(huán)境風(fēng)格相符、相稱，讓建筑成為景觀生態(tài)中的一個部分，融入到環(huán)境當(dāng)中去。對于一些后加入進(jìn)去的建筑，或者是一些改造的建筑，也要在環(huán)境允許的條件下進(jìn)行調(diào)整，保持建筑與環(huán)境之間的整體性。
三、用建筑思想反照景觀設(shè)計
建筑不僅僅從屬于景觀，也是景觀的一部分，當(dāng)建筑融入景觀后，其本身也是對景觀的一種改造。所以，建筑的設(shè)計不僅要考慮與景觀的融合，也要考慮對景觀的創(chuàng)造性塑造。讓景觀襯托建筑、用建筑改造景觀。
在實踐中，我們要以建筑的理念對待景觀設(shè)計，用建筑分析、決策、設(shè)計的方法來造就景觀美學(xué)。具體設(shè)計中，我們可以建筑技術(shù)拓展景觀空間，用技術(shù)來表現(xiàn)科學(xué)與藝術(shù)的結(jié)合。同時，用建筑思維解決景觀問題。城市中的建筑與景觀往往要面對許多制約，包括場地的限制、經(jīng)濟(jì)的限制，在設(shè)計過程中，采用建筑的思維方式可以解決城市景觀設(shè)計中的很多制約因素，比如，在城市建筑密集地區(qū)，以彩色噴涂地面的方式劃分出進(jìn)出的道路以及人行與車行的路線，既滿足道路的功能要求，也為高層居民提供了視覺對象。
四、關(guān)注自然與文化雙重生態(tài)
建筑設(shè)計的過程中，還要考慮自然生態(tài)關(guān)系的和諧統(tǒng)一。例如：建筑要與周圍的公園、山體、水面、沙灘、樹林等自然資源形成一種良好的生態(tài)呼應(yīng)，通過園林的手法就愛你過家建筑與其周圍環(huán)境聯(lián)系起來，減少建筑的體量感。同時，在色彩、高低等方面增強(qiáng)親和力，另外在內(nèi)部綠化過程中，都要考慮植物的季節(jié)性、本土性與色彩性等，實現(xiàn)與周圍環(huán)境的良好過渡。日本大阪灣淡路島東北岸的“淡路夢舞臺”，在其規(guī)劃中明確提出“要建設(shè)，先種樹”，提前5年開始24萬株樹苗的栽種，它從整治建筑環(huán)境著手，治愈山體開采留存的傷痕，恢復(fù)和徹底改善山體的生態(tài)環(huán)境。這種建筑設(shè)計思想在建筑設(shè)計著眼點和目標(biāo)上的轉(zhuǎn)變暗示著建筑設(shè)計與綠化景觀關(guān)系質(zhì)的跳躍，是生態(tài)建筑思想的高度貫徹。19世紀(jì)80年代在歐洲發(fā)展的屋頂綠化計劃，也建立在相同的理念之下。
模型采用笛卡爾網(wǎng)格系統(tǒng)，I方向兩端網(wǎng)格步長為300m，中間網(wǎng)格步長為100m，J方向網(wǎng)格步長為200m，K方向網(wǎng)格步長為5m，總共31層，模型總網(wǎng)格數(shù)為19×7×31=4123。在氣藏底部采用Fetchovich水體模擬底水，中部布置大斜度井，井斜角為80°。同時，為判斷模型壓降參數(shù)設(shè)置是否正確，對研究區(qū)大斜度井進(jìn)行實際測壓資料歷史擬合，即選擇該井處于穩(wěn)定生產(chǎn)期的測壓數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，其誤差小于5%，吻合效果較好。
2單參數(shù)對大斜度井開發(fā)效果的影響
為準(zhǔn)確分析各參數(shù)對底水氣藏水淹規(guī)律及采出程度的影響，利用數(shù)值模擬多段井模型研究了井筒內(nèi)的能量損失。井筒直徑為89mm，示蹤劑質(zhì)量濃度為1.0mg/L，采用示蹤劑追蹤精確模擬底水見水時間。多段井模型將井筒劈分為多個段，每段拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)保持原井軌跡，且擁有獨(dú)立的壓力、流體密度和相速度。考慮井筒內(nèi)的能量損失，包括摩擦阻力損失、加速度損失及水靜力學(xué)壓降損失，進(jìn)而可對井筒內(nèi)的流體進(jìn)行詳細(xì)描述。采用上述模型以某一測試產(chǎn)量模擬生產(chǎn)，通過對每個射孔網(wǎng)格流壓和流量的統(tǒng)計，可定量描述大斜度井不同長度的壓力變化和氣量差異。對于底水氣藏而言，若開發(fā)過程中底水逐漸上升，氣井避水高度和產(chǎn)量設(shè)計不合理，將導(dǎo)致過早見水，進(jìn)而降低無水采出程度。目前，氣藏底水錐進(jìn)研究中，見水時間通常采用經(jīng)驗公式法或利用含水率來間接確定，這樣會存在一定的誤差。因此，筆者提出利用示蹤劑追蹤的方法來確定氣井產(chǎn)出底水的準(zhǔn)確時間，在底水中加入不同的示蹤劑，通過模擬判斷氣井產(chǎn)水的來源，進(jìn)而確定底水錐進(jìn)的時間，為相關(guān)指標(biāo)的優(yōu)化提供依據(jù)。
2.1大斜度井的斜井段長度
為對比不同斜井段長度對底水氣藏水淹規(guī)律的影響，模擬研究大斜度井的斜井段長度分別為200m，400m，600m和800m，斜井趾端避水高度為60m，生產(chǎn)制度為穩(wěn)定生產(chǎn)（55萬m3/d）情況下的水淹規(guī)律及開發(fā)效果。數(shù)值模擬結(jié)果表明：隨著斜井井段長度的增加，見水時間和無水采出程度均隨之增加，但增幅逐漸減小，預(yù)測期末采出程度也逐漸增大；當(dāng)長度超過600m后，增長速度放緩，受長度增加的影響變?nèi)酢?/p>
2.2斜井段趾端避水高度
為對比不同斜井段避水高度對底水氣藏水淹規(guī)律的影響，模擬研究大斜度井的趾端避水高度分別為30m，40m，50m和60m，斜井段長度為600m，生產(chǎn)制度為穩(wěn)定生產(chǎn)（55萬m3/d）情況下的水淹規(guī)律及開發(fā)效果。數(shù)值模擬結(jié)果表明：隨著斜井井段避水高度的增加，見水時間和無水采出程度均隨之增加，且增幅逐漸變大，預(yù)測期末采出程度逐漸減?。划?dāng)斜井段避水高度超過40m時，對采出程度的影響變大。
3復(fù)合參數(shù)對大斜度井開發(fā)效果影響
單參數(shù)對大斜度井開發(fā)效果的影響在油氣田開發(fā)方案優(yōu)化中常常被采用，該方法通過固定部分參數(shù)，逐個對其余參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)參數(shù)之間沒有交互作用時，得出的結(jié)論是正確的。在實際生產(chǎn)中，不同參數(shù)的取值互相影響，即開發(fā)指標(biāo)之間存在交互作用。因此，采用多次單參數(shù)優(yōu)化往往只能得到局部最優(yōu)結(jié)果。復(fù)合參數(shù)對大斜度井開發(fā)效果的影響是指斜井段長度、斜井段趾端避水高度和合理產(chǎn)量的綜合作用。若對各參數(shù)不同水平組合進(jìn)行模擬，全面實驗則需要模擬較多方案，雖然能得到全局最優(yōu)結(jié)果，但在網(wǎng)格精細(xì)劃分或者參數(shù)較多的情況下，將會耗費(fèi)大量的機(jī)時，甚至難以實現(xiàn)。為此提出將正交設(shè)計極差分析法與數(shù)值模擬方案相結(jié)合，根據(jù)正交準(zhǔn)則挑選典型代表點，并設(shè)計正交表，以提高方案的合理性，減少工作量。
4結(jié)論
（1）多段井描述技術(shù)將井筒劈分為多個段，每段拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)保持原井軌跡，可實現(xiàn)對大斜度井井筒損失的模擬，以及準(zhǔn)確表征斜井段上的壓力變化和氣量差異?？拷仓憾?，壓力相對較高，靠近跟端壓降變化較大。
（2）在實際生產(chǎn)中，各參數(shù)對開發(fā)效果的影響往往是綜合作用的結(jié)果，極差分析法可作為優(yōu)化開發(fā)指標(biāo)的輔助手段，實現(xiàn)開發(fā)指標(biāo)的全局最優(yōu)。
在當(dāng)今世界，計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，導(dǎo)致廣告設(shè)計越來越機(jī)械化、模式化；而在激烈的市場經(jīng)濟(jì)競爭下，廣告的持續(xù)發(fā)展必然要求設(shè)計家要突破各種常規(guī)，在注意信息傳達(dá)功能的同時，更應(yīng)該注重獨(dú)特風(fēng)格的發(fā)展，用富有創(chuàng)意的設(shè)計去打動消費(fèi)者的心。于是人們發(fā)現(xiàn)，將情感融和到設(shè)計之中，廣告會獲得更易打動人心的力量。其原因在于，中國是一個具有五千年歷史的文化古國，每個人在其成長的過程中都受到過傳統(tǒng)文化的熏陶和感染，人們在傳統(tǒng)文化中受到最為單純、最為原始的溫暖人性，因此，在廣告設(shè)計作品中，如果能巧妙地運(yùn)用中國傳統(tǒng)文化，會使人倍感親切、溫馨、信任，從而在心靈上引起共鳴，激發(fā)消費(fèi)者消費(fèi)的欲望?，F(xiàn)代廣告設(shè)計只有真正引起消費(fèi)者的情感共鳴，才能實現(xiàn)最佳的廣告效果。
如何將中國傳統(tǒng)文化融合到現(xiàn)代廣告設(shè)計中去?其作用又有哪些?這自然不是簡單的問題，對于傳統(tǒng)文化我們是照搬照抄，還是將傳統(tǒng)文化放置一邊，不予理睬?筆者認(rèn)為好的設(shè)計應(yīng)著重于人與人、人與空間和人與自然的融合上，是對傳統(tǒng)文化的再創(chuàng)造。而這種再創(chuàng)造是在理解的基礎(chǔ)上，用現(xiàn)代的審美觀對傳統(tǒng)的一些元素加以改造、提煉和運(yùn)用，使其更富有時代的特征：或者把傳統(tǒng)的造型方法與表現(xiàn)形式運(yùn)用到現(xiàn)代設(shè)計中來表達(dá)設(shè)計的理念，體現(xiàn)民族個性，這是對傳統(tǒng)文化再創(chuàng)造的理解。中國傳統(tǒng)文化對現(xiàn)代廣告設(shè)計的融合作用究竟體現(xiàn)在哪些方面呢?
