关键词：机械设计；教学模式；CAD技术
作者简介：徐静（1963-），女，浙江绍兴人，绍兴文理学院元培学院，副教授；董雁（1964-），男，浙江舟山人，绍兴文理学院工学院，教授。（浙江绍兴312000）
基金项目：本文系2012年绍兴市高等教育教学改革重点课题的研究成果。
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1007-0079（2014）03-0102-01
“机械设计”是机械类专业的一门主干技术基础课，该课程的作用在于培养学生掌握机械设计的基本知识、基本理论和基本方法，具备一定的机械设计基本技能，为后续专业课程学习和今后从事设计工作打下坚实的基础。但“机械设计”传统教学模式通常从分析各种通用零部件的失效形式开始，讨论设计准则，总结设计方法，推导设计公式，熟悉和运用手册、图册、标准和规范等设计资料。设计过程一般以计算器和绘图板为设计工具，计算和绘图过程繁杂，工作量很大。
随着CAD技术的突飞猛进，机械产品设计的传统模式发生了深刻变革，改变了工程界的设计思想及思维方式，成为现代企业必不可少的设计手段。如何适应这种设计方法和思维模式的变革，培养掌握现代设计方法的新型机械设计人才，是一个急待深入研究和解决的问题。因此，笔者一直致力于将机械类专业先修的C语言程序设计、计算机绘图及三维实体建模技术等课程知识，与“机械设计”课程的教学内容有机地融合在一起，探索并实践基于CAD技术的“机械设计”课程教学新的模式。
一、基于CAD技术的“机械设计”教学模式
“机械设计”是一门综合性、实践性很强的课程，涉及到画法几何及机械制图、AutoCAD、机械工程材料、制造技术基础、公差及技术测量、理论力学、材料力学、机械原理等多门先修课程的知识。不同的老师担任不同的课程，传统的教学目标只着眼于某一课程基础知识的掌握，容易忽视课程之间的交叉和联系。基于CAD技术的“机械设计”教学模式，打破传统的机械设计、C语言程序设计、计算机绘图等课程的界限，在理论教学中穿插机械零部件的程序设计教学环节，在课程设计中引入计算机辅助设计实践环节。通过教学，不仅使学生掌握机械设计所必需的基础知识，更为重要的是使学生将所学的计算机知识融会贯通，掌握先进的现代CAD技术手段，充分利用计算机强大的信息存储与检索功能、数据分析与计算功能、图形作图与文字处理功能，极大地提高机械设计的效率和质量，以适应信息技术飞速发展的时代需求。
1.CAD技术与课堂教学内容有机融合
“机械设计”课程是以一般通用零部件设计为核心的设计性课程。在传统的教学过程中，对于某一种零件设计，要求学生掌握零件的失效形式和设计准则，能够合理地选择零件的材料及热处理方式，掌握零件的设计计算理论和结构设计方法，能够正确地选用设计过程中的各设计参数，确定零件的各结构尺寸，绘制出零件工作图。采用传统人工设计，由于在设计过程中需要检索大量技术信息，如各种线图、数表、数据和资料，并根据相关的设计公式进行计算，不仅费时费力，而且设计精度不高，而计算机强大的数据计算功能可以帮助解决这些难题。因此，在学生已学过“C语言程序设计”并具有一定编程能力的基础上，根据“机械设计”教学要求和教学进程，将机械CAD技术融入相应的课堂教学环节中，积极引导学生利用先进的CAD技术解决工程实际问题。
（1）设计资料的程序化处理。要实现机械CAD，首先要解决的问题是设计资料的计算机处理。设计资料或列成数表，或绘制成线图，常用的处理方法有直接编入设计的程序、编成独立的数据文件、建立数据库等。为此，笔者将“数表和线图的程序化处理”作为一个教学单元融入“机械设计”课堂教学中。在教学过程中，对于数表，要求学生应用C语言编程将其转化为数组，再利用查找法中的顺序法、二分法、分块法等，根据输入变量得到数组的下标获得相应的数据，最后根据精度要求通过线性插值、二次插值等方法计算得到所需要的设计参数。对于线图，有公式化和数表化两种处理方法，公式化处理要求学生根据线图的变化趋势、直线线图直接求出直线方程，曲线线图通过多项式拟合得到近似方程。数表化处理则采取等分坐标在曲线上取值转化为数表再进行程序处理。通过这一教学环节，学生不仅感受到程序设计在数据信息处理中的优越性，而且激发了学生应用计算机技术的兴趣。
（2）常用零部件的计算机辅助设计。在机械设计中，经常会涉及到螺纹联接、键联接、带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动以及滚动轴承等各种零部件的设计计算，手工计算工作量很大，而且容易出错。为此，笔者在教学计划中设置了计算机辅助设计大作业教学环节。编写了《机械零件CAD编程大作业》指导书，要求学生在掌握数表和线图程序化处理的基础上，根据指导书给定的任务和要求，独立地完成一种零件或部件的计算机辅助设计程序，包括各子程序及源程序流程图、数表或线图处理程序、设计计算程序及源程序编制、程序调试及实际算例验证，以及设计说明书的编写。一般学生要求使用C语言编制仅输出设计结果的简单程序；对编程能力较强且学有余力的学生，鼓励他们使用VisualBasic和VisualC++等语言编制具有人机交互功能的辅助设计软件。通过这一实践环节，学生利用所编设计程序，根据输入的参数就能计算出绘图所需的尺寸，减轻了学生的手工计算工作量，提高了设计的准确性和高效性。
