|
課程概述
一、課程綜述
1.1 教學目標（參照課程能力要求制定）
（1）通過學習機電一體化基本概念，使學生理解機電一體化系統中各機構要素在系統中的作用和相互關係，初步建立機電產品的系統化設計思想。
（2）熟悉機電一體化系統中常用機械系統、傳感檢測、信號處理、動力驅動裝置、控制等單元的種類和特點。
（3）掌握機電一體化系統中機械、傳感檢測、動力、控制等基本要素的關鍵技術，掌握典型機電裝置的技術原理和設計方法。
（4）熟悉機電一體化產品的設計方法和工程路線，能夠針對具體的機電一體化產品確定產品開發技術路線。
（5）掌握機電一體化系統建模的一般理論和方法，能夠對簡單機電系統進行數學建模，並根據模型進行分析和綜合。
（6）使學生初步掌握文獻檢索、資料查詢、調研及運用現代信息技術獲取相關信息的基本方法。
（7）使學生瞭解機電一體化系統的組成、功能、原理和設計方法，培養學生解決實際問題的能力。
（8）使學生具有應用數學與自然科學的綜合能力，在學習中逐步提高學生的專業英語水平。
（9）通過利用所學的機械技術、傳感器技術、電子技術、計算機技術和控制技術等，使學生夠靈活地綜合運用這些技術進行機電一體化設計。
（10）培養學生的責任感和職業道德；並使學生具備一定的組織管理能力、較強的表達能力和人際交往能力以及在團隊中發揮作用的能力，初步具備交流、競爭與合作能力。
二、課程的基本內容
第一章 緒論
[教學目的與要求]：
1．掌握機電一體化的基本涵義。
2．掌握機電一體化系統及其組成。。
3．瞭解機電一體化控制系統。
[本章主要內容]：
1.1 什麼是機電一體化?
1.2 機電一體化實例—機器人介紹
1.3 機電一體化系統基本組成
1.4 機電一體化設計方法
[本章重點]：
1．機電一體化系統基本概念
2．機電一體化系統基本組成
[本章難點]：
1．機電一體化系統基本組成
第二章 機電一體化系統總體設計
[教學目的與要求]：
1．瞭解機電一體化系統的總體設計方法
2．掌握機電一體化產品的工程路線
3．掌握幾種典型機電一體化裝置的基本組成
[本章主要內容]：
2.1 機電一體化產品設計過程
2.2 機電一體化系統設計方法
2.3 機電一體化產品設計實例
[本章重點]：
1．機電一體化總體設計的內容及方法
2．典型機電裝置的系統組成以及軟、硬件結構
[本章難點]：
1．機電一體化系統設計的方法
2．典型機電一體化裝置數控機床或工業機器人的基本組成及設計方法
第三章 傳感檢測系統
[教學目的與要求]：
1．瞭解傳感檢測系統的基本組成和傳感器的基本評價指標。
2．掌握機電一體化系統中常用傳感器的基本原理與適用場合。
3．瞭解傳感檢測系統中常用信號預處理技術的基本原理。
[本章主要內容]：
3.1 檢測的基本概念
3.2 傳感器概述
3.3 常見傳感器原理及應用
3.4 信號處理
[本章重點]：
1．各類傳感器的工作原理
2．傳感器的功用和特性
3．信號調理電路（濾波、相關、調製、解調）
[本章難點]：
1．各類傳感器的工作原理
2．傳感器的功用和特性
3．信號調理電路（濾波、相關、調製、解調）
第四章 機械系統設計
[教學目的與要求]：
1．掌握機電一體化系統中傳動機構的種類、特點、基本要求。
2．瞭解常用工業機器人的基本構型。
3．掌握機電一體化系統常用精密傳動機構的基本原理與設計方法。
[本章主要內容]：
4.1 機電一體化系統典型機構
4.2 機器人機構
4.3 精密齒輪傳動
4.4 同步帶傳動
4.5 滾珠絲槓傳動
4.6 導軌設計
4.7 機械系統設計綜合應用實例
[本章重點]：
1．滾珠絲槓副傳動機構
[本章難點]：
1．傳動機構的設計方法
2．滾珠絲槓副傳動機構
3．諧波齒輪傳動
第五章 伺服驅動系統
[教學目的與要求]：
1．瞭解伺服系統的一般組成、分類和基本組成形式。
