机器人的机械设计范文1
〔关键词〕医疗器械;人机工程;具体应用;人机界面;可靠性;安全性
在科技发展的推动下，医疗器械的使用功能得到了丰富。目前，医疗器械产品的可靠性虽然得到了很大的提升，但在实际应用中由于人为因素的影响，医疗事故仍时有发生［1］。在医疗器械设计中应用人机工程能够促进医疗器械产品安全性能与可靠性能提升，故我们针对人机工程在医疗器械中的应用进行了如下探讨。
1人机工程概述
人机工程是一项研究人同系统中其他因素之间相互作用和应用的学科。人机工程专家研究的目的是优化和设计环境、系统、产品、工作，让其更加满足人们需求。人机工程学研究的目的是揭开人与环境、机之间存在的规律，以实现人－环境－机系统的优化。人机工程学是在对人－环境－机的特性认真研究的基础上，将人和“物”共处的环境作为系统进行研究［2］。在该系统中人、环境、机之间相互依存、相互作用的关系决定了系统的性能。医疗器械的间接或者直接作用决定了人机工程使用的安全性能。科技的发展使医疗器械的操作控制与内部结构更加精准、精细，医疗器械的可靠性能也得到了很大的提升。但是人的生理机能进化较小，因此对医疗器械进行人机工程学设计，才能让医疗器械更适合人进行操作，切实实现人机统一。
2人机工程在医疗器械设计中的具体应用
医疗器械的种类繁多，在对医疗器械进行设计时需要对多方面的因素进行分析。以人为中心的设计原则不仅能够让设计出的医疗器械能够容易理解与使用，同时还能减少医护人员的训练力度，增强医疗器械与人之间的亲和力。让医疗器械更加具有人性化，还能够减少患者焦虑、恐惧的不良情绪［3］。人性化设计的医疗器械能够提升医护人员的操作效率，确保操作的可靠性。不断完善产品质量，能够提高医疗设备对医护人员和患者的吸引力，进而提升医疗器械竞争优势。2.1人机界面人机界面是人与计算机进行信息交换、信息传递媒介对话的接口，是重要的计算机组成部分，而人机交互就是研究人和计算机之间互相影响的技术。人机界面可以分为环境性人机界面、情感性人机界面、功能性人机界面。人机界面的划分并不是绝对的，3种类型的界面存在重叠与交互。进行人机界面设计应当遵循以下几点原则:(1)合理性，在确保系统设计明确、合理的基础上，任何设计都必须进行定量分析;(2)动态性，每一个产品既需要多维空间理念，同时也需要空间、时间变换，以及思维认识、情感演变因素［4］;(3)多样化，设计应当进行多样化考虑;(4)交互性，界面设计交互非常重要，其不仅是信息的传递，而且也是人接受程度的反馈;(5)共通性，界面应当确保协调、统一，环境、情感与功能不能单独存在。2.2安全性安全性能是医疗器械设计的关键，安全性设计应当遵循以下三点:(1)产品本身不会对使用者与被使用的健康产生影响;(2)产品设计以及相关配置必须满足安全原则，同时还应考虑到相关行业的技术水平;(3)材料的选择，尤其是涉及易燃物品和毒物，应特别注意材料与体液、细胞和生物组织的相容性。2.3触觉设计按钮是现代医疗器械产品控制装置的主要方式，伴随着电子技术水平的提升，按钮控制器成为主要的轻型触觉控制器。按钮控制器不仅有开、关控制的功能，同时还具备转换功能。伴随着印刷电路的发展，操作者只需在操作面板上轻触特定的标志区域就能够实现功能转换的目的。2.4作业空间设计医疗器械应当满足操作人员不同体型和操作姿势的需求，因此医疗器械需要通过增加各种附件配合主机。但是无限地扩展会导致生产成本增加，同时也导致设备维护难度提升。在设计医疗器械产品时，机构应当根据用户体型与操作的需求自动调节。这样不仅能够让患者接受非常舒适的治疗，减少患者治疗过程中的痛苦，而且还能提升医护人员操作的效率与可靠性。2.5材质设计不同材料的内部组织与构造存在一定的差异，质感也存在较大的差异。根据材料不同的特性和人们心理感受差异，合理的选择材质非常重要。医疗器械应当避免大面积的应用金属材质，与金属材质相比较，塑料材质亲和力更好，患者更容易接受，这也是大部分的医疗器械应用塑料外壳的原因之一。医疗器械应当采用亚光表面，因为亚光表面能够降低医疗器械强烈的视觉冲击，同时也能达到较好的清洗效果。
3未来发展趋势
未来医疗器械中人机工程技术的发展将会体现在以下几方面:(1)绿色医疗，在生态哲学指导下，注重可持续发展和生态保护，才能满足以人为本的设计理念;(2)虚拟人机工程，未来虚拟工程模型、虚拟人机工程设计、虚拟现实系统以及虚拟诊所等将会出现;(3)数字化人机工程，未来将会出现人机咨询系统、人机评价系统、服务分析系统以及人机工程分析系统等;(4)智能化人机工程，未来将会出现自动优化的人机智能系统和自动学习人机工程系统等。综上所述，在医疗器械设计中应用人机工程学，能够提升医疗器械的应用价值和安全性能，降低医疗事故的发生率。注重医疗器械设计细节，能够促进医疗服务质量提升和医疗卫生事业的进一步发展。