2.CAD技术在课程设计中的应用
机械设计课程设计是配合“机械设计”课程理论教学的一个重要实践教学环节。绝大多数工科院校一般都选择由“机械设计”课程所学过的大部分零部件所组成的机械传动装置或结构较为简单的机械作为课程设计题目。传统的教学方法对课程设计的要求还停留在人工计算、手工绘图阶段，由于设计过程繁琐、重复工作量大，教学效果一直不够理想。因此，为了将学生从枯燥、重复的手工设计中解脱出来，集中时间和精力用于方案设计、结构设计等创造性思维训练上，笔者在机械设计课程设计中全面引入CAD技术，利用机械设计课程设计辅助设计软件在AutoCAD环境下完成零部件的计算机辅助设计并输出零件工作图，继而完成装配图。
减速器设计是“机械设计”课程设计最常用的设计题目。笔者选用的减速器课程设计辅助设计软件是嵌套在AutoCAD设计软件中，是一组在AutoCAD环境下运行的应用程序，主要功能包括：典型零部件的设计计算及校核计算；典型零部件及典型结构的设计与绘图；典型零部件的标准数据查询等。该应用程序通过复制、添加到AutoCAD设计软件中，则AutoCAD界面上方下拉式菜单可产生新的选项“机械零件设计”按钮。使用时，只要用鼠标单击所需设计零部件的菜单，即可进入此零部件的设计计算程序，完成设计、校核、绘图等设计任务，为学生进行方案对比、参数优化等创新设计提供了有力的CAD技术支持，充分调动了学生的学习积极性，极大地提高了课程设计的教学效果。
二、结论
随着计算机技术的广泛应用，同行们致力于将CAD技术的应用和开发与“机械设计”教学模式的改革和创新结合起来，意识到在“机械设计”课程教学中引入CAD技术的必要性和可行性。将CAD技术融入“机械设计”的课程教学，既有利于提高学生计算机应用能力和运用知识解决工程实际问题的能力，又有利于培养学生先进的设计思想和创新的设计理念，对提高课程教学质量将起到积极的推动作用。
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Abstract:Wetakesthecultivationofcompoundtalentsasthegoal,andmakesreformontheteachingcontent,teachingmethodandway,practicalteaching,andevaluationmethodofmechanicaldesignandachievessomepositiveresult,whichplayspositiveeffectoncultivatingstudents''mechanicaldesignability,innovativeawareness,andtheengineeringdesignability.
关键词：机械设计基础；课程改革；能力培养
Keywords:mechanicaldesignbasis；curriculumreform；abilitytraining
中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）09-0199-01
0引言
机械设计基础课程是机械类各专业的一门重要的技术基础课程。通过该课程的学习，要求学生掌握各种常用机构及通用零部件的工作原理、特点和应用的基本知识，使学生初步学会根据具体条件及与本课程有关的标准、规范，选用机构及零件类型，并能对机构的运动、零件工作能力进行简单的校核，从而具有设计简单机械传动装置的能力。由于本课程的特点，不仅为后续的专业课程，也为课程设计、毕业设计和解决生产实际问题建立基础。近几年来，随着教学改革的深入，学科建设的进行和课程体系的调整，我们围绕培养复合型人才的培养目标，结合学校的学科建设和实验室建设对机械设计课程建设采取了一系列改革，且取得一定成效。
在机械设计基础课程教学改革中，我们坚持以人才培养目标为依据，不断更新教学内容，优化课程体系，确保课程内容的前瞻性、课程结构的科学性和合理性，实现教学内容和课程体系的整体优化。
1教学内容更新
