机电系统详细设计
机电系统设计范文
机电系统设计范文机电系统设计是指在机电设备中使用机械、电气、电子、自动控制等多种技术手段，对机电设备进行全面的设计和优化。
机电系统设计是整个机电系统工程设计的核心环节，对于提高机电设备的性能、节能减排、提高生产效率等都起到至关重要的作用。
下面将从机电系统设计的流程、设计要点和应用实例等方面进行详细阐述。
机电系统设计的流程一般包括需求分析、方案设计、系统集成和优化、系统验证和调试等步骤。
首先，在需求分析阶段，设计师需要了解用户的需求和预期目标，明确设计的功能和性能要求。
然后，通过方案设计，设计师将根据需求分析的结果，确定机电系统的整体设计方案，并进行详细设计。
在系统集成和优化阶段，将对系统中的各个组件进行选型、配置和布局，确保各个组件之间的协调和同步，以实现系统的正常运行。
最后，在系统验证和调试阶段，设计师需要对整个机电系统进行验证测试，识别和解决可能存在的问题，最终完成整个机电系统的设计和交付。
在机电系统设计过程中，需要注意一些关键要点。
首先是选材和选型，根据实际应用和设计要求，选择合适的材料和组件，确保其性能和可靠性。
其次是布局和结构设计，在机电系统设计中，合理的布局和结构设计能够提高系统的性能和可维护性。
同时，还需要考虑设备的节能性能，选择合适的节能技术和手段，减少能源的消耗。
另外，还要注重系统的安全设计，采取适当的安全措施和防护设施，保障操作的安全性和可靠性。
机电系统设计在实际应用中有着广泛的应用领域。
例如，在工业生产中，机电系统设计可以应用于生产线上的自动化设备、机械手臂和输送设备等，提高生产效率和质量。
在建筑工程中，机电系统设计可以应用于楼宇自动化系统、空调系统和给排水系统等，提供舒适的工作和生活环境。
此外，机电系统设计还可以应用于交通运输领域，如地铁、高铁和航空器等，提供快速、安全和可靠的交通运输服务。
总之，机电系统设计是一项综合性的工作，要求设计师具备丰富的专业知识和设计经验。
通过科学的设计流程和关键要点，可以实现机电系统的高效运行和优化，提高机电设备的性能和可靠性。
机电系统设计分析
02
机电系统设计基础
机电系统设计基础
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03
机电系统设计流程
需求分析与规格说明
确定系统功能与性能要求
对机电系统的功能、性能参数和运行环境进行 详细分析，明确设计目标。
收集相关资料与技术标准
收集国内外相关技术资料、标准和规范，为后 续设计提供参考。
案例四：自动化生产线设计分析
总结词
高效、可靠、柔性
详细描述
自动化生产线是实现大规模生产的关键设施之一，其设 计需要综合考虑生产工艺、设备选型、控制系统等多个 方面。自动化生产线的设计目标是实现高效、可靠、柔 性的生产，即提高生产效率、降低故障率、增强生产线 的可调整性和可扩展性。为实现这一目标，设计时需要 采用先进的自动化技术和智能技术，优化生产线布局和 设备配置，并加强生产过程中的监控和管理。
优点。
嵌入式数据库
嵌入式数据库是嵌入式系统中的重要 组成部分，用于存储和管理数据。
嵌入式操作系统
嵌入式操作系统是嵌入式系统的软件 基础，具有实时性、可裁剪性、可移 植性等优点。
嵌入式网络技术
嵌入式网络技术是实现远程控制和数 据传输的关键技术，具有低功耗、低 成本等优点。
05
机电系统设计案例分析
案例一：工业机器人设计分析
总结词
功能全面、应用广泛
详细描述
工业机器人是机电一体化技术的典型应用，具有高精度、高效率、可编程性强等特点。在设计工业机 器人时，需要考虑其运动学、动力学特性，以及人机交互、安全防护等方面的要求。此外，还需根据 实际应用需求，选择合适的驱动系统、控制系统和传感器系统等。
案例二：数控机床设计分析
机电一体化系统设计第7章机电一体化系统总体设计
1
9.1 系统原理方案设计
一、功能分析设计法
一切从系统的功能出发， 将设计任务抽象化 1、为什么要抽象化？
复杂的设计 分析 抽象 简单的模式
突出基本的、必要的 要求，摈弃偶然情况 和枝节问题，便于抓 住设计问题核心
避免构思方案前形成 的条条框框，放开视 野，寻求更为理想的 设计方案
此外还有一些原则，如：合理力流原则、变形协调原则、 变形最小原则、平均效应原则、稳定性原则等。
18
9.3 机电一体化系统的评价
机电一体化的一个主要目的是提高产品的附加 价值，因而附加价值就成为机电一体化系统的综 合评价指标。 机电一体化系统的评价内容 ：
机电一体化系统
高附加价值化
主功能
高性能化