2．瞭解步進電機的種類及結構；掌握步進電機的工作原理；掌握步進電機的主要性能指標；掌握步進電機控制的基本原理；掌握步進電機的基本功率驅動電路原理和細分驅動原理。
3．掌握直流伺服電機特性和調速原理；掌握直流伺服電機的驅動調速方法；掌握直流伺服系統組成的基本原理。
4．掌握交流伺服電機特點及其調速方法；掌握變頻調速裝置的基本原理；瞭解交流伺服系統組成的基本原理；瞭解交流伺服電機的矢量控制。
[本章主要內容]：
5.1 伺服驅動系統概述
5.2 常用伺服執行元件
5.3 直流電機
5.4 步進電機
5.5 交流電機
5.6 步進電動機與交流伺服電機的性能比較
[本章重點]：
1．步進電機、交直流伺服電機的控制與驅動。
2．伺服系統的設計
[本章難點]：
1．伺服電機的選擇與校核
第六章 控制系統模型
[教學目的與要求]：
1．掌握控制系統數學模型的作用和建立方法
2．掌握控制系統的搭建與PID控制算法
3．掌握工程中運動控制系統的建模方法
[本章主要內容]：
6.1 數學模型
6.2 控制系統與PID算法
6.3 運動控制系統
6.4 機電一體化伺服系統模型
[本章重點]：
1．機電一體化系統數學模型的建立
2．PID控制算法及其參數的調節
3. 機電一體化伺服系統數學模型建立與分析
[本章難點]：
1．PID控制算法及其參數的調節
第七章 工業控制計算機及其接口
[教學目的與要求]：
1．瞭解機電系統中幾種控制計算機及其特點
2. 瞭解計算機硬件間的數據通信方式
3．掌握計算機接口的工作原理與使用方法
[本章主要內容]：
7.1 工業控制計算機
7.2 計算機控制接口技術
7.3 計算機控制接口設計
7.4 應用實例—溫度測量系統
[本章重點]：
1．計算機硬件間的數據通信方式
2．計算機接口的工作原理與使用方法
[本章難點]：
1．計算機接口的工作原理與使用方法
三、討論課
3.1 討論課的目標
（1）通過基於團隊的學生上台講演和課程討論這種體驗式教學方式，加深對機電系統的基礎知識和實踐能力的培養，並在溝通能力、團隊合作能力等方面得到鍛煉；
（2）得到初步的查閱文獻、閱讀相關技術資料和調查研究能力的鍛煉；
（3）瞭解汽車各部分機電一體化系統的結構和工作原理；
（4）進一步深入瞭解工程實踐。
3.2 討論課的內容
討論內容分為以下兩個主題：
主題一：機電系統構成及關鍵技術討論
1．機電系統設計總體方案，包括典型機電系統的整體設計思路、電氣系統的實施方案、 軟件流程設計和智能車機電系統設計整體方案。
2．嵌入式計算機系統的分析與設計，包括分析比較嵌入式計算機系統典型的功能和特點；重點分析單片機的選型及注意事項；比較C51和S51的區別；單片機的資源分配。
3．機電系統運動控制方案，包括典型機電一體化系統的運動控制方案的基本結構；運動控制系統的組成；對常用的一種運動控制方案進行詳細分析。
4．電機驅動系統，包括常用直流電機、交流電機的選擇；常用驅動方案的分析比較。
5．電機速度調製，包括常用交、直流電機主要調速原理；重點分析脈寬速度調製原理。
6．路程檢測方案的設計分析，包括常見路程檢測傳感器元件的選擇，路程檢測的具體實施方案。
7．障礙物探測方案的設計分析，包括常見障礙物探測傳感器檢測元件的選擇，障礙物探測的具體實施方案。
8．機電系統的供電電源，包括常見機電設備的電源分析比較，電源的基本功能，整流電源和開關電源的比較。
主題二：汽車系統構成與關鍵技術討論
1. 汽車電子控制點火系統，包括電子控制點火系統的特點，電子控制點火系統的基本組成和電子控制點火系統工作原理。
2. 汽車電控自動變速系統，包括自動變速器與手動變速器相比的優缺點，實現汽車無級變速的方法和電控自動變速器是實現變擋的方法。
3. 汽車傳動系統，包括汽車傳動系統的組成及佈置形式，自動變速器的組成及其工作原理和差速器的組成及其工作原理。
4. 汽油機電子控制供油系統，包括汽油機電子控制系統構成及各部分的主要功能和節氣門位置傳感器類型及其結構主要區別。
