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论文技巧案例-助老助残用餐机设计
时间:2021-04-28 16:16:19

  据统计,我国各类残疾人口总数8296万人,其中,60岁及以上老年残疾人口为4416万人。老年人因为年龄增长,在生理方面逐渐发生变化,视觉、触觉、味觉等变得愈发迟钝,心理需求也由于子女的忙碌而被忽略,这些都亟需得到外界的关怀。很多残疾人及老人无法完成进食等日常行动,加重了社会的人力和经济负担。因此针对残疾人和老年人所设计的智能辅助医疗设备逐渐收到患者的青睐。目前我国的老年人产品设计市场尚处于初级阶段,还主要都集中在医疗方面。专门针对老年人设计的日常生活用品比较少,因此该类市场具有很大的发展潜力和发展空间。

  本文对老年人残疾人辅助器具的发展历程进行研究,分别对辅具的局限性以及辅具价值进行分析,设计了一款辅助老年人残疾人吃饭的设备,无需老人和残疾人自己拿碗,包括吃饭时用的餐具的选择上充分考虑老年人的使用安全性,防止老年人烫伤或灼伤。本设计通过机械结构的理论计算与分析以及控制系统的基础设计,得到模型的基本参数,最后通过UGNX10.0软件进行建模及装配过程,形成了一款助老助残用餐机模型。

  我国各类残疾人口总数8296万人,其中,60岁及以上老年残疾人口为4416万人。很多残疾人及老人无法完成进食等日常行动,加重了社会的人力和经济负担。随着老龄化问题的日益突出,近年来,国家先后成立了国家老年医学中心以及国家老年病临床研究中心。由中国医疗卫生行业协会,中华医学交流学会主办的2018国际残疾人、老年人康复护理保健用品用具展览会将落户在深圳会展中心。老年人最明显的特征就是生理机能的衰退和运动能力的弱化,如部分老年人因为身体原因出现用餐困难现象,常常需要在他人在旁协助,这不仅使得老年人不能快乐享受食物,同时也给家人带来不便。人口老龄化趋势下的国内老年人生活现状值得研究,特别是感官特征变化令老年人的饮食习惯及用餐方式发生了较大改变,且由于生活质量的提高,我国的老年人也逐步拥有更加独立的生活空间,居住方式由传统的大家庭式生活逐渐转变为与子女分开居住,但由于目前市面上开发的老年人产品主要集中在医疗康健方面,针对身体健康的独立生活的这一部分老年人群所设计的产品尚比较少,无法满足老年人的生活需求[1]。

  1.1.2国内老年人的生活环境

  人口老龄化也令养老模式和住房环境需求发生变化。例如由旧城乡或乡村搬迁入住的老年人,常会感觉人们相互之间交流机会减少,休闲活动场所空间有限,对他们来说,主要活动范围被局限在家里。另外,我国农村老年人以前都是住独栋自建房,由于儿女成家后分开居住[2],“空巢老人”由此产生。又由于我国老年人的传统观念较强,对长期居住的环境有深厚的感情,大多不愿到养老院生活,因此老年人独居现象愈加普遍。随着年龄的增长,老年人身体状况渐渐发生变化,如感知组织结构以及功能会慢慢退化,视觉、触觉、味觉等方面尤为明显,给日常的行动、饮食带来不便,在很大程度上影响到他们的生活质量。

  1.2国内外研究现状

  随着人口老龄化速度的加快,老龄事业产业化在一些发达国家(地区)已经比较成熟,例如欧洲一些国家比较早开发老年人产品市场[3],针对老年人设计的商品种类齐全,款式多样。而我国专为老年人群开发产品的机构较少,行业建制不够齐全,产品有待系统化,目前仍有很大发展空间。