样机的试验分为实验室试验和实际工况试 验，通过试验考核样机的各种性能指标是否 满足设计要求，考核样机的可靠性。如果样 机的性能指标和可靠性不满足设计要求，则 要修改设计，重新制造样机，重新试验。如 果样机的性能指标和可靠性满足设计要求， 则进入产品的小批量生产阶段。
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五、小批量生产
产品的小批量生产阶段实际上是产品的试生产试销 售阶段。这一阶段的主要任务是跟踪调查产品在市场 上的情况，收集用户意见，发现产品在设计和制造方 面存在的问题，并反馈给设计、制造和质量控制部门。
总功能
分功能
分功能的原理方案
5
Ⅰ层
总功能
1
23
Ⅱ层 1.1 1.2 1.3
3.1 3.2
Ⅲ层 1.2.1 1.2.2
3.1.1 3.1.2
功能结构示意图
6
最小的基本分功能或满足功能要求的最小单位称之为功能元。
机电一体化系统基本功能元 物理功能元：变换、合并分离、传导隔阻、储存 逻辑功能元：与、或、非 数学功能元：加、减、乘、除、乘方、开方、微分、积分
机电控制工程基础控制系统的工程设计
汇报人：文小库 2024-01-01
目录
• 机电控制系统概述 • 控制系统的基本原理 • 控制系统的分析与设计 • 现代控制技术及应用 • 工程设计案例分析
01
机电控制系统概述
机电控制系统的定义与特点
总结词
机电控制系统是由各种自动化元件和线路组成的，用于实现机械运动和工艺动作 的控制。其特点包括自动化、高效性、精确性和可靠性。
预测控制技术
总结词
预测控制技术是一种基于模型预测和滚动优化的控制方法。
详细描述
预测控制技术通过建立被控对象的动态模型，预测未来的输 出轨迹，并滚动优化控制策略，以达到最优的控制效果。
05
工程设计案例分析
数控机床控制系统设计
数控机床控制系统设计是机电控制工程中的重要应用之一， 它涉及到机械、电子、控制等多个领域的知识。在设计过程 中，需要考虑机床的加工精度、运动性能、稳定性等方面的 要求，并选择合适的控制算法和硬件设备来实现。
电梯控制系统设计的主要内容包括：逻辑控制电路设计、 安全保护电路设计、显示电路设计等。在设计过程中，需 要综合考虑各种因素，如建筑结构、人员流量、使用频率 等，以确保设计的有效性。
工业机器人控制系统设计
工业机器人控制系统是实现机器人自动化操作的核心部分，它的设计涉及到运动学、动力学、控制理 论等多个领域的知识。在设计过程中，需要考虑机器人的运动轨迹、速度、加速度等方面的要求，并 选择合适的控制算法和硬件设备来实现。
03
控制系统的分析与设计
控制系统的数学模型
控制系统数学模型
描述控制系统动态行为的数学表达式，包括 微分方程、传递函数、状态方程等。
建立数学模型的步骤
机电系统设计总结
机电系统设计总结一、设计概述本次机电系统设计旨在实现一个高效、稳定、可靠的系统，以满足客户的生产需求。
设计过程中，我们全面考虑了系统的功能需求、性能指标、安全性及可靠性等因素，以确保系统能够长期稳定运行。
二、设计流程1.需求分析：我们首先与客户沟通，明确系统的功能需求、性能要求及技术指标。
然后对现有工艺流程进行分析，找出潜在的问题和改进点。
2.方案设计：根据需求分析结果，我们制定了详细的设计方案，包括系统的整体架构、主要设备选型、控制策略等。
同时，我们还进行了初步的硬件和软件设计。
3.详细设计：在方案设计的基础上，我们对系统进行了详细的硬件设计、软件编程和系统调试。
这一阶段主要关注系统的细节问题，以确保系统的稳定性和可靠性。
4.测试与验证：完成详细设计后，我们对系统进行了全面的测试和验证。
包括功能测试、性能测试、安全性测试等，以确保系统能够满足客户的需求。
三、设计成果经过一系列的设计工作，我们成功地完成了机电系统的设计任务。
以下是主要的设计成果：1.系统架构：我们采用了先进的分布式架构，将系统分为多个子系统，每个子系统都具有独立的功能和作用。
这种架构使得系统的维护和扩展更加方便。
2.设备选型：根据需求分析，我们选择了高品质的设备，包括电机、泵、阀门、传感器等。
这些设备具有高效率、低能耗、易于维护等特点。
3.控制策略：我们采用了先进的控制算法和策略，实现了对系统的精确控制。
同时，我们还为客户提供了定制化的控制界面，使得客户可以更加方便地操作和维护系统。
4.安全性与可靠性：我们充分考虑了系统的安全性与可靠性问题。
采用了多种安全措施，如过载保护、短路保护、超温保护等。
同时，我们还对系统进行了全面的可靠性设计和容错处理。
四、经验总结在本次机电系统设计过程中，我们积累了一些经验教训。
