智能机械结构的发展史分析

智能机械结构的发展史分析

陈普德

杭州迈杰教育科技有限公司浙江杭州311121

摘要：目前，我国是科技发展的新时期，随着科技的发展，从生产现场到日常生活，智能机械结构已成为人类不可或缺的一部分，我们在很多方面都离不开智能机械结构的帮助。智能机械结构以机器人为代表，随着机械智能化程度的不断提高，出现了智能机器人。这是一个当代研究非常活跃和广泛使用的领域，机器人不是简单地取代手工劳动，而是一种结合了人类优势和机器专业知识的拟人化机电设备。未来，智能机械结构在社会中的应用领域将会越来越广，本文主要分析了智能机械结构的发展史。

关键词：智能结构；机械；发展史

引言

机械结构形态是机械结构三维模型的特征简化方法，主要采用线、面的几何元素描述机械结构的形状、功能及拓扑关系。机械结构形态由基本体形态组成，但基本体形态在基本体几何特征简化过程中仅仅保留其抽象结构。若依据机械结构三维模型布尔运算关系构建机械结构形态三维模型模型，则部分基本体形态会存在相对孤立或信息不全的问题。因此，在基本体形态组合成机械结构形态过程中，必须利用基本体形态知识特点对其有机融合。

1智能材料概述

智能材料可以从其表层或者其内部获得关于外界环境的信息，并且产生相应的信号和外界沟通或者自身判断，并可以通过改变自身结构做出处理。智能材料指在材料系统中和结构中，将传感器、控制器和驱动器于一身。智能材料是建立在功能材料之上的，功能材料主要有两类:一类是感知材料，另一类是驱动材料。智能材料并非单一的一种材料，而是多种材料通过特定的方式和结构有机的结合在一起，并且可以完成感知、判断、反应的材料系统。智能材料概念的提出标志着第五代材料的诞生，这是信息技术渗透到材料领域的体现。智能材料领域是21世纪科学发展的重要领域之一。它的出现必定会大大推进航空、航天、深海探测等领域的发展状况。

2智能机械结构的发展史

智能机械结构具有较长的发展历史，随着时间的推移，机械结构的智能化程度也在不断得到提高。1942年，美国科学家阿西莫夫提出了机器人的3个定律，虽然这只是科幻小说中的一个创作，但对后面机械结构的发展起到了巨大的推动作用。工业机器人于1961年正式启动，当时它被用于通用汽车的汽车装配线。它配备了一个视觉传感器，可根据人类指令发现和抓取块，并提供有限的观察和环境建模功能，Shakey是世界上第一个智能机器人。1989年，汽车具备了初级的自动驾驶功能，这也是智能机械结构的一个重大的突破。卡内基梅隆大学教授DeanPomeler创造了“ALVINN”，这是神经网络控制的第一辆陆基自动驾驶汽车，并于20世纪90年代开始用于测试。1997年，“常驻”机器人参与了火星探测，小型“居民”探测器开始了自己的火星研究任务，最高时速为32.19m/h。机器人在他的着陆点附近探索了该区域，并在接下来的3个月内拍摄了550张照片。2000年，有一个行走的“Asimo”机器人，并由天启汽车公司开发的人形机器人Asimo登台演出。2002年，iRobot推出了家用扫地机器人，iRobot推出的真空吸尘器RobotRoomba可以避开障碍物，自动设计行进路线，并在电池电量不足时自动进入支架，同时Roomba也是目前世界上最大、最商业化的家用机器人。2006年，微软公司推出MicrosoftRoboticsStudio。2016年，AlphaGo风靡全球冠军，DeepMind开发的AlphaGo机器人以4:1总成绩，击败世界冠军李世石，然后击败了许多围棋球员，目前AlphaGo采用基于“深度学习”的原则进行设计，具有超越人类的顶级水平的能力，智能机械机构得到了明显的发展。