随着教学改革的深入，我们将工程力学和以前的机械设计基础两门课程整合为一门机械设计基础课程，课时大幅减少，因此必须对教学内容进行精选。课程内容的选取本着基础知识够用，主要从理论知识和操作技能两个方面，选择课程的内容，满足职业岗位的需求。机械设计基础课程教学任务的设计以工业产品和常用机构为载体的分析与设计为载体，将课程内容进行解构和重构，序化教学内容，设计学习模块6个，每个模块进一步分解为若干个任务。教学过程中以学生为主体，以实施完成工作任务为途径，培养学生正确选择通用零件及传动装置的能力，掌握重要机构、零部件的设计方法，具有使用设计手册查阅参数的能力，重点培养分析和解决问题的综合能力，最终达到本课程的培养目标要求。
2采用先进的教学方法和手段
在教学过程中以激发兴趣、培养能力为主导，根据教学内容表现的需要，我们采用任务驱动、实例贯穿、课堂与实习地点一体化相结合的教学模式。
任务驱动教学模式：以减速器设计等典型任务为导向，将齿轮的设计、轴的设计、轴承的选择、联轴器的选用、V带的设计等作为主要教学模块，每个教学模块由若干个教学任务组成。
“实例贯穿式”教学模式：以典型机构设计为“案例”，提出解决方法，注重教学过程，将课件、录像和现场教学融为一体。
课堂与实习地点一体化：为了全面提高学生的综合素质和动手能力，培养符合企业岗位技能要求的技术人才，把一部分教学的课堂搬到实训室进行，让学生更直观、准确地认识机械设备工作原理，加深对理论知识的理解和掌握。在这种教学模式下，讲述理论部分时，通过CAI课件、录像、动画等现代教育技术的运用以及现场相关机织设备的运转演示与指导教师的动手操作，让学生更直观、准确地认识机械设备工作原理与操作方法，加深了对理论知识的理解和掌握。在理论部分讲完后可立即安排相应的动手实验，使学生在理论的指导下独立动手操作，并通过实验验证所学的理论知识，这样使理论教学和实验教学的衔接更紧密，时间的安排上也较灵活。通过实践，学生的学习兴趣普遍提高，而且独立思考和分析问题的能力提高，同时对机器设备原理与工艺调整以及操作技能都掌握得较好。这些技能对他们成为能力较强的应用型人才有很大帮助。
3实践性教学环节的改革
培养学生的实践和创新能力目前已经成为高职教育的一项重要教学改革内容。在实践性教学环节的改革中，我们坚持理论教学和实践教学并重，注意提高学生的实践动手能力，启迪创新思维，培养学生分析和综合运用现代技术手段，解决工程实际问题的能力。
机械设计基础课程实践环节包括实验和课程设计。我们有机械设计陈列室和机电一体化创新实训室，每学期我们安排一定的课时在这些实训室进行现场讲解。在创新实验室，学生可以自己动手做各种实验，有的内容在课堂上不能完全理解，就到实验室通过相关机构或各种零部件的组装加深理解。
在课程设计改革中，我们改变了以往的仅单纯按理论知识设计一级圆柱直齿轮，现在我们以各种类型的减速器为课题，先对减速器进行拆装和测绘，然后设计出符合工厂实际需要的各种类型的减速器。同时为调动学生的积极性，我们允许自由选题。在教师的指导下，学生可根据自己的想法对现有机械进行改进设计。在完成本课程的学习后，我们推荐学生参加大学生创新设计比赛。
4考核方式的改革
在考核方法上，注重全面考察学生的学习状况，通过参与课堂讨论的质量、分析能力、对新知识的接受和消化能力、学习迁移能力等多方面的评价，与基础理论知识考核结合评价学生的学习效果。形成了过程性评价70%与成果性评价30%相结合的评价体系，其中过程性评价综合考虑小组成员互评和教师评价。这种考核方式充分关注学生的个性差异，发挥评价的启发激励作用，增强学生的自信心，教师还可以利用评价所提供的大量信息，适时调整和改善教学过程。
5结束语
通过改革和实践，学生的学习积极性、主动性和学习兴趣普遍有所提高。特别是在动手能力，工程实践能力，综合素质，创新设计能力等方面的提高更为显著。
虽然我们在机械设计基础教学内容、教学方法和手段等的改革方面做了一些尝试，并取得了一定的成绩，但仍存在一些问题和不足之处，有待今后的教学改革实践中不断地改进和完善。
参考文献：
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中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：1672-3791（2010)04(a)-0000-00
机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、方法等进行构思、分析和计算并将这些转化为具体的描述以人为制造依据的工作过程。传统的机械设计也称常规设计，是一种以强度和低压控制为中心的安全系数设计、经验设计、类比设计和机电分离设计。随着现代科学技术的发展，现代机械产品设计更加强调创造性，在注重整体功能的基础上以现代化的设计方法和计算机技术作为工具，提高了设计的质量、效率和精度，满足了产品对经济性、适应性和可靠性统一的要求。与传统设计相比，现代机械设计在功能、结构和产品的设计要求方面都有明显的优势。
一、现代设计方法和传统设计方法比较
