机械设计上冗余设计的例子
飞行器生命保障系统的冗余设计
飞行器生命保障系统的冗余设计在人类探索广袤天空和无垠宇宙的征程中，飞行器扮演着至关重要的角色。
而保障飞行器中乘员的生命安全，则是这一探索之旅的首要任务。
飞行器生命保障系统，如同守护生命的坚强护盾，为乘员提供了维持生存所需的一切条件。
其中，冗余设计作为提高生命保障系统可靠性的关键手段，其重要性不言而喻。
那么，什么是飞行器生命保障系统的冗余设计呢？简单来说，就是在系统的关键部位或功能上，设置多于正常运行所需的备份组件或备份方案，以确保在主部件或主方案出现故障时，系统仍能正常工作，保障乘员的生命安全。
为了更深入地理解冗余设计的必要性，让我们先来看看飞行器在飞行过程中可能面临的各种挑战和风险。
首先，太空环境极其恶劣。
高真空、强辐射、极端温度变化等，都对飞行器和生命保障系统构成了巨大的威胁。
在这样的环境下，设备的故障率会显著增加，如果没有冗余设计，一旦关键部件失效，后果不堪设想。
其次，飞行器的运行过程充满了不确定性。
机械故障、电气故障、软件错误等都有可能发生。
而且，在长时间的飞行任务中，部件的磨损和老化也是不可避免的。
如果生命保障系统没有足够的冗余，一个小小的故障就可能演变成致命的灾难。
再者，一些突发事件，如陨石撞击、太空垃圾碰撞等，也可能对飞行器造成严重损坏。
在这种情况下，冗余设计可以增加系统的抗毁能力，提高生存几率。
接下来，让我们具体探讨一下飞行器生命保障系统中常见的冗余设计方式。
在氧气供应方面，通常会配备多个氧气储存罐和多种氧气生成装置。
比如，化学制氧装置和电解水制氧装置可以同时存在。
这样，即使其中一种制氧方式出现故障，另一种也能及时顶上，确保乘员有充足的氧气供应。
对于水的保障，也会采用类似的策略。
除了储备一定量的饮用水外，还会有高效的水回收和净化系统。
而且，这些系统往往会有多个备份，以防止主系统故障导致缺水危机。
温度控制系统同样至关重要。
飞行器可能会在极寒的太空深处或炽热的行星附近飞行，这就要求温度控制设备具备高度的可靠性。
起重机电气控制系统的冗余设计方法分析
起重机电气控制系统的冗余设计方法分析发布时间：2023-02-06T07:48:44.126Z 来源：《中国电业与能源》2022年9月17期作者：张小亮[导读] 起重机械设备在诸多领域的应用频率不断增加张小亮三一海洋重工有限公司 519050摘要：起重机械设备在诸多领域的应用频率不断增加，但安全事故问题也屡禁不止，想要从根本上避免安全问题，需要对起重机电气控制系统设计方法进行改良，从根本上解决安全风险问题。
基于此，本文从起重机电气控制入手，分析电气控制冗余设计工作的具体内容，并提出针对性的电气控制冗余设计方法，以供参考。
关键词：起重机；电气控制；冗余设计；控制线路引言：港口行业是国家经济发展过程中的核心关键，起重机械设备作为其中的关键，会对港口工作效率、工作成本产生影响。
从实际应用情况来看，起重机电气控制冗余设计工作十分重要，而电气控制作为其中的核心关键，必须要得到优化，以此最大程度降低起重机运行负担，避免安全事故的出现，有序完成相关工作。
1.起重机电气控制系统中的冗余设计起重机械设备在港口工程中应用存在诸多风险，从实际情况来看，主要表现在图纸、安装、吊具脱钩装置、电气接线、防护罩等诸多方面，任何一个方面出现故障，设备都无法正常工作。
起重机电气控制系统是设备中的核心关键，直接关系到起重机的运行状态。
因此，在实际运行过程中，应借助PLC技术对起重机产生的信息数据进行收集汇总，主要包括：起重机内的限位、机构、整体供电、整机辅助控制等方面，以此完成对起重机的控制，确保起重机可以正常运行。
从起重机的运行功能来看，主要分为照明控制、起升机构控制、大小车机构控制以及吊具控制和配电保护等内容。
在实际应用过程中，控制系统面临着一定的威胁，严重情况下，可能会影响到起重机的正常作业，甚至会出现停机情况。
冗余设计工作的有序落实可以让起重机正常工作，提高控制系统的可靠性得。
在控制系统中包括了一些较为脆弱的计算核心和布线网络，在冗余系统的辅助下，可以让这些对精密性要求较高的部分更好地落实，确保其中能够稳定完成相应工作，从根本上规避起重机电气控制系统中存在的风险。
起重设备的冗余设计
