机电一体化系统课程设计指导书
机电一体化系统设计
成都理工大学工程技术学院
《机电一体化系统设计》课程教学大纲
自动化工程系机械工程教研室编
2010年11月20日
一、目的和任务
1 目的和任务
本课程是机械电子工程专业的主干专业课。本课程从系统的观点出发，利用机械技术和电子技术，通过机电有机结合构造最佳的机电系统。本课程主要学习机械系统、传感检测系统、伺服系统、控制系统等设计和选择方法，讨论机电一体化系统的接口、精度设计和可靠性等系统总体技术。
本课程的目的和任务是：通过本课程的学习，使学生建立机电产品的一体化设计思想，把电子技术、传感器技术，自动控制技术、计算机技术和机械技术有机地结合起来，了解各项技术之间的接口关系，能运用所学知识对机电一体化产品进行分析或设计，使学生具备解决生产过程中机电设备的运行、管理、维护和改造等实际问题的初步能力。
2 完成培养方案中哪项基本素质要求和业务培养要求
（结合适用专业的培养方案中基本素质要求和业务培养要求加以说明）
二、课程学时分配表
总体安排：理论教学44 学时，实验教学4 学时。
课程主要教学内容及学时分配分别见下表：
三、课程教学内容和教学基本要求
第一章绪论
本章理论教学2学时，实习教学0学时，共2学时。
重点和难点：机电一体化系统的基本功能要素；机电一体化的相关技术。
主要教学内容及要求：
（1）了解机电一体化技术的产生与发展；
（2）理解机电一体化系统的基本功能要素；
（3）了解机电一体化的相关技术；
（4）了解机电一体化发展趋势。
第二章机械系统设计
本章理论教学6学时，实习教学0学时，共6学时。
重点和难点：机械系统数学模型的建立，机械传动系统的特性。
机电一体化系统设计课程设计指导书 第五章 机电一体化控制系统及其模块电路设计
集成稳压器的功能是将非稳定的直流电压变换成稳 定的直流电压。集成稳压器按工作方式可分为串联型 稳压器、并联型稳压器和开关型稳压器三种。其中开 关型稳压器的效率最高，可达70%以上，但其输出电 压的纹波较大；并联型稳压器输出电流小，但是电压 的稳定度高，主要用来作电压基准；串联型稳压器的 效率虽较低，但其输出电流范围较宽，主要用于低电 压、小电流的场合，比如，给控制系统的主机电路供 电等。
标准型工控机的选择主要基于以下几点：高可靠 性和可维修性，较强的环境适应能力，控制的实时性， 完善的输入/输出通道，适当的计算精度和运算速度 等。
三、专用微机控制系统
专用微机控制系统区别于通用微机控制系统的最大 特点，就是它只包含通用系统的部分功能，一般以够 用为准，系统具有造价低，安装使用方便，体积小等 特点。
图5-1 专用微机控制系统的组成
第二节 机电一体化控制系统微控制器的选择
一、微型计算机的系统构成：
人们经常提到“微机”这个术语，该术语是三个概念的 统称，即微处理器、微型计算机与微型计算机系统。
微处理器简称μP或MPU或CPU，它是一个独立的芯片，内 部含有数据通道、多个寄存器、Hale Waihona Puke Baidu制逻辑部件、运算逻辑部 件以及时钟电路等。
机电一体化系统设计课程设计
机电一体化系统设计课程设计
一、课程概述
1.1课程背景
1.2课程目标
1.3课程内容
1.4教学方法
1.5考核方式
二、课程背景
2.1机电一体化系统概述
2.2机电一体化系统在工业生产中的应用
2.3机电一体化系统在日常生活中的应用
2.4机电一体化系统的发展趋势
三、课程目标
3.1了解机电一体化系统的基本概念和原理
3.2掌握机电一体化系统的设计方法
3.3能够应用机电一体化系统解决实际问题
3.4培养学生的团队合作能力和创新能力
四、课程内容
4.1机电一体化系统的基本概念和原理
4.1.1机电一体化系统的定义
4.1.2机电一体化系统的组成
4.1.3机电一体化系统的工作原理
4.2机电一体化系统的设计方法
4.2.1机电一体化系统的需求分析
4.2.2机电一体化系统的结构设计
4.2.3机电一体化系统的控制设计
4.2.4机电一体化系统的传感器和执行机构设计
4.3机电一体化系统的应用案例分析