5. 柴油機電子控制供油系統，包括電控柴油噴射與傳統的機械方式相比的優點、電控柴油噴射系統的基本組成和 電控噴射系統高壓泵的工作原理。
6. 混合動力汽車，包括混合動力汽車佈置形式及其特點，混聯式混合動力汽車驅動系統的結構和燃料電池電動汽車驅動系統類型及其組成。
7. 汽車電子穩定系統(ESP)，包括汽車電子穩定系統的組成和汽車電子穩定系統的工作原理。
8. 廢氣渦輪增壓技術，包括 渦輪增壓的主要目的、 渦輪增壓技術的工作原理和渦輪增壓技術的優缺點。
9. 汽車防抱死制動系統(ABS)，包括汽車ABS系統的系統組成、汽車ABS系統的工作原理和汽車ABS系統的分類及優點。
10. 汽車防撞系統，包括激光—單片機組合防撞系統的總體結構及工作原理和激光雷達汽車自動防撞微機控制系統的組成及工作原理。
3.3 討論課的實施
分兩種形式：
1.學生上台講演、報告的形式
每個學生完成一個案例。學生在課外查找、閱讀和分析相關的知識內容，總結、整理並撰寫報告，做成PPT。由每個學生上台陳述自己的研究內容，陳述時間為15分鐘，最後每人上交一份分析報告（WORD文檔及PPT，電子版）。
2.課堂互動形式
陳述完後，匯報的學生回答台下學生和評委老師提出的問題，並針對所匯報的問題進行討論，討論時間為5分鐘，最後由老師點評。（依據需要討論的具體內容，總結存在的主要問題，在課堂上由老師引導下進行討論。）
3.4 討論課的要求與成績評定
1. 基本要求：
（1）至少要以一種具體車型為例來說明所研究的內容；
（2）最後要總結所研究題目當今前沿技術和發展趨勢。
2. 從以下兩個方面進行打分：
（1）資料的查閱、知識熟練運用及體會，占6分；
（2）PPT講解及回答問題情況，占4分。
四、課程研究項目（三級項目）
4.1 課程研究項目的目標
1、掌握智能自動車的結構、控制電子元器件組成及其工作原理；
2、掌握傳感檢測系統的設計方法，掌握常用傳感器的原理和使用方法；
3、掌握基本電路的原理圖和電路連線圖；
4、掌握編程軟件的使用、仿真調試以及單片機程序的燒寫；
5、掌握小型直流電機的選型、驅動及控制方法；
6、掌握單片機的選型及系統搭接方法；
7、掌握智能車的控制方法；
8、掌握機電一體化系統的設計、製作和調試方法。
4.2課程研究項目的內容
本學期的課程研究項目名稱：《智能車的設計與製作》。
主要內容包括：
（1）智能車本體各模塊設計；
（2）電路板焊接、測試；
（3）編程仿真軟件學習和程序燒寫軟件學習；
（4）練習數碼管顯示編程；
（5）練習驅動模塊驅動電機正反轉；
（6）練習脈寬速度調製；
（7）練習紅外避障模塊；
（8）練習紅外循跡模塊；
（9）練習測速模塊；
（10）練習測距模塊；
（11）多功能綜合練習和擴展練習。
4.3 課程研究項目的實施
每4個同學一組，相互協作完成《智能車系統的設計與製作》所規定的研究內容，內容可以包括但並不限於這些內容。
每個小組要在研究報告中標明每個人在總體工作中的貢獻和工作比例或者每個人負責的內容。
研究內容的多少會影響到每組的最終成績，鼓勵學生自己選取感興趣的研究內容進行創新設計和深入研究
4.4 課程研究項目的進程安排
實訓地點：機械館4樓創新實驗室。
實訓內容及時間規劃見表1,共佔26學時，由《機電一體化系統設計》和《單片機原理及應用》課程共同完成，其中《機電一體化系統設計》課程學時為16學時
教學單元
第1單元 緒論
01-01 什麼是機電一體化？
01-02 機電一體化實例—機器人介紹
01-03 機電一體化系統基本組成
01-04 機電一體化設計方法
第2單元 機電一體化系統總體設計
02-01 設計過程
02-02 整合方式
02-03 設計過程示例
第3單元 傳感檢測系統
03-01 檢測的基本概念
03-02 傳感器概述
03-03 常見傳感器原理及應用
03-04 信號調節
第4單元 機械系統設計
04-01 機電一體化系統典型機構
