机械手设计（精选8篇）
机械手设计 篇1
设计题目 搬运机械手PLC控制系统设计 学生姓名 孙飞龙 学 号 02030801013 专业班级 机电一体化（1）班 指导老师 张兰仙
机电工程系
搬运机械手PLC控制系统设计毕业设计
摘 要
随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运, 可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。
本机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车的快进、慢进、快退、慢退的运动运动；其动作转换靠设置在各个不同部位的行程开关(SQ1---SQ9)产生的通断信号传输到PLC控制器，通过PLC内部程序输出不同的信号，从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同的动作，可实现机械手的精确定位；其动作过程包括：下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手动、单步、单周期、连续；来满足生产中的各种操作要求。
关键词：搬运机械手，可编程控制器（PLC），液压，电磁阀
目 录
前 言………………………………………………………………………………….1
第一章 机械手的概况
1.1 搬运机械手的应用简况…………………………………………………2
1.2 机械手的应用意义………………………………………………………3
1.3 机械手的发展概况………………………………………………………3
第三章 搬运机械手PLC控制系统设计
3.1 搬运机械手结构及“ title=”下一页">> >> >>| 其动作………………………………………………
3.2 搬运机械手系统硬件设计………………………………………………
3.3 搬运机械手控制程序设计……………………………………………… 操作面板及动作说明…………………………………………………… I/O分配………………………………………………………………… 梯形图的设计……………………………………………………………
1）梯形图的总体设计……………………………………………………
2）各部分梯形图的设计…………………………………………………
3）绘制搬运机械手PLC控制梯形图…………………………………… 结 论………………………………………………………………………………
谢 辞………………………………………………………………………………
参考文献………………………………………………………………………………….附：语句表
梯形图 I/O接线图
前言
机械手：mechanical hand，也被称为自动手，auto hand 能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。
机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。
机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。
机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。
第一章 机械手概况
1.1搬运机械手的应用简况
在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法，程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效解决多品种小批量生产自动化的重要办法。
但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75％是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生 5 产时间的5％。从这里可看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。
国内外机械工业、铁路部门中机搬运械手主要应用于以下几方面：
1.热加工方面的应用
热加工是高温、危险的笨重体力|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 劳动，很久以来就要求实现自动化。为了提高工作效率，和确保工人的人身安全，尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作。
2.冷加工方面的应用
冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设备的一个组成部分。最近更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联接的重要于段。
3.拆修装方面
拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一，促进了机械手的发展。目前国内铁路工厂、机务段等部门，已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效率。近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手，可用以对客车内部进行连续喷漆，以改善劳动条件，提高喷漆的质量和效率。
近些年，随着计算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多的应用，工业机械手已经成为工业生产中提高劳动生产率的重要因素。
1.2机械手的应用意义
在机械工业中，机械手的应用意义可以概括如下：
1.可以提高生产过程的自动化程度
应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
2.可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。
3.可以减少人力，便于有节奏地生产
应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。
综上所述，有效地应用机械手是发展机械工业的必然趋势。1.3.3机械手的发展概况与发展趋势
1.3机械手的发展概况
专用机械手经过几十年的发展，如今已进入以通用机械手为标志的时代。由于通用机械手的应用和发展，进而促进了智能机器人的研制。智能机器人涉及的知识内容，不仅包括一般的机械、液压、气动等基础知识，而且还应用一些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学和假肢工艺等，因此它是一项综合性较强的新技术。目前国内外对发展这一新技术都很重视，几十年来，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断地修改，品种在不断地增加，应用领域也在不断地扩大。
早在40年代，随着原子能工业的发展，已出现了模拟关节式的第一代机械手。
50～60年代即制成了传送和装卸工件的通用机械手和数控示教再现型机械手。这种机械手也称第二代机械手。如尤尼曼特(Unimate)机械手即属于这种类型。
60～70年代，又相继把通用机械手用于汽车车身的点焊和冲压生产自动线上，亦即是第二代机械手这一新技术进入了应用阶段。
80-90年代，装配机械手处于鼎盛时期，尤其是日本。
90年代机械手在特殊用途上有较大的发展，除了在工业上广泛应用外，农、林、矿业、航天、海洋、文娱、体育、医疗、服务业、军事领域上有较大的应用。
90年代以后，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机械手技术也得到飞速的多元化发展。
总之，目前机械手的主要经历分为三代：
第一代机械手主要是靠人工进行控制，控制方式为开环式，没有|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 识别能力；改进的方向主要是将低成本和提高精度；第二代机械手设有电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把接收到的信息反馈，使机械手具有感觉机能；第三代机械手能独立完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性系统FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造单元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。
1.4机械手的发展趋势
目前国内工业机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。
因此，国内主要是逐步扩大机械手应用范围，重点发展铸锻、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件。在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。
将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及适于不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型部件，即可组成各种不同用途的机械手。既便于设计制造，又便于改换工作，9 扩大了应用的范围。同时要提高精度，减少冲击，定位精确，以更好地发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能地机械手，并考虑于计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。
在国外机械制造业中，工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业中，它可按照事先制定的作业程序完成规定的操作，但是还不具备任何传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。为此，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某些智能的机械手，使其拥有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，做出相应的变更。如位置发生稍些偏差时，即能更正，并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。
视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及卫星计算机。工作时，电视照相机将物体形象变成视频信号，然后传送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和方位，并发出指令控制机械手进行工作。
触觉功能即在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手先伸出手指寻找工件，通过装在手指内的压力敏感元件产生触感作用，然后伸向前方，抓住工件。
手的抓力大小可通过装在手指内侧的压力敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发展，机械手的装配作业的能力将进一步提高。到1995年，全世界约有50%的汽车由机械手装配。
现今机械手的发展更主要的是将机械手和柔性制造系统以及柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。1.5 PLC概况及在机械手中的应用
1.可编程序控制器的应用和发展概况
可编程序控制器（programmable controller），现在一般简称为PLC（programmable logic controller），它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术、通 信网络技发展起来的一种通用的工业自动控制装置。以其显著的优点在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制三大支柱之一。
在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。传统的继电器控制具有结构简单、易于掌握、价格便宜等优点，在工业生产中应用甚广。但是控制装置体积大、动作速度较慢、耗电较多、功能少，特别是由于它靠硬件连线构成系统，接线繁杂，当生产工艺或控制对象改变时，原有的接线刻控制盘（柜）就必须随之改变或更换，通用性和灵活性较差。
2.PLC的应用概况
PLC的应用|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 领域非常广，并在迅速扩大，对于而今的PLC几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC，尤其近几年来PLC的性价比不断提高已被广泛应用在冶金、机械、石油、化工、轻功、电力等各行业。
按PLC的控制类型，其应用大致可分为以下几个方面。
1）.用于逻辑控制
这是PLC最基本，也是最广泛的应用方面。用PLC取代继电器控制和顺序控制器控制。例如机床的电气控制、包装机械的控制、自动电梯控制等。
2）.用于模拟量控制
PLC通过模拟量I/O模块，可实现模拟量和数字量之间转换，并对模拟量控制。
3）.用于机械加工中的数字控制
现代PLC具有很强的数据处理功能，它可以与机械加工中的数字控制（NC）及计算机控制（CNC）紧密结合，实现数字控制。
4）.用于工业机器人控制
5）.用于多层分布式控制系统
高功能的PLC具有较强的通信联通能力，可实现PLC与PLC之间、PLC与远程I/O之间、PLC与上位机之间的通信。从而形成多层分布式控制系统或工厂自动化网络。
3.PLC的特点
1）.可靠性高、抗干扰能力强
PLC能在恶劣的环境如电磁干扰、电源电压波动、机械振动、温度变化等中可靠地工作，PLC的平均无故障间隔时间高，日本三菱公司的F1系列PLC平均无故障时间间隔长达30万h，这是一般微机所不能比拟的。
2）.控制系统构成简单、通用性强
由于PLC是采用软件编程来实现控制功能，对同一控制对象，当控制要求改变需改变控制系统的功能时，不必改变PLC的硬件设备，只需相应改变软件程序。
3）.编程简单、使用、维护方便
4）.组合方便、功能强、应用范围广
PLC既可用于开关量的控制又可用于模拟量的控制；既可用单片机控制，又可用于组成多级控制系统；既可控制简单系统，又可控制复杂系统。因此，PLC应用范围很广。
5）.体积小、重量轻、功耗低
PLC采用了半导体集成电路，外形尺寸很小，重量轻，同时功耗也很低，空载功耗约1.2KW。
5.PLC在机械手中的应用
机械手通常应用于动作复杂的场合来代替人的反复的操作，从而节省人的劳动，普通继电器由于其体积和接口等各方面限制，经常被应用于动作简单的电气及流水线控制，而PLC以其可靠性高、抗干扰能力强;控制系统构成简单、通用性强;编程简单、使用、维护方便;组合方便、功能强、应用范围广;体积小、重量轻、功耗低等有点被广泛应用于类似机械手的控制动作复杂的场合，本设计正是以PLC控制为基础从而实现机械手的各种动。
第二章 搬运机械手总体设计方案
2.1搬运机械手结构及其动作
本机械手用于生产线上工件的自动搬运，根据对机械手的工艺过程及控制要求分析，机械手的动作过程如图3—1所示：
图2—1机械手的动作周期
2.2机械手的控制过程
如图3—2所示由A、B两个液压缸完成工件的夹紧和提升的动作，A缸通过一个单电两位四通电磁换向阀控制工件的夹紧、放松，B缸通过一双电两位四通电磁阀控制机械手的升降；由小车实现机械手的移动。该小车由两台电动机驱动，一台是高速，一台是慢速。当小车前进时以慢—快—慢的形式进行，返回时按慢—快—慢的形式后退。当工件从传送带传输到机械手下方时，工件碰压行程开关SQ1，B缸活塞杆伸出，带动机械手下降，下降至终点碰压行程开关SQ3与机械手夹钳相连的A缸活塞杆收进，机械手将工件夹紧；当工件夹紧到位时，行程开关SQ5动作，B缸的活塞杆收进，把工件提升；当工件提升到最高位置时碰压行程开关SQ4，启动小车慢速右行；当小车碰压行程开关SQ7时转为快速行走；接近终点时小车碰压 14 行程开关SQ8，转为慢速行走；行至右端行程开关SQ9，小车停止前进；停留5秒后，B缸活塞杆再次外伸，机械手下降至终点，A缸活塞杆外伸带动夹钳松开，将工件放下；然后机械手上升，小车以慢—快—慢的形式沿原路返回，恢复到图示所示的原点位|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 置。
2.3机械手的控制要求
为了便于生产加工、维修、调整设置的工作方式选择开关。分为手动和自动操作，其中自动操作中包括了：单步、单周期、连续；手动操作包括手动和回原位的操作。
手动操作：供维修用，即用按钮对机械手的每一步动作单独控制。例如，当选择手动操作时，按下上升/下降按钮，机械手在满足条件情况下即执行相应的动作，其它动作以此类推。
回原位：当由于断电或其它原因导致机械手运行中途停止时，再次通电将操作方式选择置于回原位位置，按下复位按钮，机械手即可按最短路径的原则返回到原点位置。
单步运行：供试用，即没按一次启动按钮机械手向前执行一个动作后停止。
单周期运行：供首次检验用，当机械手在原点时按下启动按钮，机械手自动执行一个周期后停止在原点位置
连续运行：正常使用，当机械手在原点并按下启动按钮时，机械手周而复始的执行各工步动作。
该机械手在自动工作状态时，应先将其工作方式选择开关放在“返回原位”，并按下返回原位按钮，对状态器进行置位，然后再将工作方式选择开关放置自动工作方式下。若自动工作状态解除，则硬件工作方式选择开关放置于“手从操作”位置。
第三章 搬运机械手硬件系统设计
硬件系统设计包括机械部分和电气控制部分的设计。