［参考文献］
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1、财务管理
一般情况下，财务管理的主要表现是对资金与物之间的买卖交易进行记录，会由专业的财务管理人员进行记录。但是，对于医疗器械其他管理方面并不重视。那么，作为一个专业的医院器械财务管理人员，应该具体注意以下几点：
（1）公勤杂务费支出表
在实际的医院机械购买过程中，除了要花费医疗器械的费用，相关采购人员的住宿费、差旅费、交通费或其他费用。因此，针对这些并不计算在医疗器械购买计划里的费用，统一归纳为公勤杂务费，相关采购人员要提供相应的发票数据，由医疗器械财务管理人员制定公勤杂务费支出表。
（2）医疗器械购买付款清单
由于部分医疗器械成本较高，再加之医院购买资金有限，很多医院都采取分期付款方式，这也就加大了医疗器械财务管理工作的难度。因此，医疗器械财务管理人员一定要做好付款计划表，按照规定时间进行付款，并将发票以及购买清单留存，以免日后查询困难。
（3）医疗器械供货商付款情况查询
目前，大多数医院都会在同一供应商内购买大量不同类型的医疗器械，但是，这些医疗器械的付款方式都存在很大的差异。因此，医疗器械财务管理人员不仅要掌握具体付款情况，还要对每一种医疗器械的付款情况有所了解，及时对供应商的付款情况进行查询。
（4）医疗器械耗材库库存对账单
相关管理人员要对医疗器械耗材的出库入库情况有着充分的掌握，要对每一笔账目进行认真仔细的核对，一旦发现问题，就要及时找出问题原因。
（5）医疗设备折旧和医疗耗材费用统计
医疗机械设备在使用一段时间后，必然会出现一定的磨损，其本事价值也会受到很大的影响。那么，医疗机械财务管理人员一般都会预算出一笔医疗机械设备的折旧费用。其次，当医疗设备正式发放到相应的科室内，将会直接计入科室医疗成本中。所以，要对这些医疗机械设备实施动态管理方式，及时汇总和统计。
（6）医疗器械维修数量和费用统计
如果医疗机械设备的使用时间较长，常常会发生故障，那么，就要由专门的技术人员对其检修和维护，这一过程中所产生的费用也将计入科室医疗成本内。
2、医疗器械数据统计
（1）医疗设备需求表和购买计划表
各科室将所需的以医疗机械设备的数量、型号等，上报给医疗机械管理部门，将由专门的管理人员制定出医疗设备需求表，并上交给医院领导，当医院经过决议通过后，最终制定医疗器械购买计划表，这些计划表也可以成为医院下半年主要的工作计划，为医院的财政管理工作提供了有效的保障。
（2）科室医疗设备发放清单
它是指对发放到各科室所有医疗设备的详细情况进行的统计，可以核对本科室领到的所有设备，也可以根据设备的档案号查询到某一设备的详细情况，相关机构也可以了解所购买设备的具体去向。
（3）科室医疗设备购买清单
实现按购买日期、设备价值、设备名称、厂商或供应商等多种方式查询科室医疗设备。
（4）医疗器材分类统计
它能够将一段时间内的设备器材折旧、材料消耗、维修费、气体消耗分类统计，分析科室各个类别的消耗，完善管理。
（5）仓库存量清查统计
库房管理人员要随时对医疗机械耗材的使用量进行观察个记录，及时做好医疗机械耗材的补货工作，避免出现供应不足的情况，影响各科室的正常工作。其次，因为仓库内储存了大量不同种类的医疗机械耗材，其使用情况也不同。因此，我们可以针对每一种耗材的使用情况，预算出大概的出库量，以此来保证充足的医疗器械耗材。
（6）医疗器械耗材库存对账单
医疗器械耗材对账单是为了方便管理人员核实一段时间内医疗器械耗材整体情况的一项功能，能够跟踪某种耗材所属发票的基本信息、某种耗材入库情况的详细信息、科室对某种耗材领用的详细信息、某张发票中各种耗材发往科室的详细情况。
3、医疗设备和医疗器材的维修统计
（1）维修费用与维修医疗设备器材价值比统计。以科室或维修人员为统计单元，所产生的维修费用总和与其维修过的设备器材的价值总和之比，产生的维修费用及时间均应以已验收过的设备器材进行统计，而对正在维修而未完成验收的设备器材不予纳人统计范围。
（2）医院各科室维修医疗设备器材数量及维修费用统计，包括各科室汇总统计和医疗设备器材科室明细统计。
（3）维修人员维修医疗设备器材数量及价值统计。它可以作为维修人员的工作数量、质量及工作能力、个人素质的考核依据。
