机械设计方法学大作业 铺砖机

1、机械机械设计设计方法学方法学 大作大作业业 20110130 版权所有，翻版必究版权所有，翻版必究 摘要摘要1/2 如今的社会提倡和谐，提倡文明，提倡卫生如今的社会提倡和谐，提倡文明，提倡卫生 。人人都爱干净，大到街道路面，小到房屋地面，。人人都爱干净，大到街道路面，小到房屋地面， 多数路面或地面都铺上了各式各样的地砖。家里铺多数路面或地面都铺上了各式各样的地砖。家里铺 地砖，清洁方便，另外，美观舒适；街道路面两侧地砖，清洁方便，另外，美观舒适；街道路面两侧 铺地砖，从整体来看，规划布局整齐合理。再细想铺地砖，从整体来看，规划布局整齐合理。再细想 一想，铺了地砖的路面，车辆过后或是大风吹过会一

2、想，铺了地砖的路面，车辆过后或是大风吹过会 有尘土飞扬吗？显然没有，而且铺了地砖，这让我有尘土飞扬吗？显然没有，而且铺了地砖，这让我 们的城市美容师们的城市美容师清洁工人的工作也轻松便捷了清洁工人的工作也轻松便捷了 很多。很多。 摘要摘要2/2 走入农村看一看，不管是步入小康还是未步走入农村看一看，不管是步入小康还是未步 入小康的家庭室内地面铺上了形形色色的地砖，室入小康的家庭室内地面铺上了形形色色的地砖，室 外的大院子也都铺上了地砖，这样一来，屋里屋外外的大院子也都铺上了地砖，这样一来，屋里屋外 都是整洁美观的，家庭主妇的工作也轻松不少。总都是整洁美观的，家庭主妇的工作也轻松不少。总 体上来

3、看，这铺砖工作都是人工所为。对于小面积体上来看，这铺砖工作都是人工所为。对于小面积 的铺砖还行，但对于像马路两旁的人行道这种工作的铺砖还行，但对于像马路两旁的人行道这种工作 量大的铺砖，人工来做就是既耗时又费力，工作效量大的铺砖，人工来做就是既耗时又费力，工作效 率低，当然经济效益也不会很高。因此，为了提高率低，当然经济效益也不会很高。因此，为了提高 工作效率，增加经济效益，我们需要灵活高效铺砖工作效率，增加经济效益，我们需要灵活高效铺砖 系统，它的诞生将给我们的生活将带来不少方便。系统，它的诞生将给我们的生活将带来不少方便。 【关键词】【关键词】 地板砖，地板砖， 自动铺设，自动铺设， 设设

4、 计方法学计方法学 一、作业内容及要求一、作业内容及要求 1.1.用系统功能分析法进行原理方案设计： 2.2.用黑箱法定义技术系统的总功能； 3.3.用功能树法进行功能分解； 4.4.用智暴法及其他创造性技法求解主要功能元的 功能载体； 5.5.用形态学矩阵对功能载体进行综合，得到原理 方案； 6.6.绘制技术系统的功能结构图。 二、组织形式二、组织形式 1.自由结合，6-8人为一组，以组为单位完成作业。作业由 全组成员共同完成，每个成员应参与到作业的每个环节中； 2.作业成果包括书面报告和答辩； 3.书面报告的封面上应注明全组成员的姓名及学号，内容包 括前述作业内容。如有需要，可以增加对方案

5、的补充说明； 4.每组推举1-2名代表进行答辩，答辩时应准备ppt讲稿， 答辩讲解时间5分钟，提问时间5分钟； 5.答辩时间暂定于10月24日。答辩开始前所有组应提交书 面报告，逾期视为未按时完成作业； 三、作业目的三、作业目的 1.通过此次训练熟悉和掌握设计方法学的方法和原理，加深 和拓展设计方法学方面的理论知识； 2.通过对此次作业问题的小组成员的问题讨论及解决，加深 大家对设计方法学实际问题的解决能力及相关设计流程的熟 悉，使理论结合与实际，让大家掌握理论知识的实际运用； 3.培养理论联系实际的设计思想，训练发现，提出，分析和 解决实际问题的实践能力和创新精神； 4.通过小组成员的分工合