1、传统的设计方法。传统设计方法以直觉设计、经验设计、静态设计为基础，所使用的设计方法有理论设计和经验设计两种。（1)根据长期总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计称为理论设计。实际情况往往复杂多变，理论设计对问题的考虑不够全面，若安全系数选择过大，则产品可能超大。若安全系数过小，又很难保证产品的安全性。（2)经验设计指根据某类零件已有的设计方法与经验关系式，或者按照设计者个人的工作经验用类比方法进行的设计。随着设计产品的技术含量不断提高，技术系统变得越来越复杂，产品更新的速度也在逐渐加快，经验类比的设计方法已远远不能满足市场的需求。
2、现代机械设计方法。现代设计方法是以思维科学、设计理论系统工程为基础，以计算机作为工具的各种技术和程序的总和。与传统设计方法比较，传统设计是静态系统、以经验作为方法，纯手工手段的；现代设计是动态系统，以科学为方法，用计算机手段。在设计方法上，与传统机械设计相比现代设计在机械零件的设计上更可靠、更优化。
现代设计将传统设计方法中涉及到的设计变量如材料强度、尺寸、应力等，当成服从某种分布的随机变量，并根据产品的可靠性指标要求，用概率统计的方法得出零部件和元器件的主要结构参数和尺寸。根据概率论的观点，安全系数必须和对应的可靠性联系起来才有意义。如：按传统设计法，安全系数大于1的零件是不应该失效的，而实际应用中，安全系数很大的零件也有可能发生失效。按传统的设计方法，对绝大多数零件(如齿数、轮齿宽、螺旋角等)的设计结果虽然在刚度、强度两方面满足了设计要求，往往因为经验性和盲目性，很难达到最优化结果。现代优化设计跳出了传统的设计思维，在符合一系列条件的前提下，求出满足最优效果的设计参数解。
此外，传统设计往往需要人工资料检索、手工计算和绘图，需要耗费较多的时间和人力，设计质量受到影响。计算机辅助集合人的经验和智慧，将计算机的高速运算功能和人的创造力结合起来，加速了设计进程。
二、现代机械设计与传统设计特点比较
现代科学技术的发展与计算机的广泛应用，使现代机械设计形成了自己的理论方法和体系，汇集了多个专业和领域的知识，成为一门交叉学科。与传统的机械设计相比，现代机械设计具有很多明显的优点。
1、传统机械设计思维比较被动，现代机械设计具有较强的主动性。传统设计依靠灵感和经验，思维往往比较被动。而随着现代技术的迅速发展和市场竞争的日益激烈，人们必须不断的提出新的、大胆的开发目标和设想，并运用现有的最新科学技术创造出全新的产品。传统依靠经验的设计已经不能适应这一需求。现代设计在进行研究创造设计思维本身的规律时，运用灵感、方案、优化设计产生的内在逻辑，并由此产生了创造学、价值工程、设计方法学等理论。
2、传统设计注重机械本身预定功能的实现，现代机械设计要求把对象置身于大系统中，并对系统作出设计，将预定的功能在人—机—环境之间进行合理分配。充分考虑到人的生理和心理因素，力求在人际之间做出最佳设计。此外，现代设计还考虑到机械从原料图区、加工装配、投入使用至报废回收等全部生命周期中各个阶段与环境的关系，以减少对自然环境的伤害并保证生态平衡。
3、现代机械设计强化了传统机械设计对强度准则的要求。有限单元法和断裂力学等领域的研究成果在现代机械设计中的应用，强化了设计者强度设计的能力，现代设计的准则也因此拓宽到产品设计的更多领域。现代消费者对产品的需求从实用需求上升到物质与精神享受并重的层次，对现代机械设计提出了艺术和美学方面的要求。
4、传统设计历时长、耗费大，现代机械设计周期短，耗费低。传统机械设计一般先根据目标和任务做出第一个方案并造出样机，然后对样机评定、考核，进行修改，形成第二套方案，如此反复，到满意为止，设计过程周期长、耗费高。现代设计根据各种给定的条件，运用优化设计的原理和方法，借助计算机求取最佳设计参数和设计方案。在现代设计中，优化意识还延伸到产品的总体方案论证，产品结构和工艺设计各个方面，并产生了遗传算法、模糊算法等许多新的理论方法。
5、传统设计受思维进度的约束，现代机械设计利用计算机改变了这一缺陷。在传统的设计中，从概念设计、技术设计到编制工艺、计算工时成本，有许多部门用串行工作方法参与，需要一个漫长的过程，而现代的并行设计技术，使人们在作出一个方案的设计时，通过计算机网络同时获得后续过程相关信息，使设计者有可能及时修改方案，寻求一个全面、综合的优化方案。
三、小结
现代机械与传统设计相比，在功能、结构和产品的设计要求方面都有明显的优势，改变并完善了传统机械设计的缺陷。它将许多学科和领域融合，并将这些技术在现实机械中实现了完美的结合。但现代机械设计不仅仅个人行为，在设计群体中，所有成员都应掌握现代机械设计的有关知识，做到相互了解和配合，并建立全局观念，才能实现现代机械的完美设计。
参考文献：
[1]胡玲凤.现代设计技术在机械设计中的应用分析[J].农机化研究,2005(6):92-96.