（4）医疗设备器材平均维修工作日统计。它是指一台（件）设备器材从故障报修到修复完毕所花费的时间，表现了维修人员的反映速度、响应时间和维修效率，促使医疗设备器材尽快修复。
（5）维修材料库存统计。想要确保医疗机械设备维修工作的质量，就要充分做好一切防止措施，配备相应的耗材配件。那么，这就需要对维修材料库房进行科协合理的管理，这样不仅能有保证医疗机械设备维修工作的顺利开展，还可以大大减少了维修成本费用的支出。但是，由于很多配件的型号复杂，种类繁多，价格成本也比较高。因此，要配备专门的管理人员对其进行入库登记。
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一、压力容器机械强度可靠性设计的理论基础
1、可靠性含义。压力容器可靠性是指其在特定的情况下，能够让使用功能满足用户的需求，并且在使用的过程不发生故障性质。与压力容器机械强度可靠性存在密切关联的因素有使用环境、环境温度、消费者使用需求以及应力?O等，压力容器机械强度的可靠性和压力容器的使用时间存在密切联系，随着压力容器使用时间的延长，压力容器机械强度的可靠性逐渐降低，也正是由于有可靠性的存在人们才对压力容器产生了使用寿命的认识[2]。无论是电子产品还是人们日常生活用品，研究可靠性都是非常有必要的。随着国家经济水平和人们生活质量的提升，人们对压力容器的要求也越来越高，在科技发展的支持下，压力容器可靠性得到了大幅度的提升，由于可靠性在一定程度上体现了一个国家的实力水平，因此产品的可靠性研究具有非常重要的意义。
2、理论基础。根据国家标准，压力容器设计应充分的考虑实际厚度和计算厚度的附加值。实际厚度的附加值是指筒体的腐蚀裕量和材料得到实际厚度误差，材料的实际厚度误差是根据材料标准中所规定的误差范围进行计算[3]，而筒体的腐蚀裕量则指的是压力容器中所装的物体对材料腐蚀速率的影响和对压力容器的预期使用时间的计算等。通过长期实践研究表明，我国大部分的压力容器机械强度可靠性设计，在对使用寿命进行计算的弹性失效的中径公式都是将其设为极限情况，计算并没有考虑到腐蚀裕量，所以所得出的结果与实际存在差别。一般情况下压力容器机械强度的可靠性设计可以分为6个步骤：（1）计算压力容器的可靠度和强度系数；（2）根据公式计算出容器的故障概率；（3）利用所计算出故障概率计算压力容器的可靠度；（4）计算出生产材料能够承受的负载强度；（5）计算出压力容器的应力均值；（6）利用计算出的各项结果确定压力容器的预算厚度[4]。
二、进行压力容器机械强度可靠性设计的基本方法
1、注重极限情况。在压力容器使用的过程中，筒体的厚度会发生较大的变化，并且其也会在筒体应力的作用下发生一定的改变，所以进行压力容器机械强度可靠性设计，需要充分的考虑压力容器所装物体对筒体的腐蚀速率。科研人员在应用公式对压力容器使用过程中的筒体厚度进行计算时，必须注重可靠性受到破坏的情况：a、压力容器筒体发生屈服失效；b、压力容器筒体发生断裂；科研人员必须仔细分析压力容器在极限情况下失效问题，最大限度的提升压力容器的抗压值，提升压力容器机械强度的可靠性。
2、精确计算压力容器的筒体厚度。在二十世纪五十年代，科研人员在对路合金强度进行研究时，变证明了在实际条件中材料腐蚀深度的分布，随着研究范围的扩大，材料在实际情况下的腐蚀深度相应的研究成果也越来越多。所以在进行压力容器腐蚀裕量计算时，可以计算出压力容器最初的筒体厚度。如果某压力容器的筒体厚度是23mm，根据蒙特卡罗的模拟方法可以计算出十年后该压力容器的可靠性是0.9的五次方，大量实践表明，压力容器的厚度会随着时间延长发生变化，但是需要注意的是，压力容器在使用年限中应当保证可靠性在0.9五次方以上。
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关键词：STM32；搬运机器人；机械系统；抓取程序；控制模型；寻迹检测技术