  1.2.1国外老年人餐具设计研究现状

  谷歌防抖勺(LiftwareSpoon防抖勺子),是目前国外老年人餐具的典型设计。这款谷歌防抖勺设计的初衷就是为了让帕金森患者顺利地自主进食。我们知道,帕金森症典型症状就是手抖、动作迟缓等,一般患病者都是60岁以上的老人。谷歌研发了这样一款防抖勺子,将给全世界的帕金森患者带来了福音,科技人文关怀的温暖力量在此处显现。它的勺柄握感舒服,握柄上还增加了绑带,患者不会因为手的过于抖动而握不住勺子,十分实用。据了解,这把勺子目前的防抖性能在5cm的抖动范围内,能够减少70%抖动对勺子的影响,如图1.1所示[4]。

  图1.1谷歌防抖勺功能示意图(左)、谷歌防抖勺(右)

  1.2.2国内老年人餐具设计研究现状

  台湾Eatwell(如图1.2)是专门为缺失行为能力老年人设计的一款餐具,餐具中的汤匙使用幅度正好可以和碗的一个面重合,老年人在使用这款餐具时能够容易的将碗里面的饭菜盛上来[5],同时在设计碗面成直角,这样较好的满足了老年人在使用餐具时,碗内的汤不会洒落。

  图1.2Eatwell餐具图1.3GYENNOONE智能防抖勺

  智能防抖勺(图1.3)是由国内初创的一家GYENNOONE智能手环公司设计的,勺与把手设计成两部分,头部可以根据需要进行更换,既可以当勺子,也可以当叉子用,同时可以智能检测使用者手的抖动情况,自动将勺子抖动频率控制在一定的幅度内,从而提高老年人的饮食质量[6]。

  1.3本设计主要研究内容

  本文分为三个章节,各章节基本内容如下:

  第一章综述国内外老年人餐具的设计研究现状,提出本课题研究目的、意义和研究内容。

  第二章主要内容为三指机械手的机械结构设计与计算及控制部分设计。

  第三章主要内容为ug软件介绍,机械手零件的建模与整体装配过程。

  第二章三指机械手的机械结构及控制部分设计

  2.1机械手爪结构总体设计及参数

  设计机械手爪时一定要考虑机械手爪的设计要做到结构紧凑,减小体积和降低质量,保证其灵活性。本文主要针对能帮助老年人残疾人稳稳的拿住碗,设计了一种自适应三指夹持式手爪。该手爪是通过电机驱动丝杠转动进而带动手爪接触块移动,实现手爪张合夹持物体。电机驱使丝杠转动,当手爪抓取到快递件,电机停止转动,采用滑动丝杠这种传动方式,可产生自锁,在机械手臂的作用下带动零件移动[7]。

  本文设计的机械手爪主要用于帮助老人残疾人拿碗,其抓取稳定性主要是由手指的长度决定的,但手指太长又会造成强度的损失,并增加重量和成本,因此设定二指的长度为340mm;机械手爪的质量为6kg。

  图2.1夹钳抓取物件的运动轨迹

  由图2.1可见,当物件摆放的中心位置与手爪夹钳中心位置不在同一轴线上时,物件先接触到夹钳的一个面,随着夹钳的闭合,碗在水平面作用力下运动,直到碗被夹钳夹住,由于互成角度的立面能同时提供两个轴向的力,最终使物件到达夹钳口中心,实现夹钳准确抓取动作。

  2.2三指机械手的机械结构及传动原理

  本文设计了一种结构精简的三指机械手,具有结构简单、控制方便且制作成本低等优点。旨在实现对碗的抓取,一般使用指尖精细抓取,该抓取方式要求指尖灵活且能够提供较强的抓取力。

  三指机械手由3根手指和底座组成。手指采用机械夹钳式布置,其中的两根手指在一侧,中指在另一侧。基座与底座呈60°夹角安装,使机械手的初始状态处于张开状态。底座上设计了安装轴,方便机械手安装在机械臂等其他载体上。三指机械手装配图如图2.2所示,与众多灵巧手相比,本文设计的三指机械手结构相对简单,手指采用模块化设计,3根手指机械结构一样,简化了设计制造过程;这种结构方便抓取时形成对柱状目标物的包络,同时指尖的活动范围较大;手指的各个关节都有较大接触面,方便布置触觉压力传感器。