【关键词】机器人；手臂关节；机械设计
1.引言
从机械手臂投入商用起，已经有了几十年的应用和发展历史。将模块化的设计思路与理念引入机械手臂的设计中，能够充分发挥其灵活、可拆分、可组合的特点，并将其应用于更多的场合，包括服务机器人，工业生产制造领域、医疗领域等等。本文结合机械臂设计的模块化理念，着重对其进行系统分析和设计，包括旋转关节、传动系统、减速系统进行实现，具有比较好的理论价值与实践意义。
2.机器人手臂关节机械设计
2.1手臂关节模块
手臂关节模块包含了许多零部件，主要有旋转电机、减速器和反馈单元等。在手臂关节的内部固定了控制单元和传动系统，以二级减速传动作为传动模式，即齿轮减速传动与谐波减速传动，这种传动模式可以支持手臂关节自由度之内的回转运动。下面具体阐述其设计方案：
(l)模块外壳方案
手臂关节的外壳能够为电机、制动器、滚动轴承提供必要的机械支撑，并起到必要的保护作用。在手臂关节运动的过程中，模块的外壳也承受了期间多产生的种种应力，因此模块的外壳必须满足一定的刚度。模块外壳的主要构成部分包括：底盖、电机、齿轮盖、主壳体、轴承、制动器等。其中，底盖位于结构的底端，其作用是为整个旋转模块的各个部件提供支撑与连接；主壳体构成此部件单元的外壳，对单元当中的电机、制动器等子单元起到连接和支撑作用；齿轮盖覆盖于模块的齿轮传动单元之上，起到保护和连接作用，而且能够支持谐波齿轮减速器的安装。为保证机械臂有足够的强度，模块外壳选取的制作材料为铝合金，并将壁体设计为圆桶状的抗压结构，为防止氧化与腐蚀，表面结果特殊处理。
(2)减速齿轮方案
减速齿轮方案的主要构成部分包括：电机连接齿轮、中心齿轮、中心轴以及制动连接齿轮等。其实现方式简述如下：通过小齿轮来连接直流电机的输出端，然后通过与小齿轮相咬合的中心齿轮互相连接；同理，通过另一个小齿轮来连接断电制动器的输出端，然后通过与小齿轮相咬合的中心齿轮互相连接。在这种啮合模式下，当减速齿轮单元加电后，便由系统的电机来作为动力源输出，而当减速齿轮单元端电后，便由系统的制动器来作为阻力源输出。考虑到机械臂的关节在不同运动时，会使减速齿轮持续维持高速转动状态，因此必须有足量的剂。又因为该减速齿轮不是封闭结构，因此本文以滑脂来起到齿轮的作用。
(3)中轴传动方案
中轴的传动方案是整个机械臂设计中非常关键的一个组成部分。中轴传动的作用是，首先支持来自中心齿轮的动力，其次还要为波发射器高效传递动力。考虑到中轴会承接一定比例的来自轴向的受力和很大比例的径向应力，因此为支持中轴，引入了角接触轴承。中轴传动单元主要由旋转模块、断电制动器、卡簧、角接触轴承、中心齿轮、主轴、连接法兰以及波发射器组成。
因为中轴传动单元在设计上要求同轴度与圆柱度都在较高的水准，因此尤其应注重其材料选择和参数控制。本研究所设计的中轴用以45号钢才作为原料，并在成型后淬火，从而保证单元在表面具备一定的硬度。
在中轴传动方案中，最关键的是旋转模块的结构设计。旋转模块的设计思路是：将其转轴与中心轴线重合，并以电机驱动。在模块上部署有电磁编码器，用于周期性地检测角位移和角速度。将之与直流伺服电机相联。结合具体的应用环境与需求，直流伺服电机也可以加装起到减速增力作用的行星减速箱，共同起到动力输出的作用。而后通过小齿轮与中心齿轮的咬合，以正齿轮传动方式来实现系统的减速增力功能。
断电制动器的结构设计也是中轴传动方案中的关键，断电制动器有两方面的作用，首先在旋转模块进行位置搜索时能够起到保持作用，其次，在旋转模块因故失去电源之后也能发挥保护的功能。在中轴中，当旋转单元加电，并处于转动状态的时候，断电制动单元便会随着系统的小齿轮单元传递过来的中心齿轮作用而转动，而在断电制动器运动的时候，其输出轴的动力也来自小齿轮单元。在本文所涉及的机械臂中，电机与制动器全部布置于电机底座，并且将电机底也作为旋转单元外壳的一部分，其好处在于保护内部零部件。
2.2连接件模块
连接件的主要功能是在机械臂中连接旋转关节不同的单元，因此是机械臂的重要组合部分，对机械臂的组合与功能的发挥均有着不容忽视的作用。由于机械臂的各个模块单元是相对独立的关系，因此只要将不同的模块单元互相组合，起可以发挥机器人的机械臂基本功能。因此本文结合具体的需求，设计开发了数种类型不同的连接结构。
机器人的机械臂在实际操作中，连接件实现了不同部件单元之间的力矩传递，而其质量的大小也关系到机械臂整体重量和轻便程度，因此在实际设计中，一方面应保证改模块单元具有足够的机械强度，另一方面也应考虑到减轻其质量。本文在设计中，考虑到铝合金属于高强度低密度的材料，同时具有比较好的可塑性，因此以铝合金作为连接件的制作材料。
2.3模块手抓单元
考虑到机械臂必须部署在一个可以移动的平台上，来在现场抓取物体，因此模块手抓单元的末端执行器是其中最重要的组件。为了满足这个系统的模块化的设计，末端执行器必须具备一定的应用和扩展功能。假若模块手抓单元附加多指灵巧手，其实能够抓取更多类型的对象，本课题的研究只需模块手抓单元能够抓取简单对象，因此使用了图中的简单的夹钳手抓，其优点是结构简单、容易控制。