目前，面对人工成本增加、招工难的现象，很多制造企业希望用设备代替人工，从而实现机械化生产的目标。但是动辄数万元一套的机械手或者价格昂贵的非标设备，使得企业转型遇到很大障碍。搬运机器人应用范围最为广泛，在各个领域中已经投入使用，分别在物流行业、制造行业、加工行业、建筑行业以及餐饮行业中使用，帮助人类搬运物料和进行危险环境作业。在高温、高压、多粉尘等恶劣环境中，搬运机器人可代替人工作业，节省大量人力资源，大幅提高工作效率。搬运机器人机械系统在基于可编程控制操作原理下，设置独立可控的智能芯片进行工作，它融合了多种学科作为技术支撑。由于传统搬运机器人机械系统多采用固定式平台，阻碍了机械手臂向多功能方向的发展，搬运范围和工作空间受到很大限制。STM32主控芯片将主流的Cortex作为内核，性能极高，功耗低以及实惠的价格和丰富的外设，芯片型号种类多，覆盖面广。以STM32作为搬运机器人机械系统设计的创新点，有利于提高机械系统控制的稳定性，有效规划搬运最优路径，研究基于STM32设计的搬运机器人机械系统尤为重要。
1基于STM32的搬运机器人机械系统硬件设计
基于STM32设计的搬运机器人机械系统，选取性能较好的硬件配置作为系统运行的外部环境支撑，根据搬运机器人机械系统功能和技术指标，设置硬件总体结构。系统硬件设备包括USB转换串口模块、超声波测距模块、Wi－Fi通信模块、TFT显示器、舵机控制爪、颜色识别器和电压比较器，系统硬件结构图，如图1所示。根据图1可知，系统硬件之间存在一定的联系，每个硬件之间相互配合，构成了稳定的硬件总体结构。搬运机器人机械系统运行功能较大，采用了3个独立的电压比较器，调整系统运行时的电压，颜色识别器和舵机控制爪是机械臂抓取目标物的基础硬件设备，USB转换串口模块是实现TTL串口调试的重要场所，Wi－Fi通信模块控制主机信息传输，是信息和数据传递路径［1］。基于STM32设计的机械系统，主要对超声波模块进行优化设计，超声波测距模块，能够测出机器人与目标物体的距离以及目标物体所处的方向和位置，超声波频率一般为2100Hz以上，超出了人耳感知范围。超声波检测到目标物后，信号返回，根据信号信息数据规避路障，超声波测距器额定电压值为50V，超声波频率为360kHz，精准度较高。
2基于STM32的搬运机器人机械系统软件设计
2．1设置机械臂抓取程序
基于STM32的搬运机器人机械系统软件设计，需要设计定时器配置程序，电转程序和机械臂抓取程序，其中机械臂抓取程序是最终实现搬运的核心程序，是实现搬运目标的基础。舵机转动带动机械臂运转，采用单片机引脚作为控制支撑，一般搬运机器人中会设置三个舵机和三个引脚，提供搬运动力［2］。系统持续发送电信号，舵机根据电信号的指示不停运作，机械臂在舵机的带动下也不停运转，一旦电信号中断，舵机和机械臂停止转动。设置机械臂抓取程序由两个部分组成，包括舵机程序设置和引脚程序设置，固定三个舵机的转动角度和转速，调节最大的机械臂转动时间，将机械臂先转动到一个极限位置，再进行复位，反复进行转动，设置出最佳转动角度［3］。设置好三个舵机调整角度的程序，将3个舵机进行重新排序，按照顺序依次分开运行，将三个舵机分别设置为1号舵机、2号舵机和3号舵机，从3号舵机开始运行，调整水平角度，2号舵机运行调整竖直角度，1号舵机程序运行控制夹子打开或者收缩，最终实现机械臂抓取。
2．2基于STM32构建机械控制模型
基于STM32构建机械控制模型，主要控制搬运机器人的路线、抓取力度和抓取角度。搬运机器人运作时，负载电荷和电压会出现不稳定情况，为了控制搬运机器人在工作运行中的稳定性，构建控制模型，实现系统对搬运机器人的整体控制［4］。搬运机器人的电机是带动机器人运转的主要动力，电机制造工艺会严重影响搬运机器人的稳定性，每一个搬运机器人中电机的类型可能不同，不同的电机类型会给搬运机器人带来不同的转速和转角，对搬运机器人进行控制尤为重要。利用STM32来控制电机，为搬运机器人能够正常匀速运行提供保障，将搬运机器人的运动状态采用周期法进行划分，划分每一个运行时间段，观察每个时间段内搬运机器人的运行状态，编码每一个阶段的运行状态，运行状态参数作为一个信息反馈值，从而实现控制模型的调节作用。在控制过程中，观察机器人运行状态与标准状态是否有偏差，计算出偏差值，根据偏差值的大小计算出控制作用，控制方程如公式（1）所示。（1）在上述公式中，Q表示控制模型的输出量，W表示控制模型的比例增益值，E表示运行偏差输入值，t表示样本采集时间，R、Y表示控制模型的积分和微分时间常数值。
2．3寻迹检测技术规划搬运路径