  图2.2三指机械手装备图

  单根手指由3个关节和基座组成。在基座中安装了驱动力矩为1500N·mm的常见总线舵机(即指根舵机)。3个指节依次串联连接,手指结构简图如图2.3所示,指根由指根舵机驱动齿轮传动。指根连接基座与指中节,二轴与三轴通过钢丝绳耦合连接实现欠驱动传动,在钢丝绳安装处设计了张紧块,可调节钢丝绳的张紧程度。对于指尖,本设计中未继续采取钢丝绳耦合传动,因为这虽可使一根手指仅由一个电动机驱动,但整根手指只能以固定的方式运动,灵活性大大降低;同时,由于传动距离过远,指尖的抓取力无法得到保障。为了便于实现对于一些外形不规则的目标物的精细抓取,指尖由另外的指尖舵机通过齿轮传动单独控制。

  图2.3手指结构简图

  手指运动过程如图2.4所示,指根舵机旋转θ角,指根在齿轮带动下转θ角,指中节在钢丝绳的约束下以1∶1的传动比也转动θ角。这种欠驱动的传动方式通过指根舵机驱动即可控制两个关节,减少了驱动器数量。指尖由指尖舵机单独控制转动α角,因此本文设计的手指虽是3个关节,但只有两个独立自由度,在灵活性与结构简化上获得了一种折中。

  图2.4手指运动过程

  2.3控制部分分析

  本文设计了一种三指结构自适应机械手爪,通过对手爪的受力分析计算确定驱动方式以及选型,利用其红外装置针对不同尺寸的快递能准确稳定地抓取并放至指定位置,不会出现空白显现,这是本设计的一大突出优势。在机械手爪结构优化中通过加强筋减小应力和变形量,利用拓扑优化进行目标函数迭代,手爪的质量减小了20%,满足了结构轻量化原则,降低了生产成本[8]。

  2.3.1单片机控制系统

  单片机种类繁多,其中AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。它是AT89C51的升级版本,不仅增加了功能,还具有在线可编程功能,更方便了程序调试。