3.1机械手的结构
设计其结构如图3—2所示
图3—2：机械手的结构示意图
图中设置9个行程开关SQ1—SQ9用于检测工件、小车、机械手的位置及机械手夹钳的夹紧、放松状态，并对系统实施控制。其中SQ1为工件是否到位的检测开关；SQ2为小车原位检测开关；SQ3、SQ4分别为机械手下降上升是否到位检测开 16 关；SQ5、SQ6分别为机械手夹紧放松检测开关；SQ7、SQ8分别为小车速度转换开关；SQ9为小车运动停止开关。
3.2电气控制的设计
包括主电路和控制电路的设计。主电路由两台电动机，即慢速电机和快速电机，分别拖动小车慢行和快行，其控制如下：慢速电动机M1由接触器KM1、KM2分别控制其正传和反转；快速电动机M2由接触器KM3和KM4分别控制其正传和反转。机械手的夹紧放松动作是由一单电两位四通电磁阀控制的一个液压缸完成的，在通电情况下，机械手松开，得电时松开，可以防止在设备运行过程中突然断电导致的机械手松开，工件脱落的情况发生。
3.3操作面板及动作说明
根据控制和生产工艺的要求，控制操作包括手动和自动，手动又包括手动步进、回原位操作，自动控制包括单步、单周期、连续的操作。故操作方式选择开关设置有五个档位。手动工作方式下，手动动作包括上升、下降、放松、快进、慢进、快退、慢退和复位，故设置六个动作看官按钮。各个动作进行的同时均设有动作指示灯。另外设有启动停止按钮。
其操作面板如图3—3所示：
图3—3机械手操作面板示意图
3.4 I/O分配
I/O设备即所需的I/O点数如下表所示：
信
I/O设备
号
操作方式选择旋钮开关 手动时运动选择按钮
输 入
启动停止按钮 行程开关 9 5 8
输 出
动作指示 原点指示 1
交流接触器控制线圈 电磁阀 3
I/O点数 信号
I/O设备
I/O点数
根据I/O点的分配要求及考虑10%到15%的I/O裕量，本设计PLC采用F1—60MR 36/24型，样图见图3-4所示：
图3—4 F1-40MR样图
控制电路设计主要是PLC输入、输出接线的设计，其I/O分配如图3—5所示。
电气接线图见附图
图3—5 PLC I/O接线控制图
第四章 搬运机械手的软件系统设计
机械手动控制属顺序控制，故其手动程序采用普通的PLC控制指令控制，自动程序采用步进梯形指令控制
4.1梯形图的总体设计
按照机械手控制和工艺流程的要求，在选择“手动方式”时应执行手动程序；在选择“回原位”时应执行回原|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 位程序；在选择自动程序时应执行自动程序。其中自动程序要在启动按钮按下时才执行。故梯形图的总体构成如图3—6所示。
图3—6搬运机械手PLC控制梯形图总体构成
4.2各部分梯形图的设计
1.通用部分梯形图设计
通用部分梯形图分为三部分：
1）.状态器的初始化。初始化状态器S600在手动方式下被置位、复位。当方式选择开关置于“返回原位”（X514接通）时，按下复位按钮（X507）时被置位，在“手动操作”（X510）接通时，S600复位。处于中间工步的状态器用手动做复位操作，即在方式选择开关位于“手动操作”或“返回原位”时，中间状态器同步复位。故初始化梯形图如图3—7所示，（如果状态器要在供电时从断电前条件开始继续工作，则不需要M71）。
图3—7 状态器初始化梯形图
2）.状态器转换启动。若机械手工作在自动工作方式下，当初始状态器S600被置位后按下启动按钮，辅助继电器M575工作，状态器的状态可以一步一步的向下传递，即可进行转换。在执行“连续程序” 时，转换启动继电器M575一直保持到 22 停机按钮按下为止。另一面采用M100检查机器是否处于原位。当M575和M100都接通时，从初始状态器开始进行转换，故其梯形图如图3—8所示。
图3—8状态器转换启动梯形图
3）.状态器转换禁止梯形图。激活特殊辅助继电器M574并用步进梯形指令控制状态器转换时，状态器的转换就被自动禁止。
在“单周期”工作期间，按下停止按钮时，M574应被激励并自保持，操作停止在现行工步。当按下停止按钮时，从现行工步重新开始工作，M574应复位，即重新允许新转换。
在“步进”工作方式时，M574应始终工作，此时，禁止任何状态转换。但没按下一次启动按钮时，M574断开一次，允许状态器转换一次。
在“手动”工作方式时禁止进行状态转换。在手动方式解除之后，按下启动按钮，则状态转换禁止解除，M574复位。
PLC在启动时，用初始化脉冲M71和M574自保持，以此禁止状态转换，直到按下启动按钮。故状态器转换禁止梯形图如图3—8所示。
图3—8 状态器转换禁止梯形图
通过对3—7和3—8的分析可得出：在执行“手动操作”和“返回原位”程序时，M575一直不能被接通，而M574长期被接通，（按下启动按钮时除外）；执行“步进”程序时没按一次启动按钮，M574断开一次，M575接通一次，状态器转换一次；在执行“单周期操作”程序时，按下启动按钮，M574断开，M575接通，状态器的转换可一步一步向下转换，直至按下停止按钮时，M574自锁，状态器的转换被禁止，操作停止在现行工序（再次按下启动按钮时从现行工序开始工作）；在执行“连续程序”时，M575一直接通到按下停止按钮，此时M574一直不能接通。
2.手动操作梯形图
手动操作方式由于不需要任何复杂的顺序控制，可以用常规继电器顺序方式来设计梯形图。“手动操作时”按下放松按钮时，机械手卡抓松开，当松开放松按钮时，机械手卡爪在液压缸作用下自动加紧并保持；按下上升按钮，上升输出Y435保持 24 接通；按下下降按钮，Y436保持接通；在上限位按下慢进按钮，慢进输出Y430接通，至行程开关SQ7闭合，小车停止；快进、快退、慢退情况同慢进。
手动操作梯形图设置有互锁，只有在小车处于左限位（即X403闭合）或右限位（即X412闭合）时机械手的上升下降动作才能进行，只有当机械手处于下限位（即X404接通）机械手的加紧放松动作才可以手动控制；为了安全，同一个电动机的正反转线圈不能同时接通，设计中设计了自锁开关，防止线圈同时接通造成的短路。故手动操作时梯形图如图3—9所示。
图3—9 手动操作梯形图
3.返回原位梯形图 在“返回原位”状态下，“夹紧”与“下降”动作应被停止，上限位未动作时，应进行“上升”；上限位动作时，“右行”动作应停止，并左行至左限|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 位位置。故返回原位梯形图如图3—10所示：
图3—10 返回原位梯形图
4.“自动”状态梯形图 图3—11表示了机械手自动工作时执行各工步的情况，表示了各工步的实现和转换的条件。在第一次下降工步中，下降电磁阀Y436接通。自下限位置时，X404接通，转换为“夹持”过程；夹持电磁阀Y434复位，至加紧限位X406接通，转换为上升动作；当上限为开关SQ4闭合，X405接通，小车开始慢进动作。快进、慢进、延时、下降、加紧、上升、慢退、快退、慢退动作依次类推，如上所述一步一步按顺序驱动各个负载动作，称为顺序控制或过程步进型控制。26
图3—11搬运机械手自动工作流程图
用状态器代替自动工作流程图的各工步，可得到3—12所示的功能表图：
图3—12 搬运机械手自动工作功能表图
根据图3—12所示的自动工作功能表图，可设计出自动操作时的梯形图如图3—13所示。
图3—13搬运机械手自动工作梯形图
5、绘制搬运机械手PLC控制梯形图
将从初始化开始的一系列梯形图，按照总体结构图（图3—6）的形式组合在一起，得到机械手PLC控制的梯形图（见附图），其语句表见附录。
附图：
搬运机械手结构图
搬运机械手控制梯形图
搬运机械手动作流程图
搬运机械手控制接线图
结 论
本设计主要应用于机加工生产，货物调运等场合。
搬运机械手采用PLC控制，体积小，重量轻，控制方式灵活，可靠性高，操作简单，维修容易。使用该机械手代替人工搬运工件，既安全，又准确，提高了劳动生产率，保证了工件的质量，降低了工人的劳动强度，具有较好的经济效益和社会效益。
可编程控制器PLC以其丰富的I/O接口模块、高可靠性,可以在机械手的控制系统的设计中起到了十分重要的作用。
本文就设计过程中的几项关键的问题提出了自己的一些看法,可以有效地提高系统的抗干扰能力,对PLC读、写,事件响应等通信时间可进行精确的控制,取得了良好的效果.随着机械手应用的普及，机械手向着专用化，机械结构向模块化、可重构化的方向发展，机械手的动作更加灵活多样，其控制方式也在向着多元化的方向发展，在PLC控制的过程中,还有许多的问题需要解决，PLC在机械手开发中的开发应用还有很大的空间。
谢 辞
此次设计是在张兰仙老师的悉心指导下完成的。导师为论文课题的研究提出了许多指导性的意见，为论文的撰写、修改提供了许多具体的指导和帮助。张兰仙老师的严谨治学、不断探索的科研作风，敏锐深邃的学术洞察力，孜孜不倦的敬业精神，给我留下了深刻的印象，使我受益良多。生活中张兰仙老师就是我的朋友，她的态度让我对生活有了新的认识。在本文结束之际，特向我敬爱的导师致以最崇高的敬礼和深深的感谢！
通过此次设计，一方面让我认识到自己的不足，发现了学习中的错误之处；另一方面又积累丰富的知识，吸取别人好的方法和经验，增强对复杂问题的解决能力，摸索出一套解决综合问题的方法，为自己以后的工作和学习打下坚实的基础。再一方面也加强了我和老师的交流，认识到知识的渊博度。
经过这次的努力，使我顺利的完成了毕业设计。这份毕业设计既是对过去三年所学知识的总结，又是自己知识的积累，也大大加深了对单片机技术的了解。
毕业设计中既动脑、，又动手，是一个理论与实际结合的过程。仅仅有理论是不够的，更重要的是实际的，是我们所设计的实物，具有设计合理，经济实用的优点。这就需要我们设计者考虑问题是要仔细、周密，不能有丝毫的大意。对设计方案的优越化，也需要我们综合各方面的因素考虑，尤其是实际。再次像教育指导我的老师及同学表示诚挚的感谢！
鉴于本人所学知识有限，经验不足，又是初次研究这种复杂的设计，在此过程中难免存在一些错误和不足之处，恳请各|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 位老师给予批评和指正。
参考文献
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[15] 王坤.何小柏.机械设计.北京：高等教育出版社，1996年
附录：语句表 步序 1 2 3 4 5 6 7 指 LD AND S LD R LD OUT
令 X514 X507 S600 X510 S600 X510 F671 34 8 K 9 OUT 10 K 11 OUT 12 K 13 LD 14 AND 15 OR 16 ANI 17 LD 18 OR 19 OR 20 ANB 21 OUT 22 LD 23 AND 24 ANI 25 OUT 26 OUT 27 LD 28 PLS 29 LD 30 AND 31 OR 32 OR 33 OR 34 OR 35 OR 36 ANI 37 OUT 38 LDI 39 CJP 40 LD 41 ANI 42 LD 43 OR 44 ANB 45 ANI 46 OUT 47 OUT 48 LD 49 ANI 50 LD 51 OR
601 F672 610 F670 103 X501 M575 X400 X501 X501 X512 X513 M575 X405 X403 Y434 M100 Y540 X400 M101 X401 X502 X511 X512 X514 M71 M574 M101 M574 X510 700 L500 X405 X430 X412 Y435 Y436 Y530 X500 X405 X430 X412
52 ANB 53 ANI 54 OUT 55 OUT 56 LD 57 ANI 58 AND 59 OUT 60 OUT 61 LDI 62 ANI 63 AND 64 OUT 65 LD 66 ANI 67 ANI 68 AND 69 ANI 70 OUT 71 OUT 72 LD 73 ANI 74 ANI 75 AND 76 ANI 77 OUT 78 OUT 79 LD 80 ANI 81 AND 82 ANI 83 OUT 84 OUT 85 LD 86 ANI 87 AND 88 ANI 89 OUT 90 OUT 91 EJP 92 LD 93 CJP 94 LD 95 S
Y436 Y535 Y531 X502 X407 X404 Y434 Y533 X402 X406 X404 Y532 X504 X410 X412 X405 Y431 Y430 Y534 X506 X411 X403 X405 Y430 Y431 Y535 X530 X411 X405 Y433 Y432 Y530 X505 X410 X405 Y432 Y433 Y537 700 X517 701 X507 M200
96 LD 97 OUT 98 R 99 OUT 100 AND 101 R 102 R 103 OUT 104 AND 105 R 106 EJP 107 LD 108 OR 109 OUT 110 MC 111 STL 112 LD 113 AND 114 S 115 STL 116 OUT 117 AND 118 S 119 STL 120 OUT 121 AND 122 S 123 STL 124 OUT 125 AND 126 S 127 STL 128 OUT 129 AND 130 S 131 STL 132 OUT 133 AND 134 S 135 STL 136 OUT 137 AND 138 S 139 STL
M200 Y434 Y436 Y435 X405 Y430 Y432 Y433 X403 M200 701 X400 M102 M102 M102 S600 M575 M100 S601 S601 Y436 X404 S602 S601 Y434 X406 S603 S603 Y435 X405 S604 S604 Y430 X410 S605 S605 Y432 X411 S606 S606 Y430 X412 S607 S607
140 OUT T450 141 K 5 142 AND T450 143 S S610 144 STL S610 145 OUT Y436 146 AND X404 147 S S611 148 STL S611 149 OUT Y437 150 AND X407 151 S S612 152 STL S612 153 OUT Y435 154 AND X405 155 S S613 156 STL S613 157 OUT Y431 158 AND X411 159 S S614 160 STL S614 161 OUT Y433 162 AND X410 163 S S615 164 STL S615 165 OUT Y431 166 AND X403 167 S S600 168 RET 169 MCR M102 170 END
|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 附图：
搬运机械手结构图
搬运机械手控制梯形图
搬运机械手动作流程图
搬运机械手控制接线图
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机械手设计 篇2
机械手是模仿人手的部分动作, 按给定程序、执行轨迹、实现自动抓举或搬运的自动化机械装置。产品机械手价格昂贵, 一些小型机械企业望而止步。文中所研究的机械手采用液压驱动方式, 主要功能是实现上下料过程的自动化。其造价低廉、控制性好, 可为小型机械行业所用。现将设计过程简单介绍。
1 机械手的技术参数
(1) 自由度 (四个自由度)
臂转动180°
臂上下运动175mm
臂伸长 (收缩) 400mm
手部转动±90°
(2) 手指握力392N
(3) 驱动方式液压驱动
2 主要设计内容
2.1 结构原理设计根据设计要求绘制出其机械手结构原理图, 如图1 所示。
2.2 系统结构分析本次液压机械手的设计主要是由执行机构, 驱动装置, 被抓取工件等部分组成, 各系统之间的相互关系如图2 所示。
2.3 机械手机械系统结构设计机械手的机械结构部分主要是由执行机构构成的, 其中执行机构又包括末端操作器、手腕、手臂和机身。
2.3.1 末端操作器
机械手为了进行作业, 在手腕上装上了操作机构被定义为末端操作器。它的最为基本作用是:直接抓取工件、工具或物体等, 末端操作器的功能与人手相似, 工件的形状和特征直接决定末端操作器的机构形式。本次设计手部的结构选择为滑槽杠杆式夹钳。
2.3.2 手腕
机器手的手腕是连接手部和手臂的桥梁, 其主要用途是调节、改变工件的坐标, 因此具有相对独立的自由度, 从而使机器人的手部能够完成各种复杂的动作。一般, 按照自由度分类, 手腕可以设计为三个自由度。分别为:单自由度、二自由度和三自由度。本次设计中选用的是单自由度手腕。
2.3.3 手臂
手臂是机械手执行机构的尤为重要组成部件。手臂根据它的运动方式可以分成四种类型, 它们分别是“直线运动、回转运动、俯仰运动和复合运动。此次设计选用的是直线运动、回转运动的复合运动。
2.3.4 机身
机械手的最基础的部分是机身, 它的主要作用是连接、支撑。所以机械手主要承受动力装置、液压装置的重量。
通过Pro/E软件完成机械手的三维造型如图3 所示。
2.4 液压驱动系统总体设计机械手液压系统原理图如图4 所示。
3 结束语
四自由度液压机械手系统运转平稳, 能准确完成上下料工作, 机械密封可靠, 说明液压回路的设计及液压元器件的选择满足产品使用的需求。最为重要的是整套设备的制作费用在五千元左右, 与产品工业机器手数万元的价格相比, 很大程度上满足了小型机械企业向自动化、智能化发展的需求, 可为同类产品的设计提供经验。
摘要：液压机械手主要是以液体为介质, 并且利用液体的压力由此来驱动执行机构的运动。其主要特点是:首先, 能够实现循环工作的自动化和自动过载保护;其次, 控制调节简单, 方便省力;最后, 这样能够更好地实现无间隙传动, 还可以让操作更加平稳。
关键词：液压,机械手,控制
参考文献
[1]康立新, 马建华.工业机械手的设计[R].工程技术.