3常用的智能材料

1）压电材料材料在19世纪由法国科学家居里兄弟发现。压电材料具有压电正效应和、压电逆效应两种效应。正效应是指在压电材料发生形变时，压电材料表面会产生电位差。压电逆效应是指在压电材料通过电流时它会主动发生变形。这两种特性使得压电材料既可以做传感器又可以做驱动器。压电材料分为无机压电材料和有机压电材料。无机压电材料又可以分为陶瓷压电材料和压电晶体材料。陶瓷压电材料压电性强、介电常数很高，可以加工成任意材料，但是在高频下的稳定性不理想。有机压电材料主要有聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜材料，这类材料质地柔软、电阻小、压电常数高，至今也得到了大量应用。压电材料在降低机械噪声和降低机械疲劳方面也有很好的前景。传统的机械难免会有各种振动问题，而振动就会产生噪声和金属疲劳，而金属疲劳就是机械破坏发生的主要原因之一。2）形状记忆材料形状记忆材料是一类具有形状记忆功能的材料。形状记忆材料包括形状记忆合金、形状记忆高分子和形状记忆无机材料。这类材料可以在外界热刺激等的条件下发生形变。现在形状记忆合金是这类材料中应用最广的，现阶段美国研发了一种形状记忆合金制成的复合材料记忆。他们用形状记忆合金制成了一种扭力管，在受热时扭力管产生形变;在温度下降时，扭力管产生反变形。这种智能机翼在试验中表现良好，可以大幅度降低跨音速激波的影响。美国喷气推进实验室还研发了一种形状记忆合金制成的飞机机翼蒙皮，依靠蒙皮的变形能力，也能达到上述扭力管的作用。该材料在建筑行业也有着良好的应用前景，可以被应用于混凝土材料中。先按照预想的钢筋形状制成形状记忆合金，依靠其形状记忆能力在建筑的使用过程中，能大大增加建筑物的自我复原能力，提升建筑物的使用寿命和安全系数。3智能机械结构的发展趋势对于制造业而言，高效灵活的生产场地与智能工厂的自动化水平密不可分，而高度灵活的移动机器人则被用作智能工厂的物流管理系统，对于提高智能工厂的生产效率和智能化水平起到了重要的作用，并已逐渐成为智能工厂的主力军。智能工厂中的移动机器人专家依靠技术优势，如核心优化算法、3DSLAM激光导航和基于地图的多传感器系统识别，已经能够替代人类做很多技术含量较高的事情。机器人以强大的核心技术研发能力、大量的顶尖技术研发团队作为产业发展优势，不断强化自身研发与产品化优势，为智能工厂的移动运输强势赋能，助力中国制造实现产业升级与智能改造。

4智能凝胶材料和“人工肌肉”

智能凝胶材料和“人工肌肉”是今年比较火的概念之一。高密度的网格把液体分子封锁在，网格对液体分子具有亲和作用;液体失去流动能力，形成一种凝胶状态的软性材料。这种智能凝胶可以通过改变其中液体分子的种类来实现不同的作用，比如pH值、粒子强度、压强。它在污水清理和医疗领域有着广阔的前景。比如说它可以用于身体中某些激素的运载体。例如甲状腺激素，它随着血液运输在靠近靶向目标的时候可以放出激素。

结语

智能机械结构是机械行业未来的发展趋势，目前智能机械结构已经在实际的工业生产领域中得到了广泛的应用。同时智能机械结构的发展史较长，有必要深入分析智能机械结构的发展历程，为后续研发更加智能化的机械结构提高思路，最后本文对智能机械结构的未来发展前景进行了分析。

参考文献

[1]赵显日.机械制造过程中的智能化发展方向分析[J].神州,2018(8):198.

[2]胡心科.基于现场总线的舞台机械控制系统研究与开发[D].兰州理工大学,2012.

[3]冯超.机械制造智能化的发展趋势探析[J].通讯世界,2018(1).

作者简介：

陈普德，（1982年05月05日-），男，汉族，浙江省台州市，计算机，大专。

研究方向：机械结构智能化