以下是主要的经验总结：1.需求分析是关键：在设计过程中，我们发现需求分析是非常关键的一步。
只有深入了解客户的需求和现有工艺流程的问题，才能制定出切实可行的设计方案。
《机电一体化系统设计课程设计》设计说明书
《机电一体化系统设计课程设计》设计说明书一、课程设计的目的机电一体化系统设计是一门综合性很强的课程，通过本次课程设计，旨在让我们将所学的机电一体化相关知识进行综合运用，培养我们独立设计和解决实际问题的能力。
具体来说，课程设计的目的包括以下几个方面：1、加深对机电一体化系统概念的理解，掌握系统设计的基本方法和步骤。
2、熟悉机械、电子、控制等多个领域的知识在机电一体化系统中的融合与应用。
3、培养我们的工程实践能力，包括方案设计、图纸绘制、参数计算、器件选型等。
4、提高我们的创新思维和团队协作能力，为今后从事相关工作打下坚实的基础。
二、课程设计的任务和要求本次课程设计的任务是设计一个具有特定功能的机电一体化系统，具体要求如下：1、确定系统的功能和性能指标，包括运动方式、精度要求、速度范围等。
2、进行系统的总体方案设计，包括机械结构、驱动系统、控制系统等的选择和布局。
3、完成机械结构的详细设计，绘制装配图和零件图。
4、选择合适的驱动电机、传感器、控制器等器件，并进行参数计算和选型。
5、设计控制系统的硬件电路和软件程序，实现系统的控制功能。
6、对设计的系统进行性能分析和优化，确保满足设计要求。
三、系统方案设计1、功能需求分析经过对任务要求的仔细研究，确定本次设计的机电一体化系统为一个小型物料搬运机器人。
该机器人能够在规定的工作空间内自主移动，抓取和搬运一定重量的物料，并放置到指定位置。
2、总体方案设计（1）机械结构采用轮式移动平台，通过直流电机驱动轮子实现机器人的移动。
机械手臂采用关节式结构，由三个自由度组成，分别实现手臂的伸缩、升降和旋转，通过舵机进行驱动。
抓取机构采用气动夹爪，通过气缸控制夹爪的开合。
（2）驱动系统移动平台的驱动电机选择直流无刷电机，通过减速器与轮子连接，以提供足够的扭矩和速度。
机械手臂的关节驱动选择舵机，舵机具有控制精度高、响应速度快等优点。
抓取机构的气缸由气泵提供气源，通过电磁阀控制气缸的动作。
机电一体化系统设计(第2版)第二章机械系统部件及其建模
以进给驱动系统为例,系统中各谐振频率的相互关系
位置调节环的谐振频率ω0p 电气驱动部件(速度环)的谐振频率ω0A 机械传动部件第一个谐振频率ω0mech1
机械传动部件第n个谐振频率ω0mechn
40~120rad/s (2~3)ω0p (2~3)ω0A
(2~3)ω0mech(n-1)
6.间隙
间隙将使机械传动系统产生回程误差,影响伺服系统中位置环的稳定性。有间隙时,应减小位置环增益。间隙的主 要形式有齿轮传动的齿侧间隙、丝杠副的传动间隙、轴承的轴向间隙、联轴器的扭转间隙等。
机械传动部件一般可简化为的二阶振动系统,其阻尼比ζ为：
实际应用中一般取0.4≤ζ≤0.8的欠阻尼,既能保证振荡在一定的范围内过渡过程较平稳、过渡过程时间较 短,又具有较高的灵敏度。
4.刚度
刚度为使弹性体产生单位变形量所需的作用力。对于伺服系统的失动量来说,系统刚度越大,失动量越小。对于 伺服系统的稳定性来说,刚度对开环系统的稳定性没有影响,而对闭环系统的稳定性有很大影响,提高刚度可增 加闭环系统的稳定性。 刚度的提高往往伴随着转动惯量、摩擦和成本的增加,在方案设计中要综合考虑。
二、机械传动系统的特性
1.转动惯量 转动惯量大会使机械负载增大、系统响应速度变慢、灵敏度降低、固有频率下降,容易产生谐振。同时,转动惯 量的增大会使电气驱动部件的谐振频率降低,而阻尼增大。
在满足系统刚度的条件下,机电一体化系统机械部分的质量和转动惯量越小越好。 2.摩擦
三类摩擦力与速度的关系 a)黏性摩擦 b)静摩擦与库仑摩擦
二阶系统传递函数框图
第一节 常用机械系统部件数学模型的建立
左图中m1为汽车质量;c为减振器阻尼系数;k1为弹簧刚度;m2为汽 车轮子的质量;k2为轮胎弹性刚度;x1(t)和x2(t)分别为m1和m2的 绝对位移。由此可以得到系统的动力学方程为：
《机电一体化系统设计》第7章_机电一体化系统总体设计解析
2、黑箱法求解方法
详细表达输入和输出量 黑箱法求 解 过 程 就 建立输入和输出间关系 是黑箱白 化的过程， 寻找合适的实例 步骤如图 所 示 ： 设定系统的总功能 进行总功能分解 寻找系统的功能解 评价与决策
如: 切削机床、精密测量 设备、轻工机械、包 装机械、运输机械
4
例1：冲床的黑箱法表述