DESIGNCALCULATION 设计计算912018年第3期 /[3] Ho-Kyung Kim, Moon-Young Kim. Efficient combination of a TCUD method and an initial force method for determining initial shapes of cable-supported bridges[J]. International Jou-rnal of Steel Structures, 2012, 12(2)：157-174.[4] 蔡锟,程文明.斜拉式对门式起重机主梁刚度的影响分析 [J].机械设计与制造，2014(3)：56-59.[5] 叶元华.塔式起重机的抗倾覆稳定性计算[J].设计计算, 2012(4)：1-8.[6] 兰朋.QTZ315塔式吊车上回转支承的受力特征研究[J].建 筑机械，2004(7)：46-49.[7] 胡金讯.关于起重机旋转支撑装置滚动轴承计算探讨[J].上海铁道大学学报，2000(8)：78-82.[8] MeFadden P D Tooxhy M M. Applieation of synehronousaveraging to vibration monitoring of rolling element bearings. [J]. Meehanieal Systems and Signal Proeessing. 2000，14 （6）：891-906.[9] 迟永滨.滚动轴承式回转支承承载能力计算中需注意的问题[J].机械，2001，28(5)：23-27.作 者：刘艳群电子邮箱：liuyanqunbuaa@ 收稿日期：2017-03-16起重设备的冗余设计徐丽华大连华锐重工集团股份有限公司港机设计院 大连 116013文章编号：1001-0785（2018）03-0091-02近年来，很多用户在采购起重机时，往往要求冗余设计。
西门子S imotion控制器多轴冗余技术在港口机械上的应用
配置 ２方面讲述 了通过 Ｓ ｉ ｍ ｏ ｔ ｉ ｏ ｎ 软件轴来实 现驱 动器 多切换多冗余 功能的具体方式 。 关键词 ：冗余 ；软件轴 （ Ｔ Ｏ ） ；驱动对象 （ Ｄ Ｏ） ；驱动器 ；切 换 ；Ｓ ＭＣ ３ ０
中 图分 类 号 ：Ｔ Ｐ ２ ７ ３ ；Ｕ ６ ５ ３ ． ９ ２ １ 文献 标 识 码 ：Ａ 文章 编号 ：１ ０ ０ １ — ０ ７ ８ ５（ ２ ０ １ ４ ）０ ２— ０ ０ ４ ０— ０ ３
在 威廉 港 桥 式 起 重 机 （ 以下 简 称 桥 机 ） 的应
有 相互冗 余 功 能 ，即小 车 驱 动器 必 须 作 为 任 意一
用 中 ，不仅 要求起 升 １ 、起 升 ２能够 实现 单 机构 的
高速运 行 ，小车 、俯仰 、大 车 １ 、大 车 ２还 必须 实
个大车驱动器的冗余驱动器 ，同时大车 １ 、大车 ２
驱 动 器 也 能 作 为 小 车 驱 动 器 的冗 余 驱 动 器 并分 别 驱 动小 车 和 俯 仰 。 因 此 ，对 于 小 车 驱 动 器 ，从 电 机 主接 触器 的硬 件 设 计 上 ，需 要 实 现小 车 、俯 仰 、
大车 １和大 车 ２的 ４机构 切换 ；对 大 车 的 ２个驱 动
为 了节 约 起 重 机 设 备 的 硬 件 成 本 ，岸 边 集 装 箱 起
重机 （ 以 下 简称 岸 桥 ） 通 常 采 用 起 升／ 大车切换 ， 小 车／ 俯 仰切换 的主 驱动 方 式 。此 驱 动方 式 的缺 陷 在 于 ，当 系统 中有 一 个 驱 动 器 瘫 痪 的情 况 下 ，某 个 机构 只 能 以较 低 效 率 工 作 甚 至 停 机 。 而 驱 动 器
大车 ２ （ 备用）共 １ ０个 软 件轴 （ Ｔ Ｏ） 。与 此 同 时 ， 还要 通过 软 件 轴 实 现 对 起 升 １ ，起 升 ２ ，Ｔ ／ Ｂ ／ ＧＩ ／
电动乘驾式仓储叉车的冗余设计和容错控制
电动乘驾式仓储叉车的冗余设计和容错控制随着物流行业的快速发展和大规模仓储需求的增长，电动乘驾式仓储叉车作为重要设备之一，扮演着关键的角色。
然而，叉车在操作过程中面临着多种风险，如机械故障、误操作等，这些风险对仓库设备、货物以及人员安全造成潜在的威胁。
因此，在设计和控制叉车时，必须考虑冗余和容错机制，以确保设备的性能和人员的安全。
首先，冗余设计是提高叉车系统可靠性的关键因素之一。
在电动乘驾式仓储叉车的设计中，冗余设计可以采用多个相同的关键组件并行工作，例如电机、传感器、控制器等。
这样，当一个组件发生故障时，系统可以自动切换到备用组件，确保叉车的正常运行。
此外，冗余设计还可以采用备用电源和紧急停止开关等措施，以提供电源和操作的备份，增强系统的鲁棒性和可靠性。
其次，容错控制是确保叉车在出现异常情况时能够正确响应并保护人员和设备安全的重要手段。
容错控制的基本原理是通过监测和检测系统状态，及时发现和识别故障或错误，并采取相应的措施以减小损失。
叉车的容错控制可以采用多级报警和保护系统，例如符合标准的应急停止按钮、超速报警、防碰撞感应器等。
