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      機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化技術(shù)的智能應(yīng)用分析

      2024-01-04 12:21:44李雪凝
      機(jī)械管理開發(fā) 2023年11期
      關(guān)鍵詞:行走機(jī)構(gòu)履帶噴藥

      李雪凝

      (長沙理工大學(xué), 湖南 長沙 410000)

      1 智能制造時(shí)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造概述

      1.1 智能機(jī)械制造的優(yōu)勢

      在智能制造中,由于機(jī)械制造具備了高精度、生產(chǎn)過程能源耗費(fèi)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(jī)器制造的效率;在制造流程中,能及時(shí)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(jī)械制造的準(zhǔn)確度;另外,由于在機(jī)器中配置了變壓器系統(tǒng),增強(qiáng)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(fèi)。

      1.2 智能機(jī)械制造的發(fā)展趨勢

      機(jī)械設(shè)備制造業(yè)已經(jīng)成為我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要支柱產(chǎn)業(yè)之一,并正向著自動(dòng)化、智能化趨勢發(fā)展。在智能時(shí)代,機(jī)械設(shè)備制造商應(yīng)該提高環(huán)境保護(hù)能力,并加強(qiáng)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中采用綠色環(huán)保的材料,以使機(jī)械制造設(shè)計(jì)更符合可持續(xù)發(fā)展的原則;并且在實(shí)際使用過程中的機(jī)械特性也需要進(jìn)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(shí)用性。通過增加企業(yè)對機(jī)械制造優(yōu)勢與特點(diǎn)的研究,以及通過智能化技術(shù)的運(yùn)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(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化的特點(diǎn)

      2.1 可靠性

      智能自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用能夠較好地避免事故發(fā)生,同時(shí)相關(guān)工作人員也可以不再進(jìn)行手工操作,通過計(jì)算機(jī)程序就能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。但在這一過程中難免會(huì)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(bǔ)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(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化具有高效性,盡管實(shí)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(dòng)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(jìn)行檢測分析進(jìn)行加工處理,利用PLC 程序?qū)崿F(xiàn)對整個(gè)生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理。

      2.3 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的意義

      機(jī)械自動(dòng)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(jìn)的技術(shù),更是一種先進(jìn)的科學(xué)管理理念。

      3 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用(以機(jī)器人為例)

      3.1 工業(yè)機(jī)器人

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

      工業(yè)機(jī)器人可分為直角坐標(biāo)型機(jī)器人、球坐標(biāo)型機(jī)器人、圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人和多關(guān)節(jié)型機(jī)器人。碼垛機(jī)器人在進(jìn)行構(gòu)型選擇與設(shè)計(jì)時(shí),需要遵循四個(gè)原則:保證機(jī)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(jī)械臂不可控制和損壞機(jī)械臂的情況,需要消除機(jī)械臂的奇異位型;以及合理設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu),機(jī)械臂能夠正常運(yùn)動(dòng)和方便制造。從機(jī)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(dòng)控制,氣爪部分是用來實(shí)現(xiàn)抓取的功能,是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代機(jī)械手控制的關(guān)鍵,氣爪由氣缸提供抓取力,可以實(shí)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(jī)器人

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

      1)椰子機(jī)器人:可以像人一樣對物品進(jìn)行抓取,有類似于人的關(guān)節(jié),同時(shí)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(dòng),簡單說這類機(jī)器人是有驅(qū)動(dòng)、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(jìn)行識別,識別后有升降臺將小車的執(zhí)行部件運(yùn)送到指定的位置,從而實(shí)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(dòng)噴藥機(jī)器人:目前最常見的噴藥機(jī)是人操作的背負(fù)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(jī)器是通過機(jī)器運(yùn)動(dòng)的手段對噴藥裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng),大部分是使用輪子進(jìn)行驅(qū)動(dòng),同樣也有使用履帶驅(qū)動(dòng)。

      無論什么形式的噴藥裝置,最大的特點(diǎn)都是可以通過各種手段實(shí)現(xiàn)對人力的替代,提高工作效率。但我國額定噴藥機(jī)器的研究仍然較落后,傳統(tǒng)噴藥方式的缺點(diǎn)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(dòng)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(dá)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(hù)工等工作上[3]。

      通過研究調(diào)查多個(gè)自動(dòng)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(jì)重點(diǎn)是在底盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),即行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì);噴藥系統(tǒng)的設(shè)計(jì),即噴藥的方式以及噴藥用的藥水存儲(chǔ)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(shí)為了適應(yīng)果園復(fù)雜的工作環(huán)境,設(shè)計(jì)一個(gè)履帶行走機(jī)構(gòu),來實(shí)現(xiàn)爬坡等操作。行走機(jī)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(qiáng)。當(dāng)履帶行走機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候,有電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪選擇,由鏈輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)著履帶的運(yùn)動(dòng),由于履帶板與路面之間的附著力大于驅(qū)動(dòng)鏈輪、支重輪和導(dǎo)向輪的滾動(dòng)阻力,所以履帶板不會(huì)滑動(dòng),而驅(qū)動(dòng)鏈輪、支重輪和導(dǎo)向輪則沿著鋪設(shè)的鏈軌滾動(dòng),從而驅(qū)使整機(jī)行走。

      4 結(jié)語

      我國機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用,促進(jìn)了機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)展。但我國的此類技術(shù)與發(fā)達(dá)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(jī)械制造技術(shù)中得到全面的提升,以此來增強(qiáng)國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

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