  单片机控制系统包括单片机、电源电路、复位电路及晶振电路几部分组成,它们构成了单片机的最小系统。

  图2.5单片机最小系统

  2.3.2继电器模块

  继电器模块主要由继电器及其驱动电路组成。其作用是,根据单片机输出的信号接通助老助残用餐机助老助残用餐机打火装置;或者是切换到助老助残用餐机检测超标的告警灯,从而切断助老助残用餐机助老助残用餐机打火装置。从单片机发出的驱动信号经过一个三极管放大电路后,连接到继电器的信号输入引脚。本章提出的相比于LTE网络[9],NB-IoT的信道更容易受到环境的影响,其误块率可能出现快速变化的情形。因此,首先提出基于链路状态评估的重复次数调整,通过调整重复次数初步调整误块率。而当误块率变化幅度小时,基于链路状态评估的重复次数调整和基于确认信息反馈的重复次数与MCS子载波间隔(subcarrierspacing)联合调整。前两节分别对这两个模块进行了详细描述,本节将系统地描述这两部分,并举例说明运行过程。在MCS没有达到最大值或者最小值的时候,由于MCS子载波间隔(subcarrierspacing)直接影响系统的吞吐量,因此根据HARQ反馈信息的累积效益对链路状况进行度量,调整重复次数和MCS。基于多维参数调整的NB-IoT链路自适应方法由两部分组成:我们注重MCS的调整。当接收到的ACK比NACK数量多使得累积因子达到上界时,提高MCS,当NACK出现频度比较高使得累积因子达到下界时,降低MCS。在MCS达到最大值或者最小值的时候,其次动态调整MCS和重复次数可以适应环境的环境的持续改变。子载波间隔(subcarrierspacing)为清晰描述方案,本节用一个案例解释基于多维参数调整的NB-IoT链路自适应方法的运行流程。假设一个物联网设备从小区的中心向小区的边缘移动,到达小区边缘之后又折返回到小区的中心。该过程系统的MCS以及重复次数变化如图4.3所示。我们注重重复次数和MCS的共同调整。当信道状况不佳差且MCS使得误块率偏高时,提高重复次数,而当信道状况比较好且MCS使得误块率较低时,可以降低重复次数。系统整体性能受到两个模块的共同影响。首先根据链路状态的评估信息快速调整重复次数有利于改善通信质量,根据算法描述,当设备位于小区中心时,信道状态良好,此时MCS为最大,这时多次触发,MCS减小[10]。根据2.3.1节的描述,增加重复次数。重复次数调整之后误块率降低,设备发送数据接收到ACK反馈的比例更高,因此累积因子从0到触发所需时间更短,MCS增大的速度更快。MCS达到最大值之后,当接收到ACK时,降低重复次数大小。当设备到达小区边界时,重复次数达到最大。之后设备向小区中心移动,信道状态逐渐变好,由于此时MCS最小,降低重复次数。当重复次数降低到最小之后设备仍处在向小区中心移动的过程,此时只能调整MCS值大小[11],因此增加MCS。在t时刻,由于环境变化导致误块率偏高,重复次数最低。随着用户向小区边缘移动,信道状态变差,设备发送数据接收到NACK反馈增多,此时MCS最小,为降低误块率、确保通信质量,增大重复次数。当重复次数最大时,设备还在向小区边缘移动,此时仍接收到较多NACK反馈。

  表2.1NB-IoT上行TBS表格

   资源单元数目

   1 2 3 4 5 6 8 10

  0 16 32 56 88 120 152 208 256

  1 24 56 88 144 176 208 256 344

  2 32 72 144 176 208 256 328 424

  3 40 104 176 208 256 328 440 568

  4 56 120 208 256 328 408 552 680

  5 72 144 224 328 424 504 680 872

  6 88 176 256 392 504 600 808 1000

  7 104 224 328 472 584 712 1000

  8 120 256 392 536 680 808

  9 136 296 456 616 776 936

  10 144 328 504 680 872 1000

  11 176 376 584 776 1000

  12 208 440 680 1000

  表2.2子载波数等于1的NB-IoT上行MCS表

  MCS索引() 调制方式 TBS索引()

  

  0 1 0

  1 1 2

  2 2 1

  3 2 3

  4 2 4

  5 2 5

  6 2 6

  7 2 7

  8 2 8

  9 2 9

  10 2 10

  表2.3子载波数大于1的NB-IoT上行MCS表

  MCS索引() 调制方式 TBS索引()

  

  0 1 0

  1 1 1

  2 2 2

  3 2 3

  4 2 4

  5 2 5

  6 2 6

  7 2 7

  8 2 8

  9 2 9

  10 2 10

  11 2 11

  12 2 12

  图2.6继电器模块电路原理图

  首先分析系统性能的影响因素:在本实验中可以反映当前无线信道的质量。当前系统的传输参数设置为并且可以预测在这样的配置下,当重复次数选择为4、信噪比大于-6.5时,或当重复次数选择为1、信噪比大于-3.8时误块率低于10%,通信质量可以得到保证;。传输的内容为数据信号data,子载波间距为15kHz,一个资源单元内的子载波个数为12,一个传输块包括1个资源单元,传输块大小为16比特,调制方式为QPSK[12]。