4.3.1工业生产中的机电一体化系统应用4.3.2日常生活中的机电一体化系统应用4.4机电一体化系统的实验设计
4.4.1机电一体化系统实验的设计原则4.4.2机电一体化系统实验的搭建方法
4.4.3机电一体化系统实验的数据分析
五、教学方法
5.1理论教学
5.1.1讲授
5.1.2讨论
5.1.3案例分析
5.2实践教学
5.2.1实验教学
5.2.2项目设计
5.3网络教学
5.3.1在线课程
5.3.2远程协作
六、考核方式
6.1平时表现
6.2实验报告
6.3课堂讨论
6.4期末考试
6.5项目设计成果
七、机电一体化系统设计课程的意义与发展
7.1对于学生的意义
机电一体化课程设计说明书
机电一体化课程设计说明书
机电一体化是现代制造业的重要组成部分，其涉及到机械工程、电气工程、计算机技术、控制工程等多个学科领域。为了培养适应现代制造业需求的高素质人才，不少高校开设了机电一体化课程，而机电一体化课程设计则是学生在课程学习中的一项重要内容。
一、目的与意义
机电一体化课程设计的目的是为了让学生在理论学习的基础上，通过实践掌握机电一体化原理、设计方法和实践技能，并培养解决实际问题的能力。课程设计能够促进学生综合运用所学知识，掌握设计和制造的技能，提高科学研究和工程实践的水平。
二、设计内容
机电一体化课程设计的内容主要包括以下几个方面：
1.课程设计的选题
选题的过程需要从市场需求、生产实际等方面进行全面考虑，将理论与实际相结合，确保课程设计的实用性和先进性。学生可以从课程学习的重点内容或自己感兴趣的领域中选择选题。
2.课程设计方案的制定
制定课程设计方案是课程设计的关键，应包括课程设计的目的、任务、具体步骤和实验条件等内容，同时还需要对项目分工和时间进度进行规划和安排。
3.实行课程设计方案
课程设计的实施需要学生掌握一定的技能，包括制图、计算、加工及调试等技能。学生应严格按照课程设计方案，展开实验与制作。
4.试验结果的分析和评价
课程设计完成后，需要对试验结果进行全面评价。学生要认真分析实验中的问题，总结出有关经验，发现不足之处并对试验结果加以评价。
三、设计要求与注意事项
课程设计是提高学生综合素质、实践能力和创新能力的重要途径，需要具备以下要求：
1.选题合理。选题应符合实际需求，并能使学生深入了解机电一体化学科领域的主要问题和发展趋势。
机电一体化课程设计指导书
机电一体化系统设计课程设计指导书
邓春岩编著
UESTC 机电工程学院
第一章绪论
1.1 机电一体化课程设计的目的
机电一体和课程设计是一个重要的实践教学环节。学生需综合运用所学的机械、电子、计算机
和自动控制等方面的知识，独立进行机电结合的设计训练，主要目的是：
1）学习机电一体化系统总体设计方案的分析、拟定和比较的方法。
2）对机械系统进行设计，掌握典型传动机构和导向机构等工作原理、设计计算方法和选用方法。
3）掌握控制用电机的工作原理，能够对控制用电机、驱动器进行计算与选用。
4）对控制系统进行设计，掌握典型硬件电路的设计方法和控制软件的设计思路。
5）根据系统的要求，掌握常用传感器的工作原理和选用方法。
6）培养学生独立分析问题、解决问题的能力，学习并初步建立“系统设计”的思想。
7）训练学生应用手册和标准、查阅文献资料及撰写科技论文的能力。
1.2 课程设计的内容与要求
课程设计的内容应是典型的机电一体化系统或产品，如数控机床、工业机器人、三坐标测量仪、自动检测仪、全自动洗衣机、电子秤、自动售货机、家用智能装置等。
设计的内容需包扩：机械系统的设计；执行元件的计算与选择；计算机控制系统的选择、电路的设计和软件的设计；传感检测的选择与电路的设计等，根据专业性质的差异，可以适当调整相应部分设计工作量。
本次设计任务是CNC二维工作台的设计，主要包括：机械系统的设计与计算、控制电机的计算与选择、驱动器的选择与接线图的设计。
1.3 课程设计的原始数据
试设计一个用于在水平面内（XOY平面）进行切割的CNC二维工作平台。切割刀位于Y方向工作台上面，其受力点（X、Y方向的轴向载荷）到Y方向丝杠轴心线的距离为100mm。其它参数见下表：