通过构建的控制模型能够有效控制搬运机器人运行状态，使运行状态达到标准状态，采用寻迹检测技术规划搬运路径，实现搬运机器人路径识别。系统会根据路径真实和实时信息传输给搬运机器人控制主机，控制主机将接收到的信息进行转化，做出相应动作，动作响应的正确率，最终影响搬运机器人的性能［5－6］。寻迹检测技术采用光的反射原理实现的，当激光照射到路面和障碍物时，会产生不同的反射效果，根据光的反射效果规划搬运机器人搬运路径，寻迹检测技术采集的路径信息可能存在一定的偏差和偏移情况，调节收集回来的电光寻迹信息，判断规定路线的偏移情况。通过调整电机运转模式，电机加速运转调整搬运机器人运动状态，控制好路线偏差和偏移量，根据偏移量的大小调节电机运动转速。寻迹检测技术有效控制了搬运机器人的搬运路线，将路线规划在最优范围之内，有效规避运动线路障碍物，从而提高搬运机器人的搬运效率。
3实验与分析
3．1实验准备
为了检测基于STM32设计的搬运机器人机械系统是否能够稳定运行，展开测试实验。确保实验结果的准确性，搭建稳定的实验平台，设置布线和控制柜，当机器人运行时，电脑控制板指示灯显示红色状态。选取8个搬运物，设置每一个搬运物的搬运位置和搬运距离，观察搬运机器人在抓取搬运物时，抓取位置偏差值。8个搬运物的基本情况如表1所示。根据表1可知，8个目标搬运物的具体重量、距离以及路线障碍物，三种因素都会对搬运机器人的搬运结果造成一定的误差值，影响搬运机器人抓取目标物的精准度，抓取位置会出现一定误差。
3．2实验结果
采用本文系统和传统系统对8个搬运物实施抓取，利用三坐标测量仪G90CS测量搬运机器人位置抓取的精准度，位置数据误差评估分布图，如图2所示。由图2可知，8个实验样本，利用本文系统和传统系统进行抓取，得出抓取位置误差结果曲线。本文系统的位置误差结果曲线均在传统系统误差曲线下方，说明，本系统的抓取性能较好。本系统样本最大误差值为0．04m，传统系统样本最大误差值为0．1m，经计算本系统样本平均误差为0．245m，传统样本平均误差物0．563m，与传统系统相比，抓取样本位置误差值较小，抓取效果较好，基于STM32设计的搬运机器人机械系统性能较好。
4结语
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关键词：自动化技术；包装机械；应用
中图分类号：F426文献标识码：A文章编号：1672-3791(2015)11(a)-0087-03
1我国包装机械行业的现状与存在的问题
1.1我国包装机械行业的现状
我国包装机械的起步是在20世纪的70年代,当时我国的机械研究所在参考日本包装机械的基础上创造了我国的第一台包装机械。到如今,已经经过了将近40年的发展,取得了傲人的成就。包装机械企业在我国民营和股份制的居多,占到了总数的80%以上,国有的包装企业却寥寥无几。所以,虽然包装机械已经成为我国机械工业中的支柱产业,却仍然没有太多的自主科技。改革开放以来,我国包装机械的品种已经有超过1350种,但是大部分都不能直接投入到生产中,还处在测试和改善的阶段,完全无法满足市场的需求。和发达的国家相比,我国的包装机械行业还有一定的差距,需要继续完善和改革。
1.2我国包装机械行业存在的问题
我国包装机械行业存在很多问题,一些尖端的包装机械还是从德国和日本等国进口。具体而言,我国包装机械行业存在的问题主要有以下几种。
(1)创新不足。我国包装机械设计人员的素质不高。我国包装机械的起步较晚,虽然发展得较快,但是并没有掌握真正顶端的科技。设计人员应用的设计理论和参考的设计规范比较陈旧,满足不了包装机械设计创新的需求。而且,科学研究和产业结合不够紧密。我国关于包装机械设计的研究并不少,但很少能够应用在实际的生产中。因此,我国包装机械设计的相关研究无法及时地在生产中实践,验证其可行性。最后,我国包装机械行业的资源配置不合理。我国对包装机械的宏观调控无法和包装机械行业发展的速度相匹配,而且国有的包装机械企业几乎没有,无法发挥社会主义集中力量办大事的优势。上述的几种原因,导致了我国包装机械行业的创新不足,阻碍包装机械行业的发展。
(2)包装机械设计的方法不足。我国包装机械的模型模仿性质高,设计时,往往是根据任务设计书的特征,寻找同类型的样机,在此基础上设计自己的包装机械。整个设计中创新的程度较低,参数模仿的痕迹很明显。再者,我国包装机械的性能指标不够自主。我国包装机械在确定设计任务后,机械设备的技能指标和技术性能的数据在很大程度上是仿造样机的参数。因此,设计的包装机械性能和样机相比无太多进步之处。综合上述的原因,我国包装机械行业要想发展,必须提高自主创新的能力,提高包装机械制造企业的内部管理,引入先进的技术,以此来给包装机械行业注入新的活力,促进我国包装机械的行业的发展。根据时代的需求和科学技术水平,将自动化技术引入到包装机械行业是一个很好的方法,可以使包装机械最大化地满足市场的需求,在下文中将具体分析自动化技术在包装机械中的应用。