一、中國傳統(tǒng)文化對現(xiàn)代廣告設(shè)計構(gòu)圖的作用
所謂傳統(tǒng)文化，是指中國幾千年文化發(fā)展史中在特定的自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)形式、政治結(jié)構(gòu)、意識形態(tài)的作用下形成、積累和流傳下來，并且至今仍在影響著當(dāng)今文化的“活”的中國古代文化，這些文化又包含了國畫、剪紙、建筑、皮影、雕刻等等。而傳統(tǒng)文化又與廣告有著不解之緣，兩者在構(gòu)圖上的融和關(guān)鍵在于廣告設(shè)計中傳統(tǒng)美學(xué)的審美性。之前我們說過；中國是一個歷史文化古國，每個人都受到傳統(tǒng)文化的熏陶，這必然導(dǎo)致我們對“美”的崇拜和追求觀念不同與西方國家，形成具有中國傳統(tǒng)文化獨(dú)色的廣告作品。因此，中國傳統(tǒng)美學(xué)的審美性影響著廣告設(shè)計作品中“美”的體現(xiàn)，也影響著中國傳統(tǒng)文化的繼承和發(fā)展。
我們都知道廣告設(shè)計是屬于“瞬間藝術(shù)”，人們駐足于前的時間短，視線集中的程度有限，要想在這苛刻的條件下給人留有印象，廣告的設(shè)計就不能太過于復(fù)雜，必須要做到一目了然，簡潔明確，使人在一瞬之間、一定距離外能看清楚所要宣傳的事物。為了達(dá)到這個目的，廣告的設(shè)計總是盡可能采取假定的設(shè)計手法，將不同時間、空間發(fā)生的活動組合在一起，并經(jīng)常運(yùn)用象征手法，啟發(fā)人們的聯(lián)想來吸引消費(fèi)者。所以在廣告構(gòu)圖中，要突出重點，就要刪去次要的細(xì)節(jié)，甚至是背景。這種設(shè)計手法與國畫處理構(gòu)圖的手法一致。例如：在國畫構(gòu)圖中要求“以一當(dāng)十”、“以少勝多”的精煉：或者“計白當(dāng)黑”、“無畫處皆成妙境”的簡潔；“疏可走馬，密不透風(fēng)”的對比關(guān)系等。由此我們可以看出，在現(xiàn)代廣告設(shè)計中，構(gòu)圖要概括集中，突出醒目地表達(dá)所要宣傳的事物，表現(xiàn)物與物之間的內(nèi)在聯(lián)系，賦予畫面更廣泛的含義并使人們在有限的畫面中能聯(lián)想到更廣闊的生活，感受到新的意義。我們只有將中國傳統(tǒng)文化的精髓融合到現(xiàn)代廣告設(shè)計的理念中去，才能使民族傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代廣告設(shè)計真正的融為一體，從而增強(qiáng)廣告設(shè)計的傳播效率與文化藝術(shù)意蘊(yùn)。另外，傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代廣告設(shè)計的融和還可以有效增加廣告的附加價值，傳統(tǒng)文化由于自身特有的功能性和特殊的文化底蘊(yùn)，本身就具有“滿足人們精神需要”的價值，這種價值可以在現(xiàn)代廣告設(shè)計中起到增強(qiáng)附加價值的作用。
二、中國傳統(tǒng)文化對現(xiàn)代廣告設(shè)計構(gòu)思的作用
在現(xiàn)代廣告設(shè)計中，我們在跟隨西方現(xiàn)代設(shè)計潮流的時候，已不滿足于純粹跟隨，開始對傳統(tǒng)文化進(jìn)行探索，并應(yīng)用傳統(tǒng)文化的構(gòu)思方法來結(jié)合現(xiàn)代廣告設(shè)計，體現(xiàn)中國傳統(tǒng)文化的意蘊(yùn)及自身的文化內(nèi)涵，把握并創(chuàng)造出具有東方特色的廣告設(shè)計作品。廣告設(shè)計是一種“瞬間藝術(shù)”，好的廣告作品不僅要讓人“一目了然”，還要“一見傾心”，為它所吸引，留下深刻的印象。這就要求在廣告設(shè)計中要具備精湛的構(gòu)思。清代一位學(xué)者曾說過，一幅畫“與其令人愛，不如使人思”，好的廣告設(shè)計作品也是如此。它要讓人聯(lián)想、引起人的美好愿望、表現(xiàn)意境，就要有手段，我們稱之為“意匠”。如：“獨(dú)具匠心”指的就是別人沒有想到的你想到了，這也是在廣告設(shè)計中我們經(jīng)常提到的一種構(gòu)思方法?！耙饨场本唧w說來就是選材(先取最精粹部分)、剪裁(去污存清)、夸張(強(qiáng)調(diào)形象的特征)、經(jīng)營位置(構(gòu)圖)、表現(xiàn)(選項用恰當(dāng)?shù)募挤?等，而這一切，恰恰是我國廣告設(shè)計者最為常用的構(gòu)思手段。
三、中國傳統(tǒng)文化對現(xiàn)代廣告設(shè)計內(nèi)容的作用
傳統(tǒng)文化是現(xiàn)代廣告?zhèn)鞑コ晒Φ幕A(chǔ)，而現(xiàn)代廣告?zhèn)鞑t是因為傳統(tǒng)文化的滋養(yǎng)才具備了強(qiáng)勁的精神發(fā)散效力，“越是民族的就越是世界的”這句話在一定程度上對于廣告同樣適用。中國傳統(tǒng)文化源遠(yuǎn)流長，怎樣在廣告設(shè)計的內(nèi)容上體現(xiàn)傳統(tǒng)文化的精髓??這是我們值得深思的問題。筆者認(rèn)為應(yīng)從一個“意”字開始，廣告設(shè)計內(nèi)容上的意字，指的是傳統(tǒng)文化所要表達(dá)的意蘊(yùn)，也是意味深長之意?！耙狻笔莻鹘y(tǒng)文化在內(nèi)容設(shè)計上的關(guān)鍵，也適合于現(xiàn)代廣告設(shè)計所提出的吉祥如意的設(shè)計理念，更符合中國人在廣告設(shè)計上的要求。例如：腦白金的廣告語“今年孝敬咱爸媽，送禮還送腦白金”、“今年過節(jié)不收禮，收禮還收腦白金”，就是利用了中國傳統(tǒng)文化對“意”的理解。中國自古就有尊老愛幼、孝敬父母的傳統(tǒng)美德，“腦白金”定位成一種禮品，并且是一種能帶給人健康的禮品，極力宣傳送禮更要送健康的“意”念。這個觀念定位恰好順應(yīng)了中國的傳統(tǒng)，為廣大消費(fèi)者所能接受，從而有效地樹立了企業(yè)、品牌形象。整個廣告根植于中華民族傳統(tǒng)文化，是有強(qiáng)烈的現(xiàn)代氣息，既符合了廣告主的要求，又達(dá)到了準(zhǔn)確的廣告定位。
我國的傳統(tǒng)文化具有很強(qiáng)的東方文化的表現(xiàn)風(fēng)格，它能完美地將我國的傳統(tǒng)文化融合到現(xiàn)代廣告設(shè)計理念中去。這不僅僅是對中華藝術(shù)精神的繼承，更是對中國傳統(tǒng)文化走向世界的一種推廣和弘揚(yáng)。我們只有不斷加深對傳統(tǒng)文化的理解，將傳統(tǒng)文化融和到現(xiàn)代廣告設(shè)計中，才能對傳統(tǒng)文化加以改造、提煉和運(yùn)用，更好地利用它創(chuàng)造新的富有中國特色的現(xiàn)代廣告設(shè)計理念。
【關(guān)鍵詞】壓力容器 應(yīng)力分析 優(yōu)化分析 有限元ANSYS
【Abstract】Taking engineering actual demand into account， ANSYS finite element software studies and analyzes stress and deformation of pressure vessels .Then to follow the design principles as a precondition， finite element model of pressure vessels to optimize the design and analysis， which aims at minimizing the quality after meeting the strength and stiffness requirements. At the same time， optimization analysis module of ANSYS carries on the optimization with pressure and wall thickness， provide theoretical basis with optimization.