机电一体化系统综合课程设计说明书
PART 3
系统总体方案设计
系统功能需求分析
机电一体化系统功能需求分析 系统功能需求分析的目的和意义 系统功能需求分析的方法和步骤 系统功能需求分析的结果和结论
系统总体结构方案
系统组成：硬件、软件、 网络、接口等
硬件结构：处理器、存储 器、输入输出设备等
软件结构：操作系统、应 用软件、数据库等
传感器： 负责采集 系统运行 过程中的 各种参数， 如温度、 压力、流 量等
执行器： 负责执行 控制器发 出的控制 信号，如 电动机、 电磁阀、 液压缸等
通信模块： 负责控制 系统与外 部设备的 通信，如 RS485、 CAN总线 等
电源模块： 负责为整 个系统提 供稳定的 电源，包 括直流电 源、交流 电源等
本正确
连接测试：检查所有 硬件设备之间的连接
是否正常
功能测试：测试系统 的各项功能是否正常
工作
性能测试：测试系统 的性能是否达到设计
要求
问题解决：针对测试 中发现的问题，进行
故障排查和解决
调试记录：记录调试 过程中的所有操作和 结果，以便后续查阅
和改进
调试结果分析与改进
调试结果：系统运行正常，无明显故障 改进措施：优化系统参数，提高系统稳定性 调试结果：系统运行不稳定，存在故障 改进措施：检查系统硬件和软件，排除故障，重新调试
PART 2
机电一体化系统课程设计设计说明书模版
机电一体化技术的发展趋势 课程设计的改进方向 学生能力的培养与提升 课程设计的实际应用与推广
汇报人：
,a click to unlimited possibilities
汇报人：
01 02 03 04 05
06
Part One
Part Two
机电一体化系统课 程设计的目的：提 高学生的实践能力 和创新能力
课程设计的背景： 随着科技的发展， 机电一体化系统在 工业、农业、医疗 等领域的应用越来 越广泛
调试参数：根据系统需求， 调整参数设置，确保系统 正常运行。
测试性能：进行性能测试， 记录测试结果，分析系统 性能。
故障排除：根据测试结果， 找出系统存在的问题，并 进行故障排除。
调试结果：系统运行正常，无明显故障
改进措施：优化系统参数，提高系统稳定性
调试结果：系统出现故障，如响应时间过长、精度不足等 改进措施：检查硬件设备，更换或维修故障部件，优化软件算法，提高系 统性能
Part Four
机械结构设计方法：采用 CAD软件进行三维建模和仿 真
机械结构设计原则：满足功 能需求，保证稳定性和可靠 性
机械结构选型原则：根据功 能需求选择合适的机械结构
机械结构选型方法：参考相 关标准和手册，结合实际需
求进行选择
控制系统类型：PLC、DCS、 SCADA等
机电一体化系统设计课程设计指导书简介 尹志强
机电一体化系统设计课程设计指导书
尹志强
目录
第一章绪论
第一节机电一体化系统课程设计的目的
第二节课程设计的内容与工作量要求
第三节课程设计的时间分配建议
第四节课程设计的成绩评定
第二章课程设计的一般过程与要点
第一节设计准备工作
第二节总体方案设计要点
第三节械系统设计中的重点知识结构
第四节控制系统设计中需注意的有关问题
第五节注意现代设计手段和网络资源的运用
第三章机电一体化系统机械部件设计
第一节切削力的分析与计算
第二节齿轮传动副的选用
第三节同步带传动副的选型与计算
第四节滚珠丝杠副的选型与计算
第五节直线滚动导轨副的选型与计算
第六节联轴器的选用
第四章机电一体化系统进给伺服系统设计
第一节概述
第二节机械系统运动参数的计算
第三节步进电动机及其选择
第四节步进电动机的控制与驱动
第五节增量式旋转编码器与直线光栅
第六节交流伺服系统
第五章机电一体化控制系统及其模块电路设计
第一节机电一体化控制系统的选择
第二节机电一体化控制系统微控制器的选择
第三节机电一体化控制系统的电源设计与选择
第四节光电隔离电路设计与应用
第五节开关量输入通道电路设计与应用
第六节开关量输出通道电路设计与应用
第七节常用存储器与I/0接口芯片的应用电路设计第八节A/D与D/A转换接口电路设计
第九节键盘与LED显示电路应用设计
第六章机电一体化系统设计实例