04-02 機器人機構
04-03 精密齒輪傳動
04-04 同步帶傳動
04-05 滾珠絲槓傳動
04-06 導軌設計
04-07 機械系統設計綜合應用實例
第5單元 伺服驅動系統
05-01 伺服驅動系統概述
05-02 常用伺服執行元件
05-03 直流電機
05-04 步進電機
05-05 交流電機
05-06 步進電動機與交流伺服電動機的比較
第6單元 系統數學模型
06-01 數學模型
06-02 PID控制模型
06-03 運動控制系統模型
06-04 機電一體化伺服系統模型
第7單元 工業控制計算機及其接口
07-01 工業控制計算機
07-02 計算機控制接口技術
07-03 計算機控制接口設計
07-04 應用實例-溫度測量系統
第8單元 應用型實驗
08-01 電梯的自動控制實驗
08-02 基於PLC的數字量方式多段速變頻調速控制
第9單元 互動討論課
第10單元 課程研究項目（三級項目）
課程列表
第001講 1-1緒論-什麼是機電一體化？ → 00:19:11
第002講 1-1緒論課外前沿專題講座--論學習與思考（一） → 00:57:15
第003講 1-1緒論課外前沿專題講座--論學習與思考（二） 01:10:35
第004講 1-2緒論機電一體化實例—機器人介紹 → 00:10:36
第005講 1-2緒論課外前沿專題講座--並聯微操作機器人（一） → 00:42:07
第006講 1-2緒論課外前沿專題講座--並聯微操作機器人（二） 01:→ 00:19
第007講 1-2緒論課外前沿專家講座——機器人時代的到來（一） → 00:40:00
第008講 1-2緒論課外前沿專家講座——機器人時代的到來(二) → 00:33:23
第009講 1-3緒論-機電一體化系統基本組成 → 00:20:33
第010講 1-4緒論-機電一體化設計方法 → 00:11:07
第011講 2-1機電一體化系統總體設計-設計過程 → 00:12:35
第012講 2-2機電一體化系統總體設計-整合方式 → 00:12:45
第013講 2-3機電一體化系統總體設計-設計過程示例 → 00:48:26
第014講 2-3機電一體化系統總體設計課外前沿專題講座--65米射電望遠鏡副面精調系統（一） → 00:50:22
第015講 2-3機電一體化系統總體設計課外前沿專題講座--65米射電望遠鏡副面精調系統（二） → 00:49:16
第016講 2-3設計過程示例-物料分揀系統設計錄像 → 00:01:09
第017講 3-1傳感檢測系統-檢測的基本概念 → 00:01:42
第018講 3-1傳感檢測系統課外前沿專題講座--新型智能機器人的開發（一） → 00:37:38
第019講 3-1傳感檢測系統課外前沿專題講座--新型智能機器人的開發（二） → 00:36:50
第020講 3-2傳感檢測系統-傳感器概述 → 00:28:51
第021講 3-3傳感檢測系統-常見傳感器原理及應用 01:→ 00:02
第022講 3-4傳感檢測系統-信號調節 → 00:44:29
第023講 4-1機械系統設計-機電一體化系統典型機構（一） → 00:30:00
第024講 4-1機械系統設計-機電一體化系統典型機構（二） → 00:36:17
第025講 4-1機電一體化系統典型機構-齒輪副 → 00:→ 00:01
第026講 4-1機電一體化系統典型機構-滾轉副 → 00:→ 00:03
第027講 4-1機電一體化系統典型機構-螺旋副 → 00:→ 00:03
第028講 4-1機電一體化系統典型機構-球副 → 00:→ 00:04
第029講 4-1機電一體化系統典型機構-球銷 → 00:→ 00:03
第030講 4-1機電一體化系統典型機構-凸輪 → 00:→ 00:01