[2]谢明广, 孔祥战, 何宸光.机器人概述[M].哈尔滨:哈尔滨大学出版社, 2013.
[3]赵旭.基于机电液一体化的液压机械手设计及其控制[D].哈尔滨:东北大学, 2010.
机械手设计 篇3
关键词：机械手；虚拟设计；仿真；图像识别
1.前言
随着科技的不断发展进步，农业机械也朝着自动化和智能化的方向发展。最早研究智能机器人的国家是日本。上个世纪七十年代以来，工业机器人开始发展。而农业机器人的研究和应用也逐渐开始启动。随着我国人口老龄化的比例不断加大，人工采摘在农业生产成本中占据相当大的比例。如何通过设计和完善农业机器人成为我国当前面临的一个重大问题。本文基于对农业果蔬采摘机器人的研究，将农业机器人的识别和定位做了深入研究，并呈现了智能参数与虚拟仿真相结合的研究成果，通过将先验知识纳入农业水果采摘机械手的系统设计中，实现了重用性，缩短了开发周期，具有一定的参考价值。
2.机械手虚拟设计与仿真系统搭建
机械手虚拟设计与仿真系统主要由机构设计、误差分析、立体视觉、机械仿真以及数据库五个子模块构成。如图1所示。机构设计主要是将底座、手臂以及末端执行器三部分按照功能进行搭建。误差分析是从视觉误差、机械误差方面分析立体视觉是通过使用图像的一系列处理算法对视觉图像进行分析，使用EON仿真软件处理机械手的三维视觉，并将解决倒入机械手中进行其行为控制。机械手仿真包含正运动和负运动两方面。而数据库则是通过实际的先验知识构成的。
3.机械手的虚拟设计
3.1 虚拟样机技术简介
虚拟样机是基于智能技术、仿真工程以及网络技术的先进制造技术。通过计算机的仿真和建模为支撑来对实际的产品进行性能和功能预测，进而对设计的方案进行评估和优化，最终达到产品最优的目的。这里使用的虚拟样机软件为ADAMS软件。
3.2 虚拟样机的建立
ADAMS软件具有强大的运动学及其分析能力功能。通过使用ASAMS和Pro/E之间的接口程序，从而将三维的机械手实际模型倒入到ADAMS。此次设计使用Pro/E建立起机械手的三维模型，并导入至ADAMS进行动力学分析。进行动力学的分析之后，使用MECH/Pro中的Interface下拉子菜单进行模型的转化。由此，就完成了模型的建立。最后，使用ADAMS/Views中的信息按钮显示信息工具库，在Tool菜单中选择Modify Verfiy命令显示信息窗口，完成对模型的验证工作。
3.3知识库的建立
通过在计算机中存储、组织和使用相互关联的知识的集合，进而解决某一领域需求就叫做建立知识库。具体来讲，机械手设计中的知识库包含实例库和规则约束。由于科学的数据库使得系统有组织，更容易操作和管理，因而能够使构件的机械手具有一定的智能性。总的来讲，机械手臂的模型数据库中应当含有知识库的链接、规则映射表以及知识属性等。为此，首先，使用SQL语言创建代码，将系统中零件的属性加入表中，并设置主键及数据表中的字段。其次，零件与零件之间的关系映射到数据表中。一个部件可以有多个零件组成，因而在关系数据库中是一对多的形式。再次，部件与部件之间的关系映射到数据表中，并根据方案的不同设置不同的权值。当用户所给的数据模糊时，就可以根据知识库中的知识进行分析判断，从而给用户提供最合适方案的参考。最后，根据具体的需求进行数据库中的增添查改等操作。从而为方案的制定提供更多的便利。
3.4系统仿真与误差分析
通过对机械手建立数学模型，并通过迭代算法最终求得机械运动过程中的各个参数，进一步就可以通过矩阵运算算出机械手的各个关节的运动表达式。系统的仿真就是建立在表达式和参数的基础之上。这里使用MATLAB作为编程工具，构建系统界面，输入目标参数，进而由MATLAB进行矩阵运算，求得所需的运动参数，进而控制机械手按照规定的运动轨迹仿真。其中的反解程序是编写M文件进行的。同时通过EON仿真软件对机械手的三维视觉进行分析和处理。然后，通过将VC++与MATLAB的混合编程技术，调用M文件，执行运动方程的求解和模型的仿真。
当前，机械手系统的误差存在于其识别和定位的精度。系統通过立体视觉来对目标进行识别和定位，从而指导机械手的运动轨迹。因而，在识别与控制机械手相连接的过程中存在一定的误差。通过仿真数据的计算可以得到误差结果。为了缩小误差范围，这里采用神经网络的方法，通过多次训练，使结果最趋近真实的运动轨迹。
4.结论
综上所述，机械手的虚拟设计和仿真系统的研究对于农业机械智能化有着重要的意义。通过将智能化与参数化的知识相结合，并使用多次训练的神经网络方法，构建起机械手的虚拟设计与仿真系统。该虚拟产品符合一定的标准，但还有待进一步加工和完善。机械手控制单元的可重用性是其一大创新点，这样的重用特点能够大大降低生产成本，达到设计的最优化。最后，还要充分考虑到误差的来源，做好误差分析，进一步通过神经网络的方法减低误差，从而为机械手的立体视觉定位和识别提供更稳定的帮助。
参考文献：
[1]吴建伟，张卫红，秦献疆.基于simulink的机械控制系统的仿真设计[J].软件.2013（01）.
[2]徐苏，李想.基于嵌入式控制芯片在机械控制系统的应用[J].制造业自动化.2010（11）.
作者简介：
机械手运行控制系统设计 篇4
（二）指导教师：张国同
一、设计题目机械手运行控制系统设计
（二）二、设计目标
1）掌握机械手动作流程。
2）以PLC为系统控制核心
3）掌握正确选择PLC的方法
4）掌握电气控制元件的选择与计算方法。
3）掌握液压元件选择与应用。
三、设计内容
机械手由液压元件驱动，左，右运行采用双伸出杆液压缸。机械手的基本动作： 机械手原位→下降→抓物→上升→右行→下降→放物→上升→左行→到原位结束。
1）选择正确的电气控制器件
2）选择正确的液压元件（包括液压泵和电机型号）。
3）有各步的工作状态指示。
4）有必要的电、液保护和联锁。
5）绘制电气控制原理图和液压原理图。
6）绘制元件安装布置图。
7）绘制接线图、控制方框图、控制流程图。
四、毕业设计说明书格式要求（15000字以上）。以机电系毕业设计要求为准。
1）设计题目
2）控制原理说明设计方案论证
3）主要器件选择依据与计算
4）元件明细表
5）设计总结及改进意见
6）主要参考资料
五、参考文献
工厂电气控制技术机械工业出版社 主编方承远
工厂电气控制设备机械工业出版社 主编许廖
机床电气控制技术机械工业出版社 主编王炳实
可编程序控制器的应用技术机械工业出版社 主编 王兆义
机械手设计 篇5
【中文摘要】随着人口的增长,人类社会面临着资源日益锐减的局面,开发和寻求的新的资源成为了人类生存发展的趋势,陆地资源的减少使人们把资源的开发利用的目标转向了太空和海洋。海洋面积占地球面积的71%,其开发利用的潜能不可估量。可以说海洋简直就是一个聚宝盆,其中矿产资源的种类就令人惊叹。在深海地区,蕴藏着多金属结核矿和硫化矿,这些矿产又是人类生存发展的重要资源。近年来科学家们在大洋底发现了这样一种极具开采价值的矿产资源“热液硫化物”,它是一种块状或者软泥状的海底矿藏,数量相当巨大,是一种极有开发前途的大洋矿产资源。对于这样一种矿藏的开采,急待研制性能良好的开采工具,本文研究的机械手就是这样一种试制的进行海洋矿产开采的工具。本文是在中南矿冶研究院金星教授的海洋开发项目《深海热液硫化物可视抓网》研究基础上,主要对其开发试制的机械手进行虚拟样机的研究,主要内容包括:对连杆运动学数学理论空间向量的坐标转换进行了分析,对连杆动力学方程—拉格朗日动力学方程进行了推导;分析了机械手结构设计方法并对机械手的零部件在SolidWorks中进行了建模及其装配,而且对机械手的结构进行了分析;运用有限元软件Workbench建立了机械手的有限元模型,运用米塞斯强度屈服理论,针对机械手固定爪臂的极端工况下的强度校核;运用COSMOSMotion动力学分析软件对机械手进行了刚体静力学及动力学的仿真,对机械手的运动学物理量进行了分析,并研究了重
力对机械手运动的影响。
【英文摘要】With the increasing of the population,the mankind face the situation of the resource decreased day by day,and the decreace of the inland resource make people divert the target where to exploit the resource to the space and ocean.The ocean covers an area of 71% on the earth,and the exploiting potential is inestimable.So it is simply a cornucopia in which the sorts of mineral resources are marvelous.It contains a lot of polymetallic nodules and sulphides,which is important to the development of the mankind.In recent years,the scientists discovered such a mineral resources called “Hydrothennal sulfide” which is much worth to be exploited at the bottom of the ocean.It is a promising benthal mineral resource whose shape is lump or soft mud,and the quantity is quite tremendous.But it is urgent to manufacture a mining tool with good performance for the exploitation of it,and the manipulator researched in this context is such a trail tool used to exploit the mineral.This paper will focus on research of the virtual prototype of the trail manipulator based on the research of the ocean exploitation project”visual capturing net for Hydrothennal sulfide in deep sea” which is directed by professor Jinxing
of Central-South Research Institute of Mining and Metallugy.The main contents are as follows:firstly gave the analysis of coordinate transformation of space vector in linkage kinematics mathematical theory,and deduced the dynamics equation-Lagrange dynamics equation;Secondly analyzed the structure designing method for manipulator, and modeled and assembled the parts of the manipulator in the SolidWorks soft;moreover,gave a simple analysis of the structure;Thirdly builded the finite element model by the finite element soft Workbench,and check the strength of manipulator by the mises yield strength theory in the extreme work situation of fixing the hands;At last,simulated the rigid-body static and motion of the manipulator by the COSMOSMotion soft,and analysis the kinematic quantities,besides,researched the gravity influence on the motion.【关键词】机械手 运动学 动力学 有限元 强度校核 仿真 【英文关键词】manipulator kinematics dynamics finite element strenght checking simulation 【目录】海洋采矿机械手设计及有限元计算4-5Abstract