第一节卧式车床数控化改造设计
第二节数控车床自动回转刀架机电系统设计
第三节X-Y数控工作台机电系统设计
第四节波轮式全自动洗衣机机电系统设计
参考文献
机电一体化课程设计课程指导书
机电一体化课程设计课程指导书
一、课程设计总体思路
机电一体化课程设计，将机电专业理论课程的相关内容有机结合起来，使学生受
到完整的设计过程训练，使学生对机械本体和电子、电气控制的软硬件的设计过程有全面的了解，使学生掌握机电工程设计的基本方法，提高其分析问题和解决实际工程问题的能力，培养学生的工程观念，将整个课程内容有机而系统地结合起来。
二、课程设计培养目标
课程设计使学生掌握机电一体化相关的基本理论和技术技能，同时加强团队协作能力的培养，促进交流与合作，拓展视野，勇于创新，提高思考与决策水平，形成解决实际问题的能力和终身学习的能力。
1、发挥主体，培养学生自主学习能力
机电一体化技术，操作性强，更新速度非常快，内部也变化多端，光靠老师、光靠课堂上的一点时间并不能讲全其中的变化，在课程设计教学实践环节中，尤其要注意自主性学习、学生学习方法的指导，爱护和保护学生的好奇心和求知欲，帮助学生自主学习，独立思考。让学生边看书、边查阅相关资料、边自己动手实践，积极主动地去获取知识、获取信息，逐步掌握千变万化的机电技术，适应信息社会飞速发展的需要。
2、加强整合，培养学生的系统设计能力
机电一体化技术与很多学科有着千丝万缕的联系，在课程设计中，要注重学科之
间的有机融合，熟练掌握项目所涉及的相关内容，而且在实际操作中通过不断的探究获得新的知识，进而培养学生的系统设计能力。
3、开放交流，培养学生的团队协作能力
在整个课程设计过程中，尝试以学生为主体，教师起引导作用。根据学生自愿组
成若干小组，每组完成一个项目，组内成员各自有不同的分工，由小组长负责牵头。由学生自发组织相关资源自行去学习、收集素材。遇到问题，由小组成员商讨解决，解决不了的提请老师帮忙。通过这样的形式，不但培养了自己获取信息、传输信息、处理信息和应用信息的能力，而且也培养了自己与他人合作的能力。
机电一体化系统设计课程设计指导书
机电一体化系统设计课程设计指导书本课程设计指导书详细介绍了机电一体化系统的设计过程，通过本课程的学习，能够掌握机械设计、电气控制、程序编写等方面的技能，从而实现对机电一体化系统的全方位掌握。
第一部分：课程设计的背景和意义。
机电一体化系统是现代制造业中的重要技术，它将机械设计和电气控制有机地结合起来，通过计算机程序控制，从而实现自动化生产。机电一体化系统能够提高生产效率，降低人工成本和生产成本，减少生产过程中的事故发生率等。因此，掌握机电一体化系统设计技术对于现代制造业来说具有重要的意义。
第二部分：课程设计的教学目标。
本课程设计的教学目标主要包括以下方面：熟悉机电一体化系统的基本原理和设计流程、掌握机械设计和电气控制的技能、学会利用电气软件和编程语言进行系统的设计和控制、培养学生的计算机编程能力以及团队协作和创新能力等。
第三部分：课程设计的教学内容及要求。
本课程设计的教学内容主要包括以下几个方面：机电一体化系统的概述与原理、机械传动系统的设计、电气控制系统的设计、编程语言的基础知识、控制系统的软件设计、系统测试与调试等。
同时，对于学生，需要满足以下要求：1.能够独立完成机电一体化系统的设计与调试；2.掌握机械设计和电气控制的基础知识；3.了解编程语
言和控制系统的软件设计；4.具备独立思考和解决问题的能力；5.能够合理地分工合作，完成项目中自己的任务。
第四部分：课程设计的考评方法。
本课程设计考核主要由课程设计报告和现场演示两个环节组成。课程设计报告应包括系统设计流程、系统组成部分的详细设计、系统测试与调试等内容。现场演示应展示课程设计的系统实现效果，并结合实验环节进行现场演示和讲解。学生将按照报告的质量和现场演示的表现情况分数。
机电一体化课程设计指导书
机械工程及自动化专业专业课程设计指导书
学时/学分：3周/ 3
适用对象：机械工程及自动化专业
课程类型：学科专业必修课
先修课程：电工电子技术、微机原理与接口技术、测试技术、液压传动、机电传动控制、PLC控制技术、机电一体化系统设计
