模块化机械臂关节设计

南京工业大学学士学位论文

三关节机械臂及其控制系统设计

摘 要

随着科技的不断进步，机械臂特别是仿人型机械臂的发展非常迅速。其在人们的日常生活，生产中开始扮演着不可或缺的角色。本文呈现的是一种仿人型机械臂，其主要特点在与多样化，简单化，直觉化的人机交互方式。将以往复杂的主从式操作，诸如摇杆控制等，转化为简单的触摸屏操作，同时辅佐以双目机器视觉，还可以实现通过人的手势来控制机械臂动作，实现了直觉化的控制。

为了能高效稳定地控制机械臂，本设计使用了双控制系统协同作业：下位控制系统使用嵌入式系统—ARM 微处理器（S3C2440 芯片）—实现机械臂的基本动作的控制封装，包括定位算法以及运动控制等；上位控制系统是在PC 上实现的，控制软件使用VC++ 6.0 编写，主要实现机器视觉的相关运算，并将运算结果通过串口通信，传递给下位系统—ARM 微处理器，并最终转换成机械臂的动作。

整个设计过程包含了底层的驱动硬件设计：舵机的选型与控制；机械结构设计：结构设计，负载校核；控制系统电路设计；上位，下位软件的编写：舵机的控制方式—PWM 脉宽调制，点定位算法，轨迹控制算法，机器视觉算法；还编写了3 维软件进行仿真：三维的投影算法，及贴面，光照，面的排序算法

汽车产品模块化设计要点

当今制造业企业一方面必须利用产品的批量化、标准化和通用化来缩短上市周期、降低产品成本、提高产品质量，另一方面还要不断地进行产品创新使产品越来越个性化，满足客户的定制需求。这样，如何平衡产品的标准化、通用化与定制化、柔性化之间的矛盾，成为赢得竞争的关键能力。平台化、模块化的产品设计和生产可以在保持产品较高通用性的同时提供产品的多样化配置，因此平台化、模块化的产品是解决定制化生产和批量化生产这对矛盾的一条出路。

以下总结了推行模块设计过程需要关注的要点：

1 产品模块化设计各个部门远景目标：

1） 产品开发：产品开发过程分解为平台开发和产品开发过程，专门的团队进行平台的设计

和优化，新产品的开发由平台通过变量配置实现；

2） 产品制造：产品制造部门按照产品平台分配产线和装配资源；

3） 供应链管理：实现零库存，根据模块的要求选择能够承接模块设计和开发的供应商； 4） 市场部门：实现按订单制定产品开发和制造计划。

2 模块化实施过程： 1）产品系列平台划分，采用“产品型号组方法”则是对整个目标市场划分所进行的全部变型型号的规划和开发。 新产品规划要定义一组变型型号。配置应当与市场定位关联，其实际定义应当与产品性能的部分关联，并体现出不同变型

汽车产品模块化设计要点

当今制造业企业一方面必须利用产品的批量化、标准化和通用化来缩短上市周期、降低产品成本、提高产品质量，另一方面还要不断地进行产品创新使产品越来越个性化，满足客户的定制需求。这样，如何平衡产品的标准化、通用化与定制化、柔性化之间的矛盾，成为赢得竞争的关键能力。平台化、模块化的产品设计和生产可以在保持产品较高通用性的同时提供产品的多样化配置，因此平台化、模块化的产品是解决定制化生产和批量化生产这对矛盾的一条出路。

以下总结了推行模块设计过程需要关注的要点：

1 产品模块化设计各个部门远景目标：

1） 产品开发：产品开发过程分解为平台开发和产品开发过程，专门的团队进行平台的设计

和优化，新产品的开发由平台通过变量配置实现；

2） 产品制造：产品制造部门按照产品平台分配产线和装配资源；

3） 供应链管理：实现零库存，根据模块的要求选择能够承接模块设计和开发的供应商； 4） 市场部门：实现按订单制定产品开发和制造计划。

2 模块化实施过程： 1）产品系列平台划分，采用“产品型号组方法”则是对整个目标市场划分所进行的全部变型型号的规划和开发。 新产品规划要定义一组变型型号。配置应当与市场定位关联，其实际定义应当与产品性能的部分关联，并体现出不同变型