【Key words】pressure vessels；Stress Analysis；optimization；ANSYS finite element software
1 引言
隨著科技的發(fā)展，壓力容器在眾多工業(yè)部門中有著廣泛的應(yīng)用，對壓力容器的要求也越來越高。以往的壓力容器及其部件的設(shè)計基本采用常規(guī)設(shè)計法，以彈性失效準(zhǔn)則為基礎(chǔ)，材料的許用應(yīng)力采用較大的安全系數(shù)來保障。由于設(shè)計偏于保守使得設(shè)計的容器比較笨重，且成本較高，材料有所浪費(fèi)。
隨著工化設(shè)計朝著大型化，復(fù)雜化，高參數(shù)化方向發(fā)展，壓力容器部件越來越多的利用有限元壓力分析來完成。新的分析設(shè)計主要以塑性失效和彈塑性失效準(zhǔn)則為基礎(chǔ)，比較詳細(xì)的計算了容器和承壓部件的應(yīng)力，并利用大型有限元軟件ANSYS對壓力容器的壁厚及承壓進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計分析。
2 典型壓力容器有限元分析
2.1 基于ANSYS的壓力容器有限元分析
在分析過程中壓力容器將空間問題平面化，有限元模型選取PLANE42單元。在ANSYS軟件中采用直接建模的方法，省略壓力容器的其他結(jié)構(gòu)（如群座、螺栓等），并設(shè)定軸對稱選項，建立1/4軸對稱分析模型如圖2-2示。端部封頭對稱面各節(jié)點約束水平向位移，筒體下端各節(jié)點約束軸向位移，內(nèi)壁施加均布荷載P=10Mpa.
2.1.1 對有限元模型施加邊界條件并求解
有限元分析的目的是了解模型對外部施加荷載的響應(yīng)。在本例中，模型受到的荷載有內(nèi)壓，外壓，重力以及支撐力，考慮到重力，外壓和支撐力相對內(nèi)壓的影響而言作用甚小，可以忽略。因此只對內(nèi)壁施加線荷載P=10Mpa，接下來進(jìn)入求解處理器進(jìn)行求解，獲得位移云圖及應(yīng)力云圖，如圖2-1，2-2示。
圖 2-1 工作壓力為10 Mpa時的位移云圖 圖 2-2 工作壓力為10 Mpa時的應(yīng)力云圖
圖中位移及應(yīng)力大小分別采用不同的顏色表示，其中紅色表示位移及應(yīng)力的最大值，藍(lán)色是最小值。從圖中可以看出位移的最大值出現(xiàn)在筒體下端，為1.2mm；應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在筒體與端部過渡的弧形處，最大值為95.7Mpa。
2.1.2 結(jié)果分析
圖2-1，2-2反映了筒壁受內(nèi)壓作用后結(jié)構(gòu)模型的位移、應(yīng)力情況，從圖中可以看出：（1）由于受內(nèi)壓作用，筒壁向外膨脹，模型為軸對稱圖形，所受的壓力是均布的，膨脹亦是均勻的，與預(yù)期相符；（2）筒壁沿軸向應(yīng)力分布是不均勻的，應(yīng)力最大出現(xiàn)在筒體與端部進(jìn)氣管的過渡處。這是因為模型進(jìn)氣管處尺寸發(fā)生了較大變化，導(dǎo)致應(yīng)力集中，所以數(shù)值模擬結(jié)果是合理的；（3）通過對筒壁進(jìn)行強(qiáng)度校核表明，當(dāng)材料采用Q235-A時，壓力容器的最大應(yīng)力值遠(yuǎn)小于其許用應(yīng)力（235Mpa），表明筒體的承壓空間還是有一定的提高潛勢的。
2.2 壓力容器承壓能力的分析
上述結(jié)果中表明該壓力容器的承壓空間還可以提升，故此對該模型分別施加線荷載P=5Mpa、15Mpa、16Mpa、17Mpa、18Mpa、19Mpa、20Mpa、25Mpa，分析其結(jié)果變化。圖2-3，2-4是模型的最大位移、最大應(yīng)力值隨壓力的變化曲線圖。
從圖中可以看出：（1）位移和應(yīng)力均隨著壓力的增加而變大，變化速率由大變小最后趨于平緩；（2）分析位移及應(yīng)力的變化曲線表明，自開始加載到施加荷載15Mpa，其變化為線性變化，15Mpa到加載至25Mpa時，變化增長緩慢甚至趨于平緩。這與鋼材的力學(xué)性能有關(guān)：鋼材從加載到拉斷，有四個階段，即彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段與破壞階段。從加載到某一定值時曲線呈直線變化是因為鋼材處于彈性階段，再繼續(xù)加載曲線出現(xiàn)平緩是因為鋼材進(jìn)入屈服階段，產(chǎn)生塑性變形。所以也可以證明該有限元分析的可靠性；（3）從圖中易找出曲線從直線段過渡到平緩段的臨界點，即壓力15Mpa，此時該模型的最大位移為2.03mm，最大應(yīng)力值為168Mpa（小于許用應(yīng)力235Mpa）。
圖2-3 不同承壓下最大位移值的變化曲線 圖2-4 最大應(yīng)力隨承壓的變化曲線
2.3 壓力容器厚度的優(yōu)化設(shè)計
為了充分提高壓力容器的整體性能和材料的有效利用率，基于“塑性失效”和“彈塑性失效”準(zhǔn)則，以板殼理論，彈性與塑性理論及有限元方法，根據(jù)具體工況，對壓力容器各部位進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力計算及分析，在不降低設(shè)備安全性的前提下選取相對較低的安全系數(shù)，從而降低結(jié)構(gòu)的厚度，使材料得到有效利用。
上述承壓15Mpa時該壓力容器的最大位移值為2mm，最大應(yīng)力值168Mpa小于其許用應(yīng)力235Mpa，故可以考慮變化筒壁厚度，使材料發(fā)揮最大強(qiáng)度。所以在臨界承壓15Mpa的作用下試將原筒壁厚度25mm變?yōu)?0mm，21mm，22mm，30mm進(jìn)行試算。下圖2-5、2-6為最大位移值、最大應(yīng)力值隨筒壁厚度的變化曲線。
圖2-5 最大位移值隨筒壁厚度的變化曲線 圖2-6 最大應(yīng)力值隨筒壁厚度的變化曲線
由圖可以看出：（1）在臨界承壓15Mpa下，容器的最大位移值、最大應(yīng)力值均隨著筒壁厚度的增加而減??；（2）從最大應(yīng)力值與筒體壁厚的變化曲線中可以看出，當(dāng)壁厚為21mm時其最大應(yīng)力值為231Mpa小于其許用應(yīng)力。故此可以認(rèn)為在臨界承壓下，該壓力容器的最優(yōu)筒體壁厚為21mm，在此條件材料能發(fā)揮較高的強(qiáng)度。
3結(jié)語
本文采用ANSYSY軟件對壓力容器的位移、應(yīng)力進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析，同時對壓力容器在滿足給定剛度和強(qiáng)度條件下進(jìn)行厚度最小的優(yōu)化設(shè)計。研究計算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：
（1）壓力容器在受內(nèi)壓時，筒體中間位置變形最大，最大應(yīng)力則發(fā)生在端部進(jìn)氣管與筒體的過渡處；
（2）在該給定容器的條件中，可以得到此容器的最大臨界承壓為15Mpa，此時的剛度、強(qiáng)度及應(yīng)力均滿足要求；
（3）為了最大發(fā)揮材料的用途，在滿足給定強(qiáng)度和剛度條件下對該容器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，可以得到其最優(yōu)筒壁厚度為21mm。
同時也可以看出ANSYSY軟件對分析壓力容器的可靠性，有效性。很大程度上減少了設(shè)計成本和設(shè)計周期，也為更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了新的方法。
參考文獻(xiàn)：
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（1）過濾元件。過濾原件是凈化系統(tǒng)的最后屏障，是液壓系統(tǒng)污染的關(guān)鍵步驟，是主要的元器件，對環(huán)境起到一個保障作用，具有一定的實際應(yīng)用價值。
（2）液壓凈化系統(tǒng)簡化模型。建立簡化的模型必須進(jìn)行推導(dǎo)，利用數(shù)學(xué)公式建立邏輯模型，通過邏輯模型建立實際應(yīng)用模型，模型的建立需要一個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐茖?dǎo)過程，液壓凈化系統(tǒng)簡化。
2液壓凈化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計
本論文對液壓凈化系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化選擇設(shè)計主要從元件級參數(shù)設(shè)置及系統(tǒng)布局兩方面進(jìn)行闡述，對液壓系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化及升級提高環(huán)境保護(hù)，對機(jī)械設(shè)備的使用壽命等有一定的延長，提高其工作效率有一定使用價值。
2.1元件級的優(yōu)化設(shè)計
基于以上液壓污染動態(tài)平衡方程，對過濾元件過濾器進(jìn)行優(yōu)化選擇，主要從確定過濾時間、過濾比兩個方面進(jìn)行優(yōu)化選擇。
（1）臨界時間的確定。臨界時間是針對一定污染度油液的獨(dú)立過濾系統(tǒng)而言，當(dāng)過濾時間達(dá)到，過濾系統(tǒng)的固體顆粒濃度不會隨時間的改變而改變，這個時間就稱為臨界時間。臨界時間對元件級的優(yōu)化設(shè)計有一定的幫助，是對整個元件的優(yōu)化設(shè)計有一定指導(dǎo)作用，對元件級的優(yōu)化設(shè)計能順利進(jìn)行提供有力保障。
（2）基于Matlab的過濾比的優(yōu)化選擇。通過Matlab的過濾比進(jìn)行優(yōu)化選擇，對液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)污染油液進(jìn)行過濾比較。