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结构设计是从：定性到定量，抽象到具体，粗略到精细的过程
结构设计满足的目标：保证功能、提高性能、降低成本 结构设计包括三个方面： 质的设计：定性分析构型（形状、位置关系） 量的设计：定量计算尺寸、确定材料
按比例绘制结构图
结构设计归结为三个阶段： 初步设计：主功能载体设计 详细设计：副功能载体设计，主功能载体详细设计 完善、审核设计
实施的要点：同一种功能可以用不同的技术效应来实现， 选出最佳的功能元实施原理方案，有以下途径可以参考： 参考资料、专利、产品； 利用创造性思维； 利用设计目录。
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三、功能结构图
1、三种基本功能结构类型：
•串联结构 •并联结构 •环型结构
又称顺序结构，反映分功 能时间、空间顺序或因果
关系 又称选择结构，几个分功 能作为手段共同完成一个 目的
2、内容：设计零部件形状、数量、相互空间位置，选 择材料、确定尺寸，进行各种计算校核，按比例绘制 结构方案总图，在计算时，采用优化设计、可靠性设 计、计算机辅助设计等多种现代化设计方法。
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3、步骤(如图示)：
设计任务对结构设计的要求 主功能载体初步结构设计 辅助功能载体初步结构设计 检查主辅功能结构影响及配合 详细设计主辅功能载体结构 对设计进一步修改完善 技术、经济评价 结构决策 Yes 方案确定 No
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机电系统设计-20220409180257
机电系统设计20220409180257机电系统设计是当今工程领域的一个重要分支，它将机械工程与电子工程相结合，通过精确的控制系统实现机械装置的高效、稳定运行。
本文档将围绕机电系统设计的基本概念、设计流程、关键技术和应用实例展开，旨在为读者提供全面、深入的指导。
一、基本概念机电系统设计涉及到机械、电子、控制等多个学科领域，其核心是利用电子技术对机械装置进行精确控制。
一个典型的机电系统通常包括机械结构、传感器、执行器、控制器和电源等组成部分。
其中，机械结构是系统的主体，负责执行具体的物理任务；传感器用于检测系统的状态和性能；执行器根据控制器的指令对机械结构进行操作；控制器则是整个系统的核心，负责接收传感器信号、处理数据并控制指令；电源则为系统提供所需的能量。
二、设计流程1. 需求分析：明确系统的功能、性能、成本等要求，确定设计目标和约束条件。
2. 方案设计：根据需求分析的结果，提出多种设计方案，并进行比较和选择。
3. 详细设计：对选定的方案进行详细设计，包括机械结构设计、电路设计、控制算法设计等。
4. 模型建立：建立系统的数学模型，以便进行仿真分析和性能评估。
5. 仿真分析：利用仿真软件对系统进行仿真分析，验证设计的合理性和可行性。
6. 系统集成：将各个模块集成在一起，进行调试和测试。
7. 性能优化：根据测试结果对系统进行性能优化，提高系统的稳定性和可靠性。
8. 文档编写：编写设计文档、用户手册等，为系统的使用和维护提供指导。
三、关键技术机电系统设计涉及到许多关键技术，包括：1. 机械设计：根据系统的功能要求，设计合理的机械结构，确保其强度、刚度和精度。
2. 传感器技术：选择合适的传感器，提高系统的检测精度和可靠性。
3. 执行器技术：根据系统的控制要求，选择合适的执行器，确保其响应速度和精度。
4. 控制算法设计：设计合理的控制算法，实现系统的稳定、快速、准确的控制。
5. 仿真技术：利用仿真软件对系统进行仿真分析，提高设计的效率和质量。
机电一体化系统设计报告
机电一体化系统设计报告机电一体化系统是指机械结构、电气控制和计算机软件三者相互协调、相互约束、相互补充的系统，它集机械设计、电气控制和计算机技术于一体，实现对工业设备的全面控制和管理。
本报告主要介绍机电一体化系统设计的相关内容。
一、系统设计原则1.开放性原则：系统设计应该尽可能采用通用性的设计，能够兼容和集成各种不同厂家的设备和系统。
2.模块化原则：系统设计应将机械、电气和计算机控制分模块进行设计，每个模块都有特定的功能和接口，并且可以独立测试和维护。
3.可拓展性原则：系统设计应考虑到未来的技术发展和应用需求，具备可扩展性，可以方便地增加新的功能和设备。
4.可靠性原则：系统设计应具备高可靠性，能够在恶劣环境下稳定工作，并能及时处理各种异常情况。