一、教学目的
通过课程设计培养学生综合运用所学知识和技能、提高分析和解决实际问题能力的一个重要环节，专业课程设计是建立在专业基础课和专业方向课的基础上的，是学生根据所学课程进行的工程基本训练，课程设计的目的在于：
1、培养学生综合运用所学的基础理论和专业知识，独立进行机电控制系统(产品)的初步设计工作，并结合设计或试验研究课题进一步巩固和扩大知识领域。
2、培养学生搜集、阅读和综合分析参考资料，运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力，提高计算、绘图等基本技能。
3、培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法，进行工程师基本素质的训练。
4、树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风。
二、教学内容及基本要求：
1、设计内容为机电控制系统（典型机电产品）设计，其主要内容包括：
1）机械传动结构设计；2）电气测控系统；设计内容必须包括一个模拟量控制。
课程设计题目：机电传动单向数控平台设计
（1）电机驱动方式：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机；
（2）机械传动方式：螺旋丝杆、滚珠丝杆、同步皮带、链传动等；
（3）电气控制方式：单片微机控制、PLC控制；
（4）功能控制要求：速度控制、位置控制；
（5）主要设计参数：
单向工作行程——1800、1500、1200 mm；
移动负载质量——100、50 kg；
《机电一体化系统设计》课程设计指导书双坐标十字滑台设计及控制
《机电一体化系统设计》课
课程设计指导书
双坐标十字滑台设计及控制
前言
本课程设计指导书是根据长春工业大学机电工程学院2003年最新修订的专业课程教学大纲并结合本专业实际教学情况而编写的，根据《机电一体化系统设计》这门专业课，配套的本课程设计的基本要求、主要内容及相关技术资料。
本课程设计指导书包括课程设计内容、设计要求和有关设计步骤，尽可能使学生对于本课程设计有一个清晰的思路。由于篇幅的限制，为避免重复，对于本课程相关教材中已有详细叙述的基本理论知识，本指导书仅做概要提示，具体内容请参考相关教材。另外，本指导书后附有关设计资料，供同学参考。
希望同学们在课程设计之前，一定要通读本指导书，做好预习，避免设计中的盲目。同时在课程设计过程中，提倡大家在独立思考的前提下，互相探讨，积极钻研，勇于提出创新的见解和方案。
对书中不足之处，敬请提出宝贵意见。
-------------------------------------------------------------------------- 学院教学院长（签字）：年月日
系主任（签字）：年月日
执笔人（签字）：年月日
目录
前言 (1)
第一章绪论 (3)
§1-1 课程设计的目的和要求 (3)
§1-2 课程设计的实施规则 (3)
§1-3 课程设计过程及方式 (5)
§1-4 时间安排及考核方法 (7)
第二章课程设计内容 (10)
§2-1 设计方案的确定 (10)
§2-2 本次设计的主要内容 (11)
§2-3设计步骤 (11)
§2-3-1总体设计方案的选择及确定 (12)
机电一体化系统实验指导书
机电一体化系统实验指导书
1. 实验目的
本实验旨在通过对机电一体化系统的设计、搭建和调试，让学生掌握机电一体化系统的工作原理及其应用领域，并提高学生的动手能力和团队协作能力。
2. 实验器材和软件
2.1 实验器材
•电机
•传感器
•控制电路
•电源
•运动部件
2.2 软件
•Arduino IDE
•SolidWorks
3. 实验内容
3.1 实验准备
1.确定实验主题和目标。
2.设计机电一体化系统的结构和布局。
3.使用SolidWorks绘制机电一体化系统的3D模型。
3.2 系统搭建
1.根据设计图纸，搭建机电一体化系统的物理结构。