第031講 4-1機電一體化系統典型機構-線接觸高副 → 00:→ 00:03
第032講 4-1機電一體化系統典型機構-移動副 → 00:→ 00:03
第033講 4-1機電一體化系統典型機構-轉動副 → 00:→ 00:01
第034講 4-1機械系統設計課外前沿專題講座--工程機械國內外發展現狀（一） → 00:44:58
第035講 4-1機械系統設計課外前沿專題講座--工程機械國內外發展現狀（二） → 00:39:00
第036講 4-1機械系統設計課外前沿專題講座---逆向工程技術在現代工程機械中的應用（一） → 00:37:22
第037講 4-1機械系統設計課外前沿專題講座---逆向工程技術在現代工程機械中的應用（二） → 00:35:13
第038講 4-2機械系統設計-機器人機構 → 00:40:51
第039講 4-2機器人機構教學素材-鍛造操作機動作過程 → 00:01:03
第040講 4-2機器人機構教學素材-Jansen Walker → 00:→ 00:46
第041講 4-2機器人機構教學素材-LittleDog → 00:→ 00:42
第042講 4-2機器人機構教學素材-RHex → 00:02:29
第043講 4-2機器人機構教學素材-RISE → 00:01:27
第044講 4-2機器人機構教學素材-八足機器人 → 00:01:22
第045講 4-2機器人機構教學素材-蟑螂型爬蟲機器人 → 00:02:23
第046講 4-2機器人機構教學素材-多足機器人 → 00:04:01
第047講 4-2機器人機構教學素材-可滑行可行走四足機器人RollerWalker → 00:02:23
第048講 4-2機器人機構教學素材-美國大狗機器人靈活操控演示 → 00:→ 00:46
第049講 4-2機器人機構教學素材-四足機器人 → 00:→ 00:31
第050講 4-2機器人機構教學素材-模仿人類的仿生機器人Petman → 00:01:15
第051講 4-3機械系統設計-精密齒輪傳動 → 00:58:04
第052講 4-3精密齒輪傳動教學素材-諧波齒輪gearanimation → 00:01:13
第053講 4-4機械系統設計-同步帶傳動 → 00:28:35
第054講 4-5機械系統設計-滾珠絲槓傳動（一） → 00:42:11
第055講 4-5機械系統設計-滾珠絲槓傳動（二） → 00:43:41
第056講 4-6機械系統設計-導軌設計 → 00:39:02
第057講 4-7機械系統設計綜合應用實例 → 00:37:38
第058講 4-7機械系統設計教學案例-500kg四自由度重載搬運機器人 → 00:→ 00:19
第059講 4-7機械系統設計教學案例-90度自動翻轉機 → 00:→ 00:39
第060講 4-7機械系統設計教學案例-165kg重載六自由度機器人 → 00:→ 00:20
第061講 4-7機械系統設計教學案例-180度自動翻轉台 → 00:→ 00:36
第062講 4-7機械系統設計教學案例-大型航天器水平對接裝置 → 00:→ 00:54
第063講 4-7機械系統設計教學案例-復合肥取樣機器人 → 00:→ 00:20
第064講 4-7機械系統設計教學案例-基於工業機器人的飛機艙門自動鑽鉚系統 → 00:01:10
第065講 4-7機械系統設計教學案例-四足仿生機器狗 → 00:→ 00:08
第066講 4-7機械系統設計教學案例-蓄熱式烤包器 → 00:→ 00:23
第067講 4-7機械系統設計課外前沿專題講座--漫談粘接技術（一） 01:12:48
第068講 4-7機械系統設計課外前沿專題講座--漫談粘接技術（二） → 00:54:35
第069講 5-1伺服驅動系統概述 → 00:14:36