  仿真结果表明误块率的大小随着信噪比的增加而降低,即当信道质量提升时,数据传输的误块率降低,数据传输可靠性提高。同时还可以从图中得到,在同样的信噪比下,当重复次数增加时,误块率降低,即提高重复次数可以降低误块率。图4.5展示了误块率与信噪比(Signal-to-NoiseRatio,SNR)之间关系的曲线,其中红色曲线的重复次数为1,蓝色曲线的重复次数为4。信噪比指一个电子设备或者电子系统中信号与噪声的比例。为了适应链路状态,直接方法和本章提出的MPALA方法分别配置系统参数。使用两种方法模拟物联网设备在不同信道质量下运行,在不同信噪比下的误块率结果如图4.6所示。从图中可以看出,当信噪比为-12时,两种方法的误块率都比较高,接近10%,原因是此时信道质量差,两种方法都将MCS值设置最小、重复次数设置最大保证通信质量。当信噪比高于-12时,由于直接方法的MCS=0,为了适应不同的信道质量、保证物联网设备和基站能正确接收数据块(即保证误块率小于10%),直接方法的误块率始终低于0.05,且比MPALA方法的误块率低。但直接方法和本章提出的MPALA方法均能达到目标误块率10%,这表明本章提出的链路自适应方法能够根据链路状态动态调整系统参数,保证通信的可靠性,故我们的方案是有效的。直接方法只能调整重复次数。而本章提出的MPALA方法可以根据信道状态动态调整MCS和重复次数保证物联网设备和基站的通信质量[13]。

  2.3.3控制系统设计

  根据第2.1节的系统功能介绍,本系统上电后自动运行,完成系统的初始化后,主程序运行,系统自动检测传感器状态。当助老助残用餐机含量检测超标时自动切断助老助残用餐机打火装置;否则可以正常启动助老助残用餐机。其软件流程如下图:

  图2.7系统软件流程图

  利用KeilμVision4编写并且编译软件程序。根据原理图,单片机的P0.0引脚呼气式助老助残用餐机检测装置的信号输入端。P0.2引脚为控制继电器的信号输出端。因此其主程序如下[14]:

  #include

  sbitrelay=P0^2; //定义继电器引脚

  sbitsensor=P0^0; //定义助老助残用餐机传感器引脚

  voidmain()

  {

   while(1)

   {

   if(sensor==0) //判断助老助残用餐机传感器状态

   {

   relay=0;

   }

   else

   {

   relay=1;

   }

   }

  }

  2.3.4传感器布置简述

  本文设计的机械手需满足包络抓取、精细抓取和普通夹取等多种抓取模式,为获得机械手手指受力及其分布信息,使用了型号为RFP602的压阻超薄触觉传感器进行采集[15],传感器的量程为0~50N,感应区域为直径5mm的圆形区域,该传感器可对接触面的压力进行静态和动态测量。该种传感器价格便宜,在非高要求的场合中有一定的实用性。

  该传感器的布局需考虑几种典型抓取模式下信息获取的需求:1)在包络抓取时,指根、指中节内侧的接触面和指尖的中心点触碰到目标物几率最大,在此布置传感器较为合适[16];2)在进行精细抓取时,一般由手指尖的互相配合完成抓取动作,因此在每个指尖布置传感器;3)手爪靠近目标物时,一般是指尖端部先碰到物体,因此需在指尖端部布置触觉传感器。布置完传感器,各传感器在机械手上的位置也随之确定,抓取时通过传感器反映接触力大小,结合手指运动学模型,即可知道力的空间分布,为手指姿态的调整提供依据。

  2.4本章小结

  本章主要内容为三指机械手的机械结构设计与计算及控制部分设计。首先对机械手抓结构的总体结构布局进行分析,确定机械手细节参数的设计要点;之后对机械手的控制部分进行设计,通过受力分析计算确定驱动方式以及选型,确定控制部分的单片机,继电器等结构部件,并进行整体控制系统的设计;最后一部分简述了为获得精确的抓取动作而增加的传感器的类型,及其布局方式[17]。

  第三章机械手的建模及装配过程

  3.1三维建模软件介绍

  机械结构设计行业的大体趋势都是有传统平面设计转向三维结构设计,目前市场上主流的设计软件主要有UG,SolidWork等。这些CAX综合三维设计的应用可以缩短产品设计周期,在一个平台上就可以完成零件设计、装配、CAE分析、工程图绘制、CAM加工、数据管理等等,大大的提高了企业的效率。