3.结束语
机器人的机械臂设计与开发属于机电一体化领域的高精尖课题。考虑到机械臂的结构具有比较高的复杂性，本文阐述的设计方案充分顾及了模块设计的标准化与产品的通用性，从而能够良好的满足模块之间的替代性特征需求，因而也能够保障机器人的机械臂在实际应用中能够满足用户的要求。
参考文献
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[2]马江.六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真.北京工业大学硕士学位论文,2009:3-10
［论文摘要］当前，我国机械学科背景下的工业设计专业设置盲目跟风，存在机械类课程设置形同虚设、学生普遍缺乏应有的审美能力、未突出学科交叉优势等问题。机械学科背景下的工业设计专业特色教育，应着重提高学生的审美品位，让学生切实掌握相关工程技术，结合机械学科特色来完善工业设计教育体系，使设计教育适应社会发展趋势和社会需求。
目前，我国已有美术院校、工科院校、综合大学、农林院校、师范院校等400多所院校开设了工业设计专业，形成了世界上最为庞大的工业设计教育网络。由于国家教育部把工业设计专业归属于机械学科，因此，培养机械学科背景下的应用型设计人才、强化学生在机械学科背景下的实践能力、确立机械学科背景下工业设计专业的教育特色、凸显机械学科的自身优势及发展特点，是目前工业设计教育的根本任务。
机械学科是研究机械产品（或系统）的性能、设计与制造的理论和技术的科学。按照经历阶段的性质不同，机械科学可分成两大分支学科：机械学和机械制造。机械学是对机械进行功能综合并定量描述以及控制其性能的技术科学，它的主要任务是把各种知识、信息注入设计，将其加工成机械系统能够接受的信息并输入机械制造系统，以便生产出满足使用要求并能被市场接受的产品。在这一点上，机械学与工业设计的目的是一致的，都是为了满足市场的批量化生产而进行产品设计。机械学包括机构学、机械振动学、机械结构强度学、摩擦学、设计理论与方法学、传动机械学、微机械学和机器人机械学等。机械制造是将设计输出的指令和信息输入机械制造系统并加工出合乎设计要求的产品的过程。机械制造科学与技术是研究机械制造系统、机械制造过程和机械制造手段的科学与技术，它包括机械制造冷加工和机械制造热加工两个部分。机械学科的理论基础与技术手段是工业设计专业的必备知识，为工业设计专业提供科学技术支撑。
但当前我国高校机械学科背景下工业设计的特色建设并不理想。如何依托机械学科的先进制造技术与设备条件及其较强的科学性和现实性来构筑工业设计特色教育平台，是当前工业设计教育要解决的重要问题。
一、我国机械学科背景下工业设计专业的发展现状
1.工业设计专业设置盲目跟风
很多学校的工业设计专业设置于2000年前后。这一时期是工业设计专业的膨胀期，很多院校因有机械学科就盲目跟风，设置了工业设计这一专业，而不是出于国内工业发展的需求，专业设置缺乏必要的调研和论证，专业体系极不完善；与此同时，招生人数不断增加，招生规模不断扩大，师生比例严重失调，致使教学质量难以保证，学生专业素质不断下滑。学生经“批量教育”后涌入市场，导致社会上此类人才表面上供大于求，毕业学生60%以上改行从事平面设计或室内设计，近30%的学生完全脱离本行。［1］
2.机械类课程设置形同虚设
机械学科背景下工业设计专业的培养方案大多安排有工程制造类课程，如机械制图、机械设计基础、机械制造基础等，表面上强化了学生的设计与制造能力，但在师资配置、课程大纲制定、制造实践能力培养等方面缺乏系统的思考，导致不同课程之间的关系成了一种机械性的相加，艺术仍是艺术，技术仍是技术，二者并未融合在一起，因而基于机械学科的工业设计专业特色并未真正形成。学生在实际设计中既不能很好地运用技术性课程的理论知识，也不能独立地处理与设计相关的技术问题。
3.学生缺乏应有的审美能力
审美能力与审美品位是工业设计专业学生应具备的基本能力。机械学科背景下的工业设计专业学生，其审美能力与审美品位较差，长于技术类课程的学习而对绘画基础、设计表现技法等课程缺乏热情，惰于关注美、思考美。［2］很多学生做毕业设计时不懂得怎样把作品的美感表现出来。
4.学科交叉优势未能显现
学科的发展有很强的交叉性，这种交叉性包括专业之间、院系之间、学校之间、地区之间的交叉，从而形成一定范围内的资源共享和特色互补。工业设计是技术与艺术相结合的交叉学科，涵盖美学、心理学、市场学、人机工程学、物理学、材料学与力学等学科范畴。当前，机械学科的背景特色还未鲜明地融合在工业设计的学科教学中，机械学科的技术优势、技术条件、实验条件没有与工业设计专业的相关课程结合起来，学科与专业之间缺乏衔接平台，无法构成系统的知识结构。很多院校的工业设计专业虽然设置在机械学院（系）下面，但机械学科与工业设计处于完全分离的状态，口头上说相互交叉，但并未落实到具体的教学中。因此，要突出以机械学科为背景的工业设计专业特色，必须制定切实可行的设计教育方案。