第070講 5-1伺服驅動系統課外前沿專題講座--並聯機構在現代工程中的應用（一） → 00:40:27
第071講 5-1伺服驅動系統課外前沿專題講座--並聯機構在現代工程中的應用（二） → 00:52:46
第072講 5-2伺服驅動系統-常用伺服執行元件 → 00:10:48
第073講 5-3伺服驅動系統-直流電機 → 00:48:44
第074講 5-4伺服驅動系統-步進電機（一） → 00:35:50
第075講 5-4伺服驅動系統-步進電機（二） → 00:38:43
第076講 5-5伺服驅動系統-交流電機 → 00:38:52
第077講 5-6伺服驅動系統-步進電動機與交流伺服電動機的比較 → 00:07:41
第078講 6-1系統數學模型-數學模型（一） → 00:32:11
第079講 6-1系統數學模型-數學模型（二） → 00:35:10
第080講 6-2系統數學模型-PID控制模型 → 00:53:33
第081講 6-3系統數學模型-運動控制系統模型（一） → 00:28:47
第082講 6-3系統數學模型-運動控制系統模型（二） → 00:32:42
第083講 6-4系統數學模型-機電一體化伺服系統模型 → 00:27:48
第084講 6-4系統數學模型課外前沿專題講座--並聯裝備機電系統與控制（一） → 00:35:09
第085講 6-4系統數學模型課外前沿專題講座--並聯裝備機電系統與控制（二） → 00:44:29
第086講 7-1工業控制計算機及其接口-工業控制計算機 → 00:25:57
第087講 7-1工業控制計算機及其接口課外前沿專題講座--先進製造技術綜合應用（一） → 00:45:48
第088講 7-1工業控制計算機及其接口課外前沿專題講座--先進製造技術綜合應用（二） → 00:42:45
第089講 7-2工業控制計算機及其接口-計算機控制接口技術 → 00:30:44
第090講 7-3工業控制計算機及其接口 -計算機控制接口設計（一） → 00:53:30
第091講 7-3工業控制計算機及其接口 -計算機控制接口設計（二） → 00:52:12
第092講 7-4工業控制計算機及其接口應用實例-溫度測量系統 → 00:13:59
第093講 7-4工業控制計算機及其接口課外前沿專題講座--CAD變量幾何技術在機器人中的應用（一） → 00:34:53
第094講 7-4工業控制計算機及其接口課外前沿專題講座--CAD變量幾何技術在機器人中的應用（二） → 00:25:49
第095講 8-1應用型實驗-電梯的自動控制實驗 → 00:35:13
第096講 8-2應用型實驗-基於PLC的數字量方式多段速變頻調速控制 → 00:29:55
第097講 10-2課程研究項目（三級項目） → 00:36:59
第098講 10-13課程研究項目學生作品表演-對聯 → 00:→ 00:56
第099講 10-14課程研究項目學生作品表演-瓦力 → 00:01:52
第100講 10-15課程研究項目學生作品表演-小抓手和小投手 → 00:02:12
第101講 10-16課程研究項目學生作品表演-06級課程研究項目驗收 → 00:03:28
第102講 10-17課程研究項目學生作品表演-07級智能機器人灌籃大賽 → 00:06:26
第103講 10-18課程研究項目學生作品表演-08級智能採摘機器人大賽 01:04:46
第104講 10-19課程研究項目學生作品表演-08級智能機器人綜合表演 → 00:49:21
第105講 10-20課程研究項目學生作品表演-09級智能採摘機器人大賽 → 00:41:16
第106講 10-21課程研究項目學生作品表演-09級智能機器人綜合表演 → 00:47:09
第107講 10-30課程研究項目學生作品表演-雙足仿生機器人 → 00:01:46
| 
GS_3907