5第1章 绪 论9-18
摘要
1.1 引言
91.2 深海热液硫化物的研究现状9-1
1.2.1 热液硫化物开采价值分析10-11
1.2.2 热液硫化物国内外研究现状
1.3.1 机1.3 机械手的基本组成及分类11-1
311-1
21.3.2 机械手的分类械手结构组成部分12-131.4 机械手研究进展13-151.5 计算机仿真技术简介15-1616
1.6 机械手运动学、动力学研究概况
第2章 机械手连杆2.2 连杆位姿矩阵及坐1.7 本文研究主要内容16-18
2.1 引言18运动学理论18-26标一般变换18-2218-19
2.2.1 位姿的直角坐标表示
2.2.3 一般旋
2.3.1 连2.2.2 位姿的欧拉角表示19-21转变换21-22杆运动学的参数描述23-25理论26-31程26-272930-3131分析32
2.3 连杆运动学 D-H 法22-2522-23
2.3.2 连杆坐标系转换本章小结25-26
3.1 引言26
第3章 机械手连杆动力学分析3.2 拉格朗日—欧拉动力学方
3.4 连杆机构势能
本章小结4.1 引言4.2.1 机械手功能
4.3 机械手3.3 连杆机构动能27-293.5 连杆机构动力学方程的建立29-30第4章 机械手结构设计31-494.2 机械手设计原理方案31-344.2.2 机械手设计方案组合32-34的设计过程与机械手结构34-3634-35
4.3.1 机械手设计过程
4.4 4.3.2 机械手结构组成与原理机制35-36机械手零部件三维建模及装配36-394.4.1 机械手零部件建
模36-374.4.2 机械手零部件装配37-384.4.3 机械手连杆结构分析38-3939-48
4.5 机械手材料和质量属性
4.5.2 机械手零部第5章 机械手强度4.5.1 机械手零部件材料39
本章小结48-49件质量特性39-48校核49-5849-51
5.1 引言495.2 有限元分析基本理论
5.2.2 有限元5.2.1 弹性力学基本理论49-50
5.3 机械手的强度校核分析基本思想50-5151-575.3.1 米塞斯强度理论51-525.3.2 有限元软件ANSYS Workbench 基本介绍52建立52-55结57-58言58
5.3.3 机械手有限元模型的本章小6.1 引6.2.1
5.3.4 有限元计算结果分析55-57第6章 机械手动力学仿真分析58-726.2 SolidWorks 仿真软件简介58-60SolidWorks 简介58-595959-60
6.2.2 SolidWorks 软件特点6.2.3 运动分析插件COSMOSMotion 分析理论6.3 机械手的静力学接触仿真60-65
6.3.1 机械手的运动描述60-61析61-65
6.3.2 不同开度下机械抓手的计算分
6.4.1 6.4 机械手的非接触动力学仿真65-71
65-66机械手运动条件设置66-6971-7277-78
6.4.2 运动物理量仿真结果分析
69-71
本章小结
致谢6.4.3 动力学仿真结果分析总结与展望72-74
机械设计课程设计论文 篇6
第一篇：机械设计课程设计论文
创新教育在机械设计课程设计教学中的运用
摘要：素质教育中，创新教育属于重要环节，能够让整个教育过程赋予生命，让学生不再沉溺于传统的书本学习，而是将理论知识创新应用于实践。在创新教育的培养下，学生可以养成主动创造、探索、思考、实践、参与的习惯，提升学习效率。本文以机械设计课程为例，研究了创新教育的具体应用方式。
关键词：机械设计课程；创新教育；应用
创新教育是一种具有实践性与创造性的教育形式，以学生主体活动为主，教师予以引导，让学生充分发挥主观能动性，主动思考、主动动手实践，让理论与实际的结合更为紧密[1]。机械设计这门课程需要学生提升动手能力以及思维能力，通过对各类通用机械传动装置的抽象化思考创造出具象化作品，利用齿轮、链、带等传动装置设计出创新机械，能够进一步提升学生对各类传动装置的理解能力以及运用能力，为其毕业后走向社会动手实践打下坚实基础[2]。本文以机械设计课程教学为主线，研究了创新教育的具体应用方法。
1改革教学理念
在传统机械设计课程教学过程中，教师的教育理念在于让学生接受书本上的知识，属于灌输式教学模式，教学内容缺乏重点且存在一定繁琐性。学生在上课过程中无法抓住有限课堂时间中的重点内容以及重点环节，因此在知识的具体应用上能力略显不足[3]。在创新教育背景下，要求教师转变教育观念，让学生成为课堂的主体，以学生主动思考、主动动手、主动参与、主动实践为出发点，将自己作为引导者，充分利用课堂时间让学生参与到教学内容的思考之中，让教学更具连续性。帮助学生思考每个环节之间的实际联系，提升学生对机械传动装置的应用能力。
2优化教学内容
机械设计课程所涉及到的知识点较多，例如机械制图、机械工程材料工艺学、材料力学、机械制造公差与技术测量、金属材料及热处理等等，需要学生将各个知识点融会贯通、综合思考。在教学内容的优化上，教师首先应认识到机械设计课程对学生学习的要求，例如需要学生掌握基础工程技术知识并打下稳定的理论基础，让学生了解到机械设计中涉及到的工业生产相关技术、新成就以及发展趋势等，让学生认识到机械设计课程具有较强生命力以及科学性，激发学生主动学习积极性以及对课程的兴趣。具体而言，教师可通过课堂比较让学生认识到不同机械传动装置存在的差异。例如在进行齿轮这一环节的教学时，在教学内容中加入示范教学，教师可通过教学模型让学生认识到齿轮与齿轮之间的紧密转动所带来的传动性，并且利用不同大小、不同颜色、不同位置的齿轮让学生清楚的观察到当第一个齿轮运转时所带来的其他齿轮转动影响，分清齿轮之间的区别与联系。其次，教师可运用正例与反例方式，备课时准备丰富的教学素材，例如机械传动装置的例子。教学过程中通过正例让学生了解到学习的规则与概念，利用反例将无关特征影响排除，令学生加深对规则与概念的本质认知。最后，教学内容与教学语言也应丰富多彩，通常机械设计教学相对于文科类课程而言较为枯燥，若能够在教学内容上加以创新，可提升学生的学习兴趣。
3多元化教学方式
在教学方式上，由于机械课程设计这门课的逻辑性，因此教学方式无法像文科类课程一样通过情境设置等方式让学生讨论。但可利用机械设计课程的特点，通过动手实践实现探究式教学、小组式教学等方法，让每位学生参与其中[4]。首先，教师应在教学顺序上合理设计，在备课过程中深入分析知识结构，让学生对各个理论知识的理解循序渐进，从普通性到特殊性，从整体性到部分性，在不断分化的下位结构原则组织上展开教学。教学内容的编排方面，教师应遵循让教材网络化、一体化、结构化的原则。网络化指的是利用网络知识，让学生了解更多的机械设计相关案例。例如机械传动装置可应用于哪些方面，首先让学生思考，接着在课堂上利用多媒体向学生详细展示传动装置在不同产品中的运用原理。一体化和结构化指的是让每个知识点融会贯通，加深学生对知识点的理解。除此之外，教师也应向学生阐明教学目标以及学习目标，让学生了解在一学期的学习过程中需要掌握哪些知识、达到怎样的标准、如何将知识运用到具体实践之中，令其学以致用。
4强化实践环节
机械设计课程偏向于理科类，因此更注重学生的动手实践能力以及逻辑思维分析能力，让学生对每个机械零部件、机械传动装置、机械的基本组成以及机械的具体应用详细了解、深入了解。利用课堂时间及课后时间进行实验教学可提升学生对机械相关方面的知识及实践积累，培养学生分析问题、理论联系实际、解决问题、创新思维的能力。以传动机构归类的教学内容为例，传动机构可分为三种，首先为凸轮机构，其次为偏心轮传动，最后为曲柄连杆机构。教师首先可安排学生在课余时间利用网络及计算机了解关于手动压力机的相关信息及资料，整理归类资料后以实践训练的机床为例，安排手动压力机相关课题的讨论，通过小组讨论学习及探究式学习等方式确定以齿轮齿条传动机构作为项目设计方案，展开实践教学。
5结束语
综上所述，教师在实施机械设计课程教学设计过程中应将创新教育理念融入其中，设计的课程具有实用价值并让学生了解到价值所在。在课程设计方案上也不应具有唯一性，可通过令学生主动思考找出多个问题解决方式。教学设计可从机器功能为出发点，让学生通过讨论和自主探索选择适合的电动机和相关零件及传动机构，全面考虑机器的造型、安装调整、制造工艺、经济可靠、使用维护等问题，提升其实践能力，让创新教育理念真正对课程教学设计有所帮助。
参考文献：
[1]杜永英，陈雪娇，鄢利群，王丽艳，李铁军，宁建荣.应用型大学本科课程机械类创新设计教学探索与研究[J].机电产品开发与创新，2016，v.29;No.15601:106-108.[2]李天箭，丁晓红.创新创业教育在机械设计课程设计环节中的探索实践[J].实验技术与管理，2016，v.33;No.23504:22-24.第二篇：机械设计课程设计论文
《机械设计基础》课程教学方法探讨
摘要：《机械设计基础》作为机械专业一门必修的专业基础课，在课程体系中占有重要的地位，文章结合河南工业技师学院《机械设计基础》课程的特点及教学要求，针对传统教学中存在的问题，讨论了多媒体教学与项目教学法的在该课程中的应用，提出对于具体的内容应该具体分析，应根据实际教学目标采用适当的教学方法与手段，设定合理的项目，不能够简单依赖于某种单一的教学模式和拘泥于固定的教学项目。
关键词：机械设计基础；多媒体教学；项目教学法
机械设计基础课程是机械专业一门必修的专业基础课，它融合理论力学、材料力学、机械原理和机械零件等有关内容为一体，专业性强，且教师教学的难度和学生学习理解的难度也都比较大。此外，它的学习过程中还综合运用高等教学、机械制图、金属材料与热处理、互换性原理与技术测量等知识，无论是教材还是教学安排，都有较强的系统性和实践性。在教学大纲修订后，该课程的课时缩减至60课时，更增大了教与学的难度。因此，采取什么样的教学方式才能取得有效的教学效果，是目前河南工业技师学院在本课程教学过程中迫切需要解决的问题。通过近两年的教学实践，文章结合河南工业技师学院机械设计基础课程的特点及教学要求，对该课程的教学方法和手段进行探讨。
1多媒体教学的应用
多媒体常见的文件格式有图像、音频和视频等。在《机械设计基础》课程教学中采用多媒体手段，将严谨的机械机构模拟动画或视频等与学生的思维过程和接受能力进行有机结合，更好地提高学生的接受和理解能力，同时也减少教学过程中采用传统的教学方式所耗费的时间，达到良好的教学效果。通过两年来对多媒体教学的应用，发现多媒体课件所展示的内容比较新颖，信息量大，学生兴趣也比较大，取得了一定的教学效果，但是并不是所有的内容都适合采用多媒体课件来进行教学。结合教学实践，就多媒体在各章节的应用总结如下：
（1）理论力学、材料力学及常用通用零件的强度设计———多媒体图像启发引导，黑板式教学为主。这些部分的内容主要是针对零件在使用过程中的受力分析及应力分析、计算及强度校核为主，教学中可以利用实例图片来启发引导学生认识零件的受力情况，但是对于力的计算方法，应力的产生及计算，强度校核的理论应用还是适合采用传统的黑板式教学。通用零件如齿轮、轴的强度设计，是学生对相关强度计算理论有一定理解之后的一个实际应用，同时这些内容也是学生在本课程学习结束之后所进行的机械设计基础课程设计时所必需会应用的一个重要内容和环节。因此，由学生和教师共同来完成：选题、设计、运算、校核，这样效果会比只看一页一页的课件理解要深得多。（2）机械原理的机构部分———动画演示、启发、思考、讲解与实验相结合。各种常用传动机构在日常生活中也会见到许多应用，比如说缝纫机、补鞋机和公交车车门。因此在教学中可以利用多媒体课件中丰富的传动机构的动画、视频，通过演示，启发学生产生疑问，为什么会产生这样的运动？如何执行的？运动由谁产生？又能够实现怎样的运动？随着学生的思考、分析，最终会得出结果，然后可以将简化后的机构运动简图展示给学生，在轻松的气氛中，学生就会对所学内容有比较形象直观的理解和掌握。