2包装机械中自动化技术的应用
计算机技术的发展影响了多个行业,表现在机械行业,最明显的就是促进了其自动化的发展。通过计算机技术,可以实现机械系统本身信息的反馈和负反馈,从而满足机械设备的自动化生产,降低了人力在生产中的作用。包装机械并不是独立的个体,从自动包装到检测是一整条的生产线。所以,自动化技术在包装机械中的应用,也需要从不同的设备和元件分析。就以目前的情况而言,自动化技术在包装机械中的应用主要体现在以下几个方面。
2.1包装机械的传动系统
传动系统可以将未包装的物品运送到包装机械中,然后将包装好的物品传送到指定的位置。所以,传动系统是整个包装机械实现连续工作的基础。传统的包装机械,是通过控制电机来控制包装机械的生产速度。但是在PLC和变频器出现后,包装机械的传动系统将PLC和变频器应用在其中,实现了传动系统的自动化。当前较为先进的变频器集合了计算机技术、控制技术和机电一体化技术等,它可以根据设备检测到的信号主动调节速度和精度,极大提升了动作响应的速度和运行的效率。基于上述的几种优点,包装机械的传动系统在应用了变频器后取得了一定的发展,所以其使用的范围愈发广泛。目前,包装机械行业应用的变频器主要的品牌有西门子和施耐德等,我国还没有较为成功的自主变频器品牌。
2.2包装机械的显示器
包装机械在应用自动化技术后,会有很多的模拟信号,这些模拟信号在被接手后会显示在显示器上,人们可以根据信号的特点来判断包装机械设备的运行状态,然后直接在界面上进行相应的操作,这种信号再反馈给包装机械,改变其生产的各种状态。目前的包装机械还是以文本显示器为主,少数较为先进的包装机械采用了触摸屏的形式。显示器是人为控制生产的重要环节,当包装机械设备出现问题后,信号会最先反映在显示器上,然后就可以实现人为调节的操作。也就是说,显示器也同时相当于控制器,是人与包装机械之间的信号转换器。目前,这种人机操作界面的显示器生产商主要是西门子和三菱等企业,我国也有一些品牌的人机操作界面显示器,但是和德国与日本等发达国家还存在一定的差距。
2.3包装机械的控制系统
包装机械的自动化控制系统主要是通过PLC系统实现,PLC可以将人们编写的程序语言逻辑化地反映在包装机械的生产中。而且,PLC控制系统还有可靠性强、设计较灵活和操作简单等优点。根据包装机械行业的发展,PLC的应用极大提高了包装机械的自动化程度,满足了生产对包装机械的需求。所以,PLC在包装机械中的应用愈加广泛,两者相互促进。生产饮料包装和方便食品包装的包装机械大多采用PLC的控制系统,变频器和PLC共同支撑起了整个包装机械的自动化生产。以目前的情况而言,在未来的几年中,PLC还将是主流的包装机械控制系统。包装机械的PLC系统主要由三菱、西门子和施耐德等企业生产,基于PLC的优点分析,它在包装机械中的应用会越来越广泛,促进包装机械行业的自动化发展。
2.4包装机械中的模块化设计
模块化设计是包装机械为了应对包装机械生产较为单一的情况,同时,模块化设计是一种用功能决定包装机械设计的手段,它可以最大化满足客户的需求,应对市场的变化。这种设计也减缓了包装机械更新换代的速度,用类似半智能化的设计手段来促进包装机械的发展。通过包装机械的模块化设计,包装机械在生产中有了更多的选择,包装机械的控制系统可以根据实际的生产需求切换到不同的模块,实现包装机械生产的自动化。将模块化设计这种自动化的手段应用在包装机械中的优点有很多,首先,可以建设包装机械的设计环节。包装机械的设计是一个复杂的过程,需要从多个需求入手,然后分别设计相应的功能,最后综合机械设计的原则和指标,完成包装机械的整个设计。但是模块化的设计却可以极大程度地简化包装机械的设计过程,原本的模块是固定的,只要根据功能需求选择相应的模块,然后综合在一起,就可以基本完成整个设计。其次,产品柔性程度高。模块设计和机械设计不同,它可以独立存在,随时将最新的技术应用在自身。因此,模块化设计的更新换代是极快的。在此基础上,生产商可以通过模块设计。再者,成本较低。模块化的包装机械在设计和制造的过程中都可以通过选用相应的模块来完成,再加上设计的柔性较高,可以实现小批量的生产,降低了包装机械的设计制造成本。由上述分析可以得出,模块化设计这种自动化技术在包装机械行业的应用,直接面向市场,在提高包装机械自动化程度的基础上,还很有利于包装机械行业的发展。
2.5包装机械中的检测系统