2.2系統(tǒng)級優(yōu)化與設(shè)計
根據(jù)液壓系統(tǒng)目標(biāo)污染度的要求，適當(dāng)選擇過濾管路及過濾器過濾精度，用于濾除系統(tǒng)自身形成的污染和外部侵入的污染，使油液的污染度控制在組件能耐受的污染限度之內(nèi)。
（1）液壓凈化系統(tǒng)的布局。液壓凈化系統(tǒng)在實際使用過程中必須進(jìn)行合理化地布局，布局采用多種方式，有時候多種方式進(jìn)行合理布局，可提高過濾效果，增大系統(tǒng)的納污量，減少清洗次數(shù)及延長液壓系統(tǒng)的壽命。
（2）不同組合方式的過濾效果。通過實驗進(jìn)行驗證，應(yīng)用一種過濾方式過濾效果一般，通過多種形式與方式進(jìn)行過濾能產(chǎn)生不同的效果，在工業(yè)實際生產(chǎn)過程中，經(jīng)常選用多種組合方式進(jìn)行過濾，其過濾效果是非常理想的，應(yīng)用各種過濾方式的優(yōu)勢，達(dá)到一定效果。
3基于HyPneu的仿真驗證
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)；礦山機(jī)械設(shè)計；初步
礦山機(jī)械中的一些大型設(shè)備大部分是結(jié)構(gòu)件。據(jù)不完全統(tǒng)計，裝載機(jī)、牙輪鉆機(jī)、挖掘機(jī)等設(shè)備，其結(jié)構(gòu)件占60%以上。對這些以結(jié)構(gòu)件為主的設(shè)備，采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法，其結(jié)果是很不理想的。慶幸的是，我們這行業(yè)的研究設(shè)計人員開始關(guān)注這個問題，做了一些有益的工作。如對一些機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，用有限原方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)的靜動強(qiáng)度分析等等。但到目前為止，仍沒見到有關(guān)礦山機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的文獻(xiàn)。
一、礦山機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的可行性和必要性
1.盡管有這樣那樣的困難，對礦山機(jī)械進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計還是有可能的。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用有三個前提條件：一是電子計算機(jī)的發(fā)展和普及，二是有限元理論和方法的發(fā)展；三是高效的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。從目前情況著，電子計算機(jī)特別是微型電子計算機(jī)在科研、設(shè)計部門已日益普及，作為結(jié)構(gòu)優(yōu)化基礎(chǔ)之一的有限元理論和方法是比較成熟的，而且有了不少通用的有限元分析程序；結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論，經(jīng)過二十多年的發(fā)展也日臻成熟，無論是優(yōu)化準(zhǔn)則法、數(shù)學(xué)規(guī)劃法還是兩者的統(tǒng)一方法，其解題效率都比較高。結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)目前已廣泛地應(yīng)用于航空部門、土建部門等。在礦山機(jī)械領(lǐng)域由于廣大科技工作者的努力，在有限元分析方面已取得了較大的進(jìn)展。對牙輪鉆機(jī)、裝載機(jī)、挖掘機(jī)等主要礦山機(jī)械的有限元分析已全面展開。這就為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了直接的便利條件。給礦山機(jī)械的優(yōu)化提供了可靠的保證。
2.礦機(jī)中的一些主要設(shè)備如牙輪鉆機(jī)、裝載機(jī)、挖掘機(jī)等都具有一個比較明顯的特點，那就是：十分笨重，運(yùn)輸不便。對這些設(shè)備采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行設(shè)計時，則往往難以找到一個理想的方案。其應(yīng)力分布和結(jié)構(gòu)往往是不太合理。而采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，可以在對原始設(shè)計方案進(jìn)行有限元分析的基礎(chǔ)上，采用自動尋優(yōu)方法，就可以找到一個較理想的方案。使結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布更加均勻，結(jié)構(gòu)更加合理。而且，從現(xiàn)在的文獻(xiàn)來看，設(shè)備的自重可以減輕25%左右，其經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的。因此，有必要對礦機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。
二、 礦山機(jī)械設(shè)計中結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)
1. 最大可靠性結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。"可靠性"的概念對我們并不陌生，但將可靠性概率引入超靜定結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，卻鮮為人知。而在工程設(shè)計中卻經(jīng)常希望在給定材料體積下盡可能合理地分布結(jié)構(gòu)材料，使結(jié)構(gòu)的可靠性盡可能地大，或是研究一個用料省、可靠性大的折衷方案。因此在礦山機(jī)械結(jié)構(gòu)件設(shè)計中，引入可靠性概率（結(jié)構(gòu)在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)完成預(yù)定功能的概率）這一衡量結(jié)構(gòu)可靠性的指標(biāo)，采用一次二階矩概率設(shè)計理論，以傳統(tǒng)的安全系數(shù)為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，就可以提高結(jié)構(gòu)的安全度，而且使結(jié)構(gòu)更為合理。文獻(xiàn)"1"以結(jié)構(gòu)桿件截面積為設(shè)計變量進(jìn)行了可靠性最大的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計表明這個方法是可行的。
2. 結(jié)構(gòu)模糊優(yōu)化設(shè)計。從目前的有限元程序，對于所給定的計算模型，其結(jié)果是比較精確的。但是對實際結(jié)構(gòu)而言，這個結(jié)果是不大可信的。這是與模型、載荷，約束的簡化等多方面因素有關(guān)。本來，這些因素在實際工作或結(jié)構(gòu)中是不大容易確定的，也就是說具有一定的"模糊性"。另外，對于有限元分析的計算工況的確定也是比較困難的。目前，我們在有限元分析中，一般是選擇典型工況進(jìn)行，至于這典型工況的"典型性"則是由分析者自己確定。此外，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，還有許多東西是模糊的，目標(biāo)函數(shù)、約束條件、約束條件的右端項等等均具有一定的模糊性。最后，為了真正地得到滿足所有可能約束的結(jié)構(gòu)最佳組成，我們要對最后的尺寸和形狀作出決策。因為，對每種不同的工況，計算得到的"最優(yōu)值"是各不相同的，那么，在綜合所有計算工況時，究竟如何確定其最終尺寸呢？顯然，按滿應(yīng)力法則不大可行，因為滿應(yīng)力法是要求每一單元至少在一種工況下達(dá)到滿應(yīng)力狀態(tài)，這樣綜合的結(jié)構(gòu)就不可能是最輕結(jié)構(gòu)。因此，最后尺寸和形狀的決定也要借助模糊理論來解決。從模糊到精確，再從精確到模糊，這是符合歷史發(fā)展規(guī)律。
3.研制、推廣、應(yīng)用CAD軟件。根據(jù)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要，借助計算機(jī)輔助設(shè)計，不但能對結(jié)構(gòu)的初始方案和改進(jìn)方案快速地進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和強(qiáng)度校核。而且還能開展以最輕重量的單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計和以機(jī)器工作性能、節(jié)省鋼材和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度三大要素為出發(fā)點的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計。因此加速研制一些多功能的計算機(jī)輔助設(shè)計軟件，對于提高礦山機(jī)械設(shè)計的質(zhì)量，是很有必要的。目前，在農(nóng)機(jī)領(lǐng)域已經(jīng)有了用于微型機(jī)的大型多功能的MAS程序系統(tǒng)，不過，在優(yōu)化設(shè)計等方面，還有待進(jìn)一步完善。應(yīng)用CAD軟件，可以在以下幾個方面起到明顯作用：一是提供合理的設(shè)計方案、節(jié)省鋼材和成本。二是提高產(chǎn)品設(shè)計水平。三是可找出結(jié)構(gòu)損壞的原因和有害振動的根源。四是可以對機(jī)器系統(tǒng)進(jìn)行多目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計。在研制CAD系統(tǒng)時，應(yīng)該注意的是：一是發(fā)掘較為普及的微型機(jī)的潛力。二是結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析的完備性（結(jié)構(gòu)靜動分析、結(jié)構(gòu)靜動優(yōu)化計算機(jī)繪圖等）。三是適用于多種結(jié)構(gòu)型式，即適用于多單元的結(jié)構(gòu)（如桿、梁、板、殼等）。