  3.1.1UGNX软件介绍

  UG是美国UGS(Unigraphics?Solutions)公司的主导产品,是集CAD/CAE/CAM于一体的三维参数化软件,是面向制造行业的CAID/CAD/CAE/CAM高端软件,是当今最先进,最流行的工业设计软件之一,它集合了概念设计.工程设计,分析与加工制造的功能,实现了优化设计与产品生产过程的组合,被广泛应用于机械、汽车、航空航天、家电以及化工等各个行业。

  CAD/CAM/CAE三大系统紧密集成。用户在使用UG强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配及创建工程图等功能时,可以使用CAE模块进行有限元分析、运动学分析和仿真模拟,以提高设计的可靠性;根据建立起的三维模型,还可由CAE模块直接生成数控代码,用于产品加工。?

  UG?NX功能涉及到工业设计与制造的各个层面,UG?NX整个系统由大量的模块所构成,可以分为以下五大模块。?

  (1)?GATEWAY模块?

  GATEWAY模块即基础模块,它仅提供一些最基本的操作,如新建文件、打开文件,输入/输出不同格式的文件、层的控制和视图定义等,是其他模块的基础。这部分其实和其它所有软件的基础都一样,都是互通的。

  ?(2)?CAD模块?

  UG的CAD模块拥有很强的3D建模能力,这已被许多知名汽车厂家及航天工业界各高科技企业所肯定。

  (3)?MODELING(建模)模块。?

  该模块提供了SKETCH(草图)、?CURVE?(曲线)、FORMFEATURE(实体)、?FREEFORMFEATURE(自由曲面)等工具。该模块使设计人员方便地获得与三维实体完全相关的二维工程图。3D模型的任何改变会同步更新工程图,从而使二维工程图与3D模型完全一致,同时也减少了因3D模型改变而更新二维工程图的时间。

  (4)ASSEMBLIES(装配)模块。?

  该模块提供了并行的自上而下或自下而上的产品开发方法,在装配过程中可以进行零部件的设计、编辑、配对和定位,同时还可对硬干涉进行检查。?UG?WAVE产品设计技术把参数化建模技术应用到系统级的设计中,使参数化技术不仅仅局限于单个部件内,而且能在部件和产品间建立联系,从而便于整个产品的设计控制。

  (5)?CAE模块??

  CAE工程分析模块,又包含以下3个常用子模块:??

  1)STRUCTURES(结构分析)模块。该模块能将几何模型转换为有限元模型,可以进行线性静力分析、标准模态与稳态热传递分析和线性屈曲分析,同时还支持对装配部件(包括间隙单元)的分析,分析结果可用于评估、优化各种设计方案,提高产品质量。??

  2)MOTION(运动分析)模块。该模块可对任何三维或二维机构进行运动学分析、动力学分析以及设计仿真,可以完成大量的装配分析。如干涉检查、轨迹包络等。交互的运动学模式允许用户同时控制5个运动副,可以分析反作用力,并用图表示各构件间位移、速度、加速度的相互关系,同时反作用力可输出到有限元分析模块中。??