（3）轮系及其设计计算———多媒体教学与黑板教学相结合。轮系是由一系列齿轮组成的传动系统。各种不同类型的齿轮能够组成什么样的轮系呢？不同轮系的功用又有什么不同呢?在教学开始，笔者先给学生提出问题，让学生带着问题学习后面的相关知识。教学中，将各种齿轮组成的轮系动画及其在实际生产生活中的应用实例展示给学生看，引导他们思考分析的同时再逐步解释轮系的分类及其能够实现的功用，结合前面齿轮机构的基础知识让学生判断轮系中齿轮的转动方向。在学生对轮系有了一定感官认识的基础上，引导学生计算轮系中各对啮合齿轮的传动比，并将其计算的结果逐一展示在黑板上，再根据学生的计算结构逐步得出定轴轮系传动比的计算公式。
2项目教学法
项目教学法是通过“项目”的形式来进行教学，它能较好地将理论与实践结合在一起，是典型的以学生为中心的教学方法。项目教学法最大的特点就是教学过程与实际工作相结合，二者互相融合，既让学生在实践中体会了理论的用途、用处，又让学生从实践中发现问题，返回书本寻找理论知识，进而达到更好地理解理论知识的作用。采用“项目教学”的方法将是职业学校机械设计基础教学的必然趋势。
（1）教学项目的设定。教学项目可以选择学生感兴趣的项目入手，一开始抓住学生的注意力，提高学习的兴趣。由于长期以来学生习惯于接受老师讲授的既定知识，即被动学习的过程，没有形成主动参与主动实践的学习氛围。此外机械设计课程系统性较强，要涉及机械专业多方面的内容，不同机构、零部件的设计原理及方法不同。因此在设计项目时，还要本着先入门再巩固提高的原则。局限于课时的限制，教学项目选择不宜过大，但应使机构与零部件设计贯穿于《机械设计基础》学习的全过程。例如对于齿轮传动基础知识这一模块，可设计制作一齿轮传动机构，其中可包含直齿圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动和齿轮齿条传动，通过对其拆卸和装配，让学生在操作中学会齿轮参数的计算，了解传动的特点、失效形式、选择齿轮材料、热处理方式并重点学会齿侧间隙的测量和调整，从而达到该模块的教学目的。
（2）知识点的建构与整合是项目内容综合的关键。精讲常用机构、突出相互联系。在实施项目教学法时应精讲带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、轴的设计、轴承的选择与寿命验算等内容，突出各章节之间的联系。以关联知识为核心，整合相关课程内容。可通过对装配体的认识展开对标准件常用件的选用、传动零部件的设计和装配体机件表示方法的讨论，培养学生科学的思维方法和分析问题、解决问题的实践能力。
（3）教师的正确引导是项目教学法成功实施的保证。《机械设计基础》课程需要学生有系统的机械专业知识储备和较强的设计分析能力，具有综合应用机械专业知识、整合专业知识的能力，而要想在一两次课堂教学过程中完全掌握无疑是不太现实的，因此，作为教师就必须对知识点进行有效地细化、分解，以此做成课前预习模块、课内练习模块、课后复习模块，并建立有效的激励机制。
3结语
在教学中应该对课程内容具体分析，把多媒体课件作为一种有效的工具，并采用适当的其他教学方法和手段，才能够充分发挥多媒体作用，也才能够更好的实现课程的教学目标。项目教学法根据课程特点，选择合适的教学项目，教师进行正确适当的引导，项目教学法可以调动学生学习的主动性和积极性，培养学生的创新能力和就业能力。大量的教学实践也表明，项目教学法确实是提高学生综合设计能力的好办法。
第三篇：机械设计课程设计论文
《机械设计基础》课程教学改革与实践
近几年我国高职教育发展迅猛，形势喜人，但透过繁荣表象的背后，当前高职教育实则面临诸多困难，不少问题与矛盾有愈演愈烈之势，不仅直接困扰到高职教育的健康有序发展，而且对国民经济发展也将产生不小的影响，所以必须引起各方高度的关注。对于时下高职教育存在的问题，业内外说法很多，建议也不少，可谓仁者见仁，智者见智。对高职的认同度不高，是当今社会的主流思想。我国没有高等职业教育的专门法律，现行的高等职业教育的相关法律规定多为目标性和原则性，具体操作性欠缺，致使很多涉及高职发展的实质问题都因缺乏法律依据而无从落实。随着高职教育在发展中不断涌现出的问题，国家对高职教育也越来越重视，不断提出一些路线方针，大力度投入人力物力扶植高职院校发展，特别是民办高职院校。自从2015年，国家开始实行高职高专院校单独招生政策，允许高职院校尤其是民办高职院校参与自主招生以扩大生源，民办院校要想生存生源是关键，只有生源不断扩大，学校才会发展壮大。那么，国家运用行政手段在生源上为民办高职院校解决了生存问题，但是学生入学后，后续的培养教育问题就需要我们进一步探索，探索出一条适合高职教育的教学模式，让高职学生更好的适应社会的发展需求。《机械设计基础》是机电类专业一门重要的专业技术基础课，也是一门能直接用于生产的设计性课程，它将机械原理与机械零件的内容有机地结合在一起，通过实训课程，培养学生的机械设计能力。
一、民办高职院校教学中问题
(一)学生基础薄弱
民办高职院校的学生普遍存在基础薄弱的特点，由于从小没有养成良好的学习习惯，导致基础知识掌握不牢。进入大学后，课堂教学知识点无法展开，由于学生对以前的基础知识掌握不牢，所以经常会出现听不懂的现象，导致知识点无法衔接。《机械设计基础》是一门承上启下的课程，需要掌握《高等数学》《机械工程材料》《机械制图》《公差与配合》等几门课程后才能开设，开设期间还需要与一些课程相配合进行教学，例如《工程力学》《CAD绘图》《机械制造技术》等课程。这就需要学生要有一定的理论基础知识作为储备。
(二)学生学习积极性不高
民办高职院校的学生普遍学习动力不足，学习没有目标，很少有学生做到课前预习、课后复习，课下作业完成效果不是很好，敷衍了事现象普遍，作业准确率非常低。机电类专业的学生除了在课堂上进行理论学习外，配套的实训教学是必不可少的，实训及实验课程可以帮助学生将理论与实践相结合。《机械设计基础》课程就是一门需要有充分的理论作为基础，然后通过实验环节加以认证，培养学生的设计思维能力的专业性课程。例如，带传动特性的测定及分析实验、齿轮机构的设计计算校核等。尤其是课程设计环节必不可少。例如，一级直齿圆柱齿轮减速器的拆装实验，要求学生必须动手完成减速器的拆装，但是学生操作时普遍动手能力较差，思考并解决实际问题的能力不强，学生自己独立考取相关资格证书及相关岗位证书的合格率较低。
(三)师资力量不足
民办高职院校普遍教师队伍落后，教师水平参差不齐，本科及以上学历的教师相对较少、教师普遍没有职称、部分教师没有高校教师资格证书、个别教师知识点讲解不到位、一些专业基础课常常聘用校外教师兼职。
(四)学校硬件设施不全
高职院校的教学主要应注重学生的动手能力，但是学校普遍没有相应的硬件设施与其配套，即使拥有一些实训设备，设备也普遍存在老、旧，少等特点，几台机床设备根本无法满足学生的教学需要，学生常常只能靠听和看来学习，根本没有机会自己动手操作，学校每学期都会安排学生进行金工实习，包括钳工、焊接、普车、普铣、数控车、数控铣几种实训内容，学生普遍不爱动手操作。这样会使学生的理论无法与实践紧密的结合。
二、《机械设计基础》课程理论教学改革
(一)合理分配课堂学时
目前高职教学的课堂学时为一个半小时，与本科的教学时间一致，但是高职学生的理论学习能力与本科学生是有一定差距的，理论学时不宜过长，学生注意力完全集中的时间大概为40分钟左右，如按照正常理论学时，一个半小时来计算，剩余的50分钟时间学生很难集中注意力，因此学习效率必然很低。针对课堂教学时间分配的问题，笔者认为，应将一个半小时的学时分为两部分来实施教学，将前45分钟学生注意力较集中的时间段，进行理论教学;后45分钟，学生听课较为疲倦，可以安排实训教学，将刚学完的理论知识，马上付诸实践，即调动了学生学习的积极性，又提高了学生的动手能力。例如:学生在课堂上学习完齿轮机构，应马上进行齿轮机构的拆装实训，这样学生的学习兴趣和效率都会得到提升。
(二)注重概念的分析
对于概念，不能一带而过，必须进行分析与讲解，适当举一些简单易懂的例子便于学生理解概念。例如，在讲解机构与构件两个概念时，就可以针对二者的区别进行讲解，构件是一个个体，而只有两个或两个以上的构件组合在一起，并能产生相对运动时，我们才称之为机构。
(三)温故知新
在课堂讲解过程中，如果讲到的知识点涉及到之前讲过的知识，就要带领学生进行复习，要做到新旧知识有机结合、融会贯通。例如，第三章铰链四杆机构中其运动副为回转副，涉及到第二章运动副的知识点，这就需要教师在讲解过程中复习到运动副的概念及相关知识，使学生更好的掌握第三章的知识。
(四)多学科交织教学
《机械设计基础》是一门承上启下的课程，需要学完《高等数学》《机械工程材料》《机械制图》《公差与配合》等几门课程后才能开设，开设期间还需要与一些课程相配合教学，例如《工程力学》《CAD绘图》《机械制造技术》等课程。这就要求教师在教学中，有目的的将各个学科的知识串成线，让学生把学到的知识联系在一起，为今后的毕业设计打下基础。例如:一级直齿圆柱齿轮减速器的设计实验，其中齿轮的材料选择涉及到《机械工程材料》课程，受力分析计算涉及到《工程力学》，零件图与装配图的设计涉及到《CAD绘图》和《公差与配合》等课程。因此，在教学过程中，凡是涉及到的各学科知识点教师都要为学生穿线讲解。
(五)让学生带着问题去学习
课上要求每名学生提出一个问题，以抽签的方式，相互提问，对于回答上来并且准备无误的学生给与加分的奖励，对于没有回答上来并且不准确的学生给与一次补救机会，下节课继续回答，并且还要回答一个新问题。通过这样的方式，其一，给学生一定的压力，课堂必须听讲，认真准备，否则无法回答出同学们提出的知识问题;其二，可以活跃课堂气氛，增强学生们的学习兴趣，提升自信心，学到真本领。
(六)作业模式要改革
改变以往敷衍了事的作业模式，提倡作业改革。以往教师布置作业都会采取课后习题的方式，学生用作业本书写或计算课后题，教师进行批改，学生相互抄袭、敷衍了事，作业对于教学的验收意义体现不大。笔者认为，对于《机械设计基础》这门课程，单一的课后习题根本满足不了教学的要求，教师课后会布置给学生一些实际问题，让学生6人一组，进行讨论和设计，每半个月上交一篇设计方案。在设计过程中，如果遇到问题或困难可以随时向老师请教。这种方法可以提高学生的团队意识、锻炼学生的思考和动手能力，有效的将理论与实践相结合。
三、加强实训课程的技能训练
高职教育要想真正发挥出其培养技能人才的职能，就必须要注重“职”的培养，职业技能的高低直接影响着学生们的就业能力，高职院校的学生动手能力逐渐退化，这不得不与实训设备老化、设备数量少、学生实训课时少等因素有关，要想从根本上解决问题，还得从实践上着手。《机械设计基础》是一门实践性非常强的专业课，课堂上的理论教学根本满足不了教学的要求，理论与实践的完美结合才是学好课程的硬道理，设计课程需要学生亲自动手进行拆装与设计校核，如果没有相应的教具与设备供学生实践，那么理论学习毫无意义，学生听过即忘，没有起到学会并掌握的目的。因此，笔者认为要加大实训课程的学时;配备专门的机械设计实训室;利用假期时间为教师进行定期的技能培训，提高教师的实训能力，或者派教师去企业中学习实践技能，从教师和学生两方面加大实训的投入力度。
参考文献:
［1］李娟，孙见君，马晨波．机械设计基础教学模式与创新能力培养方法的探索［J］．科技资讯，2015，13(23):157-158．
［2］龙建雪．机械设计制造及其自动化的发展方向［J］．橡塑技术与装备，2015(24):119-120．
［3］濮筱薇．情景教学在机械设计基础教学中的运用［J］．职业，2015(35):102．
第四篇：机械设计课程设计论文
机械设计课程教学改革研究