包装机械生产并不能够包装生产的有效性达到100%,所以还是会有废品的出现。企业通过包装机械生产的产品也有不合格的,要通过检测系统检测包装出的产品是否合格,然后将不合格的产品挑出来。目前,包装机械的检测系统都是自动化进行的,首先传动系统将包装的成品运送到检测的指定位置,然后通过探伤等检测手段,检验产品的合格性。若产品合格,传动系统将成品运送到下一个环节,若不合格,将用机械手臂把不合格的产品挑选出来。整个过程都是自动化地进行,无需投入太多的人力。传统的包装机械生产成品检验是通过人力完成,效率很低,而且有极大的错误率,企业不仅需要投入大量的资金,还无法保证产品的质量。自动化检测应用在包装机械行业后,改善了整个包装机械成品检验的过程,提高了检验的可靠性,也提高了生产的效率,降低了企业的投入。自动检测技术其实是传感器和计算机系统的结合,检测到的信号通过传感器率先反馈给计算机系统,然后计算机系统根据收到的信号做出逻辑判断,发出不同的指令,指挥机械的运作。上述的几种都是自动化技术在包装机械中的应用,包装机械作为配套的设备,若想满足市场的需求,必须继续再度提高自身的自动化水平,尽量将自动化技术应用在每一个可能的设备和环节中。
3我国包装机械行业发展对自动化的要求
3.1包装机械自动化发展趋势
包装机械行业还在快速的发展中,各种新的思想和技术都在不断地应用在包装机械中。具体而言,包装机械自动化发展的趋势主要体现在以下几点上。
(1)生产效率的不断提高。包装机械生产产品的效率越高,生产成本就越低,这是企业一直追求的目标。所以,自动化在包装机械中应用的趋势是不断提高其生产的效率。
(2)适应产品的变化。商品的包装变化性很强,所以要求包装机械有很强的柔性,能够适应包装物品的变化。换言之,当商品的要求发生变化时,不用相应地更换包装机械的生产线,只需做出相应的调整即可。
(3)故障少,易排除。自动化技术的应用可以提升计算机系统在包装机械中的作用,方便故障的诊断和排除。包装机械自动化发展的趋势要求输入指令后计算机系统能自主地检测其中的故障,也可以通过远程诊断排除设备的故障。
(4)有一定的自动识别能力。包装机械的生产效率要提高,必须具备一定的自动识别功能,该功能通过传感器和逻辑程序实现,如上文分析的PLC系统主要就是为了满足包装机械的自动识别要求。增加自动识别能力后,包装机械的整个生产就可以在一定的范围内成为独立的个体,满足生产的各种需求。
(5)污染少。当前发展的经济是可持续发展的经济,要求生产中产生尽可能少的污染和垃圾,同时还要求在同等消耗的前提下生产尽可能多的产品。因此,包装机械自动化发展的趋势也包括着减少环境污染的要求。
3.2包装机械发展对自动化的要求
包装机械行业发展的趋势是向着生产的高效率、柔性强、故障易排除、有自动识别能力和污染少的方向。所以,相应的包装机械发展对自动化技术也有了一定的要求,具体如下。
(1)传感器技术。传感器技术是收集和接受信号的基础,也是实现及其内部自主控制的基础。因此,要提高包装机械行业的自动化程度,必须加强传感器在其中的应用。
(2)物流自动化技术。物流自动化技术是整个包装生产线传动的基础,因此物流自动化可以将包装生产连成一个整体,大幅度节省人力和物力的输出。基于此,必须加强物流自动化技术在包装机械中的应用,提高其自动化的程度。
(3)安全检测技术。检测技术是传递信号的基础,检测设备通过各种手段将检测到的数据转换为信号传递给传感器,再通过计算机的处理形成新的指令,指挥包装机械的生产动作。因此,安全检测技术在包装机械的自动化中也是必不可少的一部分。
4结语
随着时代的发展,机械行业的要求也来越高。在包装机械行业,其更新换代的速度较快,对机械设备的柔性要求很高。因此,要满足市场的需求,必须加快包装机械自动化程度的发展。我国包装机械行业的起步较晚,要赶上发达国家的步伐,必须将智能化的概念引入到包装机械中,应用机电一体和自动化等技术,实现生产效率的提高和智能化的生产。文中研究的包装机械自动化只是包装机械自动化发展的一部分,还有更多的技术值得我们研究。相信随着科技的发展,包装机械必将满足所有的市场需求。
参考文献
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[2]廖育梅.自动化技术在包装机械行业中的应用研究[J].中国包装工业,2013(22)：41.
[3]孙树峰.计算机在包装机械中的应用及优点[J].中国包装工业,2005(4)：26-27.
[4]王海涛.自动化技术在包装机械行业中的应用研究[J].中国包装工业,2015(Z2)：105.