这些系统和装置能够在系统异常时，自动触发相应的保护机制，将叉车停止或减速，以防止事故的发生。
此外，在电动乘驾式仓储叉车的冗余设计和容错控制中，还需要注意以下几点：1. 系统监测和维护：定期对叉车进行系统监测和维护，以及时发现和修复潜在问题。
监测包括传感器的检查和校准、电池状态的监测、电机性能的评估等。
2. 人员培训和操作规范：提供专业的培训课程，培养叉车操作员的技能和安全意识，同时建立严格的操作规范，包括限制叉车的最大载重量、行驶速度限制等。
3. 智能控制系统：采用先进的智能控制系统，包括自动导航、防碰撞、自动停止等功能，提高叉车的操作效率和安全性。
4. 故障报警和记录：叉车配备故障报警和记录系统，及时记录和报警故障信息，方便及时处理和修复故障，提高叉车的可维护性和保养性。
机械设计中的冗余优化与故障排除
机械设计中的冗余优化与故障排除机械设计是一门涉及机械结构、工艺和材料等多学科交叉的学科，旨在设计、开发和优化各种机械系统。
在机械设计过程中，冗余优化和故障排除是两个重要的方面，对于提高机械系统的性能和可靠性至关重要。
一、冗余优化冗余是指在设计中添加额外的部件或功能，超过了实际需要的数量。
冗余设计有多种形式，包括冗余部件、功能冗余和冗余路径等。
冗余设计的目的是提高系统的鲁棒性和可靠性。
首先，冗余部件的设计是一种常见的冗余优化策略。
通过增加部件的数量，可以提高系统的容错能力。
例如，在一个传动系统中，可以增加多个相同的齿轮，以防止其中一个齿轮故障导致整个系统失效。
这种冗余设计可以有效地减少单点故障的概率，提高系统的可用性。
其次，功能冗余的设计也是一种常见的优化策略。
功能冗余是指在系统中添加多个可以完成相同功能的部件或模块。
这种设计可以保证当一个部件或模块发生故障时，其他部件或模块能够继续完成相同的功能，从而实现故障的快速切换和系统的可用性保障。
例如，在一个自动化生产线中，可以配置多个相同的机器人进行操作，当其中一个机器人故障时，其他机器人可以接替其任务，保持生产的连续性。
最后，冗余路径的设计也是一种重要的策略。
冗余路径是指在系统中设置多条不同的传输路径，以实现数据或能量的冗余传输。
这样一来，即使其中一条路径发生故障，系统仍然可以通过其他路径正常工作。
例如，在电力系统中，可以设计多条供电线路，当其中一条线路发生故障时，电力可以通过其他线路供应，确保供电的可靠性。
二、故障排除任何一个机械系统都有可能发生故障，因此故障排除是机械设计中不可或缺的一环。
故障排除是指通过识别和排除故障源，恢复机械系统的正常运行。
在故障排除过程中，需要运用多种技术和方法。
首先，故障排除需要进行故障诊断，确定故障的具体原因。
常见的故障诊断方法包括故障现象观察、实验测试、模拟仿真以及故障模式分析等。
通过对故障进行系统性的分析和判断，可以准确地确定故障源，从而采取相应的修复措施。
冗余设计的例子及解析
冗余设计的例子及解析
冗余设计是指在系统设计中增加冗余的部分，以提高系统的可靠性和
容错性。
下面将介绍几个冗余设计的例子及其解析。
1. RAID（磁盘阵列）
RAID是一种通过将多个硬盘组合成一个逻辑驱动器来提高数据存储可靠性和性能的技术。
RAID技术通过将数据分散存储在多个硬盘上，从而提高了数据的可靠性。
当一个硬盘出现故障时，系统可以通过其他
硬盘上的数据进行恢复，从而避免了数据的丢失。
2. 双机热备
双机热备是指在系统设计中使用两台服务器，其中一台作为主服务器，另一台作为备份服务器。
当主服务器出现故障时，备份服务器会自动
接管主服务器的工作，从而保证系统的连续性和可靠性。
3. 冗余电源
冗余电源是指在系统设计中使用多个电源供应器，以提高系统的可靠性。
当一个电源供应器出现故障时，其他电源供应器可以继续为系统
提供电力，从而避免了系统的停机。
4. 冗余网络
冗余网络是指在系统设计中使用多个网络连接，以提高系统的可靠性和容错性。
当一个网络连接出现故障时，系统可以通过其他网络连接继续进行通信，从而避免了通信中断。
总之，冗余设计是提高系统可靠性和容错性的重要手段。
在系统设计中，应根据实际情况选择合适的冗余设计方案，以保证系统的稳定性和可靠性。
冗余设计的创新应用
床 同 时具 备作业 空 间大、空间运 动定 向速 度高 、刚性高 的特长 ， 除了完成一 般 铣削
加工 外 ，还 可 以灵活 、快 速 地 执行 倒 圆、 倒角 、去毛 刺等复杂 空间运动 ， 以及 对机 床 刚性要求很 高的钣 金件 摩擦 焊接 ，是飞
上最快 的激光切 割机 。 串联运 动轨 迹及其 与并联运动 轨迹 的叠加如 图 ２所 示 。
图 中蓝 色线 条 是 串联 机 构 的主 运动