为满足国家经济社会发展对高层次应用型人才的迫切需求，我国已经开始大力推进应用型本科高校建设。机械工程类专业作为典型的应用型专业，应该在应用型人才培养方面发挥排头兵和先锋的作用。以湖南城市学院机电工程学院为例，学院以能力培养为本位，坚持并发展为工程机械、汽车制造等行业服务为主的目标，按照“厚基础、宽口径、重实践”的教学指导方针，培养符合企业需要、社会认可的应用型高级专门人才。应用型人才的培养应该着重“厚基础+强素质+个性化”培养，也就是需要在培养学生扎实的基础知识的前提下，注重学生实践动手能力、创新能力、团队协作能力等方面的培养，同时注重因材施教，进行个性化培养。要实现应用型人才培养的目标，归根结底还是要落到课程教学这一实处上来。作为机械工程类本科专业的核心技术基础课，机械设计课程的教学需要在现有基础上大力推进全方位的改革，以满足机械类专业的应用型人才培养目标。
1课程教学现状
机械设计课程主要介绍通用零件的设计理论与方法，具有很强的理论性和实践性。课程内容涵盖零件及机器设计的基本原则与设计计算理论以及连接部分、传动部分、轴系部分等。该课程旨在为学生提供构思能力、工程分析能力以及解决实际工程问题的能力等方面的基本训练[1]。当前，机械设计课程教学过程中存在课程内容繁杂、过于重视理论计算而忽视实践、课程教学内容与工程联系不够紧密、教学内容与学科领域最新发展脱节、教学方法单
一、学生学习效果一般等现象和问题，亟待改进。
1.1课程覆盖面广、内容繁多。作为专业技术基础课，机械设计课程涵盖零件及机器设计的基本原则与设计计算理论以及连接部分、传动部分、轴系部分等。课程的具体内容从机械零件的设计方法、机械零件的强度计算、摩擦与磨损理论，到具体的螺纹连接、销连接、键连接、齿轮传动、蜗杆传动、挠性件传动、轴、联轴器、滚动轴承、滑动轴承等具体零部件的设计，内容繁多，且各部分内容自成一体，不具备系统性，给教师授课和学生学习带来较大的难度。
1.2课程教学内容与工程实际联系不够紧密。机械设计课程不仅理论性强，而且很强调其在实际机械零部件设计中的应用，具有很强的实践性。机械设计课程的基本理论大多直接来源于机械设计实践活动中的经验总结，如果在理论教学过程只是照本宣科而不能结合实际阐述其计算原理与来龙去脉，使学生只知其然而不知其所以然，缺乏对知识点的深刻认识，在学习过程中也会觉得枯燥乏味，甚至影响其对知识的理解、掌握[2]。
1.3教学方法单一，缺乏创新性。合理的教学方法对于教学效果的提高至关重要。受限于教学内容理论知识偏多，机械设计课程在教学方法方面往往创新性不足，主要以教师教授为主，学生在课堂上主要是被动接受知识，其积极性和主观能动性得不到充分发挥，这对于提高学生的学习兴趣，培养学生的创新思维都存在不利影响。
2教学内容改革研究
在机械类专业应用型人才培养目标的指导下，明确了本课程的教学目的是要切实提高学生理论联系实际的能力，以及分析和解决实际工程问题的能力。鉴于此，需要在此教学目标的基础上，进一步优化课程内容，确定教学内容的范围、广度与深度，使学生在掌握基本概念和基本理论的基础上，突出应用能力的提升。将一些繁琐复杂、难度较大的公式推导等内容适当删除，为不致知识点脱节，代之以公式背景的介绍和运用的说明。适当压缩纯理论教学学时，特别是对于类似结构与零部件的设计，可以适当安排学生自学，培养学生举一反
三、学以致用的能力。此外，还应增加设计实践、实验教学等环节教学内容的创新性，从而提高学生的学习积极性。在引导学生建立机械设计知识体系的基础上，结合应用型人才培养的需要，深入调查研究机械类专业学生毕业后从事的工作对于机械设计课程知识的需求，并立足于实际生产过程，根据机械行业的发展方向有针对性、有侧重点地对学生在实际工作中广泛应用的知识点进行深入讲解。例如，考虑到部分学生今后可能进入汽车生产企业工作，可以在教学内容中适当多以汽车零部件作为实例讲解，培养学生对汽车设计制造的兴趣，也可以使学生将来在工作岗位上尽快进入角色。
3教学方法改革研究
3.1运用启发式、讨论式教学方式。传统的机械设计课程教学往往采用灌输式的教学方式，没有重视学生主动性的引导和发挥。采用启发式教学方法和讨论式教学方法，以问题为基础，组织学生参与课堂讨论，启发学生的思维。例如在讲授齿轮传动时，给出有齿轮元素的高校校徽图案，以论述齿轮传动的重要性，并引导学生思图案中的结构错误，从而加深学生对齿轮结构的理解，使教学效果得到明显改善。
3.2计算机辅助教学课件和实验器材的使用。机械设计课程实践性强，涉及大量复杂零部件、结构的静态、动态过程分析，部分学生在由于工程实际认知匮乏，空间想象能力较差，学习时将存在一定的困难。利用计算机辅助教学课件特别是体线运动特征的动画，结合适当的教学器材进行演示，可将传统方法讲授时不易讲清楚、学生难以理解的内容直观形象地展示出来，从而提高教学效果。
3.3实践教学改革。机械设计课程设计是机械设计课程重要的综合性与实践性教学环节。通过课程设计，将理论与工程实际结合起来，加强学生的技能训练，提高学生的综合应用能力。传统的机械设计课程设计往往都是二级减速器的设计，在设计题目中给出明确的设计数据和设计方案，内容几乎是千篇一律，制约了学生的思维。为培养学生独立分析、解决实际工程问题的应用能力，采用开放式的综合性设计实验，使学生初步掌握从明确设计任务到机构运动方案设计、机构运动参数设计、结构设计等机械产品的一般设计流程，形成良好的设计习惯。同时，以机械创新设计大赛和“慧鱼”模型组合大赛为契机，一方面借鉴大赛参赛项目的成功经验，学习设计思路和方法；另一方面，鼓励和指导学生参加比赛，使学生获得更多机械设计实践的机会。
4结论
本文从机械设计课程教学内容、方法、手段以及实践教学等方面着手进行课程改革研究，转变以知识传授为主的教育理念，更新教学内容，改进教学方法，逐步树立以能力为本的应用型人才培养思想，提高学生理论联系实际，分析和解决实际工程问题的能力。
参考文献:
[1]濮良贵，陈国定.机械设计[M].北京:高等教育出版社，2013，1-4.[2]李延斌，高有华，田方等.面向培养卓越工程师的机械设计基础课程改革[J].实验技术与管理，2012，29(4):231-233.第五篇：机械设计课程设计论文
机械设计理论教学研究
一、引言
机械类专业的教学不像其他专业教学一般，多以理论为主，机械类专业较为偏重的是实际操作，多上手才能得到更多的锻炼，才能对本专业有更好的认识。由于扩招政策的推行，导致了现今大学生的可以动手操作的机会显著减少，这对于学生以后的发展也有一些小小的影响。在以往的教学过程中，总是先进行机械设计的理论课教学，待理论课教学进行两到三周之后，再加入实践设计课程。这种教学课程安排虽有其可取之处，但也有其不足之处，例如会造成知识的断层，为解决这一问题，提出了理论教学与课程设计并行的教学模式。
二、对传统教学模式的分析
传统的机械设计教学模式是将理论教学与实操教学分开进行的，这是一种分离式的教学模式。在这种情况下，即使带教老师有着长达数年的教学经验，在课堂上可以让学生学到扎实的基础知识，但实际操作的欠缺仍旧是一大硬伤。这是现今人才培养过程中普遍存在的重学轻用现象。正因为这种分离式的教学模式，使得理论课程与实践课程看起来好像完全不同的，没有联系的样子。开展这两门课程的初衷是为了使他们相辅相成，使得学生通过实践课程可以更好的理论知识，所学到的理论知识也能很好的指导实践操作。但这一目的似乎并未达到，反而有所背离，致使学用脱节。学用脱节是导致学生尽管很好的学习了理论知识，但仍不能很好的应用理论知识指导实践操作的根本原因。当学生开始课程设计时，因为前面所提到的这些原因，他们并不能很好的将自己所学到的知识应用到课程设计中去，也不知道该从那个点着手，不能深究问题，最后只能仓促了事，着实令人惋惜。这便是这种分离式教学所带来的不好之处，虽然就这种教学模式也有其存在的必要性，也有其可取之处，但笔者认为，瑕不掩瑜，只有进行完善与整改，才能使的教学模式变得更加的科学合理。
三、对并行教学模式的探索
任意选取一班学生，进行机械设计理论教学与课程设计并行模式的试点班级，以下为主要做法:
(一)同时进行理论教学与课程设计
以往传统教学模式理论教学与课程设计的开展是有时间差的，在本次探索实践中，打破了传统的桎梏，两项教学工作同时进行，即开课就开始布置课程设计，使得课程设计与理论教学结合的更为紧密。这将以往的课程设计进行了拆分重组，目的是为了更符合这种两者同时进行的新模式。
(二)以具体项目为主线进行教学工作
设计项目的选取要选取涉及面较广，最好可以综合机械设计的基础知识及其进阶。减速器设计极为符合这一要求，这一项目包括了教材中的诸多内容，比如教材中所提到的零件的传动，连接部分以及零件承受外界压力的程度等［1］。选取这一项目作为主线，能够使得学生对于基础知识的掌握更加深入，对一些通用常用的设计方法也可以有所了解，有所掌握。将减速器设计作为主线来进行教学是很可行的。除此之外，对于教学设计，笔者认为，应该整合课程与项目，确保项目设计中所涉及到的一些设计知识尽可能都的包括在教学内容当中，在进行教学安排时也应考虑项目的工作进展，争取“知”与“行”可以达到高度统一。此外，在教学的过程中也应该根据实际需要，进行讲解。
(三)以学习任务的形式促使学生产生兴趣
将全班进行分组，并将减速器设计的项目进行拆分，拆分所得的几个小项分别分配给各个小组，并保证小组内成员人人都可以参与到此项目的设计当中来，并在设计当中均能起到一定的作用。这种任务分配的方式，更能激发学生学习的动力，使得每个学生都参与到这项活动中来，这对于学习兴趣的培养也是极有益处的。此外，还可以增加答辩之类的项目，让每一位同学都能站到讲台上阐述自己的想法与设计，这对激发学生创新思维有很大的帮助。
四、模式变革的效果
通过模式变革的实验，所得结果多积极向上，改善较大多体现在以下几个方向:
(一)学生主导学习，学习兴趣明显提高
传统学习模式多由老师主导学习进度，进行模式变革，采用理论教学与课程设计并行教学的模式后，学习进度变为由学生主导，增强了灵活性，也大大提升了学生的学习兴趣，使得学生学习更为主动，之前所出现的一些不好的现象例如开小差，打瞌睡等小动作［2］也有所减少。
(二)师生之间交流增多，效果显著
理论教学与课程设计并行教学模式，极大程度的激发了学生深入探究的积极性，越深入，发现的问题便也越多，此时便会主动向老师请教，和老师进行交流，师生之间的思想碰撞也能给对方带来灵感的火花，无论是对于教师还是学生，都极有帮助。
(三)拥有足够设计时间，质量得到明显提升
传统教学模式留给学生进行课程设计的时间并不充裕，经过变革之后，课程设计的时间被大大拉长，也给了学生能够深入探究的机会，这对设计质量的提升起到了不可忽视的作用。
五、结论
虽然本次实验只是初步尝试且还有一些不足之处，但机械设计理论教学与课程设计并行教学模式所带来可以的好处是显而易见的，笔者认为可以将这一模式同样也应用到机械类专业的其他课程中去，唯有使知行合一，才能更好的应用所学到的知识，最不应该空怀宝藏却不知其应用之法。知理论，懂实践，才是上佳之道。
参考文献：
［1］迎春，王利华．机械设计理论教学与课程设计并行教学模式的探索［J］．时代教育，2015，12(21):14－16．
［2］庞兴华，解芳．CDIO教学模式在机械设计教学中的研究和实践［J］．教书育人:高教论坛，2015，22(33):134－138．
第六篇：机械设计课程设计论文
机械设计课程中零件材料教学研究
一、引言
机械设计是大学工科类专业基础课，主要讲授通用零件设计，包括零件的特点、应用以及零件强度刚度的设计计算等内容。设计一个零件，首先是确定零件材料。以材料为标志的人类文明的发展史，先后经历了石器、青铜器和铁器时代。每经历一个时代，意味着人类文明向更高级的层次迈进。材料是人类社会发展的物质基础和先导，是社会生产力和科学技术水平的重要标志，而新材料更是人类社会进步的催化剂。如今，随着材料科学的迅速发展，具备各种性能和功能的高分子材料和复合材料层出不穷，极大地改变了人们的生产和生活方式。因此，在机械设计教学中运用材料科学发展最新成果提升机械设计水平，使其跟上时代发展步伐，已经成为发展机械工程设计的一个大的突破口。目前，尽管大学机械工程本科专业开设了工程材料类课程，但仍旧是以钢和铁为代表的金属材料占绝对主导，其他材料课程仅简单介绍，内容显然无法适应新时代科技发展。另外，以零件设计为核心的工程思维不突出，与机械零件设计过程的后续步骤衔接不够，无法满足现代机械设计人才的培养要求。强化材料在机械设计中的地位和作用，是我们不得不面对的课题。