5.安全性原则：系统设计应满足安全性要求，包括设备自身的安全性和对操作人员的安全保护。
二、系统设计流程1.需求分析：通过与用户沟通了解用户的需求、技术要求和性能指标，明确系统设计的目标。
2.总体设计：根据需求分析结果，确定系统的模块划分、功能分配和接口设计。
3.详细设计：对系统的每个模块进行详细设计，包括机械结构设计、电气控制设计和软件设计。
4.系统集成：将各个模块进行集成，进行功能联调和性能测试。
5.系统验收：对集成的系统进行全面测试，满足用户需求后进行验收。
三、系统设计的关键技术1.机械结构设计：根据用户需求和功能要求，设计机械部分的结构和传动装置。
2.电气控制设计：设计电气控制系统的硬件结构和软件逻辑，包括传感器的选型和布置、执行器的选择和控制算法的设计。
3.计算机软件设计：编写控制和管理系统的软件程序，实现对机械和电气系统的全面控制和管理。
四、案例分析以工业机器人为例，机电一体化系统设计的具体流程如下：1.需求分析：了解用户对机器人的工作任务、工作环境和性能需求。
2.总体设计：根据需求分析结果，将机器人分为机械结构、电气控制和软件系统三个模块，并确定各个模块之间的接口和功能划分。
机电设计方案
机电设计方案1. 引言在工程设计中，机电设计是至关重要的一部分。
它涉及到机械和电气工程的结合，以实现设备或系统的高效运行。
在本文档中，将介绍一个机电设计方案，并提供设计的详细说明和分析。
2. 设计目标机电设计方案的目标是开发一个高效、可靠且经济的机电系统，以满足特定任务的需求。
在这个方案中，我们将集中精力解决以下关键问题：•提高系统的能效：降低能源消耗，减少系统的运行成本。
•提高系统的可靠性：确保系统长时间稳定运行并减少故障率。
•提高系统的安全性：保证设备的安全操作，预防事故和伤害。
3. 设计步骤3.1 需求分析在开始设计之前，首先需要进行需求分析。
在这个阶段，我们需要明确系统的功能和性能要求。
根据需求分析，我们可以确定系统的输入和输出。
3.2 概念设计基于需求分析的结果，我们进行概念设计。
在这个阶段，我们将制定初始的设计方案，并确定机械和电气组件的布局。
我们将考虑各种可行的设计方案，并进行初步评估。
3.3 详细设计一旦概念设计确定，我们将进一步进行详细设计。
在这个阶段，我们将确定所需的材料、设备和工艺，制定详细的设计规范。
我们还将进行各种工程计算和分析，以验证设计的可行性和优化设计参数。
3.4 制造和测试在详细设计完成后，我们将进入制造和测试阶段。
在这个阶段，我们将实际制造机械和电气组件，并进行各种测试和验证。
我们将执行各种质量控制措施，以确保最终产品的质量。
4. 设计方案描述4.1 机械设计机械设计方案涉及到各种机械元件和装置的选择和布局。
我们将选择适当的传动装置、机械臂和传感器，并设计相应的机械结构。
我们将考虑操作的平稳性、噪音控制和结构强度等方面。
4.2 电气设计电气设计方案涉及到各种电气元件和电气系统的选择和布局。
我们将选择适当的电机、电缆和开关设备，并设计相应的电气系统。
我们将考虑电气安全、电力负载和电路保护等方面。
5. 设计分析5.1 能效分析通过进行能效分析，我们可以评估系统的能源消耗和能效比。
机电一体化系统的设计步骤
机电一体化系统的设计步骤机电一体化系统设计就像搭积木，但这个积木超级复杂又超酷。
一、需求分析。
这是第一步啦。
就好比你要盖房子，得先知道住的人有啥需求。
要是给小两口设计机电一体化系统，和给大工厂设计肯定不一样。
得了解这个系统是干啥用的，要达到啥功能。
比如说，是要一个能精确控制温度的设备呢，还是一个快速搬运东西的机械臂。
这一步就像侦探找线索，把各种需求都挖出来，越详细越好。
二、方案构思。
有了需求就开始想办法啦。
这时候就像厨师做菜，各种食材（技术、部件）在脑袋里组合。
是用液压传动好呢，还是电动的更合适。
就像你搭配衣服，要找最适合的风格。
要考虑系统的整体布局，各个部分怎么连接，是串联还是并联。
这个阶段可以脑洞大开，多画几个草图，把各种可能的方案都列出来，哪怕有些看起来很奇葩。
三、模型制作。
想好了方案就动手做个小模型呗。
这就像做个小手工，把想法变成实实在在能看到的东西。
可以用简单的材料先搭个架子，看看各个部分的配合是不是像想象中那么完美。
这个模型不一定要很精致，但要能体现出系统的主要结构和功能。
在这个过程中，可能会发现一些之前没想到的问题，比如说某个部件太大，装不下，或者某个连接的地方很别扭。
四、详细设计。
模型有了，问题也发现了，就开始详细设计。
这一步就像给房子画施工图，每个细节都不能放过。