轨 迹 ，桔 黄 色 线 条 是 串 联和 并 联 机构 叠
加 后 的运 动 轨 迹 。 冗余 运 动 学 带 来 的最
大优 点是 大幅 减 少 质量 大 的 串联 机构 主 控 制 轴 的 急 速 变 向， 减 少 惯 性 的 影 响，
从 图 中可见 ， ｙ ｃ ｏ ｏ激光切 割机 Ｓ ｎ ｒｎ
的激 光部件 比较 特殊 ， 激光头 安装在 内部
并联运 动机 构上 。可 以认 为是一 台大 的串 联机 床上 叠 加了一台小 的并联机 床 ，成 为
二合 一的高 速机构 切割机 。激 光头 在切 割 钢板 时的 加速 度 可大于 ６ ｇ，是 目前世 界
冗余 运 动 设 计 和 混 联 运 动 结合 最 明 显 的应 用是 将 直 线 运 动 机 构 串联 在并 联 机 床 上 ， 以 完成 长 距 离的 运 动 ，扩 大 加 工范 围 。 Ｍｅｒｍ 龙 门铣 床 是 冗余 混 联 机 床 ｔ ｏ 设计 的典 型， 如 图 ５所 示。 从 图中可见 ， 另一例 子， 如图 ６所示 从 图中可见 ，该 机 床 以动梁 龙门式 机构 为主 控制 轴，３杆 并联 机构 为局 部控 制轴 ，加 上双 回转主轴 头，形 成 ５轴直 线运 动 ＋ ２轴 回转 运动的 冗余运动 系统。 Ｔｉ ｐ 龙门铣 床 的独特 结 构，令 机 ｒｅ ｔ ｃ
冗余设计基本方法
冗余设计基本方法冗余设计是一种为了提高系统可靠性和容错能力的设计方法。
它通过在系统中加入多余的功能和回路，以减少故障率和维护成本。
下面是一些冗余设计的基本方法:1. 重复设计：将同一个功能或者设备设计成两个或多个，相互备份，当一个发生故障时，另一个可以立即替代并正常工作。
例如，医院里的重病监护室通常有两个以上的呼吸机等设备，以保障患者的生命。
2. 冗余回路设计：在设计电路时，添加多个独立的回路，以便在其中一个回路故障时，另一个回路可以正常工作。
例如，汽车的安全气囊系统通常设计成两个独立的回路，以确保在任何一个回路故障时，安全气囊都可以正常工作。
3. 备用设备设计：为系统添加备用设备，以便在主设备故障时，可以及时更换或者维修。
例如，数据中心通常配置有多个发电机组和备用电缆，以确保在主设备故障时，可以及时更换或维修，保障数据中心的正常运行。
4. 冗余配置设计：将同一个设备或者功能配置成两个或多个，以便在其中一个损坏时，另一个可以代替并正常发挥作用。
例如，现代汽车通常配置有多个备用轮胎，以备不时之需。
5. 自适应冗余设计：这是一种现代冗余设计方法，它通过自适应控制系统来实现冗余设计。
自适应冗余设计可以通过监测系统状态和故障，并自动调整系统的配置和参数，以提高系统的可靠性和容错能力。
例如，现代的无人机系统通常采用自适应冗余设计，以确保在无人机出现故障时，可以快速自动调整并恢复正常飞行。
以上是一些常见的冗余设计方法，不同的冗余设计方法可以适用于不同的系统和场景。
冗余设计可以提高系统的可靠性和容错能力，从而减少故障和维护成本，但它也需要在设计过程中考虑到系统的可扩展性和可维护性，以确保系统在未来的运行中可以继续保持良好的状态。
冗余自由度机器人原理及应用
冗余自由度机器人原理及应用冗余自由度机器人是指机器人拥有比所需工作自由度更多的自由度，即为余下的自由度，称为冗余自由度。
这种机器人虽然设计上通常需要更高的成本和规划难度，但是也具有更广泛的应用前景和更高的操作灵活性。
冗余自由度机器人的设计目标是为了实现在完成某些特定任务时更加稳定、准确、高效和柔顺。
实际上，在许多常见的机器人任务中，只需几个自由度就能完成，但有了更多的自由度，则可以更好地适应不同地形和环境，从而实现更加精确和灵活的运动。
冗余自由度机器人在工作时总能找到一种或多种伸展或弯曲的方法以解决运动过程中的障碍，从而避免碰撞或其他不必要的干扰。
此外，这种机器人还有更高的灵活性和控制精度，可以更准确地执行复杂的运动任务，从而实现更高的效率。
1.机器人航空领域：冗余自由度机器人可以用于制造飞行器的原型和许多飞行任务，例如维护和检修无人机和直升机，航空器的加油和机械臂的水下维修。
2.医疗器械领域：冗余自由度机器人可以用于医疗手术操作，例如心脏手术和脑外科手术，这些手术非常精细和复杂，冗余自由度机器人可以提高赋能度、准确性和精度。
3.制药和生物技术领域：冗余自由度机器人可以用于制造药品和制造医疗器材，例如在药品制造过程中用于混合、分离、干燥和包装等操作，以及在生物技术研发中用于筛选蛋白质、DNA序列和其他生物分子。
4.交通运输领域：冗余自由度机器人可以用于制造和维修机动车辆，例如在汽车制造和维修过程中用于压缩和扭曲零件。