二、材料在机械设计中的作用
（一）材料是机械设计的重要基本要素之一
机械设计是对一个设想的或有市场需求的机器在运动、结构和能量传递等方面进行构思、分析和计算，并将其转化为具体信息，以作为制造依据的工作过程。作为构成机器基本单元的零件有质量、有形状、承担载荷、传热和导电、经受磨损或腐蚀。这些决定了机械零件乃至整个机器的性能指标，都和零件材料直接相关。材料不但决定零件的结构性能，还影响加工，从而决定零件的尺寸、精度和成本。设计越复杂，要求越严格，材料对机械零件设计的影响越强、越复杂。而且，这种关系体现在材料选择过程中，几乎贯穿了零件设计的全过程。没有合适的材料，无论多么好的设计也不能变成现实的产品，正所谓巧妇难为无米之炊。可见，材料是机械设计的粮食。[1]机械零件材料选择合适与否，主要从材料的强度、刚度、磨损、工艺性和经济性[2]，以及可持续性等方面进行取舍，是机械设计中最重要的决定。
（二）材料选择的创新是机械设计创新的重要源泉
对产品性能的要求，促进了材料的发展和在产品中的应用。新材料发展越快，产品设计时材料选择范围就越大，机械设计人员就有更大可能设计出更多性能、更加优异的创新性产品来。例如，具有高强度、低密度和耐辐射性能材料的问世，使得人们可以设计一些在极端环境下工作的机械产品，如航天器。[3]纳米材料技术极大拓展了机械产品在微小尺度方面应用的范围。复合新材料特别是复合高分子材料的出现，更是革命性地促进了机械行业的发展。[4]例如，聚四氟乙烯是迄今为止发现的摩擦系数最低的固体材料，相对于铜等各类软金属具有无毒、耐腐蚀、节约和低摩擦等优点，在轴承等接触类零部件上得到广泛的应用。今后材料的发展方向是材料特性随外界条件变化的智能材料，它将支持未来高科技的发展，也给机械领域的进一步发展和创新提供了更加广阔的机遇和更坚实的基础。随着材料科学在科技发展中的先导地位和基础作用日趋明显[5]，选择性能更加优异的新材料设计零部件对机械设计的创新作用无疑会越来越重要。可见，新材料的应用是机械设计构想得以实现和拓展的重要基础，机械设计的创新很大程度上是以材料创新为基础的。
三、机械设计中零件材料教学改革
零件材料的选用最终是服务于机器或零件设计的。如何依照机械零件的使用要求和设计零件的基本原则，有根据地、合理地选出最优的材料，是机械设计中零件材料内容教学改革的根本出发点。我们认为，传统机械设计课程中零件材料的内容存在以下两个需要改进的问题：一方面，涉及材料选择的内容偏少且仅仅是材料性质的罗列，没有真正体现为设计服务的思想。机械设计教材中的零件材料部分，经常只是泛泛地介绍材料种类以及常用材料的特点，至于零件设计过程中的材料选择如何进行等关乎零件设计优劣的重要方法信息却很少提及。学生虽然了解材料的性能特点，但在后续零件设计计算时，还是不知道材料选择该如何进行。国际上的经典教材给了我们许多启示。
四、结论
材料不但是机械零件设计的基本要素，而且随着材料科学技术的不断发展，越来越多的新型材料进入机械设计领域，成为机械设计创新的重要来源之一。加大利用新材料的广度和深度，将从根本上促进机械领域的再发展再振兴。培养有意识地使用新材料的机械设计人才是实现这一任务的基础和前提。这就要求机械设计课程在内容和方法上改进传统的零件材料选择教学，坚持以设计为主线的材料教学，在整个设计过程中体现材料对设计的基础作用，使机械设计更优化、更合理，以适应科学技术以及社会发展要求。
第七篇：机械设计课程设计论文
职业中学机械设计制造专业教学研究
摘要：在专业中学教学中，机械设计制造及自动化教学是一门十分重要的专业性课程，它主要的对机械设置制造，自动化，教控技术与应用等方面的探索与研究，所涉及的内容十分广泛，充分提高学生机械设计，加工自造的能力，为其今后能够迅速的适应未来的机械制造专业技术岗位，开辟有效的途径。结合多年来机械设计制造及自动化教学的经验，如何有效开展机械设计制造及自动化教学，提出了一些看法和建议。
关键词：职业中学；机械设计制造及自动化教学；问题对策
1职业中学机械设计制造专业教学中存在的问题
目前，随着科学技术的不断发展，社会分工越来越细化，各个职业对职业中学毕业生需求量越来越大，尤其是职业中学机械设计制造专业的学生更受到了广大企业的青睐，通过机械设计制造及自动化的教学，学生能够有效地掌握机械制造技术的基础知识，迅速适应岗位要求，为企业的发展作出贡献。但通过对现阶级某些职业中学设计制造专业的教学进行分析，我发现了一个问题，主要表现以下几个方面。1.1课本理论知识存在的问题分析机械中学教学大纲，我发现学生使用的机械制造课本教材内容相对陈旧，学生所学的理论知识无法与目前机械制造设计中的新技术，新理论相接轨，教学与社会需求严重脱节，缺乏真正的实践经验，使学生在学习中感到十分盲目。
1.2教学方法存在的问题
在机械设计教学中，某些老师缺少对教学方式和方法的探究。使用的教学方式过于模式化，教学方法过于简单，教学方式相对死板，在教学过程中只注重对教学内容的讲解。而忽略学生的认识能力和认识特点。缺乏对学生主观能动性的开发和兴趣的培养，使学生对机械设计制造感到十分空洞，学习起来感到枯燥乏味，逐渐失去学习的动力。
1.3实践教学存在问题
由于目前机械设计制造的需求量很大，生源严重超标，由于人数众多，实习部门的实习岗位有限，部分学生只能以观摩和传授的形式进行实践教学，即使偶尔有动手实践的机会，也难以正确对待，往往敷衍了事。这种情况大大降低了学生实际上机动手的能力，使他们很难将理论与实际进行有效的结合，严重影响到教学效果，很难培养出具有创新性的高素质机械制造人才。
2改进机械设计制造及自动化教学的对策
2.1积极转变观念，找好教学中的定位
在机械设计制造教学中，老师要积极转变传统落后的教学观念，改变枯燥乏味、简单、单一的单向性的讲授模式，采用以学生为主体的教学模式。老师要有效地发挥自己在教学中的主导作用，采取各种先进的教学方式和方法，激发学生的主观能动性，调动起学生对机械设计制造学习的积极性，将理论知识很好地运用到实际问题中，让学生得到深刻理解，从而提高学生在机械制造教学中的自主学习的能力，同时培养其创造性思维的发展。
2.2理论与实际紧密结合，开展实践性教学
机械设计制造专业是一门实践性很强的专业课程，因此在教学过程中，老师要敢于将机械设计制造的相关理论知识与实际技能有机地结合在一起，开展实践性的教学，让学生通过到工厂内从事实践类的实习操作，迅速地将学到的理论知识运用到实践生产中，及时发现在学习中存在的问题，通过现场操作和老师的引导讲解，学生的机械制造思维能很快地从课本上的表面知识上升为深层次的理解，大大加快学生专业知识技能和岗位职责的形式，提高解决机械职责实际问题的动手能力，促进创造性思维的发展。那么在机械设计制造中，如何有效开展实践性教学呢？可以从以下几个方面展开。（1）课堂实践性教学。这种教学方式一般在职业中学内部完成，一方面，在课堂理论知识讲授的过程中，老师根据课程的内容，尽可能选择一些机械实物、机械模型、带到课题上来，或者利用多媒体教学软件制作课件，让学生对理论知识感到看得到、摸得着，使学生不再感到空间乏味，同时提高学生的学习兴趣。另一方面，老师要将理论课程学习与实验课程紧密地联系在一起，在教学课程安排上，多安排一些实验课程。要结合教材大纲的内容，精心设计一些实验课题，使学生能够将学习到的理论知识迅速地运用到实验教学中，通过根据设计的要求和条件，进行分析和判断，制定实验的方案，使学生对实验的原理有透彻的理解。（2）车间实践性教学。这种教学一般是在校企合作模式下进行的，因此要建立起适合学校和企业公司实际情况的校企合作模式。职业中学与机械制造厂家签订学生的实习合同，共同制订人才培养机会，共同组织教学，学校与机械制造厂家定期合作，按照教学大纲的要求，根据工厂业务内容，组织学生进工厂车间参与工厂制订的各种机械制造项目的设计工作。车间实践性教学一方面可以使学生迅速地将所学的理论知识运用到实践生产中，彻底地掌握知识，另一方面能够使学生熟悉对应的岗位职责范围，为以后的上岗做好充分的准备。
3结论
在职业中学机械设计制作专业的教学中，老师要敢于转表传统的教学观念，完善教学方式和方法，将理论知识与实际有机地结合在一起，开展实践性教学，从而有效地提高教学质量。
参考文献：
[1]刘文明.《机械制造技术》课程特点与现场教学[J].西安航空职业中专教学报，2007（3）：65-66.[2]赵宏平，职业中专《机械制造技术》课程的教学改革[J].苏州市职业中专报，2007（2）：89-99.[3]翟燕南.《机械制造技术》课程及主要实践环节的教学改革[J].南京工程学院报，2003（12）：42-43.[4]吴光华.《机械制造技术》课程教学改革[J].机械职业教育，2006（3）：44.一、我院机械设计课程设计的背景
我院建校前几年由于师资力量有限，主要依赖兼职教师指导课程设计，这些兼职老师大多来自一本院校，他们时间有限，指导方法基本沿袭一本院校的指导方法，每天集中一两个小时在教室集中指导，而三本学院的学生依耐性强，老师走后基本是放鸭子，因此抄袭现象特别严重。此外，在教学指导过程中也存在一系列问题，比如必须掌握的知识点、知识群、关键内容都没有明确，指导过程因老师而异，随意性较大，标准不统一。因此，进一步规范课程设计的内容、指导方法、达到的目标、必须掌握的知识点和知识群，显然是提高实践教学质量的重要内容和措施。后来随着一些青年教师的引进，我们对机械设计课程设计的题目、应该完成的内容及进度要求、考核方法等进行了一系列的研究与实践，使学生达到掌握知识点的目的。
二、针对机械设计课程设计题目、指导方法，进度安排及考核方法进行改革
（一）设计题目的改革
以前兼职老师给的课程设计题目是多样化的，鉴于我院学生的基本条件，我们把课程设计的题目统一标准化了，传动方案也已经给定，目的是让学生熟悉课程设计的一般方法，掌握应该掌握的知识点，并对机械设计的理论课的知识加以巩固，并不要求他们创新设计。其设计题目、初始条件和传动方案如下：设计题目：带式运输机的传动装置；初始条件：带式运输机可运送谷物、型砂、碎矿石、煤等。两班制工作，连续单向转动，有轻微振动，输送带的速度允许误差为±5%，使用期限为10年。卷筒与输送带间传动效率96%，减速器批量生产。要求学生每人按学号顺序依次选一组数据进行设计计算。
（二）指导方法改革
在课程设计之前，负责人对指导机械设计课程设计的老师集中在一起开个小会，对学生必须掌握的知识点、知识群、关键内容都明确要求，要求指导老师每天的上午和下午至少在教室两个小时，这样学生有问题就能及时找到老师解决问题。还有学生课程设计进行到第一阶段，尤其是课程设计的设计计算初步完成时候，要求指导老师对学生的计算数据进行初步的检查，并要在草稿本上签字，才可进行下一阶段的工作。这样就避免后面学生在画草图时候发现错误，又要反过来重新计算浪费大量的时间，并且可以避免了个别学生抄袭的现象。
（三）进度安排改革
以前兼职老师指导课程设计时候，一次把课程设计要求完成的内容一个半天讲完，这样内容太多，学生根本记不清楚。我们根据三本学生的特点，将机械设计课程设计分为六个阶段。每个阶段集中讲解一次，学生按进度要求完成该完成的任务。第一阶段，主要是动员和设计计算。学生在这一阶段应该完成的内容包括：选择电动机；计算总传动比和分配传动比；传动装置的运动和动力参数计算；传动件计算；初算轴的最细处直径；选择联轴器（型号、孔径、孔长等）；初选滚动轴承及其相关参数，轴承盖是否干涉等。要求学生按上述步骤严格进行，不要颠倒。第二阶段是草图绘制。设计计算完毕后，我们会带学生到实验室做一个减速器拆装实验，主要是对减速器有个感性的认识。然后在集中讲解，其内容包括：减速器的结构；减速器的润滑；设计装配图的准备；减速器铸造箱体的结构尺寸；减速器装配草图设计；轴和键的强度校核，滚动轴承的寿命计算。第三阶段是正式绘制装配图，在完成减速器装配草图后，校核轴、键强度及滚动轴承寿命无任何问题时，在此基础上继续完成装配图。要求注意两个方面的设计：轴系零件的结构设计；减速器箱体及附件的结构设计。第四阶段是装配图的检查。给学生主要讲解的内容包括：检查装配草图；标注主要尺寸与配合；编写减速器的技术特性；编写技术要求；零件编号；编制零件明细表及标题栏。第五阶段是零件图的绘制。零件工作图是零件制造、检验和制定工艺规程的技术文件，应包括图形、尺寸及其极限偏差、表面粗糙度、形位公差、技术要求等。零件图从装配图上测绘下来，形状应与装配图一致。第六阶段是编写说明书。说明书的编写我们也把格式基本给学生，学生按照步骤把草稿整理成册就可以了。机械设计课程设计总共安排了三周的时间，周末时间不计，具体的进度安排我们设计了一个表。