要确定每个部件的具体尺寸、材料、性能参数。
比如说电机要用多大功率的，传感器的精度要多高。
这时候要参考很多资料，像个学霸一样去研究各种标准和规范。
而且要和不同的供应商联系，看看有没有合适的部件可以买，要是没有可能还得自己设计制造。
五、系统集成。
把各个精心设计的部件组合在一起就像拼拼图。
要保证它们之间能完美协作。
这时候要进行各种调试，就像给乐队调音一样。
看看系统整体的功能是不是达到了预期的要求。
如果有问题，就像医生看病一样，一点点排查是哪个部件出了毛病，是线路接错了，还是程序有bug。
六、测试优化。
最后就是测试优化啦。
让系统跑一跑，看看在各种情况下的表现。
机电一体化系统总体设计-设计过程
2.1 设计过程
需求 分析问题 准备计划书 产生可能的解决方案 选择合适的解决方案 产品的详细设计 产品加工图纸
市场调研 概念设计 编制设计任务书 功能原理方案设计 方案设计评估与优化 结构设计和参数核算 完成全部设计文件
机电工程与技术
营销
设计
电子设计 (模拟，数字) 微电子 控制工程 执行系统研究 数据存储与管馈，人工智能 响应时间
规格 安全，法规
制造 制造策略 全面质量管理 单元管理 成组技术 并行工程 性能测量和成本核算 开放式制造业标准
集成
电子
机械
控制
信息系统
制造技术 电子工程
财务控制
机械 工程 控制
管理 计算机工程
教育 ＆
培训
工作实践 ＆
劳资关系
营销
机电一体化系统设计课程设计范本
江西机电职业技术学院毕业设计设计课题___________________________ 系部___________________________ 专业___________________________ 班级___________________________ 姓名___________________________ 学号___________________________ 指导老师___________________________ 任务书发给日期______________________ 预定完成日期________________________课程设计完成的技术文件1.课题的目的和意义 (1)2.课题任务的控制要求 (2)3.PLC外部硬件连接图 (2)4.输入输出点地址分配 (4)5.梯形图程序 (5)5.1符号表 (5)5.2梯形图 (6)6.指令语句表 (12)7.模拟调试的过程和出现问题的分析 (16)7.1系统调试及解决的问题 (16)7.2结果分析 (16)8.调试程序所用的试验设备 (17)9.设计体会 (20)10. 参考文献 (21)自动售货机的模拟控制1.课题的目的和意义PLC的发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，这些高新技术的发展推动了PLC的发展，而PLC 得发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求，促进了他们的发展。
本次设计就在于结合PLC的种种优点联系实际情况来弥补原有系统的不足，利用PLC控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证了自动售货机能够长期稳定的运行。
自动售货机能够充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，有吸引人们购买好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。
很多城市的公共场所里面都放置有自动售货机。
出售的商品五花八门,从饮料、零食、香烟、糖果、方便面、照相机等。
第6章 机电一体化技术系统设计
第六章 机电一体化系统设计
23
设计过程包括以下活动：功能建模、行为建模、结 构建模及评价和决策。
功能建模 确定某个抽象层次的功能，分解功能， 建立功能结构图和功能结构。 行为建模 寻找实现功能的物理效应、化学效应或 生物效应，构思实现功能的行为，即进行功能→行 为的映射。 结构建模 指定能产生所要求行为、完成预定功能 的系统结构，即进行行为→结构的映射。 评价和决策 测试和评价设计方案，检验功能域、 行为域和结构域上变量的一致性、完备性，决定是 接收、改进或是放弃该设计方案，并决定是继续进 行概念设计循环还是返回到需求分析或进入详细设 计。
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第六章 机电一体化系统设计