总结：冗余自由度机器人在许多领域中有着广泛的应用前景，可以提高操作效率、准确性和精度，即使在复杂的环境中也能实现更加稳定和灵活的运动。
建议在未来的机器人技术研发中，应该更加注重冗余自由度机器人的研发和应用，以满足社会发展的需求。
冗余设计的例子及解析
冗余设计的例子及解析冗余设计的概念和作用冗余设计是指在系统或产品设计中，有意地增加冗余元素或组件来提高系统的可靠性、稳定性和容错性的一种设计方法。
冗余设计可以通过增加备用元素、组件、路径或操作来实现。
在冗余设计中，当出现故障或错误时，系统可以自动切换到备用元素或组件上，从而保证系统的正常运行。
冗余设计的主要作用包括：1.提高系统的可靠性：通过增加备用元素或组件，可以减少系统故障的概率，提高系统的可靠性。
即使某个元素或组件发生故障，系统仍然可以正常运行。
2.提高系统的稳定性：冗余设计可以使系统更加稳定。
当系统的某个元素或组件发生故障时，系统可以自动切换到备用元素或组件上，避免了系统的中断或崩溃。
3.提高系统的容错性：冗余设计可以增加系统的容错性。
当系统的某个元素或组件发生故障时，系统可以自动切换到备用元素或组件上，使系统能够继续正常运行，而不会对用户造成影响。
冗余设计的例子1. 冗余电源设计在电力系统设计中，通常会使用冗余电源设计来提高电力供应的可靠性。
例如，在一个数据中心中，为了保证服务器的正常运行，会使用双路供电系统。
每个服务器都连接到两个独立的电源回路，当一个电源回路发生故障时，系统可以自动切换到备用电源回路，确保服务器的稳定供电。
2. 冗余网络设计在计算机网络设计中，为了提高网络的可靠性和稳定性，通常会采用冗余网络设计。
例如，企业内部的局域网通常会建立多条网络链路，并使用冗余交换机。
当其中一条网络链路或交换机发生故障时，系统可以自动切换到备用链路或交换机，避免了网络中断。
3. 冗余存储设计在数据存储系统设计中，为了保护数据的安全性和可用性，通常会采用冗余存储设计。
例如，RAID（冗余磁盘阵列）技术可以通过将数据分布在多个硬盘上，实现数据的冗余存储和容错性。
当某个硬盘发生故障时，系统可以使用备用硬盘上的数据来恢复数据完整性。
4. 冗余传感器设计在工业自动化系统中，为了提高传感器的可靠性和准确性，通常会使用冗余传感器设计。
冷热冲击试验箱设备的冗余设计
冷热冲击试验箱设备的冗余设计
冗余设计是提高（冷热冲击试验箱）设备系统可靠性的一种设计技术，特别是对于大中型设备，如电子计算机、雷达、多路通信等都是行之有效的方法。
冗余设计通常是通过增加并联单元的数量，把一个或几个替换通道安排在一个系统内实现的。
冷热冲击试验箱冗余设计的目的是为了完成规定的功能而额外附加所需的装置或手段，即使系统中某一部分出现了故障，系统仍能正常工作。
特别是当元器件质量与可靠性水平比较低，采用－般的设计已经无法满足设备系统设计可靠性的要求时，冗余设计有特别重要的意义，它可以使系统满足预期的可靠性要求。
如果单纯地从逻辑结构看，冗余的部分是多余的。
但通过计算能发现，它能提高被冗余部分的可靠性。
经证明，在我国成功地发射卫星、导弹的过程，雷达系统及电子计算机系统中以及工业自动化设备中，冗余设计技术都已经发挥了重大的作用。
在当前元器件可靠性水平的基础上，某些有3 ～ 4 万只元器件的雷达设备由于采用了冗余设计技术，平均无故障工作时间已达到200 ～ 400 h ，国外某些雷达和电子计算机系统，尽管元器件数高达100 多万只，由于采用冗余设计技术，使其平均无故障工作时间（ M’fBF ）达到1 ()()() h 左右。
可见冗余设计技术是提高和保证设备可靠性达到预期要求的一项很重要的技术措施。
当然，采用冗余设计会增加重量、体积、复杂度、费用及设计时间等。
所以必须根据所研制温度冲击箱等不同设备的特点，对有
关的利弊关系进行仔细的分析后确定是否采用冗余设计技术。
当提高可靠性的其他方法已经用尽，或当元器件可靠性改进的成本高于使用冗余技术时，冗余技术才是唯一有用的方法。
新型超冗余度机器人关节设计
引入了十字轴式齿轮 ， 在保持传统万向关节【～ 如 图 ３ ６ ， Ｉ ７ 所示 。空
由于采用齿轮传动替代传统万向关节 中的 人一般 由多个相 同的关节模块 串联而成 ， 因而关节的设计与超冗 间运动灵活性的同时 ， 铰链传动，能有效克服传统万向关节存在的传动速比不均匀、 传 余度机器人的整体 Ｊ能密切相关。 生 动精度低等缺点 。 通常关节的设计 目标是输出力矩大 、 工作空间大、 体积小 、 质 量轻 ， 结构简单且运动解耦 ， 易于控制。至今为止 ， 国内外研究者