6、作，共同完成设计任务，培养团队 协作意识和共同进步的学习精神。 四、作业流程四、作业流程 1.在老师的讲解介绍下观看人工贴地板砖的视频，了解人工在老师的讲解介绍下观看人工贴地板砖的视频，了解人工 作业的作业任务及工作方法，清楚作业环境及其相关问题；作业的作业任务及工作方法，清楚作业环境及其相关问题； 2.在老师的带领下观看作业任务及其相关要求的在老师的带领下观看作业任务及其相关要求的ppt，老师，老师 布置相关作业内容及要求，和作业方法；布置相关作业内容及要求，和作业方法； 3.小组成员分配；小组成员分配； 4.大家商量问题讨论时间及各自任务，然后大家各自准备阅大家商量问题讨论时间及各自任务，

7、然后大家各自准备阅 读相关资料书籍；读相关资料书籍； 5.小组所有成员一起进行有关作业任务要求的所有问题讨论，小组所有成员一起进行有关作业任务要求的所有问题讨论， 集合小组成员的创造性思维综合得出最优解；集合小组成员的创造性思维综合得出最优解； 6.问题讨论结束之后，接着进行了任务分配的问题，分配结问题讨论结束之后，接着进行了任务分配的问题，分配结 果如下：果如下： 演示演示ppt的制作：刘辉；的制作：刘辉； 课程作业说明书的写作：刘辉。课程作业说明书的写作：刘辉。 7.设计作业说明书的提交及课堂答辩的进行，答辩人选：刘设计作业说明书的提交及课堂答辩的进行，答辩人选：刘 辉。辉。 五、问题探讨

8、五、问题探讨 1.明确设计任务 将地板砖移动摆放到铺好的水泥砂浆上，对齐、找平， 然后进行下一轮循环，且要求机器能够对地板砖进行一定的 存储，并将这个机器的循环铺设以移动机器或者移动机器上 部件的方式实现。 最后，将铺地砖机以下列几个词汇进行功能描述： 动力转换、存储、转移（取料 移动放置）、对齐、铺平、移动 2.用黑箱法进行功能分析 经过对问题的分析，得出黑箱法输入为物料、能量、 信号，输出为物料，详情如下图所示： 3.利用功能结构图确定功能元 经过对黑想法及所要求功能的分析求解，对地板砖的 操作包括储存、转移、对齐、铺平，能量经能量转换装置后 输入到以上各种动作和移动中，信号也要输入到转移

9、、对齐、 铺平以及移动上，得到功能结构图如下： 4.功能元求解 对于问题的制定，对功能结构图中的六个功能元进行依 次的求解，即：动力、存储、转移、对齐、铺平、移动; 功能元求解讨论: 经过反复的思考和比较，归纳如下: 动力：动力： a.电动式 b.汽油机式 c.液动式 d.气动式 比较与评价结果： 电动式能量简单易取，经济方便，容易得到，但是需要电源 电线等。 汽油机式能量易取，不需要接通固定能力源及复杂线路，机 器工作环境不受限制，但是不够经济环保。 液动式和气动式控制反应迅速简单精确，但是需要专门的气 源和液压源装置。 储存和转移： a.竖直放置式储存：取料方式可以采用吸盘转移或者倾斜方

10、式，移动时也可以采用传送带、推动或者吸盘带动式，放置 时也可以采用叉架收回、推送或者直接放置式。 b.水平放置式储存：即水平放置在一个储存箱内，取料方式 可以采用从顶部取料或者从底部取料，从顶部取料可以采用 吸盘或者推送的方式，从底部取料可以采用摩擦力传送带将 地砖从底部运走。然后移动可以采用传送带式、推动式或者 吸盘式，放置时可以采用叉架收回、直接推送或者直接放置 式。 c.人为放置式存储：可以采用传送带方式，传送带运动过程 中，人为直接将地板砖放置在传送带上，经传送带传送至指 定位置上，然后可以选择叉架式或者是推送式。 比较与评价结果： 竖直放置式储存安全可靠，取料移动放置形式多样，用吸盘

11、 连杆式可以直接放置到正确位置，且连杆式简单方便，但是 竖直放置时要考虑其安全和水平进给。 水平放置式储存安全方便可靠，而且取料，移动放置简单方 便，但是放置位置不易控制，而且不精确。 人为放置式简单方便，但是存储量小，需要有人一直参与。 对齐： a.图像识别式：安装图像识别装置，可以设置其对地砖的九 十度角敏感或者对地砖和水泥的不同反射光线敏感可以识别 一葡国地砖的位置进行反馈控制。 b.固定进给量式：以地砖尺寸编制程序，控制机器移动固定 的水平和竖直进给量，可以采用编码盘的形式。 c.传感器检测反馈式：安装传感器，对已安装地砖和未安装 地砖的部分进行识别，也可以对传感器的缝隙识别，进行反