三、發(fā)展方向
1.大力推廣應(yīng)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的發(fā)展方向。航空、國防、造船等行業(yè)分別召開了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的學(xué)術(shù)交流會。土建部門還舉辦了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的專門講習(xí)班。機(jī)械工程學(xué)會召開的強(qiáng)度學(xué)術(shù)會議上也交流了結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的論文。這說明在這些行業(yè)和部門，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計已經(jīng)受到重視。因此，礦山機(jī)械設(shè)計部門的工作者（包括設(shè)計師、研究生和教師）應(yīng)該注意推廣和應(yīng)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)?？梢耘e辦結(jié)構(gòu)優(yōu)化枝術(shù)講習(xí)班，召開礦山機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計學(xué)術(shù)交流會。學(xué)習(xí)工程設(shè)計人員應(yīng)該掌握結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的基本知識，學(xué)會使用一些結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計軟件。對具體的結(jié)構(gòu)采用優(yōu)化設(shè)計，以提高整個礦山機(jī)械的設(shè)計水平。
2.礦機(jī)結(jié)構(gòu)從靜力優(yōu)化向動力優(yōu)化過渡。首先，我們要大力開展礦機(jī)結(jié)構(gòu)的靜力優(yōu)化設(shè)計，推廣應(yīng)用和完善現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)優(yōu)化程序，研制和發(fā)展一些通用性較強(qiáng)而且又適合礦機(jī)特點的軟件包。其次，我們應(yīng)該在結(jié)構(gòu)靜力優(yōu)化的基礎(chǔ)上，對礦機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力優(yōu)化設(shè)入計。因為在靜力優(yōu)化時沒有考慮結(jié)構(gòu)的動力特性。如固有頻率、動態(tài)響應(yīng)等。而這些動力特性對于大部分礦山機(jī)械來說是比較重要的。如固有頻率對司機(jī)乘坐的舒適性以及共振破壞等都是很重要的。而結(jié)構(gòu)的動力優(yōu)化設(shè)計就是在靜力優(yōu)化的基礎(chǔ)上引進(jìn)頻率約束，動強(qiáng)度約束，動剛度約束等。在理論上，進(jìn)行動力優(yōu)化是沒有困難的，靜力優(yōu)化的結(jié)果可以作為動力優(yōu)化的初始值。
我們建議，在近幾年內(nèi)，應(yīng)該集中精力著手研究一些具有專業(yè)特色的典型的程序包。如底盤、車架、機(jī)架等結(jié)構(gòu)件的優(yōu)一化程序。按照結(jié)構(gòu)的通用性、統(tǒng)一性和組合性原則建立程序包，對結(jié)構(gòu)件進(jìn)行選型優(yōu)化設(shè)計。當(dāng)然，如果在程序包中加上對整機(jī)參數(shù)的優(yōu)化、液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計、傳動系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計等等，可以使礦山機(jī)械的設(shè)計更趨自動化。
參考文獻(xiàn)：
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Abstract： Optimization design is to apply optimum theory and computing technology into the field of mechanical design to provide the optimization design methods for engineering design. MATLAB optimization toolbox has many characteristics， such as the programming workload is less， the grammar conforms to engineering design practice and so on. MATLAB software is applied in this article， the minimum transmission volume of the first RV reducer gear as the objective function to optimize design and put forward the optimal design example. Compared with the original design scheme， it achieves good optimization effect.
關(guān)鍵詞： MATLAB優(yōu)化設(shè)計；目標(biāo)函數(shù)；約束函數(shù)；RV減速器
Key words： MATLAB optimization design；objective function；constraint function；RV reducer
中圖分類號：TG457.23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）25-0085-03
0 引言
機(jī)械優(yōu)化設(shè)計是最優(yōu)化方法與機(jī)械設(shè)計的結(jié)合，設(shè)計工具是計算機(jī)軟件及計算程序，設(shè)計方法是最優(yōu)化數(shù)學(xué)方法。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計，就是在給定載荷及工作環(huán)境條件基礎(chǔ)上，在機(jī)械產(chǎn)品的性態(tài)、幾何尺寸關(guān)系或其他因素的限制（約束）的范圍內(nèi)，根據(jù)設(shè)計要求及目標(biāo)，選定設(shè)計變量、建立目標(biāo)函數(shù)，并使其獲得最優(yōu)值，設(shè)計出經(jīng)濟(jì)可靠的機(jī)械產(chǎn)品。
換句話說，也就是在滿足一定約束的前提下，尋找一組設(shè)計參數(shù)，使機(jī)械產(chǎn)品單項或多項設(shè)計指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計因其目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)普遍呈非線性的特點，設(shè)計步驟為先根據(jù)實際的設(shè)計問題建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，在建立數(shù)學(xué)模型時需要應(yīng)用專業(yè)知識確定設(shè)計的限制條件和所追求的目標(biāo)，確定設(shè)計變量之間的相互關(guān)系等，并使之滿足強(qiáng)度、剛度及運(yùn)動學(xué)等約束條件。數(shù)學(xué)模型一旦建立，優(yōu)化設(shè)計問題就變成了一個數(shù)學(xué)求解問題，應(yīng)用優(yōu)化理論，設(shè)計優(yōu)化程序，以計算機(jī)為載體計算得到最優(yōu)化設(shè)計參數(shù)。
美國可口可樂公司是全球最大的飲料公司，擁有全球市場48%的占有率，為降低生產(chǎn)成本，提升品牌競爭力，可口可樂瓶有一段優(yōu)化設(shè)計的佳話，優(yōu)化處理后的可口可樂瓶重只有原重量的80%，而瓶子的容量、性能卻絲毫未受影響，僅此一舉就節(jié)省了可觀的材料費(fèi)用，帶來了可觀的利潤。
近年來制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、國家推出“機(jī)器換人”工程，把機(jī)器人、高端數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用推向了，但基于機(jī)器人的RV減速器一直是個技術(shù)難題，直接影響到機(jī)器人的工作性能指標(biāo)。
