03工业机械手概念设计.ppt

2003/03/05 工业机械手概念设计及创新设计 西安交通大学硕士论文答辩 西安交通大学硕士论文答辩 工业机械手概念设计及设计过程中的创新设计研究 答 辩 人： 刘伟 指导教师：李宗斌 教授 申请学位：机械工程硕士 提纲 概念设计概念 概念设计是产品设计的先导，又是产品的构型设计的前提，其目标是获得产品的基本形式或形状。 Pahl和Beitz在其《Engineering Design》一书中将概念设计定义为：“在确定任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理及其组合等，确定出基本求解途径，得出求解方案，这一部分设计工作叫做概念设计。 需解决的两个基本问题 模型问题：对产品相关的各种知识和推理信息的表达方式； 推理问题：产生合理的产品概念设计解的求解、推理和决策等技术 ； 现有技术不足之处 知识的表达是否支持计算机推理 信息的表达是否完备 对概念设计过程中的创新问题的支持 创新设计研究现状 对于概念设计中的创新问题，现阶段主要从两个层次进行研究 一部分理论工作者研究普适性概念设计原理，如研究产品创新中的概念设计过程优化模型、创新的基本原理、基本方法和基本工具 。 另一部分研究领域知识，如机械工程领域中的一部分研究人员专门研究机械机构创新原理。 领域知识是普适性原理的支撑，普适性原理与领域知识相结合将促进产品创新。 本文在创新问题上的研究 本文对概念设计中创新问题的研究也从两个层次进行 应用TRIZ理论进行功能实现原理上的创新 应用结构推理方法进行方案元的机构创新 本文论文完成的工作 工业机械手的概念设计方案求解 结合多色集合理论和功能方法树进行产品信息建模及推理 构建了方案贴进度函数 给出了工业机械手的概念设计步骤及流程图 运用TRIZ理论解决概念设计中功能实现原理的创新问题 对冲突解决方法进行了改进 将TRIZ理论集成到概念设计过程中 给出了创新中的相应实例 应用结构推理方法进行方案元的机构创新 给出结构推理过程模型 提出了结合功能推理和结构推理的概念设计系统模型 给出一个应用该推理方法的具体实例 开发了一个工业机械手概念设计系统 提纲 对象研究及功能确定 工业机械手的组成结构： 执行机构 驱动系统 控制系统 位置检测装置 执行机构的功能可分为三个子功能： 夹放工件 调整工件的空间方位 调整工件的空间位置 本文仅考虑对执行机构的概念设计 多色集合理论简介 多色集合是一种新的系统理论和信息处理工具。多色集合数学模型的成分是多色集合的元素、统一颜色和个人颜色及其相互关系和联系。多色集合的统一颜色描绘了多色集合整体的性质，它的个人颜色描绘了多色集合元素的性质。 传统集合论和多色集合论的区别在于传统集合是元素的全体，元素所不同的仅仅是名字，它们任何别的性质形式上都没有表示出来。很明显，这些性质在普通集合理论中用显现的方式是无论如何也表示不出来的。而在多色集合中，不仅它的元素，而且它的整体本身都能被同时涂上一些不同的颜色，用来表示研究对象和它的元素的性质，普通集合的元素是多色集合的元素。 多色集合理论简介 个人颜色与统一颜色的关系 多色集合理论简介 个人元素与统一颜色的关系 信息建模 结合功能方法树和多色集合理论建立模型 将系统按功能－方法树逐层分解，每层包括功能、方法，功能与方法、层与层之间用线段连接。多色集合中，元素和集合本身都可通过着色来描述，能很好的描述层与层之间的关系，从多色集合的角度，把每个方法作为元素，元素具有统一颜色和个人颜色。 对每一层而言，其中的统一颜色就是该层方法所要实现的功能，可以看成是上层向该层的输入，个人颜色就是对该方法的描述。个人颜色分两种情况： 1.如果该方法不是功能方法树的最低层，那么个人颜色也就是该方法向下一层提出的功能需求。 2.如果该方法是在功能树的最低层，则该方法是方案元。 工业机械手功能－方法树 推理机制 将系统按功能方法树逐层分解后，形成分层的阶系统，利用多色集合对分层递阶系统的优秀描述能力进行信息的层层传递处理，其间推理有下面两种情况： 如果当前层不在功能方法树的最低层，推理方法是用多色集合中个人颜色与统一颜色的关系矩阵 找到满足统一颜色的个人颜色的组合，每个组合就是一种在该层上的方案； 如果当前层在功能树的最低层，则通过多色集合中元素与统一颜色的关系矩阵 找到满足该层统一颜色的个人颜色的组合，即方案元的组合，也就是最终的候选方案； 手部实例 从功能方法树可看出手部