二、我国机械学科背景下工业设计专业的特色定位
学科必须依赖特色而发展，失去特色就会失去竞争力、失去存在的价值，有特色才能发展，工业设计教育也不例外。国外有很多具有行业特色的工业设计专业，如美国艺术中心设计学院的汽车设计，英国考文垂大学艺术设计学院的交通工具设计、汽车设计等，都是特色鲜明的优势专业，同时又是服务于地方经济和全球经济、拥有巨大市场需求的特色专业。在我国，真正有特色的工业设计教育较少见，应通过一系列的措施加强机械学科背景下工业设计专业的特色定位。
1.提高学生的审美品位
“眼高手高”是设计教育培养的基本目标。“眼高”是指对学生审美能力的培养，“手高”是指对学生设计表达能力的培养。机械学科背景下工业设计专业学生的设计技法和设计艺术素养可以归为三类：一是“眼高手高”型，能欣赏能表现；二是“眼高手低”型，能欣赏但不能表现；三是“眼低手低”型，不能欣赏也不能表现，一般为初学者。要想提高学生的设计技法水平，就得设法先提高学生的“眼力”水平，使之懂得欣赏经典艺术品、经典设计作品，学会鉴别艺术作品。这就要有目的有计划地组织学生参观美术展、设计展，多欣赏原作，指导学生进行设计艺术欣赏，培养学生形成高水准的审美观念和审美品位，提高学生对自然美、社会美和艺术美的感知和鉴别能力。
在设计审美品位的培养中，观察是形象信息储存的输入口——对设计作品的形式认识需要观察，形象记忆和形象思维也都以观察为基础。在扩大“阅读”量时，对“阅读”对象的选择应考虑不同的形象、形式和内容，以引导学生从设计作品如何反映对象的手段方法去观察分析、从作品如何反映生活真实的角度去观察分析、从作品中思维与认识的美学形态表现过程去观察分析。
2.让学生切实掌握相关工程技术
美国著名的工业设计大师雷蒙得罗维曾说：“当我能够把美学的感觉与我的工程技术基础结合起来的时候，一个不平凡的时刻必将到来。”工业设计是科学技术与美学艺术相结合、相融合的专业，如何实现二者的深度融合一直都是设计教育的核心课题。机械学科背景下实现设计技术与设计艺术的融合，奠定机械学科背景的工业设计专业特色，要求学生在工程技术方面掌握制图学，掌握设计施工语言的材料学，熟悉力的作用和传递的加工工艺学，熟悉人机工程学和计算机辅助设计。设计师掌握的知识越多、接受新知识的能力越强、设计方法越灵活，其创新能力就越强、成功率就越高。
3.结合机械学科特色，完善工业设计教育体系
机械学科背景下的工业设计学科应加强以工程技术为特色的工业设计教育。工程技术包括很多方面，如加工技术、制造技术、人机工程、材料力学等。优选其中的某些方向，并作为与工业设计学科相关的特色予以强化，可形成一种资源共享和特色互补的共生循环的教育模式。
机械学科背景下工业设计专业特色的建设，最关键的一环在于求变：办学思路上求变，课程设置上求变，培养方式上求变，教学模式上求变。美国学者A.J.普洛斯曾说过：“设计教育的目的不是造就设计人员，而是解放他们。”这给工业设计专业特色教育提供了有益启示，也拓展了人们的设计思维。如湖南工业大学根据工业设计专业课程的特点和性质，将其划分为4个课程群，即艺术基础课程群、设计基础课程群、机械工程技术课程群、专业设计课程群。理清各课程群的总体教学目标以及内部各课程的分工合作关系，把工业设计实践能力培养与创新能力培养细化到各课程中，使之相互协调、相互弥补。各课程群按照能力培养由低到高、由浅入深的阶段性模式安排，更有利于达到人才培养的目的。在培养模式上，强调以设计为中心，以一系列精心制作的设计专题为核心，有机地编排相应的支撑知识，使学生在这些专题学习过程中培养综合设计创造能力，使几大课程体系通过相关专题组合成有机的、相互联系的整体。在教学模式上，引入“工作室”制，强化教师对学生素质的全方位培养，使学生的学习更具深度和广度。
三、结语
美国著名教育学家刘易斯在《21世纪教育》一文中说：“面向21世纪的教育战略，不仅要求教育去适应未来，更强调创造未来。”学校生产的“产品”是学生，毕业生质量的好坏，直接体现着学校的办学层次和办学水平。在我国，工业设计教育的规模越来越大，师生人数不断增加，但数量的增加并不能说明工业设计教育实力的增强，还必须使毕业生与市场紧密结合，以满足人才市场的需求。因此，应根据工业设计专业所具有的学科特色和优势确定工业设计专业的特色发展方向，以保证工业设计专业人才培养的质量，使设计教育能很好地适应社会发展趋势和社会需求。
［参考文献］
关键词：计算机技术；辅助制图；机械制图；实践研究
传统的机械制图方式已经无法直接满足现如今的社会发展需要，机械制图的教学方式也需要不断完善和改进。机械制图教学工作中，应该将计算机技术和制图方法相结合，提升机械专业学生的实际应用能力。这一课程的实用性较高，因此，教学方法和设计方式成为教学的难题，给专业教师带来了挑战。
1计算机辅助设计简介
计算机辅助主要是指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移、复制和旋转等有关的图形数据加工工作。