  3)MOLD?FLOW?ADVISER(注塑流动分析)模块。使用该模块可以帮助模具设计人员确定注塑模的设计是否合理,可以检查出不合适的注塑模几何体并予以修正。

  3.1.2SolidWorks建模软件介绍

  Solidworks是基于windows环境下开发的CAD软件,有全面的实体造型功能,可快速生成完整的工程图纸,还可进行模具的制造及计算机辅助设计分析。目前solidworks软件已成为三维机械设计软件的标准。该软件的显著优点为:功能强大无与伦比的、基于特征的实体建模功能;采用智能化装配技术、智能零件技术和镜像部件等技术来加快装配体的总体装配体;技术先进的互联网协同工作能力等。整个产品设计是百分之百可编辑的,零件设计、装配设计和工程图之间全相关。易学易用可视化、可交互式用户界面,为用户提供一整套完整的动态界面和鼠标拖动控制,有效减少了设计步骤和多余的对话框。技术创新第一个基于windows平台的三维机械CAD软件;第一个创造了特征管理员的设计思想;第一个在windows平台下实现了自顶向下的设计方法;第一个实现动态装配干涉检查的CAD软件;第一个实现智能化装配的CAD软件;第一个开发特征自动识别的软件;第一个开发基于Internet的电子图版发布工具,Solidworks软件的主要模块功能如下:

  1)零件建模

  SolidWorks提供了无与伦比的、基于特征的实体建模功能。通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现产品的设计。通过对特征和草图的动态修改,用拖拽的方式实现实时的设计修改。三维草图功能为扫描、放样生成三维草图路径,或为管道、电缆、线和管线生成路径。曲面建模通过带控制线的扫描、放样、填充以及拖动可控制的相切操作产生复杂的曲面。可以直观地对曲面进行修剪、延伸、倒角和缝合等曲面的操作。钣金设计SolidWorks提供了顶尖的、全相关的钣金设计能力。可以直接使用各种类型的法兰、薄片等特征,正交切除、角处理以及边线切口等钣金操作变得非常容易。用户化SolidWorks的API为用户提供了自由的、开放的、功能完整的开发工具。开发工具包括MicrosoftVisualBasicforApplications(VBA)、VisualC++,以及其他支持OLE的开发程序。

  2)PDMWorksWorkgroup

  工作组级数据管理工具,以版本控制、检出、检入、修订控制、及其它管理任务的步骤

  来控制项目,

  3)eDrawingsProfessional

  eDrawings专业版。提供生成、观阅、及共享3D模型和2D工程图的卓越能力。跨跃多种CAD平台,体积纤小,在没有安装CAD程序条件下仍提供三维模型的任意查看。

  4)PhotoWorks

  照片级渲染工具,具有材质、贴图、布景、光源等设置,生成SolidWorks模型具有特殊品质的逼真图象,提供许多专业渲染效果

  5)3DInstantWebsite

  从SolidWorks应用程序里生成网页,便于远程设计交流。网页可基于您可自定义的模板和样式。

  6)SolidWorksToolbox

  智能零件库,包含中国GB在内的国际各主要标准的标准件,以及凸轮生成器、钢梁、轴承计算器等实用工具。拖放时尺寸自适应,智能扣件自动升级,自动为COSMOS设置栓连接。

  7)SolidWorksUtilities

  文件比较工具,包含:几何体分析、比较几何体、比较特征、比较文档、以及厚度分析实用程序并能生成相应报告。

  8)FeatureWorks

  特征识别工具,用于将通用格式无特征的模型转化为便于参数化编辑修改的SolidWorks特征模型,便于数据迁移和继承。

  9)SolidWorksDesignChecker

  图样检查工具。用来检查设计单元,如尺寸标注标准、字体、材料和草图,以确保SolidWorks文档符合预先定义的设计准则。减少建立文档标准化的工作量。

  10)SolidWorksSimulation

  有限元静力分析工具。提供更强大的功能,诸如:对装配体、多实体、薄壁壳等,并具有更丰富、更专业的设置能力、查看方式。

  11)SolidWorksMotion

  运动仿真、分析工具,使用MSC.ADAMS计算核心,保证计算精度,同时加入SolidWorks易于操作的特性,运算结果为有限元分析提供加载设置,成为设计验证理念中不可缺少的成员。

  12)TolAnalyst

  TolAnalyst是一款公差叠加自动分析工具。可确定尺寸和公差对零件和装配体的影响。

  通过TolAnalyst工具,您可对装配体进行最糟情形下的公差向上层叠分析。

  13)SolidWorksRouting

  管路、缆束设计工具。生成一特殊类型的子装配体,以在零部件之间创建管道、管筒、或其它材料的路径。它还包括缆束平展和出祥图功能,可从3D电力线路装配体开发2D缆束制造工程图。因保持参数化和自动更新能力,从而减少设计错误和工作量。

