《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
入研究。

八、考核方式
指导教师根据学生出勤情况、智能车的设计制作及测试、研究报告等方面情况综合评定每个学生的项目成绩。

注：不参加课程设计的学生课程设计为零分。

九、课程说明书：具体格式见任务书
项目报告主要包括以下主要内容：
1. 封面：
2. 摘要：简明、确切地记述报告的重要内容，150 字左右。

3. 前言：前言简要说明项目研究报告的目的和范围，介绍相关领域所做的工作和研究的概况，研究报告的意图、预期的结果。

4. 研究报告正文：包括介绍相关开展的研究内容的基本原理、所采用的研究方法及相关工具；详细说明项目的方案设计；给出研究结果并讨论等。

主要提纲如下：
（1）方案论证（包括各功能单元方案的详细论证）
（2）硬件设计（包括硬件系统框图、各单元电路设计与硬件电路原理图）
（3）软件设计（包括程序框图与源代码两部分）
（4）具体测试情况（包括项目测试与要求、测试结果）
5. 结论：研究报告的总结简要总结你的主要工作、主要结果、心得感受主要发现以及下一步应当开展的主要工作等。

6. 主要参考文献
注意：
（1）设计说明书总字数要求3000 字以上，字迹工整，图文规范。

（2）各组报告所选取内容要独立完成，若严重雷同，将会严重影响
成绩；同时各个小组成员也要有明确的分工和合作。

（3）要在项目汇报前一天提交研究报告电子版、成本分析包该单和
纸质设计说明书文档。

十、答辩与成绩评定
1.由指导教师根据学生出勤、平时表现、图纸完成质量及其调
试情况给学生打分，指导教师评分（30分）。

2. 本组学生自评分（20分）
3. 由本组学生相互打分，最后由组长签字后上交给指导教师，每组学生平均分不
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超过16分，最高分与最低分的分差不小于5分。

重点考察学生在整个项目完
成过程中的贡献大小。

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