模块化理论概述

模块化是时代的需要，是市场经济的产物，是一种新的标准化形式，也是一种现代化设计方法，在发达国家应用实践中，显示其巨大的生命力，取得了显著经济效益，模块化理论是一种新的方法论，是诸多思维方法在产业系统的综合运用，由系统原理和方法、标准化原理及方法、具有普适性的逻辑方法的三大理论为基础的方法论。从不同的角度观察，模块化具有不同的定义；可以认为模块化就是为了适应信息时代的需要、适应多样化的需要而发展起来的一种新的标准形式，一个新的标准化理论的分支。 3.1.1 模块与模块化的概念

（1）模块是指可组合成系统的、具有某种确定功能和接口结构的典型通用独立单元。根据此定义揭示模块具有以下特征；

1）模块是构成系统的单元，是系统的组成部分；模块是由一些零件组装成的部件单元，用模块可以组合成新的系统。

2）模块是具有确定功能的单元，可以作为一个单独设计单元或者部件分头并行设计，可以单独制造、预制、储备，便于专业厂制造。

3）模块结构具有典型性、通用性或者兼容性，可以构成系列，具有标准化的属性；是通过同类产品的功能和结构分析分解出来，应用标准化的方法中的简化和统一方法而得出的具有典型的部件；其通用性是通过接口的标准化或者通用化实现的。

4）模块

模块化理论概述

模块化是时代的需要，是市场经济的产物，是一种新的标准化形式，也是一种现代化设计方法，在发达国家应用实践中，显示其巨大的生命力，取得了显著经济效益，模块化理论是一种新的方法论，是诸多思维方法在产业系统的综合运用，由系统原理和方法、标准化原理及方法、具有普适性的逻辑方法的三大理论为基础的方法论。从不同的角度观察，模块化具有不同的定义；可以认为模块化就是为了适应信息时代的需要、适应多样化的需要而发展起来的一种新的标准形式，一个新的标准化理论的分支。 3.1.1 模块与模块化的概念

（1）模块是指可组合成系统的、具有某种确定功能和接口结构的典型通用独立单元。根据此定义揭示模块具有以下特征；

1）模块是构成系统的单元，是系统的组成部分；模块是由一些零件组装成的部件单元，用模块可以组合成新的系统。

2）模块是具有确定功能的单元，可以作为一个单独设计单元或者部件分头并行设计，可以单独制造、预制、储备，便于专业厂制造。

3）模块结构具有典型性、通用性或者兼容性，可以构成系列，具有标准化的属性；是通过同类产品的功能和结构分析分解出来，应用标准化的方法中的简化和统一方法而得出的具有典型的部件；其通用性是通过接口的标准化或者通用化实现的。

4）模块

从60年代资源经济到21世纪体验经济的转变，经历了技术创新、产品创新、价值创新等阶段。所谓体验是指使每一个消费者以个性化的方式参与某个事件，使其情绪、体力、智力和精神达到某一特定水平时在意识中产生的美好感觉。产品提供者不仅仅向消费者提供商品或服务，更要提供最终的体验，充满感性的力量，给消费者留下难以忘怀的愉悦记忆。不难看出，消费者价值观的差异必然导致产品或服务的个性化。个性化成为目前制造企业面临的三大挑战（全球化、绿色化和个性化）之一。全球企业都在不同程度地追求着产品的个性化。然而，个性化生产模式必然会导致产品生产的低效率，如何解决生产效率与个性化的矛盾呢？我们知道，模块化设计可以在减少内部多样化的情况下，获得更多的外部多样化。通过模块化设计可以解决生产效率与个性化的矛盾。PLM技术在提高企业产品设计和管理效率的同时，也能为模块化产品设计提供一些技术支撑。

当回归产品设计的本源，重新探讨产品开发方法论时，我们会发现，我们曾经忽视了一个重要阶段——产品开发阶段。在产品开发阶段，产品设计师根据市场要求进行产品规划，比如：这个产品采用什么样的架构，企业供应链如何配套，如何进行模块化产品设计？模块化产品还存在哪些问题？下面将会一一讨论这些问题。

一、

模块化机械设计理念的实践可行性分析

【摘 要】我国作为一个工业大国，在机械化上的发展程度是比较高的，但是和西方发达国家相比较，我国大部分的机械制造业在设计和制造手段上还处于落后的状态。随着制造业市场竞争的日益加剧，我国机械企业提出了模块化设计的理念，并将其广泛的应用到了实际的设计、制作之中。在实际的应用中发现，其不仅大大的缩短了机械生产的时间，同时还极大的提高了产品的性能、降低了成本。本文所要探讨的主旨就是对模块化设计理念下，其与电器行业中的设计应用的可行性进行分析。

