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現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人造型設(shè)計研究論文
摘要：為了研究工業(yè)機(jī)器人外觀與用戶的主觀喜好和情感需求的匹配程度，用感知工程理論確定工業(yè)機(jī)器人感知圖像的詞匯，并選取代表性樣本，對感知圖像和眼球運(yùn)動測試進(jìn)行定性和定量研究，挖掘典型感知圖像詞匯與工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵建模特征的映射關(guān)系，提取產(chǎn)品的感知特征。并獲得用戶的感知圖像。將研究成果應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的建模設(shè)計，為工業(yè)機(jī)器人的創(chuàng)新設(shè)計提供參考。
關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；產(chǎn)品造型設(shè)計；設(shè)計發(fā)展
作為機(jī)械產(chǎn)品，工業(yè)機(jī)器人通常被認(rèn)為是功能性產(chǎn)品。功能霸權(quán)的概念長期以來一直主導(dǎo)著設(shè)計思維的單極發(fā)展，這是基于解決功能，必然會導(dǎo)致材料功能的發(fā)揮，精神功能的分離。隨著社會的發(fā)展，人們對各種產(chǎn)品都有了新的需求和認(rèn)識，在滿足功能需求的基礎(chǔ)上，更注重產(chǎn)品的感性體驗和情感共鳴。感知工程是將定性和定量相結(jié)合的方法，將模糊和不確定的情感因素轉(zhuǎn)化為定量的設(shè)計元素來指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計。
1工業(yè)機(jī)器人概述
在20世紀(jì)40年代中后期，機(jī)器人研究受到了很多關(guān)注[1]，20世紀(jì)50年代之后，橡樹嶺國家實驗室開始研究遠(yuǎn)程操作能夠運(yùn)輸核材料的機(jī)械手[2]。系統(tǒng)中的主從控制系統(tǒng)，主要機(jī)械手動作和反饋系統(tǒng)可以讓操作員感覺到力的大小。兩個機(jī)器人手臂與防護(hù)墻分開，操作人員可以通過閉路電視操作機(jī)器人，從機(jī)械手系統(tǒng)為現(xiàn)代機(jī)械手的設(shè)計和發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)[3]。1954年工業(yè)機(jī)器人的概念被美國提出和申請是在關(guān)節(jié)機(jī)器人上使用伺服系統(tǒng)，機(jī)器人可以由人來手把手地教，然后機(jī)器人可以像人的手一樣做出相同的動作。這個機(jī)器人叫做教學(xué)和繁殖機(jī)器人。機(jī)器人幾乎被用于這種控制方式。工業(yè)機(jī)器人具有很多屬性來區(qū)分?jǐn)?shù)控裝置：可編程，有益的，人形的，通用的，跨學(xué)科的�？删幊痰臋C(jī)器人，可在不同場景下應(yīng)用是其最重要特征，例如用于加工和焊接的不同控制代碼，只有模塊化的不同功能。根據(jù)現(xiàn)場通話編程是工業(yè)領(lǐng)域靈活使用機(jī)器人的體現(xiàn)。這是可編程機(jī)器人的再現(xiàn)，大大縮短了編程時間，降低了車間的難度。類似于人的機(jī)器人是機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)。人是機(jī)器人仿制的終極目標(biāo)。今天的機(jī)器人已經(jīng)有能力通過各種傳感器逐漸響應(yīng)外部環(huán)境的變化[4]。
2工業(yè)機(jī)器人造型設(shè)計實例
通過研究，根據(jù)樣本的形式，選擇樣本3的關(guān)鍵建模特征進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計。樣本3的關(guān)鍵建模特征包括簡單的線條，彎曲和豐滿，柔軟的形狀，底座的圓角以及機(jī)器人的實體形狀。在創(chuàng)新設(shè)計的過程中，重點(diǎn)放在機(jī)械手和基座的兩個部件上來發(fā)展創(chuàng)意概念，機(jī)械手和基座的創(chuàng)意設(shè)計結(jié)果與樣本3的關(guān)鍵建模特征一致。創(chuàng)意設(shè)計方案如圖1所示�；趧�(chuàng)新設(shè)計的優(yōu)勢，采用Pro-E軟件進(jìn)行計算機(jī)輔助三維設(shè)計。在建模過程中，基于樣本3關(guān)鍵建模特性的指導(dǎo)，對設(shè)計方案進(jìn)行了一些或詳細(xì)的優(yōu)化和改進(jìn)。模型建立后，模型進(jìn)行顏色匹配和渲染，以獲得真實的視覺感知三維效果。如圖2所示。