2机械制图结合计算机技术的教学意义
2.1提升学生的形象思维和构形能力
和传统的手工绘图相比，计算机本身的高效性和快速性具有优势。不仅如此，准确性相对较高，而且修改起来也比较容易。但是，在实际的计算机应用中，学生们首先应该培养自身的构形能力和思维方式。这也正是教学目的的集中体现。所以说，将计算机技术应用到机械制图工作中，不仅可以提升教学的整体效率，还可以提升学生的思维水平，可谓是一举两得。另外，计算机辅助制图还有助于学生思维观念的高度创新，对于一些抽象的概念和形态具体化是学生实际应用能力的体现。
2.2有利于提升学生实践能力
培养应用型人才已经成为一种普遍的趋势，对于机械专业的学生来说，进入社会之后多数都将投入到产品的生产制造以及开发和营销等岗位。因此，对于这些人才本身的实践能力和思维能力都提出了较高的要求。只有实践能力过硬，才能在竞争日益激烈的社会岗位上占据一席之地。学生在培养实践能力的过程中，依靠计算机技术的辅助，完成机械制图是一种重要的平台。教学过程中的机械制图可以提升学生们动手解决问题的能力。而且经过测量和分析，学生还可以明确设计的理念和方法，达到理论联系实际的目的。所以说，将计算机技术融入到机械制图的教学工作中，从宏观上还有助于提升学生们的实践能力，为培养应用型人才奠定基础。
3计算机辅助机械制图的策略分析
3.1利用多媒体技术机械制图环境
教师在进行机械制图教学的过程中，不可忽视的就是多媒体教学技术。这是一种将有形和无形相结合的教学方式。教学中，教师可以充分利用科学的数据信息来提升教学的科学性。同时，还可以通过有形的图像和声音等来向学生进行表达。将设计方法直观的展现在学生面前。同时，在机械制图的时间中，利用计算机和多媒体技术可以充分结合实际的案例进行分析，营造了一种形象、生动的教学环境。另外，教师还可以根据相关的制图工具设置文字以及图形的样式和颜色，为设计实践奠定基础。
3.2将计算机制图和手工制图相结合
虽然将计算机技术融入到机械制图中具有一定的现实意义，效果也非常明显。但是一些特殊的制图教学却不能单纯地只依靠计算机来进行辅助，也需要传统的手工来完成。可见，在教学的过程中，将这两种教学方式相结合是最科学的选择。如果机械图形相对比较简单，只是单一的二维图形，在实际的绘图中，学生们选择手绘地方式不仅有助于找到图形设计的规律还能够对各个参数之间的比例进行明确。如果是对相对比较负责的装配图进行讲授时，可以适当地选择计算机进行辅助。一般来说，计算机的CAD技术是比较常见的应用软件技术，不仅可以提升学生们本身的动手能力，还可以直接提升教学的总体效率。将计算机辅助制图技术和传统的手绘方法相结合在现如今的多数高校中都有所应用，效果明显。因此，逐渐成为机械制图专业教师们的首选教学方式，对于达到教学目的，提升课堂氛围都具有借鉴意义。
3.3利用剖视图和剖面图进行教学，提高教学有效性
一方面，利用制图中的剖视图进行教学。在制图中，当对两个相交面进行剖切时，在获得一个直观视图效果的同时，又能对多个剖切位置的剖视效果有所了解。教师要对剖视图涉及到的内容进行细致的讲解，为以后机械制图的设计与实践教学打下建设的基础。利用制图中的剖视图进行教学，能帮助学生掌握对一个或者多个相交剖面的零件设计和实践的能力，利用实例进行演示的话，能帮助学生了解和掌握在实际设计中如何利用好该类型的剖面形式，以培养学生的实践性思维。另一方面，利用实际操作绘制的剖面图进行教学。先要绘制三位模型与剖面图之间的截交线投影，投影是封闭的曲线，然后在封闭的曲线内绘制剖面符号。在绘制内孔的投影时，要将其作为透明的实物进行分析，依据剖视图的定义，对其投影的绘制出了剖面和孔内的投影外，对不可见投影如果视图无法表达清楚的话，就直接忽略。
3.4机械制图的内容与机械CAD结合
机械制图教材中所涉及到的内容主要包括绘制机械图样的原理、基本方法、正投影的基本理论以及培养学生对图样的分析能力和思维能力。CAD则是一种计算机辅助设计软件，手工制图需要的绘图工具都被一个显示器和一个鼠标就所替代了，并且CAD的绘图功能要远远超于手工绘图，无论是绘图的效率还是质量都远在于手工绘图之上。但这并不意味着机械制图没有意义，如CAD中的三维模型虽然取代了手工制图方法，但是它并没有违背机械制图的理论和规范，CAD巧秒的弥补了传统制图的缺陷，两者要交叉使用，相辅相成。所以在实际教学中应对其内容进行调整和改革，将机械制图与机械CAD的相关内容进行有机结合。
结束语
总之，利用计算机辅助制图进行机械制图设计与实践，适应了我国教育改革的需求，是为我国培养全面应用型人才的必要手段。教师在教学中，要利用多媒体技术，融合计算机辅助制图与传统手工绘图，利用剖视图和剖面图进行教学，利用CAD技术以提高教学效果。
参考文献
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[2]杨文伟.浅析机械制图与机械CAD的有机结合[J].才智，2013，20（34）：17-18.