』 ｎ ａｉｏ ｅ ａｒ ｙ ｏ ｎ ｔ ｅｎｅａ。ｔ ｉ ｅｊｎ ｈ Ｖ ｏｗ ｒ ｃ ｅｂａｌ 。ｂｅ ｉｔ ｉｒ ｉ ｎｈ ｎ ｉ Ｔ ｉ － ６ ｉ ｓ ｔ ｕｄ ｌ。ｔ ｒｉ ｗｈｈＭｖ￣ｊｎｉｔ ｗｏｔ ｅ ｏｔ ｒ ５ 、 ｓ ｎｄ ｅｃ ｌ ｓ ． ｎ ｅ Ｖ
６
关键词： 超冗余度机器人； 万向关节； 遗传算法； 优化设计
９
７
【ｂｒｃ】 ｅ ｐ ｊｎｄｓｎｏｔ ｐｒｅｕｄ ｔ ｂｔ ｒｅｔ．ｈｇａｔｎｍｓ Ａ ｓａｔＡｎｗｔｅ ｏｔｅｇｆ ｅｙｅ ｒ ｎａ ｏｉ ｅ ｎｄＴｅｅｒ ａ ｉ ｔ ｙ ｏ ｉ ｉ ｒｈ ｈ — ｄ ｎｒ ｐ ｓ ｅ ｓ 一 ｆ ｏ ｓ ｒ
提出过多种关节设计方案。日本 Ｎ Ｃ公司［ 计的二 自由度球形 Ｅ 睃 万 向关节 、 美国卡耐基一 梅隆大学【｝ 的三 自由度锥齿轮关节 ， ２设计 １ ３
结构紧凑 、 输出力矩大 ， 应用于超冗余度机器人 ， 可实现多种空间 运动； 但关节结构复杂、 精度要求高、 控制难度大。国内， 朱兴龙 设计了液压驱动的三 自由度伺服关节 ， 申舜等ｌ 应 ５ ｌ 了一种人 设计 工肌 肉驱动 的万 向铰链关 节， 这两类关节具 有结构简单 、 承载能 力高、 关节结构解耦从而便于控制等优点 ， 但相对体积较大 ， 一般 应用于工业机器人， 以适用于超冗余度机器人。本文在分析各 难 类关节特点 的基础上 ， 巧妙地将齿轮传动引入到十字轴万 向关节 中， 设计了一种 电机驱动的二 自由度新型关节。这种关节能克服 了通常万向关节转速不均、 精度低等缺陷 ， 具有结构简单紧凑 、 驱 动力矩大、 运动平稳 、 结构解耦等优点 。
机械设计上冗余设计的例子
机械设计上冗余设计的例子全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：机械设计中的冗余设计是指在设计中加入了额外的部件或功能，以保证系统在发生故障或失效时仍能正常运行或保持基本功能的设计原则。
冗余设计可以提高系统的可靠性和安全性，减少故障带来的影响。
下面我将通过举例说明机械设计中冗余设计的应用。
一、飞机液压系统的冗余设计飞机液压系统是保证飞机正常运行的重要系统之一，它提供了飞机操纵系统、起落架、油门控制等各个系统的动力。
液压系统的失效可能会导致飞机失去操纵能力，因此在设计飞机液压系统时通常会考虑加入冗余设计。
飞机液压系统通常采用双独立液压系统设计，即两个独立的液压系统能够独立地实现飞机各种操作，当一个系统失效时，另一个系统可以继续提供动力。
在每个液压系统中还通常有多个液压泵、液压油箱和液压阀等冗余部件，以确保系统在部分部件失效时仍能正常运行。
电力系统是现代机械设备中不可或缺的重要组成部分，它提供了机械设备所需的电能。
为了保证机械设备的正常运行，通常会在电力系统中加入冗余设计。
某一工厂的主要电力系统是通过两台发电机提供电能，当一台发电机发生故障时，另一台发电机可以继续提供电能。
为了提高电力系统的可靠性，也会在电力配电系统中加入备用开关、备用电缆等冗余部件，以保证电力系统在部分部件失效时仍能正常运行。
三、医用设备的冗余设计医用设备是生命线与生命辅助工具，因此在设计时需要考虑加入冗余设计以确保设备在使用过程中的可靠性和安全性。
心脏起搏器是一种用于治疗心脏疾病的重要设备，它在设计时通常会考虑加入多种冗余设计，比如设备内置的备用电池、备用传感器和备用控制器等，以保证设备在电池耗尽、传感器损坏或控制器失效时仍能正常工作。
汽车制动系统是汽车行驶安全的保证，为了保证汽车制动系统在紧急情况下正常工作，通常会在设计时加入冗余设计。
现代汽车制动系统通常都采用双回路制动系统设计，即车辆的制动系统分为两个独立的回路，当一个回路失效时，另一个回路可以继续提供制动力。
抱闸控制单元中冗余设计的应用
ＳＥ Ｓ Ｏ ＤＳ 及 以 上 档 次 控 制 系 统 ，机 床 设 Ｉ ＭＥ Ｎ８ ２ Ｌ
计 者不 需 要 对机 械 和 电气 进行 任 何 设计 ，ＮＣ 垂 对
直 轴 抱 闸单 元 的 控 制 采 用 闭环 控 制 ，伺 服 放 大 器
直 接为 抱 闸线 圈提 供 电源 ，伺 服 放 大器 与 Ｎ Ｃ进 行 通信 ，ＮＣ 据 相 应轴 位 置 环 的状 态 来 控 制பைடு நூலகம் 否 给 根
状 态 来 控 制 抱 闸线 圈 电 源 的通 断 ， 电 源采 用 外 部
供 电 。所 以设 计 者 要 根 据 实 际情 况 进 行 相 应 的设
收稿 日期：２ １－ ４ ２ ０ １０ － ７
作者简介：蔡 美富 （ ９ １一），男，工程 师，主要从事专 用机 床电气设计、设备安装调试 、机床维修与改造 、ＮＣ １７ 系统调 试与二次开发 。 第３ 卷 ３ 第１ 期 Ｏ ２ １ －１ （ ） ［ ０ １ ０ １ １ 上 １ １