2.连接电机、传感器和控制电路。
3.进行系统的初步测试，确保电机、传感器和控制电路的正常工作。
3.3 系统调试
1.使用Arduino IDE编写控制程序。
2.将控制程序烧录到控制电路中。
3.调试控制程序，确保机电一体化系统能够按照预定的程序进行工作。
4.测试系统的稳定性和可靠性，进行必要的调整和修正。
3.4 实验报告
1.撰写实验报告，包括实验目的、实验步骤、实验结果和分析等内容。
2.将实验报告以Markdown文本格式输出。
4. 实验步骤
1.确定实验主题和目标，并进行初步的系统设计。
2.使用SolidWorks绘制机电一体化系统的
3D模型，并根据模型进行结构搭建。
3.连接电机、传感器和控制电路，进行初步的系统测试。
4.使用Arduino IDE编写控制程序，并烧录到控制电路中。
5.调试控制程序，确保机电一体化系统能够按照预定的程序进行工作，进行必要的调整和修正。
6.进行系统稳定性和可靠性测试。
机电一体化系统课程设计指导书
附一：题目一：——自动分拣工件机械手的设计
要求：1。机械手将传送带A上的大号物品传送到传送带B上，其他小号的物品让其流走.
机械手的结构和各部分动作过程的示意如图1所示。
机械手所有的动作均由液压驱动，上升，下降，左移，右移均由(双线圈)三位四通
电磁阀控制，夹紧，放松用一个(单线圈)二位四通电磁阀控制，通电夹紧，断电放
松。所有电磁线圈驱动电源：直流，电压24V，电流1A,位置检测用：行程开关，光电开关，压力继电器。
2．系统操作可实现单循环，自动循环功能。
3．设计PLC(PLC(单片机))的控制系统和输入/输出信号调理电路及功率驱动电路原理图。
4．设计控制系统程序流程图并用汇编语言编写其中的某一段程序。
5．设计操作台面板布置示意图。
6．编写设计说明书和使用说明书。
7．在满足控制要求的前提下，力求控制系统简单，经济。
题目二：——自动搬运工件机械手的设计
要求：1．工件在左工作台上加工完第一道工序后机械手将其搬到右工作台上进行第二道工序加工.请设计机械手将左工作台上的工件搬到右工作台上的控制系统。机械手的
结构和各部分动作过程如示意图1所示。
机械手所有的动作均由液压驱动，上升，下降，左移，右移均由(双线圈)三位四通
电磁阀控制，夹紧，放松用一个(单线圈)二位四通电磁阀控制，通电夹紧，断电放
松。所有电磁线圈驱动电源：直流，电压24V，电流1A,位置检测用：行程开关，光电开关，压力继电器。
2．系统操作可实现单循环，自动循环功能。
3．设计PLC(PLC(单片机))的控制系统和输入/输出信号调理电路及功率驱动电路原理
机电一体化课程设计说明书
200 滚珠丝杆副的参数选择与计算
2.】工作台重量 长⨯宽：310*310
导轨副连接部分重量估算为：100N
重量：G=400N+100N=500N 3.】最大工作载荷m F 计算
工作台受到进给方向的载荷1F =2500 N ，受到垂直方向的载荷
2F =7500 N ，
已知移动部件总重量G=500 N ，按矩形导轨进行计算，查表3-29，取颠覆力矩影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦因数μ=0.005,。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：
N G F KF F 2790)5007500(005.025001.1)(21m =+⨯+⨯=++=μ
4] 最大动载荷Q F 计算
规定工进速度为：0.3mim m ，初选丝杠导程mm P 6h =，则此时丝杠转速min /506/1000*3.0/n r p v h ===。
取丝杠的使用寿命T=20000 h ，代入公式：6010/n 60T L =，得丝杠寿命系数：6010/20000506060=⨯⨯=L （单位为：r 106）。
查表3-30，取载荷系数w f =1.1，滚道硬度为60HRC 时，取硬度系
数H f =1.0,代入式m H w Q F f f L F 30=，求得最大动载荷：Q F ≈12015N.