  14)CircuitWorks

  这是一项专门为机电一体化设计的工程师引进令人振奋的解决方案,将他们的设计数据价值延伸到整个公司,做到全面的协同设计。工程师可以引入E-CAD数据,即印刷电路板布局,并将其导入到SolidWorks中。SolidWorks利用CircuitWorks提供的开放的电子原件库将它转换成3D模型。此时工程师可以检查印刷电路板的安装和功能。他们甚至可以在上面进行流体分析和热分析,好处就在于,如果发现问题,他们可以移动印刷电路板上的那些零部件,而这样的改动又会自动更新到E-CAD文件。所以它与电子设计软件包之间是实现双向关联,让我们的用户真正体会到什么是“专注于设计而不是CAD工具”

  15)ScanTo3D

  三维实物扫描数据处理工具。可以打开扫描数据(网格或点云文件),准备数据,然后将之转换成曲面或实体模型。大幅度减少从非数码数据建造复杂3D模型所需的时间。并为模型参数化提供直接的参照。还可利用这一手段验证制造精度。

  3.2建模过程

  三指机械手的主要零部件有底座和基座,手指部的各个关节位置的轴和齿轮,以及指根和指尖三个部分组成。每一部分选择一例较复杂零部件进行零件图建模过程描述。

  3.2.1基座的绘制

  1)首先打开后新建一个零件图,再进行草图绘制

  图3.1基座草图

  2)在选择特征中的拉伸凸台命令进行实体零件的拉伸,选择零件的厚度

  图3.2基座部分实体

  3)在再底座的上部轴孔固定处绘制一个圆环,再使用特征中的拉伸凸台命令拉伸一个凸台,以形成轴固定座

  图3.3基座凸台草图

  4)最终得到的零件如图所示

  图3.4基座零件三维图

  3.2.2驱动齿轮的绘制

  1)首先打开SolidWorks后新建一个零件图,再进行草图绘制,首先绘制一个齿轮草图的截面

  图3.5齿轮草图

  2)再进行齿轮实体的绘制,使用特征中的拉伸凸台命令进行实体的拉伸

  图3.6齿轮三维图

  3.2.3指尖的绘制

  1)首先在新建的零件图中绘制一个指尖的截面草图

  图3.7指尖草图

  2)再进行指尖实体的绘制,使用特征中的拉伸凸台命令进行实体的拉伸

  图3.8指尖三维图

  3.3装配体的绘制

  3.3.1新建装配体,并插入所绘制的各个零件

  图3.9新建装配体界面

  3.3.2进行各个零部件的组装,并且设置好互相之间的配合关系,装配好后的三指机械手如下图所示

  图3.10三指机械手三维装配图

  3.3本章小结

  本章首先介绍了SolidWorks软件的特点,以及各个模块的功能,之后给出了三指机械手的主要零部件的三维建模步骤,最后利用SolidWorks软件的装配功能进行了三指机械手各个零部件的装配,使机械手各个零部件的组成部分清晰明了。

  

  结论

  本论文设计了一款基于单片机的助老助残用餐机系统。主要完成的工作如下:

  (1)本文对老年人残疾人辅助器具的发展历程进行研究,分别对辅具的局限性以及辅具价值进行分析,设计了一款辅助老年人残疾人吃饭的设备,无需老人和残疾人自己拿碗,包括吃饭时用的餐具的选择上充分考虑老年人的使用安全性,防止老年人烫伤或灼伤。

  (2)本设计通过机械结构的理论计算与分析,得到模型的基本参数。

  (3)本设计进行了控制系统的基础设计,包括单片机、继电器、传感器等部分的设计。

  (4)通过UGNX10.0软件进行建模及装配过程,形成了一款助老助残用餐机模型。