目录
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6
概 述 机电系统的产品规划 机电系统的概念设计 机电系统的造型与环境设计 机电系统的评价与决策 机电系统的现代设计方法
第六章 机电一体化系统设计
3
6.1 概 述
一、 机电一体统设化 系计流程
主要设计过程分为 五个阶段：产品规 划、概念设计、详 细设计、设计实施 和设计定型阶段。
第六章 机电一体化系统设计
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能量流、物料流和信息流：机电一体化系统与其它 系统一样，都存在着能量流、物料流和信息流的传 递与变换。
第六章 机电一体化系统设计
26
能量流是机电一体化系统中存在于能量变换与传递 的整个过程中，系统完成特定工作过程所需的能量 形态变化和实现动作过程所需的动力。 物料流是机电一体化系统完成特定工作过程中工作 的对象和载体，物料的形式有固体、液体和气体。
第六章 机电一体化系统设计
机电系统设计方法PPT课件
5.1.3 系统评价
(1) 降维法
目标：把多目标问题转化成单目标问题求解 ，从而解出 最优解。
方法：用一个起主要作用的指标作为目标函数，而将其 它优化指标转化为约束条件。
5.1.3 系统评价
(2) 顺序单目标法
目标：把多目标问题转化成单目标问题求解 ，从而解出最优 解。
方法：首先对各优化指标按重要程度排序，按单目标优化方 法依序求出每个指标所对应的最优解，然后对这些单目标 优化解进行折衷处理，从而得到整体最优解。
5.1 机电系统设计基础
三、系统评价 1.评价指标 2.评价方法 四、机电系统的现代设计方法 1.并行工程 2.绿色设计 3.反求设计 4.虚拟设计 5.快速响应设计
5.2 可靠性设计
一、可靠性指标和计算方法 1.无故障性指标 (1) 可靠度 (2) 失效率 (3) 平均无故障工作时间 2. 耐久性指标 (1) 有效度 (2) 耐久性系数
辅助设计，是在基于多媒体的、交互的渗入式或侵入式的 三维计算机辅助设计环境中，设计者不仅能够直接在三维 空间中通过三维操作、语言指令、手势等高度交互的方式 进行三维实体建模和装配建模，并且最终生成精确的产品 模型，以支持详细设计与变型设计，同时能在同一环境中 进行一些相关分析，从而满足工程设计和应用的需要。
编写技术文件、资料
结束
5.1 机电系统设计基础
三、系统评价 1.评价指标 2.评价方法
5.1.3 系统评价
1.评价指标
对机电产品的优劣进行评价，必须要有定量的 指标作依据，这些指标应该是能够用来衡量产品性能 和结构质量的参数指标，一般分为基本指标、优化指 标和寻常指标三类 。
5.1.3 系统评价
提出的指标等。
5.1.3 系统评价
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stm32引脚图
主控板
stm32F103引脚：
主控板
各个元件的接入： • 超声波传感器共四组，输出是模拟量，所以接到ADC口 • 红外循迹模块也是四组，输出量是模拟量，所接到ADC口 • 外部电源一端接到VBAT，一端接地 • 一个L298N可以驱动两个电机，如果驱动一个电机需要从一个EN脚，和两个IN脚接线到stm32上。
供电系统
• 稳压模块：由于电源输出电压为7.4V，而需 求电压为3.3V与5V，故需要加入稳压模块以 满足需求
• 型号：LM2940CT-5V
• 输出电压：5V
• 输出电流：1A
• 输入电压：6.25-26V
• 引脚：输入，输出，接地
• 对于3.3V输出
➢ 电阻分压的使用：由于LM2940系列只能单端
抓取部分
• 舵机MG955参数：工作电压4.8-6V，工作电流 100mA，工作扭矩 13KG/cm，无负载速度0.17秒 /60度(4.8V)&0.13秒/60度(6.0V)，重量55-62g， 40mmX20mmX36.5mm
• 机械手参数：全铝合金，重量68g（不含电机）， 长度108cm（爪子闭合），宽度（爪子张开） 98cm，张角55cm
控制算法-避障
• 超声波测距模块的处理流程图 • 超声波模块的时序图
控制算法-避障
超声波测距模块程序框图
总体设计
• 三轮（22*16*10） • 亚克力板（300g） • 双层结构
摄像头 机械臂
无线路由
单片机
锂电池
配重
超声波及红外传感器
直流电机
万向轮
抓取部分
• 选用二自由度机械手臂，双舵机（MG955）控制 • 工作过程为：先将货物夹住，之后机械手向上翻