5】初选型号 根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程以及初选直径0d =25mm.查表3-31，选择济宁博特精密丝杠制造有限责任公司生产的G 系列2506-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反响器单螺
母式，其公称直径为25mm,导程为6mm ，循环滚珠为3圈1列，额定动载荷为12097N ，大于Q F ,满足要求。
《机电一体化系统设计》课程设计指导书双坐标十字滑台设计及控制
《机电一体化系统设计》课
课程设计指导书
双坐标十字滑台设计及控制
前言
本课程设计指导书是根据长春工业大学机电工程学院2003年最新修订的专业课程教学大纲并结合本专业实际教学情况而编写的，根据《机电一体化系统设计》这门专业课，配套的本课程设计的基本要求、主要内容及相关技术资料。
本课程设计指导书包括课程设计内容、设计要求和有关设计步骤，尽可能使学生对于本课程设计有一个清晰的思路。由于篇幅的限制，为避免重复，对于本课程相关教材中已有详细叙述的基本理论知识，本指导书仅做概要提示，具体内容请参考相关教材。另外，本指导书后附有关设计资料，供同学参考。
希望同学们在课程设计之前，一定要通读本指导书，做好预习，避免设计中的盲目。同时在课程设计过程中，提倡大家在独立思考的前提下，互相探讨，积极钻研，勇于提出创新的见解和方案。
对书中不足之处，敬请提出宝贵意见。
-------------------------------------------------------------------------- 学院教学院长（签字）：年月日
系主任（签字）：年月日
执笔人（签字）：年月日
目录
前言 (1)
第一章绪论 (3)
§1-1 课程设计的目的和要求 (3)
§1-2 课程设计的实施规则 (3)
§1-3 课程设计过程及方式 (5)
§1-4 时间安排及考核方法 (7)
第二章课程设计内容 (10)
§2-1 设计方案的确定 (10)
§2-2 本次设计的主要内容 (11)
§2-3设计步骤 (11)
§2-3-1总体设计方案的选择及确定 (12)
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《机电一体化系统设计》课程设计指导书
（2012-2013-1学期）（起止时间：第19 周~第20周）
一、课程设计总体思路
机电一体化系统课程设计，将机电专业理论课程的相关内容有机结合起来，使学生受到完整的设计过程训练，使学生对机械本体和电子、电气控制的软硬件的设计过程有全面的了解，使学生掌握机电工程设计的基本方法，提高其分析问题和解决实际工程问题的能力，培养学生的工程观念，将整个课程内容有机而系统地结合起来。
工业机器人是一种典型的机电一体化产品，机器人技术是综合了计算机、控制、机构学、传感技术等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。本课程设计将以移动工业机器人为研究对象，开展机器人结构设计、制作和控制，初步掌握机械系统、环境识别系统和运动控制系统的设计方法，训练如何查资料及图表、数据处理、自动控制以及创新能力，使学生具备独立设计机电一体化产品的能力，提高综合应用已有知识解决问题的能力，更好地培养机电一体化专业学生的专业技术能力和综合素质。
二、课程设计培养目标
课程设计不仅使学生掌握机电一体化相关的基本理论和技术技能，还要使学生“做中学”以熟练运用系统的有机集成技术进行工程设计，同时加强团队协作能力的培养，促进交流与合作，拓展视野，勇于创新，提高思考与决策水平，形成解决实际问题的能力和终身学习的能力。
1、发挥主体，培养学生自主学习能力
机电一体化技术，操作性强，更新速度非常快，内部也变化多端，光靠老师、光靠课堂上的一点时间并不能讲全其中的变化，在课程设计教学实践环节中，尤其要注意自主性学习、学生学习方法的指导，爱护和保护学生的好奇心和求知欲，帮助学生自主学习，独立思考。让学生边看书、边查阅相关资料、边自己动手实践，积极主动地去获取知识、获取信息，逐步掌握千变万化的机电技术，适应信息社会飞速发展的需要。