（四）考核方法进行改革
课程设计结束后，我们会现场答辩，在答辩时候，会先给个预成绩，这个成绩非常重要，因为通过答辩，可以看出学生对课程设计掌握的情况，是否有抄袭，一问就基本可以得到答案。最后结合学生交上来的课程设计说明书、装配图、零件图给每个学生单独评定优、良、中、及格和不及格的成绩等级。
三、结束语
苹果采摘机械手设计探讨 篇7
关键词：机械手,平面四杆机构,三维建模
1 设计方案
苹果采摘机械手是直接作用于苹果的。一般来说, 为了防止果实被碰伤, 大多数的机械手的手指内侧都会采用尼龙或者是橡胶材料来接触苹果的。因为苹果的外形, 大小等条件, 所以机械手的设计部分应该仔细考虑尺寸, 手指的关节数量等。
2 手指数量
苹果的外形有时会因为各种外界原因而生长得不规律, 大部分外形相对比较规则的小型果实, 会采用带有吸盘的两个手指用来直接抓取果实。相对两个手指, 3个手指的收获机械手在抓取果实的过程中它的稳固性会更好地体现出来。若是采用4个手指的苹果采摘机械手的话, 它的效果会更好, 但是对于控制方面会有点困难。机械手指的设计要求和苹果果实的外形尺寸方面有着密切联系。一般来说, 机械手指的抓取效果与机械手指的数量成正比, 但是随着手抓的数量越多, 它的控制也越来越难。这个时候就需要在这几个条件中寻求一个平衡点了, 根据需求本设计选取了4个机械手指。
3 关节数量
一般来说, 苹果形状规则的, 采用的是1个关节手指的苹果采摘机械手。但是与人类手指相似的手指, 因为控制与材料相对比较麻烦, 研究相对不是很多。苹果的采摘机械手的原理是指尖通过类人类的肌肉组织与细软钢丝相连, 在类人类肌肉收缩时, 产生的拉力能够让指尖柔软地弯曲。收获苹果机器手由于要控制其表皮不受到伤害, 设计了四个机械手指, 每个机械手指都有四个关节, 通过控制绳的伸缩及其控制采摘机械手的设计, 使手指弯曲成想要的形状。
4 三维建模
软件Pro-e是美国PTC公司旗下的产品Pro Engineer软件的简称。在现今的三维软件中有着非常重要地位, 是当今世界机械行业CAD/CAE/CAM领域的新标准, 得到机械行业的认可和广泛使用, 是目前最成功的三维制图CAD/CAM应用软件之一。模型的参数化设计的理念是由Pro/E第一个提出来的, 还利用单一的数据库来处理特征的相关问题。此外, Pro/E运用模块化的方式, 用户根据自身的需要选择, 而不用安装全部的模块。Pro/E的特征方法能够将产品的设计和生产过程结合在一起, 用来实现并行工程方案的设计。Pro/E软件不但能应用在工作站上, 而且也能应用在单机中。Pro/E应用模块的方式可以进行产品的草图绘制, 零件制作和装配设计以及加工处理等等, 确保用户按照自己的需要进行选择使用。PRO-EENGLISH的功能特点主要由以下几个部分:具有完整的3d建模功能, 提高用户的产品质量和减小新产品的研发周期;模具设计, 装配指令和机床代码能后自动生成, 生产效率高, 技术人员劳动强度小, 减少人为误差;具有仿真和分析虚拟样机的功能, 从而优化产品性能和产品设计;数字化产品数据能够在适当的团队成员之间共享, 避免重复地劳动;可以与各种cad软件和业界标准数据格式兼容, 文件的通用性高, 有利于工作人员的技术交流和合作。三维建模软件的版本为pro-e4.0, 仿真软件的版本也为pro-e4.0, 但是高版本的pro-e可以通过设置某些参数, 在一定的条件下, 将pro-e创建的装配图或者零件图以一定的方式导入进去。为了保证这些零件在导入过程中的正确率, 在pro-e中造型是应该注意以下几点:
(1) 尽量采用pro-e中提供的缺省模块。 (2) 在三维建模时要尽量减少零件的数量。如果不同的零件的相对位置是固定的, 那么在不影响仿真效果的前提下, 可以考虑将他们做成一个零件; (3) 做好零件区别。在系统中如果存在几个相同的零件时, 应将他们另存为不同的名字, 以示区别。创建装配体, 需要在proe4.0中创建机械手各个部件, 包括活塞, 手爪支架, 手爪, 连杆和刀片等各零件的三维图, 标示所有零件及其对应的名称, 将所有的零件图pro-e文件放置在一个文件夹中, 以便于装配的时候能够快速准备找到零件。在装配模式下, 采用不同的连接方式, 包括匹配, 对其等对元件进行约束, 放置相应零件, 并对零件之间的位置关系做出准确的定位。在完成连续定义后, 还可适当增加一些约束, 以便与在动画生成设定各约束的关键点, 此类点在仿真的时候是可以捕捉到的点, 有利于减少将模型导入后, 设置约束着一块的工作量。完成的装配图, 并将其转化为工程图。根据苹果采摘机械手的工程图, 对该机械手的结构进行描述。其中大体组成从左向右分别是:活塞缸, 连杆, 手抓支架, 手抓, 刀片等零件。可以将其主要的工作原理概况为:将支架固定在行动机构中, 行动机构完成整个机械手和苹果相对位置的控制工作。当机械手和苹果具有正确的采摘位置时, 驱动机械手向苹果靠近, 与此同时, 通过拉动活塞来实现活塞前运动以使手指张开。直到苹果在机械手的包围范围内, 控制机械机构是活塞向后以将手指合拢, 实现苹果的抓取。
5 结语
随着国民经济的发展, 农业生产逐渐向精准化, 多样化, 规模化发展, 我国农业劳动力严重不足, 随着现代先进技术逐渐向农业领域渗透, 农业技术的日趋成熟和现代化技术的发展, 农业机器人将越来越多地运用到农业生产过程中去。
参考文献
机械手设计 篇8
【关键词】机械设计 双语教学 渗透式教学
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）10-0167-02
一、双语教学背景
我国加入WTO和新课程改革给我国教育带来前所未有的机遇和挑战，学校课堂教学如沐春风，注重学习的体验和知识的运用成为目前教学的最为核心的内容。英语作为一种语言交流工具，日益成为人们关注的焦点。现在，纯知识的外语教学已经落后，不再适应社会及经济的发展；英语教育中除了知识性，还有工具性、交际性和文化性。然而，我国现行的英语教学存在的弊端是：学生在课堂上学习英语知识，在日常生活中无处应用。学生们面临的最大问题就是缺乏彼此之间的交流，没有学好英语和运用英语的外部环境，结果就导致“哑巴英语”这一现象的产生，严重地影响了人才的培养。双语教学，在高校的应用进一步充实了英语教育的工具性和交际性。
所谓“双语教学”，即用两种不同语言作为教学语言的教学。一般是指在用母语进行部分学科教学的同时或在母语教学过关的情况下，用部分非母语或全部非母语进行学科教学的称为双语教学。
二、《机械设计》双语教学的可行性：
1.从大环境来说，我们要吸收国外的先进的教育理念和方法，所以要用英语作为沟通的桥梁，而在高校里加强这一沟通的桥梁的最好的办法就是双语教学。
2.从课程本身来说，《机械设计》是机械工程专业的最后一门技术基础课，要求学生能够综合应用所学知识联系生产实际去设计适用的零部件和简单的机械。理论推理不多，难度相对适中，非常适合开展双语教学.
3.从学生角度出发，这门课一般放在第五学期，这时学生英语的水平基本过英语四级，所以从知识的角度他们也已经具备开设双语课程的能力了。况且，先修课程也有开设双语的经历，他们更容易适应。
三、《机械设计》双语教学拟采取的办法以及效果，
通过六年的双语教学，我得出了以下经验：用英语作为课堂语言对《机械设计》进行教学，需注意的是英语只是教学的手段而不是主要目的。要想双语教学的效果好要从授课教师的选拔和培养，上课所用教材的选取，授课模式和对学生的评价等几个方面入手开展双语教学。
1.双语教师选择
首先对《机械设计》双语教学的教师应该有多年的《机械设计》教学经验，对该课程有深刻的理解和把握.同时，也应该有一定的科研基础，对该学科的前沿知识有深入的了解，从而在讲解基础内容的同时能够做到前沿的延伸.更重要的是教师还要有较好的英文基础，能够用英文流利地进行表达.建议学校选双语教师时能够选拔那些在教学一线长期从事机械专业课教学的归国留学人员担任.另外，学校可以资助教师出国进修和访学来培养双语教学教师，也可以通过与国外高等院校的交流与合作的形式来培养双语教学教师.
2.教材选用
建议选用 杨明忠 编著的《MACHINERY DESIGN》该书内容深浅适宜，与中文版，濮良贵编著的《机械设计》章节的布置基本一致，可作为中文辅导教材，例题和习题丰富，基本符合国内的教学大纲.还要引导学生多参阅国内外的知名教材，如：Robert L Mott 《Machine Elements in Mechanical Design》， Joseph E Shgley 《Mechanical Engineering Design》等。从而加深对教材内容的理解.
3. 教学模式的选用
双语教学时，教师可采用部分英文渗透式教学.教师上课时可以先给学生介绍些常用的专业英语词汇，如Machinery design（机械设计），Failure models（失效形式），Stress（应力），Strain（应变），Threaded fastener and joints（螺栓紧固件与连接件）， Strength calculation（强度计算）等.让学生先熟悉专业词汇，使之很自然地接受英文表达.教师上课时可采用全英文板书，并恰当地处理英文表达，大部分用英文表达，中文作为必要的补充.教师上课时还应该引导学生用英文方式思考，用英文提问题，逐步增强学生的英文水平，使英文与专业课学习共同进步.注意应用启发式和讨论式教学，在课堂教学时尽可能多地使用些贴近生活的的实例，如：两个螺钉连接两块板，螺栓型号已知，那么最大能承受多大的横向载荷等，鼓励学生去挖掘更深层次的思考.
4. 考核形式及效果
考试成绩应由平时成绩、实验成绩和期末成绩3部分组成，其中期末成绩占70%，平时成绩占 10%.实验占20%。平时成绩教师可通过让学生翻译英文定义和概念，用自己的话英文表述分析过程，如：用英文表达螺栓连接承受横向载荷强度校核的分析过程。从而了解学生对专业知识和英语的掌握程度.试卷采用一半英语一半汉语.经过一个学期的双语教学训练，学生能够读懂一些简单的机械相关英文文献。
如下是从2010-2015年同一专业的汉语班和双语班的各项指标的对比如图1，2。
由图可以看出，就《机械设计》双语班的教学效果呈现逐渐上升的趋势。双语教育的模式和效果逐渐成熟，无论是从该课程的及格率、四级通过率，考研上线情况看双语班都已经有明显优势。所以双语教育需要持续进行，使其优势能充分发挥。
四、双语教学中的问题
虽然教学效果明显，但也暴露了一些问题，从全国其它高校尤其是近几年安阳工学院各个院系的双语教学课程实践过程来看，双语教学存在着一些问题.
1.双语教育的师资力量不足
双语教学的基本要求要常年从事机械设计的教学，具有丰富的授课经验，且能顺利的实现全英文上课。发音准确很重要，其次是流利组织语言的能力。但我们都是非英语专业出身，阅读不是问题，但是口语水平参差不齐，能满足讲双语课要求的老师不多。
2.学生的英语水平
我们中国的孩子学习英语听力、口语都是弱项，而且学生的英语水平落差较大，有的大三已经通过六级考试，而有的同学四级还没过，所以讲双语课时学生的接受情况也不尽相同。所以成绩悬殊较大。
3.忽略了学生的主体地位
有些教师在对学生进行双语教学时，除了所用教材增加了英文版本，上课板书用英文外，与普通教学并无大的区别.教师只是一味地讲解，不顾及学生是否能听得懂，如果在授课过程中不能做到由浅入深，循循善诱，很可能导致部分学生因跟不上教师的进度而放弃学习.这就违背学生在教学中的主体地位。
总之，双语教学与研究改革是一项庞大的系统工程，需要更多的双语教师的不懈努力和投入。所以要推进双语教育、提高教学质量，关键在于培养一支合格的双语教师队伍，为此，学校要根据自身实际情况，制定双语培训方案。多与其他高校的教师沟通交流双语教学的经验，多组织海外进修和访问学者等来提高双语教学的资质。