12、馈控制。 比较与评价结果： 图像识别式结果精确，机动效果好，对于复杂的地砖也可以 进行铺设，但是价格昂贵，在恶劣的工程环境下的使用寿命 短。 固定进给量的方式简单方便易行，但是属于开环控制型，对 齐结果可能不准确也没有反馈修改，对机器移动量的控制要 求就较高。 传感器式在价格方面上比图像式稍微便宜了点，但是价格还 是相对昂贵，但是控制精度比较高。 铺平：铺平： a.三点控制式：对地砖上的三个不在一条线上的点进行控制， 设置其z轴联动，要求其数值始终统一，即完成了地砖的水平 控制。同时，可以在旁边安装测距传感器，保证其与旁边已 铺设地砖的连接合适。 b.滚压式：仿照公路铺设时压路机的方式，采用橡

13、胶等较软 点的材料制成滚压设备，安装在机器后方，在移动时连带完 成滚压，将地砖压平，为了保证水平，需要对滚轮的竖直位 置进行控制。 c.震动式：采用震动的方式使地砖以及下面的水泥砂浆铺平， 外加测距反馈的方式保证z向的位置。 比较与评价结果： 三点控制式，三点确定一条平面，可以方便可靠的控制其水 平性，外加测距传感器的反馈，易可准确控制其与已铺设地 砖保持齐平，但是由于地面水平性未知所以不易保证z轴的竖 直。 滚压式简单方便，在恶劣的环境也能可靠工作，使用方便， 但是它对铺设结果的控制效果不好，而且不易控制水平。 震动式采用震动的方式使水泥砂浆和地砖保持水平，这样砂 浆均匀，外加传感反馈，工程

14、质量高，但是震动难以控制， 且价格较高。 移动：移动： a.轮式；轮式； b.履带式；履带式； c.导轨式；导轨式； 比较与评价结果： 轮式：机动性强，价格便宜，但是移动过程中不太稳定可靠， 容易打滑。 履带式：移动过程中稳定可靠，而且受力均匀，但是机动性 不好。 导轨式：移动精确，位置方面可以省去传感反馈装置，但是 体积大，在狭小空间内难以实施。 六、运用形态学矩阵六、运用形态学矩阵 根据上述的讨论结果，针对各个功能元的解决方案进 行总结分析，然后根据设计方法学中功能原理解的求解方法， 选择形态学矩阵法进行功能原理解的分析综合，建立形态学 矩阵如下： 计算功能原理解数目 14580 3*3*

15、3*3*3*5*3*4* n821 nn n 七、选定最终方案七、选定最终方案 经过认真思考与比较，根据功能元对机器的重要性及 解决起来的困难程度，功能元求解顺序如下： 对齐移动转移铺平存储动力 通过针对以上列举的各种方式进行了分析与比对，并 对各种方案组合方式的优缺点进行了反复斟酌，然后发现各 个方案所存在的问题，争取在解决一般性任务问题要求的情 况下，充分考虑了功能实现的精度效果以及经济性等问题， 最终得出了一组最优解，结果如下： 对齐方式采用固定进给并采用传感器进行反馈控制， 移动方式采用履带式，转移采用吸盘连杆式、直接放置到给 定位置处，铺平采用三点控制式进行水平控制，并安装传感 器进行垂直方向测距反馈控制，存储采用竖直放置、水平进 给存储箱的形式，动力采用电动拖线式。 八、心得体会八、心得体会 通过几天的努力我完成了这次设计方法学大作业，从中学收获了 很多的东西，不仅巩固了已学过的知识，也接触到到很多在平时没有接触 过的知识。通过完成此次作业，我懂得了理论结合实践是极其重要的，仅 仅依靠书本上的理论知识那是远远不够的，只有把所学的理论与实践相结 合起来，才能真正解决实际问题，从而提高自己的实际动手和独立思考能 力。这也激发了我们今后努力学习的兴趣，我想这将对我们以后的学习产 生积极的影响。 通过这次课程作业，我更加体会到学习的重要性，认识到理论与 实践