RV減速器產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上由一級漸開線齒輪傳動和一級擺線針輪行星傳動串聯(lián)構(gòu)成，漸開線齒輪傳動構(gòu)成第一級傳動，擺線齒輪行星傳動構(gòu)成第二級傳動。RV減速器是一款剛度最高、振動最低的機(jī)器人用減速器，能夠提高機(jī)器人工作時的動態(tài)特性，減小傳動回差，而且還具有體積小重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比范圍大、承載能力大、運(yùn)動精度高、傳動效率高等優(yōu)點。
RV減速器廣泛應(yīng)用在機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床行業(yè)，傳統(tǒng)設(shè)計全由設(shè)計人員手工完成，但在性能更好、使用更可靠方便、成本更低、體積或質(zhì)量更小的指標(biāo)要求下，希望能從一系列可行的設(shè)計方案中精選最優(yōu)，傳統(tǒng)的設(shè)計方法做不到，因而有必要采用優(yōu)化方法來確定其設(shè)計參數(shù)。
RV減速器優(yōu)化設(shè)計要解決的問題，與其使用場合的具體要求有關(guān)。在保證傳動能力的條件下要求齒輪傳動及針擺傳動體積最小或質(zhì)量最??；在要求較高時，需要優(yōu)選齒輪的幾何參數(shù)使齒輪副具有形成油膜的最佳條件；優(yōu)化齒輪傳動的慣性質(zhì)量分配，以便最大限度地減少工作時間的振動和噪聲，以及傳動功率最大和工作壽命最長等。
對于不同類型的RV減速器，其優(yōu)化設(shè)計具有各自的特點，設(shè)計變量一般選擇齒輪傳動的基本幾何參數(shù)或性能參數(shù)，如齒數(shù)、模數(shù)、齒寬系數(shù)、傳動比、螺旋角、變位系數(shù)和中心距等。
根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)的不同，RV減速器設(shè)計可以有多種最優(yōu)化方案，本文討論的是在滿足齒輪傳動強(qiáng)度、剛度和壽命條件下，使RV減速器轉(zhuǎn)矩最大、體積最小或質(zhì)量最小。
基于RV減速器的機(jī)器人抓握機(jī)械手工況條件，8小時工作，正反轉(zhuǎn)，輕載平穩(wěn)，空載起動，室內(nèi)工作，使用壽命5年，在溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院工業(yè)中心單件生產(chǎn)，機(jī)器人機(jī)械手轉(zhuǎn)矩T3=20 N?m，轉(zhuǎn)速n3=5rpm，為優(yōu)化設(shè)計對象，要求在保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和齒面接觸疲勞強(qiáng)度的條件下，獲得轉(zhuǎn)矩最大、體積最小、重量最輕的傳動裝置。應(yīng)用MATLAB軟件優(yōu)化工具箱對電機(jī)轉(zhuǎn)矩做最大值優(yōu)化，即應(yīng)用fmincon函數(shù)對電機(jī)轉(zhuǎn)矩的倒數(shù)求最小值優(yōu)化，優(yōu)化的目的是求出在轉(zhuǎn)矩最大的情況下，齒輪傳動體積最小，實際上就是求齒輪齒數(shù)的取值。因此以轉(zhuǎn)矩最大為優(yōu)化目標(biāo)，建立優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型。
1 目標(biāo)函數(shù)
①工作載荷計算功率P3。
因為T3=9550*P3′/n3 ，代入得20=9550*P3′/5，所以P3′=0.01kW，把P3′打上機(jī)器工作載荷系數(shù)K=1.5，得
P3=P3′*K=0.01*1.5=0.015kW
②應(yīng)用針擺傳動效率η2=97%，計算第二級針擺傳動功率P2，得
P2=P3/η2=0.015/0.97=0.016kW
③應(yīng)用漸開線齒輪傳動效率η1=95%，計算第一級齒輪傳動功率P1，得
P1=P2/η1=0.016/0.95=0.017kW
④應(yīng)用電機(jī)傳動效率η=99%，計算電機(jī)功率P，得
P= P1/η=0.017/0.99=0.018 kW
⑤計算電機(jī)轉(zhuǎn)矩。
因為RV減速器總傳動比為i=-Z2/Z1*Zb，則電機(jī)轉(zhuǎn)速為n=i*n3=5*（-Z2/Z1*Zb），
所以電機(jī)轉(zhuǎn)矩為T=9550*P/n=（9550*0.018）/（5*（（Z2/Z1）*Zb））N?m
對于第二級針擺傳動，設(shè)計采用一齒差擺線針輪行星傳動，因此針齒齒數(shù)Zb必須為偶數(shù)，Zb用數(shù)學(xué)表達(dá)式來表達(dá)，即Zb=2*k，而10≤k≤50，則電機(jī)轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為
T=（9550*0.018）/（5*（（Z2/Z1）*（2*k）））N?m。
所以，電機(jī)轉(zhuǎn)矩表達(dá)式有3個變量Z1、Z2、k，即X=[x1，x2，x3]T=[Z1，Z2，k]T，表達(dá)式變?yōu)門=（9550*0.018）/（5*（（x（2）/x（1））*（2*x（3））））。
機(jī)械手的工作要求是轉(zhuǎn)矩足夠大，而MATLAB軟件的fmincon函數(shù)只能進(jìn)行最小值優(yōu)化，所以對電機(jī)轉(zhuǎn)矩求倒數(shù)，對電機(jī)轉(zhuǎn)矩的倒數(shù)作最小值優(yōu)化，即
1/T=（5*（（x（2）/x（1））*（2*x（3））））/（9550*0.018），
所以在MATLAB中，目標(biāo)函數(shù)f（x）=（5*（（x（2）/x（1））*（2*x（3））））/（9550*0.018）。
2 非線性約束條件
①非線性約束條件1。
根據(jù)機(jī)器人抓握機(jī)械手工況條件、載荷條件，可以判定齒輪幾何尺寸不大，模數(shù)較小，初定為0.5或1mm；轉(zhuǎn)矩也不大，約為20N?m，電機(jī)轉(zhuǎn)矩理論上應(yīng)該可以控制在1 N?m以內(nèi)，即T=（9550*0.018）/（5*（（x（2）/x（1））*（2*x（3））））≤1，則
1/T=（5*（（x（2）/x（1））*（2*x（3））））/（9550*0.018）≥1
所以1-（5*（（x（2）/x（1））*（2*x（3））））/（9550*0.018）≤0構(gòu)成非線性約束條件1。
②非線性約束條件2、非線性約束條件3。
RV減速器對總傳動比有范圍要求，140≤i≤180，即
140≤（（x（2）/x（1））*2*x（3））≤180，展成兩個表達(dá)式，即
140-（（x（2）/x（1））*2*x（3））≤0，（（x（2）/x（1））*2*x（3））-180≤0，整理后140-（x（2）/x（1））*2*x（3）≤0及（x（2）/x（1））*2*x（3）-180≤0構(gòu)成非線性約束條件2、3。
綜上，非線性約束條件共3個，
1-（5*（（x（2）/x（1））*（2*x（3））））/（9550*0.018）≤0140- （x（2）/x（1））*2*x（3）≤0（x（2）/x（1））*2*x（3）-180≤0
3 線性約束條件
①線性約束條件1、線性約束條件2。
為使RV減速器偏心軸軸承與擺線輪之間的作用力不至過大，漸開線齒輪傳動中心距a應(yīng)是針齒基圓半徑R的0.35～0.65倍，這個可歸為結(jié)構(gòu)尺寸條件。
因為要設(shè)計出在轉(zhuǎn)矩最大前提下，體積最小質(zhì)量最輕的RV減速器，必須使齒輪傳動的中心距最小，RV減速器的結(jié)構(gòu)緊湊，所以初定針齒基圓半徑R=（30～40）mm，所以
a=（0.35～0.65）*R=（0.35～0.65）*（30～40）=（10.5～26）mm，取整后11≤a≤26。因為
a=1/2*m*（Z2+Z1），因為模數(shù)越小，齒輪的幾何尺寸就越小，所以模數(shù)取0.5，則
a=1/2*0.5*（Z2+Z1）=0.25*（Z2+Z1），所以11≤0.25*（Z2+Z1）≤26，即
11≤0.25*（x（2）+x（1））≤26，展成兩個表達(dá)式，
-0.25*x（1）-0.25*x（2）≤11及0.25*x（1）+0.25*x（2）≤26構(gòu)成線性約束條件1、2。
②線性約束條件3、線性約束條件4。
為使第二級擺線針輪行星傳動部分輸入轉(zhuǎn)矩不至過大，第一級漸開線齒輪傳動的傳動比必須控制為i≥1.5，但單級齒輪傳動比又不宜大于5，所以1.5≤Z2/Z1≤5，即
1.5≤x（2）/x（1）≤5，展成兩個表達(dá)式，
1.5*x（1）-x（2）≤0及-5*x（1）+x（2）≤0構(gòu)成線性約束條件3、4。
③線性約束條件5、6、7。
小齒輪齒數(shù)的取值范圍8≤Z1≤20，展成兩個表達(dá)式，-Z1≤-8，Z1≤20，即
-x（1）≤-8及x（1）≤20構(gòu)成線性約束條件5、6。
大齒輪齒數(shù)的取值范圍Z2≤100，即x（2）≤100構(gòu)成線性約束條件7。
④線性約束條件8、9。
因為Zb必須為偶數(shù)，所以Zb用數(shù)學(xué)表達(dá)式來表達(dá)，即Zb=2*k，10≤k≤50，展成兩個表達(dá)式，-k≤-10，k≤50，即-x（3）≤-10及x（3）≤50構(gòu)成線性約束條件8、9。
把9個線性約束條件寫矩陣表達(dá)式，即
-0.25 * x（1）- 0.25 * x（2） ≤-11
0.25 * x（1）+ 0.25 * x（2） ≤26
1.5 * x（1）- x（2） ≤0
-5 * x（1）+ x（2） ≤0
-x（1） ≤-8
x（1） ≤20
x（2） ≤100
-x（3） ≤-10
x（3） ≤50
4 MATLAB編程
把上述計算過程編寫成MATLAB程序，應(yīng)用MATLAB軟件優(yōu)化工具箱對電機(jī)轉(zhuǎn)矩做最大值優(yōu)化，即應(yīng)用fmincon函數(shù)對電機(jī)轉(zhuǎn)矩的倒數(shù)求最小值優(yōu)化，優(yōu)化的目的是求出在轉(zhuǎn)矩最大的情況下，RV減速器中心距最小，實際上就是求齒輪齒數(shù)的取值。