起，以避免货物掉落
• 依靠操作者控制，手动调整小车方位，使机械臂 正对货物，以节约一个自由度
接口直接相连
• 基本参数：有效距离范围2～30cm，工作电压为 3.3V-5V
• 尺寸：3.2CM*1.4CM
传感器
• HC-SR04 超声波测距模块 • 功能：通过发射和接收超声波来判断发射器前方障碍物
距离，并将此信号转换成电信号，传给主控板，从而控 制直流电机运动状态，使小车对障碍物有所反应 • 引脚 ➢ VCC 接5V工作电压 ➢ trig（控制端）：触发信号输入 ➢ echo（接收端）：回响信号输出 ➢ GND 接地 • 基本参数：工作电压5V，静态电流小于2mA，高电 平5V，低电平0V，感应角度不大于15度，探测距离 2cm-450cm，高精度可达0.2cm，盲区只有2cm
传感器
• 漫反射式红外光电管
• 功能：用于避障，利用红外线可被白色地面漫反射， 而会被黑色轨迹吸收的原理来探测黑线轨迹，将光 信号转变为电信号，传给主控板，从而控制直流电 机运动状态（转弯过程）
• 引脚： ➢ VCC 外接3.3V-5V电压（可以直接与3.3v单片机相连） ➢ GND 外接GND ➢ OUT 小板数字量输出接口（0和1），可以单片机IO
直流电机
• 型号：直流电机RK-370SD-4530 • 尺寸：外径24mm，安装孔中心距17mm • 轴长：10.7mm • 轴径：2mm • 预期工作电压：5V • 重量：80g • 转速：DC3v时，电机转速11000rpm
DC6v时，电机转速27000rpm DC7.4v时，电机转速34000rpm
• 抓取过程重心将偏向车头，故在车位安放配重
主控板
• 主控板的功能： 对所有传感器采集的数据进行处理，输出控制 指令控制执行机构。
• 需求分析： 需要进行浮点运算、需要滤波
• 基于处理需求，选择stm32F103
主控板
• Stm32性能分析： ➢ 内核：ARM32位Cortex-M3 CPU，最高工作频率72MHz ➢ 存储器：片上集成32-512KB的Flash存储器。6-64KB的
输出电压，即只有一个输出电压，故可利用
电阻分压的原理来实现3.3V的输出
Vcc
➢ 由于电路负载部分较复杂，故为保险起见， 同时购买了LM2576S-3.3V，可以直接得到 3.3V电压
R1
R2
Vout’
控制算法-循迹
• 循迹模块：应用4个红外传感器ST188
• 排布： ➢ 左右各个红外线传感器 ➢ 伸出黑线之外 ➢ 第二级作为第一级的后备保护， ➢ 提高可靠性
控制算法-循迹
小车传感器的真值表和程序框图
传感器编号 电动车状态
停车
严重偏右 轻微偏右 严重偏左 轻微偏左 正常行驶
左X2
0
0 1 1 1 1
左X1
右Y2
右Y1
0
0
0
*
1
1
0
1
1
1
0
1
1
*
1
1
1
Байду номын сангаас
1
控制算法-避障
• 选型：HC-SR04超声波模块。 • 参数：测距范围为2~450cm，测距精度可达到 2ｍｍ • 传感器的排布
直流电机
• 驱动模块：L298N • 基本功能：采用ST公司的L298N双H桥驱动芯片，
可以直接驱动两路3-30V直流电机，并提供5V 输出接口，支持3.3VMCU控制 • 基本参数： ➢ 驱动部分：端子供电范围VMS为 +5V~+35V，峰 值电流IO为2A/桥 ➢ 逻辑部分：端子供电范围Vss为4.5-5.5V，工作 电流范围为0~36mA ➢ 控制信号输入电压范围：高电平4.5-5.5V ，低 电平0V ➢ 最大功耗：20W ➢ 驱动板尺寸:55mm*60mm*30mm ➢ 驱动板总量：33g
供电系统
• 电源需求：系统需要5V作为工作电压给各个 传感器，驱动板，电机供电；也需要3.3V给 主控板供电
• 电源选择：综合考虑容量，电压需求，电压 电流稳定性等众多因素，决定选用7.4V 18650锂电池（2块）作为电源
• 电池参数： ➢ 容量：2600mAh ➢ 尺寸：19mm*37mm*67mm ➢ 重量：92g
SRAM存储器 ➢ 电源管理：2.0-3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压。 ➢ 低功耗：在72MHz时消耗36mA，待机时下降到2μA。 ➢ I/O口多。
主控板
• ADC引脚：2个12位模数转换器 • 多达112个快速I/O端口 • 3个16位定时器 • 2个看门狗定时器 • 多达9个通信接口 • 2个I2C接口 • 3个USART接口 • 2个SPI接口 • CAN接口 • USB 2.0