ＡＬＤ
下掉 ，将 砂 轮 砸 伤 ，并 严 重 损坏 机 床 精 度 。起 初 我们 一 直 找不 到 原 因 ，我们 与Ｎ Ｃ系统提 供 厂 家一
起 排 除 了 系统 的原 因 。经 过 多 次 故 障 摸拟 ， 发现
Ｋ ３ 作 有 时 不 可 靠 。 我们 可 以更 换 ＫＡ１ ，但 Ａ１ 动 ３ 不 能 彻 底解 决 问题 。经 过 缜 密 思 考 最 后 决 定 更 改
ｌ
ｌ 似 Ｉ ８
抱 闸控制 单元 中冗余设计 的应用
Ａ ｎ ａｐｐｌ ｉ ｃａｔｏｎ ｏｆｔ ｅｄｕｎ ｉ ｈｅ ｒ ｄａｎｃ ｄｅｓｉ ｅ ｇｎ ａｂｏｕｔｂｒ ｅｎ ｃｏｎｔ ｏｌ ｏｋ ｒ
船用输送装置控制系统冗佘设计
次 减 速 为 一 个 相 同 的 低 速 ６２ 然 后 以 此 低 速 继 续 运 转 ， ０，
到 第 二 个 接 近 开 关ｔ处 ， 作 终 制 动 ，运 转 一 小 段 距 离 ，这 一 ２
距 离越小越 好，主轴停 止，如 图３ 所示 ；当主轴逆 时针运 转
时 ，接 近 开 关ｔ作 减 速 开 关 ，ｔ作 终 制 动 开关 ． 为 不 管 原 来 ２ ｌ 因
术交流
２ Ｊｌ Ｕ伎比ｆ ． ２ ｊ’ ； Ｉ 州ｆ ｍ ４
况 下 ，通 过 人 力 操 作 ， 仍 能 实现 功 能 动 作 ， 只 是 需 较 长
闭 环 电液 比 例 位 置 控 制 时 ， 电 气 控 制 系 统 Ｐ Ｃ通 过 Ｌ
时问 。三 重冗余控 制能保证 设备的最大任 务可靠 性，满
足 船 东 苛 刻 要求 ．
总线 与上位机 实现 通讯 ，接 受上位机 的控制指令 ；把采 集 回来的测量 值滤波处理 后与控制 指令 比较 ，计算 出两 者 的偏 差 ，采 用增量式Ｐ Ｄ算法 ，最终形成 比例 阀６１ Ｉ ．和
６２ 控 制 信 号送 入 阀 的放 大 器 ， 并 驱 动 液 压 阀控 液 压 马 ．的
和现象 。
：３ ｒ ． ＿ ｌ ｊ ＿ Ｊ
４结 论
综上所述 ，采 用三重冗余控制 的 电液 比例系统 ，控
制 方 式 灵 活 ，调 试 方 便 ， 实 现 了液 压 系 统 传 动 大 扭 矩 、 惯 性 小 和 响应 快 等 优 点 ， 极 大 地 提 高 了该 装 置 的 任 务 可 靠 性 ， 较 好 地 满 足 了重 要 设 备 的特 殊 要 求 ， 具 有 很 好 的 推广应用价值 。
以保 证 。 且 船 东 对 船 用 输 送 装 置 的 安 全 可 靠 性 提 出 很 高 的要 求 ， 要 求 有 多 重 的 控 制 方 式 ， 以适 应 长 时 间 重 载 运 行 ，提 高 装 置 的可 靠 性 。
关于冗余设计的作文
关于冗余设计的作文
在工程世界里，冗余设计简直就是个“靠谱”的保镖！它总是
悄无声息地在那里，为系统保驾护航，防止出岔子。
有了它，就算
有啥小毛病，也能轻松应对。
说到信息网络，那速度可不是盖的！但有时候，网络也会闹点
小脾气。
不过别担心，冗余设计就是它的“备胎”，一旦哪条路不
通了，它能马上顶上，保证信息传输不中断。
这设计，简直就是未
雨绸缪的典范啊！
在机械制造这行，工程师们可是把冗余设计玩得炉火纯青。
就
像给机器多备了几个“备胎”零件，还有多重安全保险。
虽然这样
成本会高点，但换来的是长久的稳定和安全，你说值不值？
社会这个大系统，也是离不开冗余设计的。
政府有应急预案，
企业有后备人才，家里还得有把备用钥匙。
这些看似不起眼的东西，关键时刻却能派上大用场，让社会系统稳稳当当地运行。
艺术世界里，冗余设计也玩出了新花样。
诗人用重复和排比，
把诗句唱得更有节奏感；画家通过色彩的重叠，把画面变得五彩斑
斓。
这种设计不追求实用，但能让人心里感到舒服，眼睛也看着过瘾。
总之啊，冗余设计这东西，在工程、社会、艺术里都有它的影子。
弹射器设计冗余
弹射器设计冗余
冗余设计的类型（按冗余方法划分）：
（1）静态冗余：只利用冗余资源把故障的后果屏蔽掉，而不对原系统结构进行重新改变。
此方法多用于电路或部件。
（2）动态冗余：在发现故障后，对有故障的部件或分系统进行切换或对系统进行重构或恢复。
此方法多用于系统。
（3）混合冗余：上述两种冗余方法的组合。
弹射器的应用难点
许多文章关于弹射器制造难点的说法不尽相同，有的说开口汽缸密封是关键，有的说是开口汽缸制造难度很大，还有的说是弹射器的加工精度很高，也有的认为必须要有第一流的焊接技术。
实际上，弹射器的真正难点在储汽罐的制造上。
以上说法只有焊接技术才算是说到了点子上。
弹射器的储汽罐是一种大尺寸的高压容器。
在制造工业中，高压容器是机械工业产品中一个重要的品种，被广泛用于化工、核工业、能源和航天技术中，是一个国家重工业水平的重要体现。