該數(shù)學(xué)模型為3個設(shè)計變量、12個約束條件的多元函數(shù)最小值問題，采用MATLAB軟件優(yōu)化工具箱求解最優(yōu)結(jié)果，進(jìn)行非線性有約束多元函數(shù)最小值計算，命令函數(shù)為fmincon，主程序如圖1，非線性約束條件如圖2，程序運(yùn)行結(jié)果如圖3。
程序經(jīng)過6次迭代計算，MATLAB計算優(yōu)化結(jié)果：
Z1 =9.7009，Z2=34.8305，k=19.4962，1/T=4.0721，
即T=0.24 N?m。
5 數(shù)據(jù)優(yōu)化處理
因為齒數(shù)一定為整數(shù)，所以取Z1=10，Z2=36，i1=36/9=4。
又因為Z1
因為齒輪模數(shù)m=0.5mm，所以齒輪傳動中心距a=0.5*m*（Z2+Z1）=0.5*0.5*（48+12）=15mm，滿足初定的齒輪傳動中心距取值范圍11～26mm。
用優(yōu)化處理的參數(shù)計算電機(jī)轉(zhuǎn)矩的最大值T=0.24 N?m。
6 比較與結(jié)論
RV減速器齒輪傳動原設(shè)計電機(jī)轉(zhuǎn)矩為0.2N?m，中心距為20mm，經(jīng)過MATLAB軟件優(yōu)化工具箱優(yōu)化處理，電機(jī)轉(zhuǎn)矩增至0.24N?m，中心距降為15mm，滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度條件和齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件，在保證傳動能力的前提下減速器體積減少了約30%，效能非?？捎^。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人 青島大學(xué)碩士開題報告范文 青島論文 開題報告
一、 選題的目的和意義
據(jù)統(tǒng)計,我國60 歲以上的老年人已有1.12 億。伴隨老齡化過程中明顯的生理衰退就是老年人四肢的靈活性不斷下降，進(jìn)而對日常的生活產(chǎn)生了種種不利的影響。此外，由于各種疾病而引起的肢體運(yùn)動性障礙的病人也在顯著增加，與之相對的是通過人工或簡單的醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行的康復(fù)理療已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足患者的要求。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這個特殊群體已得到更多人的關(guān)注，治療康復(fù)和服務(wù)于他們的產(chǎn)品技術(shù)和質(zhì)量也在相應(yīng)地提高，因此服務(wù)于四肢的康復(fù)機(jī)器人的研究和應(yīng)用有著廣闊的發(fā)展前景。
目前世界上手功能康復(fù)機(jī)器人的研究出于剛起步狀態(tài)，各種機(jī)器人產(chǎn)品更是少之又少，在國內(nèi)該領(lǐng)域中尚處于空白狀態(tài)，臨床應(yīng)用任重而道遠(yuǎn)，因此對手功能康復(fù)機(jī)器人的研究有廣闊的應(yīng)用前景和重要的科學(xué)意義。
目前大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備存在以下一些問題：康復(fù)訓(xùn)練過程中，缺乏對關(guān)節(jié)位置、關(guān)節(jié)速度的觀測和康復(fù)力的柔順控制，安全性能有待提高;大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備沒有拇指的參與;感知功能差，對康復(fù)治療過程的力位信息和康復(fù)效果不能建立起有效地評價。本課題針對以上問題，采用氣動人工肌肉驅(qū)動的手指康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人實現(xiàn)手指康復(fù)訓(xùn)練的多自由度運(yùn)動，不僅降低了設(shè)備成本，更重要的是提高了系統(tǒng)對人類自身的安全性和柔順性，且具有體積小，運(yùn)動的強(qiáng)度和速度易調(diào)整等特點。
課題的研究思想符合實際國情和康復(fù)機(jī)器人對系統(tǒng)柔順性、安全性、輕巧性的高要求 。它將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于患者的手部運(yùn)動功能康復(fù)，研究一種柔順舒適、可穿戴的手功能康復(fù)機(jī)器人，輔助患者完成手部運(yùn)動功能的重復(fù)訓(xùn)練，其輕便經(jīng)濟(jì)、穿卸方便，尤其適于家庭使用，既可為患者提供有效的康復(fù)訓(xùn)練，又不增加臨床醫(yī)療人員的負(fù)擔(dān)和衛(wèi)生保健。
綜上所述，氣動人工肌肉驅(qū)動手指康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的設(shè)計是氣壓驅(qū)動與機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合在康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的新應(yīng)用，具有重要的科學(xué)意義。
二、 國內(nèi)外研究動態(tài)
2.1 國外研究動態(tài)
美國是研究氣動肌肉機(jī)構(gòu)最多的國家，主要集中在大學(xué)。
華盛頓大學(xué)的生物機(jī)器人實驗室從生物學(xué)角度對氣動肌肉的特性作了深入研究，從等效做功角度建模，并進(jìn)行失效機(jī)理分析，制作力假肢和仿人手臂用于脊椎反射運(yùn)動控制研究。
vanderbilt 大學(xué)認(rèn)知機(jī)器人實驗室(cognitive robotics lab, crl)研制了首個采用氣動肌肉驅(qū)動的爬墻機(jī)器人，并應(yīng)用于驅(qū)動智能機(jī)器人(intelligent soft-arm control, isac)的手臂。
伊利諾伊大學(xué)香檳分校的貝克曼研究所對圖像定位的5自由度soft arm 機(jī)械手采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高精度位置控制和軌跡規(guī)劃。亞利桑那州立大學(xué)設(shè)計了并聯(lián)彈簧的新結(jié)構(gòu)氣動肌肉驅(qū)動器，可以同時得到收縮力和推力，并與工業(yè)界合作開發(fā)了多種用于不同部位肌肉康復(fù)訓(xùn)練的小型醫(yī)療設(shè)備。
英國salford 大學(xué)高級機(jī)器人研究中心對氣動肌肉的應(yīng)用作了長期的系統(tǒng)研究，開發(fā)了用于核工業(yè)的操作手、靈巧手、仿人手臂以及便攜式氣源和集成化氣動肌肉，目前正在研究10 自由度的下肢外骨骼以及仿人手的遠(yuǎn)程控制。
法國國立應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(instituted national dissidences appliqués, insa)研究了氣動肌肉的動靜態(tài)性能和多種控制策略，目前正在研制新型驅(qū)動源的人工肌肉以及在遠(yuǎn)程醫(yī)療上的應(yīng)用。
比利時布魯塞爾自由大學(xué)制作了新型的折疊式氣動肌肉用于驅(qū)動兩足步行機(jī)器人，實現(xiàn)了運(yùn)動控制。
日本bridgestone 公司在rubber tauter 之后又發(fā)明了多種不同結(jié)構(gòu)的氣動肌肉。德國festoon 公司發(fā)明了適合工業(yè)應(yīng)用的氣動肌腱fluidic muscle，壽命可達(dá)1000萬次以上，同時還對氣動肌肉的應(yīng)用作了許多令人耳目一新的工作。英國shadow 公司研制了目前世界上最先進(jìn)的仿人手。美國的kinetic muscles 公司與亞利桑那州立大學(xué)合作開發(fā)了多種用于肌肉康復(fù)訓(xùn)練的小型醫(yī)療設(shè)備。
lilly采用基于滑動模的參數(shù)自適應(yīng)控制策略，實現(xiàn)了單氣動肌肉驅(qū)動的關(guān)節(jié)位置控制。
2.2 國內(nèi)研究動態(tài)
自20 世紀(jì)90 年代以來，我國陸續(xù)開始了氣動肌肉的研究。
北京航空航天大學(xué)的宗光華較早開始?xì)鈩蛹∪獾难芯?，分析了其非線性特性、橡膠管彈性及其自身摩擦對驅(qū)動模型的影響，并應(yīng)用于五連桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)，通過剛度調(diào)節(jié)實現(xiàn)柔順控制。
上海交通大學(xué)的田社平等運(yùn)用零極點配置自適應(yīng)預(yù)測控制、非線性逆系統(tǒng)控制以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，實現(xiàn)單自由度關(guān)節(jié)的快速、高精度位置控制。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王祖溫等分析了氣動肌肉結(jié)構(gòu)參數(shù)對性能的影響、氣動肌肉的靜動態(tài)剛度特性以及與生物肌肉的比較，提出將氣動肌肉等效為變剛度彈簧，設(shè)計了氣動肌肉驅(qū)動的具有4 自由度的仿人手臂、外骨骼式力反饋數(shù)據(jù)手套和6 足機(jī)器人，采用輸入整形法解決關(guān)節(jié)階躍響應(yīng)殘余震蕩問題。