【关键词】模块化机械；可行性分析；设计理念

0.引言

随着现代生产结构程度的不断加深，机械产品所具有的科技含量越来越高。为了满足人们对机械，尤其是和人们生活关系密切的电器行业在质量基础上，个性化和多样化的需求，各种小批量的生产设计模式逐渐的主导着现在的电器行业。当今社会，各行各业的发展都面临着一定的机遇与挑战，电器行业想要赢得市场，模块化的设计理念是非常重要的，其对我国机械制造业的发展有着重要的意义。

1.模块化设计理念的概述

1.1概念

模块化的设计理念和标准化的设计理念十分相识，某种意义上来说，起就是在标准化的基础上进行了延伸，然后由一个个模块组成一个个的系统，以此

实验二 模块化程序设计 实验目的

(1) 体验结构化程序设计方法要点，理解模块化设计的思想，划分子模块的原则 (2) 掌握is函数的定义和调用

实验内容

任务一 输出m-n之间所有的素数（ex02_06.cpp）

改写（ sample02_07.cpp ）保存为ex02_06.cpp：输出m-n之间所有的素数，调用int isprime(int n)函数，每行输出10个素数。 sample02_07.cpp

/*求100以内的全部素数，每行输出10个。素数就是只能被1和自身整除的正整数，1不是素数，2是素数。*/

/* 使用嵌套循环求100以内的全部素数 */ #include #include /* 调用求平方根函数，需要包含数学库 */ int main(void) {

int count, i, m, n;

count = 0; /* count记录素数的个数，用于控制输出格式 */ for(m = 2; m <= 100; m++){ n = sqrt(m);

for(i = 2; i <= n; i++)

if(m % i == 0) break; if(i > n){

实验二 模块化程序设计 实验目的

(1) 体验结构化程序设计方法要点，理解模块化设计的思想，划分子模块的原则 (2) 掌握is函数的定义和调用

实验内容

任务一 输出m-n之间所有的素数（ex02_06.cpp）

改写（ sample02_07.cpp ）保存为ex02_06.cpp：输出m-n之间所有的素数，调用int isprime(int n)函数，每行输出10个素数。 sample02_07.cpp

/*求100以内的全部素数，每行输出10个。素数就是只能被1和自身整除的正整数，1不是素数，2是素数。*/

/* 使用嵌套循环求100以内的全部素数 */ #include #include /* 调用求平方根函数，需要包含数学库 */ int main(void) {

int count, i, m, n;

count = 0; /* count记录素数的个数，用于控制输出格式 */ for(m = 2; m <= 100; m++){ n = sqrt(m);

for(i = 2; i <= n; i++)

if(m % i == 0) break; if(i > n){

大规模定制与模块化设计

纪飞 管理创新0801

1、文献综述

1.1大规模定制综述

1.1.1大规模定制的含义

大规模定制生产模式是将大规模生产与定制生产的优势有机结合，在不牺牲企业经济效益的前提下，了解并满足单个客户的需求，是定制产品和服务的大规模生产。它的出现，是企业生产模式历史传承演变的结果，更是当代网络经济环境下企业竞争的必然产物。 1.2大规模定制的优势

1.2.1大规模定制能够满足客户的个性化需求

从企业经营战略的变化历程不难看出，企业经营理念的变化轨迹，都是从产量到质量再到市场和顾客，与之相适应的管理理论，亦有生产管理学、全面质量管理、市场推定理论、客户关系管理等等。大规模定制企业的价值取向不以满足一般顾客或顾客群为目标，而是聚焦于对个体顾客需求的满足。在经营理念上，它不同于以市场为中心或以一般顾客为中心，而是以客户点为联系生产和经营的出发点和归宿。这是大规模定制与传统经营理念以顾客为中心的显著区别。

1.2.2大规模定制能够给客户提供充分的商品空间

在大规模定制的环境下，商品功能除了满足基本应用功能外，还能满足顾客个性化的特殊需求。随着大规模定制的普及，这种模式最终将改变社会市场的环境，改变社会经济结构和运行方式。