虽然这种产品没有活动部件，结构也相当简单，但由于要承受高压，尺寸又大，因此对制罐材料、制造设备和焊接工艺等方面提出了特殊的高要求，制造企业要有相关的生产许可证。
对于航母弹射器来说，又有使用次数、重量限制和耐高温方面的要求，故制造难度就更大了。
制罐材料要用耐热的特种合金钢，必须要有很好的蠕变性能和抗拉强度，而且
还要承受几十万次的弹射加压/卸压疲劳循环，只有几个国家才能制造。
制罐工艺有好几种，常用的是用钢杵穿过钢锭，反复锻压制成环节状，经车削加工后，再将几个环节焊成筒体，两边封头用万吨以上的水压机整体压出或分块压出，然后经过切削加工再焊接。
焊接过程要严格按照操作工艺进行，稍有不慎，就会使部件报废。
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机械设计上冗余设计的例子
冗余设计在机械工程中是一种重要的设计策略，它通过增加额外的组件、系统或功能，来确保在原始设计失效或发生故障时，整个机械系统仍能维持其基本性能和安全操作。
这种方法不仅提高了设备的可靠性和耐久性，而且在一定程度上降低了由于单点故障导致系统完全失效的风险。
本文将探讨冗余设计在机械设计中的几个实际应用案例，并分析其如何提升整体系统的稳健性。
一、冗余设计的基本概念
在机械设计领域，冗余设计通常指的是在系统中引入额外的、超出基本功能需求的元素。
这些元素可以是硬件组件，如备用发动机、双重电源系统等；也可以是软件功能，比如故障检测和自动切换程序。
冗余设计的核心思想是预防因单一故障点导致的整体系统崩溃，从而增强系统的鲁棒性和容错能力。
二、冗余设计的类型
在机械设计中，冗余设计可以根据其实现方式和目的分为不同类型，主要包括硬件冗余和软件冗余。
1. 硬件冗余
硬件冗余通常涉及在关键部位安装备份组件。
例如，在飞机设计中，双发动机配置就是一种典型的硬件冗余设计。
如果其中一个发动机失效，另一个发动机能够接管飞行任务，确保飞机安全着陆。
类似地，在重型机械如挖掘机或矿用卡车的设计中，关键液压系统可能会采用双泵或双回路设计，以防止单个泵的故障导致整个机器停工。
2. 软件冗余
软件冗余则更多体现在控制系统的编程逻辑上。
现代机械设备往往配备有复杂的电子控制系统，这些系统通过软件算法监控设备的运行状态，并在检测到异常时采取
纠正措施。
例如，汽车中的防抱死刹车系统（ABS）就包含了软件冗余设计，它能够在检测到车轮即将锁死时迅速调整刹车压力，防止车辆失控。
三、机械设计中的冗余设计案例
以下是一些展示了冗余设计在机械工程中实际应用的案例。
案例一：航天器的冗余设计
航天器是冗余设计应用最为广泛的领域之一。
由于航天任务的高风险性和难以进行维修的特性，航天器必须在设计之初就考虑到各种可能的故障情况。
例如，国际空间站（ISS）就采用了多重冗余设计，包括备用电源系统、生命维持系统以及通讯系统等。
这些冗余设计确保了即使在极端太空环境中发生单个系统故障，宇航员的生命安全也能得到保障。
案例二：工业机器人的安全停止功能
在工业自动化领域，机器人被广泛应用于各种高风险作业环境。
为了确保操作人员的安全，机器人通常配备有多重安全停止功能。
这些功能包括紧急停止按钮、安全门联锁以及通过编程实现的自动停止逻辑。
当机器人检测到潜在的危险情况时，如人员接近或工作区域异常，它会自动切换到安全模式，并停止所有运动，从而防止意外发生。
案例三：汽车的安全气囊系统
汽车设计中的冗余设计同样关乎乘客的生命安全。
安全气囊系统就是一个典型的例子。
现代汽车通常配备有多个安全气囊，包括前排和侧面气囊，甚至膝部气囊。
这些气囊在发生碰撞时能够迅速充气，保护乘客免受撞击伤害。
同时，安全气囊系统的触发机制也是冗余设计的体现，它通常与车辆的多个传感器相连，确保在任何方向的撞击下都能及时响应。
四、冗余设计的挑战与未来趋势
尽管冗余设计在提高系统可靠性方面效果显著，但它也带来了额外的成本、重量和复杂性。
因此，工程师在设计时需要在冗余和效率之间找到平衡。
随着技术的进步，未来的冗余设计可能会更加智能化和自适应。
例如，通过引入机器学习算法，系统可以实时分析运行数据并预测潜在的故障点，从而更加精确地部署冗余资源。
此外，增材制造（3D打印）等先进制造技术的发展也为实现更复杂、更轻量的冗余设计提供了可能。
五、结论
冗余设计作为提升机械系统可靠性和安全性的重要手段，在多个领域都有着广泛的应用。
通过深入分析不同案例中的冗余设计策略，我们可以更好地理解其在实际工程实践中的价值和挑战。
随着技术的不断发展和创新，我们有理由相信，未来的冗余设计将更加智能、高效和灵活，为机械工程的发展贡献更大的力量。