北京理工大學(xué)的彭光正等先后進(jìn)行了單根人工肌肉、單個運(yùn)動關(guān)節(jié)以及3 自由度球面并聯(lián)機(jī)器人的位置及力控制，采用了模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多種智能控制算法，并設(shè)計了6 足爬行機(jī)器人和17 自由度仿人五指靈巧手。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)氣動中心的隋立明博士也通過實驗得到了氣動人工肌肉的一個更簡潔的修正模型和經(jīng)驗公式并對兩根氣動人工肌肉組成的一個簡單關(guān)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行實驗建模和采用位置閉環(huán)的控制方法進(jìn)一步驗證氣動人工肌肉的模型。
上海交通大學(xué)的林良明也對氣動人工肌肉的軌跡學(xué)習(xí)控制進(jìn)行了仿真研究給出了學(xué)習(xí)的收斂性的初步結(jié)論為下一步的學(xué)習(xí)控制奠定了基礎(chǔ)。其中田社平通過對氣動人工肌肉收縮在頻率域上的數(shù)學(xué)模型并對它的結(jié)構(gòu)及其靜動態(tài)特性進(jìn)行了理論分析建立了相應(yīng)的靜態(tài)力學(xué)方程。
2003年付大鵬等，以機(jī)械手抓取物體為分析對象，采用矩陣法來描述機(jī)械手的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)問題，以四階方陣變換三維空間點的齊次坐標(biāo)為基礎(chǔ)，將運(yùn)動、變換和映射與矩陣計算聯(lián)系起來建立了機(jī)械手的運(yùn)動數(shù)學(xué)模型，并提出了機(jī)械手運(yùn)動系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的新方法，這種方法對機(jī)械手的精密設(shè)計和計算具有普遍適用意義。
2005年車仁煒，呂廣明，陸念力對5自由度的康復(fù)機(jī)械手進(jìn)行了動力學(xué)分析，將等效有限元的方法應(yīng)用到開式的5自由度的康復(fù)機(jī)械手的動力分析中，這種方法比傳統(tǒng)的分析方法建模效率高、簡單快捷，極其適合現(xiàn)代計算機(jī)的發(fā)展，的除了機(jī)械臂的動力響應(yīng)曲線，為機(jī)械手的優(yōu)化設(shè)計及控制提供理論依據(jù)。
2008年北京聯(lián)合大學(xué)張麗霞，楊成志根據(jù)拿取非規(guī)則物品的任務(wù)要求，采用轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)相結(jié)合，設(shè)計了五指型機(jī)器手，手指彎曲電機(jī)與指間平衡電機(jī)耦合驅(qū)動，實現(xiàn)了機(jī)器手的多角度張開、抓握運(yùn)動方式,對實用型仿人機(jī)器手的機(jī)構(gòu)設(shè)計有參考意義。
2009年楊玉維等人對輪式懸架移動2連桿柔性機(jī)械手進(jìn)行了動力學(xué)研究與仿真，。采用經(jīng)典瑞利.里茲法和浮動坐標(biāo)法描述機(jī)械手彈性變形與參考運(yùn)動間的動力學(xué)耦合問題， 綜合利用拉格朗日原理和牛頓.歐拉方程并在笛卡爾坐標(biāo)系下，以矩陣、矢量簡潔的形式構(gòu)建了該移動柔性機(jī)械手系統(tǒng)的完整動力學(xué)模型并進(jìn)行仿真。
2009年羅志增，顧培民研究設(shè)計了一種單電機(jī)驅(qū)動多指多關(guān)節(jié)機(jī)械手，能夠很好的實現(xiàn)靈巧、穩(wěn)妥的抓取物體，這個機(jī)械手共有4指12個關(guān)節(jié)。每個手指有3個指節(jié)，由兩個平行四邊形的指節(jié)結(jié)構(gòu)確保手指末端做平移運(yùn)動，這種設(shè)計方案很好的實現(xiàn)了控制簡單、抓握可靠的目的。
從目前來看，國內(nèi)對氣動人工肌肉的研究仍處于剛起步的階段。有關(guān)氣動人工肌肉的研究與國外還有相當(dāng)?shù)牟罹鄬鈩尤斯ぜ∪庵械脑S多問題，還沒有進(jìn)行深入的研究。此外，采用氣動人工肌肉作為機(jī)器人驅(qū)動器的研究還不成熟。
三、 主要研究內(nèi)容和解決的主要問題
目前大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備存在以下一些問題:康復(fù)訓(xùn)練過程中，缺乏對關(guān)節(jié)位置、關(guān)節(jié)速度的觀測和康復(fù)力的柔順控制，安全性能有待提高;大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備沒有拇指的參與;感知功能差，對康復(fù)治療過程的力位信息和康復(fù)效果不能建立起有效地評價。為此，課題主要研究內(nèi)容：設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單，易于穿戴，并且安全、柔順、低成本，使用方便的氣動手功能康復(fù)設(shè)備。對氣動手指康復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析、用mat lab軟件對康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的康復(fù)治療過程的力位信息進(jìn)行仿真分析。
要實現(xiàn)上述的目標(biāo)，系統(tǒng)中需要著重解決的關(guān)鍵技術(shù)有：
(1)基于已有上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人外骨骼機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計，對手指康復(fù)訓(xùn)練方法分析和提煉。 主要包括：人手部的手指彎曲抓握動作分析，氣壓驅(qū)動關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)自由度的優(yōu)化配置。使機(jī)械手能夠?qū)崿F(xiàn)手指的彎曲、物體的抓握等手部癱瘓患者不能實現(xiàn)的動作。
(2)對機(jī)器人機(jī)械機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析。主要包括：氣壓驅(qū)動的手指關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)械機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析。
(3)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的力位信息仿真。主要包括：用mat lab軟件進(jìn)行機(jī)器人氣壓驅(qū)動終端的力位信息 仿真。
根據(jù)總體方案設(shè)計以及工作量的要求，外附骨骼機(jī)械手系統(tǒng)是上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的一部分，本文主要是研究手指康復(fù)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)分析工作。
四、論文工作計劃與方案
論文工作計劃安排：
2010年9月——2011年6月準(zhǔn)備課題階段：
主要工作：學(xué)習(xí)當(dāng)今最先進(jìn)的機(jī)器人設(shè)計技術(shù);學(xué)習(xí)用matlab軟件進(jìn)行計算仿真及優(yōu)化，查閱國內(nèi)外的資料，對康復(fù)機(jī)械手作初步了解。
2011年7月——2011年9月課題前期階段
主要工作：課題方案設(shè)計，擬寫開題報告，開題。
2011年10月——2012年7月課題中期階段
主要工作：開始具體課題研究工作，根據(jù)已有上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人外骨骼機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)部分設(shè)計，對手指康復(fù)訓(xùn)練方法分析和提煉。研究手指康復(fù)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)分析工作。
2012年8月——2012年12月課題后期階段
主要工作：對手指康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行模擬仿真，對設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善課題。
2013年1月——2013年4月結(jié)束課題階段
主要工作：整理相關(guān)資料，撰寫論文，準(zhǔn)備進(jìn)行畢業(yè)論文答辯。
2013年5月——2013年6月論文答辯階段
主要工作方案：
1. 完成學(xué)位課與非學(xué)位課學(xué)習(xí)的同時，進(jìn)行市場調(diào)研，對手指康復(fù)機(jī)械手作初步了解。
2. 查閱資料，了解氣動手指康復(fù)機(jī)器人的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。
3. 分析已有上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人外骨骼機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)的部分設(shè)計。
4. 對現(xiàn)有手指康復(fù)訓(xùn)練方法設(shè)計進(jìn)行分析和提煉，分析其優(yōu)缺點。
5. 開始具體設(shè)計工作。
