《机构创意设计拼接及参数测试》课程教学大纲
【添加时间：2015-08-05 10:24:52】【来源：】【作者：uestcetcmce】【阅读：】
适用专业：全校工科专业
学 时 数：32 学 分 数：2 开课学期：第6 学期
先修课程：机械技术基础或机械原理、电气控制及PLC及单片机原理及应用
一、课程性质和目标
授课对象：本科生
课程类别（公共基础课或学科基础课或专业核心课或专业课）：专业课
教学目标（本课程对实现培养目标的作用；学生通过学习该课程后，在思想、知识、能力和素质等方面应达到的目标）：机构创意设计拼接及参数测试以小组构思创意方案，按比例组装成实物模型；模拟真实工况并能对机械装置进行驱动和控制，应用所学PLC的基本编程指令及梯形图编程方法，了解如何用实验的方法修改、完善理论设计，培养学生将理论应用于解决实际工程问题的能力为目标，培养学生的方案设计能力、创新思维能力和团队合作精神。
二、课程内容安排和要求
（一）教学内容、要求及教学方法
第一节：掌握相关理论，明确任务，熟悉实验仪器。
4学时，教师对照实物进行课堂讲授，学生练习实验器件的使用。
学生应掌握实验仪的三维调整方法，熟练掌握连杆机构、齿轮机构、凸轮机构；了解单层铰链、复合铰链、蜗杆组件、齿条组件、气缸、电动机的组装方法；掌握驱动电路、气路及其控制线路的连接方法；能根据输入运动的形式选择原动件；了解旋转编码器、位移传感器以及程序控制和运动测试分析仪。
使学生明确以小组为单位，创意设计一具有工程背景的机构；用实验室提供的构件搭建在实验平台上；应用所学PLC的基本编程指令及梯形图编程方法对机构进行控制；并对机构进行运动参数测试及分析。
第二节：方案创意，设计新颖、独特、可行并且具有工程背景的方案。
6学时，学生自愿组合为2～3人的小组，共同协作完成，教师从实际生产、生活及相关资料中启发学生。
加深学生对机构组成原理的认识，进一步了解机构组成及运动特性；学习机构创新设计方法，掌握应用现有原理创新机构（叠加杆组法），利用连杆或连架杆的运动特点构思新的机构，利用两构件相对运动关系设计构思机构，用成型固定构件实现复杂动作；培养学生发散思维、创新设计机械方案的能力。
第三节：搭建机构，使其能灵活、可靠地运动。
10学时，学生以小组在实验室进行，教师现场指导。
掌握杆件分层，按比例组装成实物模型，掌握电机、气缸与其控制线路的组装方法，动态演示机构的运动情况和传动性能，通过直观调整布局、连接方式和尺寸来改进设计，设计和组装融为一体。培养学生用实验的方法构思、验证、确定机械运动方案的能力和动手解决问题的能力。
第四节：编程控制所搭建机构，调试完善，使其能按照设计要求运动到位；安装传感器，测试机构的运动参数。
8学时，学生首先熟悉PLC，教师现场辅导学生，安装机构、传感器与测控仪器。
应用 PLC 的基本编程指令及梯形图编程方法，用计算机编录程序，下载到“程序控制和运动测试分析仪”的可编程控制器，又与机构的电气电路相联接，控制该机构按照工程实际需要的程序，顺序实现仿真性的循环动作。安装旋转编码器和（或）位移传感器，测试机构的从动件位置（角位置）、速度（角速度）、加速度（角加速度）与主动件角位置（长度）的函数关系曲线。
第五节：答辩验收，结课讲授，拆卸所搭建的机构，清理实验器材和工具。
4学时，小组学生讲解，教师及其他同学提问，小组学生回答，最后教师总结、讲授。
掌握机构运动简图的画法、自由度的计算以及机构工作原理的归纳整理，理解科学实验的精益求精精神和认真的实验态度的重要性，了解机构的智能控制方法设计，了解传感器及编程知识在工程中的具体运用，撰写设计拼接实验报告。
（二）自学内容和要求
学生通过学习机构的组合方式，包括串联式组合、并联式组合、反馈式组合及复合式组合；组合机构的类型及功能，包括凸轮—连杆机构组合、齿轮—连杆组合机构，了解将各种基本机构进行适当的组合，使各基本机构既能发挥其特长，又能避免其本身固有的局限性，从而形成结构简单、设计方便、性能优良的机构系统，以满足生产中所提出的多种要求和提高生产的自动化程度。学习PLC 的基本编程指令及梯形图编程方法，控制该机构按照工程实际需要的程序，顺序实现仿真性的循环动作。
（三）实践性教学环节和要求
本实验由学生自己命题，自拟方案，发挥自己的想象力、创造力，创意出具有工程背景的机构方案，以试验装置为平台，把方案组装搭接成实物模型，并控制其运功。培养学生的创新思维、综合设计的能力以及解决实际工程问题的能力；学会用实验的方法构思、验证、确定机械运动方案，用电机和气缸等电气元件及气动元件组装动力源，对机械装置进行驱动和控制；了解如何用实验的方法修改、完善理论设计。
整个实践环节分为四个部分：
1. 开课：4学时。通过教师讲授，让学生掌握相关理论，熟悉实验仪，了解实验仪及各种构件、器件的使用方法。
2. 方案创意设计，6学时。培养学生扩展思维，创意设计具有工程背景的机械方案。
3. 搭接机构，10学时。培养学生用实验的方法构思、验证、确定机械运动方案的能力和动手解决问题将设计转化成实物的能力。
4. 测试并控制所搭建机构，8学时。编程控制所搭建机构，调试完善，使其能按照设计要求运动到位；安装传感器，测试机构的运动参数。
5. 调试验收，4学时。通过答辩对设计及搭建工作作出总结，培养学生认真负责的科学实验精神。
三、考核方式
实验课程的考核方式为考查，由实验报告成绩（期末成绩）+ 实验过程成绩（平时成绩）构成，分别占总成绩的40%和60%。
四、建议教材及参考资料
1. 建议教材：牟 萍编《机构创意设计拼接实验指导书》（内部讲义）2009·12
2. 参考教材：王春燕、陆风仪主编《机械原理》，机械工业出版社，2001.1
邹慧君、傅祥志等主编《机械原理》，高等教育出版社1999.06
胡晓鹏 主编《电气控制及PLC》，机械工业出版社2006.01
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