机器人的机械设计范文6
关键词：现代科技，农业，机械工程
1 引言
农业机械化不仅是人类的解放，解放劳动力。这些年轻的劳动力投入到其他领域，促进中国的经济发展可以提高农业生产的效率，优化操作质量和增加作物产量，有利于农业发展和农民收入，因此，今后应重视先进技术的推广，提高农业机械化水平。目前农业机械的使用，一些机械在使用过程中不能清楚地确定作物的位置，机器在关闭过程中很容易错过，所以利用新技术在农业机械有利于弥补农业机械的脆弱性，提高机器的运作效率。
目前，高新技术的应用范围扩大，农业机械行业也开始使用高新技术，引入计算机视觉技术、自动控制技术、信息网络技术、人工智能技术、机器人技术和液压技术在农业机械的应用现状。
2 农业机械的应用技术
2.1 农业机械的应用计算机视觉技术
农业机械的应用计算机视觉技术，主要是利用计算机视觉技术在农产品质量、品位等农业产品检查，是基于图像处理，计算机视觉的学科，主要是视觉信息处理理论。表达和计算方法研究，近年来，图像处理，计算机硬件和软件，等可视化仿真技术的逐渐发展计算机视觉技术的使用功能也扩大，计算机视觉技术是用来检查农产品的质量不仅是现阶段和分级产品还用于收割、种植等。
2.2 农业机械的CAD技术
CAD技术在我国已广泛应用于机械工程设计制造从上个世纪60年代，我国40多年后独立研究开发和推广应用。但由于我国机械工程设计CAD系统的开发过程的社会主义改革开放的影响，以便后期的完美程度我国机械工程设计CAD系统程度的效率和其他性能大大受到限制，相对于我国的国外机械工程设计CAD系统仍处于较低水平。
2.3 农业机械的信息网络技术
信息网络技术在农业机械中的应用非常成功，信息网络技术和地理信息系统，结合自动化技术等技术，可以监测作物和土壤的农业生产，也可以生产作物的发展，植物病虫害，和实时监控等等，然后依靠定位系统和地理信息系统来完成现场操作。
农业机械、机器人技术应用、信息网络、计算机视觉、自动控制技术的融合。目前，已经开发了采摘机器人，嫁接机器人，机器人除草，施肥机器人喷涂机器人，等。对肥料和喷涂机器人的使用，可以避免肥料、杀虫剂和其他化学品危害人体，达到改善环境的目的。目前虽然我国机器人技术落后于发达国家，取得了一些就，但由于现代机械机器人的购买成本非常高，所以这项技术并没有得到普及。
在农业机械的设计、制造和测试，虚拟现实技术具有非常广阔的发展前景，利用虚拟现实技术建立三维模型的农业机械设计师不仅可以了解每一个部分的质量，也可以完全满足的每一部分的运行性能三维农业机械模型具有很高的精度，和农业机械制造商大规模生产的计算机数据的基础上。
在虚拟制造系统中，虚拟现实技术的基础，虚拟制造系统是由多种学科知识，利用计算机技术综合建模、仿真、生产、制造汽车。与此同时，虚拟制造系统还可以制定合理的产品检验和测试程序。目前，虚拟制造技术应用范围广泛，涉及开始工装及模具生产设备，和其他领域，可以在生产部门系统，在这一过程中完成建模、修改、分析和优化的四个工作。此外，虚拟现实技术用于柔性制造系统和计算机集成制造系统的设计。
2.4 人工智能技术
近年来，全球高端技术获得了农业机械在农业的快速发展，管理，挖掘和采摘等实现智能化，使用人工智能技术研究和开发的激光拖拉机、内部导航设备，等等，可以拖拉机的方向和具置测量，并通过建立计算机数据库将记录相关数据，使用数据库了解排水位置、土壤湿度、等等。了解土地信息后，制定合理的土地种植方案，计算机化化肥消费，数量的农药和种子。
3 先进技术的应用在农业机械化操作的保障措施
得到更好的应用程序为了促进先进技术，提高农业机械化水平，未来应该完善的技术推广体系，提高农业机械化水平，促进农业生产和发展。完善的技术推广体系，高度重视农业技术推广，建立试验示范基地，发挥作用的指导，让农民参观和学习。让他们意识到农业机械设备的重要作用，加强农业机械化的意识，接受和使用机械设备，技术推广和培训活动。让广大农民掌握农业机械和设备的使用，提高思想认识和应用技能、农业机械和农业技术应用于农业生产。
构建技术环境，当地政府应该高度重视农业机械和农业技术推广的作用。提高思想认识，加强规划和指导，增加资本投资，培训专业人才，创新工作方法，对许多人来说，完善的技术推广体系，认真履行职责，并扩大先进技术的影响。完善法律法规，充分利用其在技术和人才优势，重视技术的宣传和推广活动，增强服务意识，扩展广泛的服务渠道，更好的满足实际工作的需要，对农业技术的发展，为推广农业机械和设备创造便利。
4 农业机械新技术的发展
农业机械新技术的应用和发展是为了提高农业的生产力服务，所以农业机械新技术的发展主要是以下几点：
首先，加快新技术的使用和推广。科学技术是第一生产力，加快计算机视觉技术、自动控制技术和智能技术等新技术在农业机械的使用，同时引进国外先进的机械、新技术，促进我国农业的发展，提高农业的生产效率具有重要意义。
第二，政府补贴。购买新机器的个人组织生产、资本压力，使得他们很难机械技术推广，所以对于农业机械推广使用新技术，政府将给予补贴材料，扩大新机器的使用。
第三，提高农业资源的利用效率。机械使用以提高农业生产的效率，提高农业资源的利用率。例如，在传统的农业生产过程中，和处理农作物秸秆，绝大多数情况下燃烧，不仅浪费资源，还污染空气。但农业机械的使用新技术的农作物秸秆粉碎加工、作物秸秆可以转化成脂肪不仅材料，提高农业资源的使用效率，也减少了空气污染。
5 结束语
现代农业机械制造技术是现代农业生产技术、现代机械制造加工技术全面的产品组合，和通用机械制造技术有明显的差异，在发展现代农业过程中机械制造技术。应该开始从现代农业发展的实际需求，不断扩大该地区的农业机械化技术，一些先进的农业机械化技术，快速推广现代农业机械制造技术。
参考文献
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