3工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展
工業(yè)機(jī)器人的大腦是一個控制系統(tǒng)，它決定了機(jī)器人的性能和精度，機(jī)器的控制模式通過教學(xué)進(jìn)行編程，包括離線編程，智能編程等控制[5]。教學(xué)編程是工業(yè)界最早的應(yīng)用，機(jī)器人的控制策略仍然是機(jī)器人最關(guān)鍵的控制技術(shù)，離線編程是計算機(jī)圖形學(xué)。實時仿真不需要訪問機(jī)器人主體，它包括界面設(shè)計，建模和仿真。仿真過程包括過程仿真，傳感器仿真，路徑仿真等。智能是機(jī)器人發(fā)展的最新方向，包括自動控制，電力電子，大數(shù)據(jù)云計算等，它可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)能力獨(dú)立判斷更復(fù)雜的外部條件，處理突發(fā)情況，傾向于處理人類的問題。隨著機(jī)器人的快速發(fā)展和發(fā)展，抓住智能市場的新概念非常重要[6]。工業(yè)機(jī)器人未來的發(fā)展重點(diǎn)是以下五點(diǎn):1）該結(jié)構(gòu)傾向于集成模塊，模塊化不同的功能和工具，并在不同情況下調(diào)用[7]。例如，SCARA機(jī)器人可以承載不同的功能，例如攜帶、焊接和貼片，并且只需要在控制程序中調(diào)整模塊調(diào)用。2）機(jī)器人的功能在不斷提高。例如電石爐機(jī)器人在惡劣的環(huán)境中工作，應(yīng)用程序可以更專注于開堵眼作業(yè)。操作方式越來越自動化，越來越高效，對車間工人的需求也減少[8]。3）工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的開發(fā)是開源的，建立了統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性，使不同廠家的產(chǎn)品之間的通信更加容易建立，可維護(hù)性大大提高。4）各種傳感器廣泛應(yīng)用于機(jī)械手，以提高對環(huán)境的感知，適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境。5）智能化水平提高。
4結(jié)束語
中國制造業(yè)整體自動化水平仍處于低位，大量低端勞動密集型產(chǎn)業(yè)需要轉(zhuǎn)型升級。中國每萬工人只有21臺機(jī)器人，在世界55個國家平均水平不到一半的情況下，巨大的增長空間為中國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了巨大的市場機(jī)遇。目前，大量中國企業(yè)致力于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研究和工業(yè)機(jī)器人的制造，以美國為代表的發(fā)達(dá)國家也大力加強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人在傳統(tǒng)制造業(yè)中的應(yīng)用，希望通過原有的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)優(yōu)勢加快生產(chǎn)自動化的競爭優(yōu)勢，徹底解決勞動壁壘問題，重新奪回制造業(yè)的主導(dǎo)地位，尤其是長期被拋棄的行業(yè)，將促使移民業(yè)回歸。值得注意的是，發(fā)達(dá)國家仍處于發(fā)達(dá)國家，如歐洲，美國和日本等仍處于機(jī)器人技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)特別是關(guān)鍵零部件技術(shù)以及中國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的國家。新型機(jī)器人結(jié)構(gòu)，機(jī)器人操作系統(tǒng)，視覺反饋等關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)步將推動工業(yè)機(jī)器人向新的應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。在造船和航空航天制造中，復(fù)雜部件的組裝和拆卸，甚至服裝縫紉中，機(jī)器人的操作和技術(shù)難以突破都很困難。為了在勞動密集型產(chǎn)業(yè)實施“機(jī)器替代”，中國必須解決大量人工生產(chǎn)過程中的自動化問題，即使在歐洲，美國和日本等發(fā)達(dá)國家也是如此。因此，有必要繼續(xù)擴(kuò)大工業(yè)機(jī)器人的新功能，突破技術(shù)瓶頸，手工完成復(fù)雜工作。同時，要降低設(shè)備成本，提高設(shè)備的可靠性和使用壽命，以適應(yīng)中國的國情。
參考文獻(xiàn)：
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