2、加强整合，培养学生的系统设计能力
机电一体化技术与很多学科有着千丝万缕的联系，在课程设计中，要注重学科之间的有机融合，通过合理的构建课程设计教学团队，请具有丰富的机械设计、机电控制、电路设计实际经验的教师参与课程设计的具体指导。指导合作学生完成机电项目的系统设计，熟练掌握项目所涉及的相关内容，而且在实际操作中通过不断的探究获得新的知识，进而培养学生的系统设计能力。
3、开放交流，培养学生的团队协作能力
在整个课程设计过程中，尝试以学生为主体，教师起引导作用。根据学生自愿组成若干小组，每组完成一个项目，组内成员各自有不同的分工，由小组长负责牵头。由学生自发组织相关资源自行去学习、收集素材。遇到问题，由小组成员商讨解决，解决不了的提请老师帮忙。通过这样的形式，不但培养了自己获取信息、传输信息、处理信息和应用信息的能力，而且也培养了自己与他人合作的能力。
4、注重应用和实践，培养学生的创新能力
机电一体化技术其特有的实践性决定了课程设计过程不宜单靠设计图纸来完成，让学生边动脑边动手，把原先设计与思考的东西展示出来，通过不断的对比和修改，把原先思考与设计环节预料不合理、不充分、不完善的地方纠正过来，对自己的设计作不断的修改和完善，从而达到创新的目的。
总之，课程设计教学作为教学的一个重要组成部分，要努力让学生得到多方面能力的发展，为孩子们全面素质的发展打下良好的基础，实现人的可持续发展，为学生一生的发展奠基。
三、课程设计主要任务及技术参数
1.主要任务
具体要求：在课程研究项目智能移动小车的基础上，自主设计一个灌篮的机械臂，并装配或安装到原有的小车上，完成灌篮机器人的设计、制作，进行机器人运动控制规划，控制机器人完成一系列复杂的动作，如手爪张合、车体回转、智能循迹和避障、协同作业等任务。
工件的形状为球形，直径38-40mm，重量<500g。
灌篮车主要完成：沿规定轨迹自动行驶——实现智能避障——工件夹取——车体或机械臂旋转——手爪张开——将工件放到指定位置这一系列动作，最后灌篮。
2.车体技术参数
负载能力2kg
外形尺寸参照抓持物体
重量2kg
3.手爪技术参数
负载能力（含执行器）1kg
定位精度1cm
外形尺寸能够完成送料、灌篮并与车体和谐
重量5kg 以内
手爪张合30-150 度
机械臂最大展开半径0.4-0.5m
四、课程设计主要内容
（1）资料分析；
查阅相关文献资料，对资料进行分析总结。
（2）机器人总体设计；
确定机器人的具体任务要求，根据任务初步拟定机器人的技术参数、运动形式、驱动方案、传动方案、控制方案等。
（3）机器人机械结构设计；
将机器人分解为车身结构、机械臂、手爪和传动结构等若干部分，分别对各个结构的关键部件进行详细设计并校核，绘制机器人总装图和关键零部件图。
（4）运动控制方案设计；
基于单片机完成机器人控制系统硬件和软件的设计。
（5）编制课程设计说明书
五、课程设计进度要求（共10 天）
1 资料查阅、设计准备0.5 天
2 资料分析、总结0.5 天
3 总体方案设计1 天
4 机械结构设计1 天
5 绘制总装图和关键零件图2 天
6 运动控制系统的设计1 天
7 绘制电路图1 天
8 绘制硬件接线图1天
9 编制课程设计说明书1 天
10 答辩考核、演示1 天
六、课程设计说明书与图纸要求
1.说明书
课程设计应独立完成，说明书叙述简明扼要，文理通顺、字迹端正，内容完整。注意设计说明书必须包括方案论证、所用方案成本分析，必要的设计计算，市场前景分析与预测，设备的使用说明书，程序清单等。
2.图纸：包括机械图纸一套，电路原理图一套。
七、研究小组的主要分工
每4 个同学一组，相互协作完成所规定的研究内容，内容可以包括但并不限于这些内容。每个小组要在标明每个人在总体工作中的贡献和工作比例或者每个人负责的内容。研究内容的多少会影响到每组的最终成绩，鼓励学生自己选取感兴趣的研究内容进行创新设计和深