《机电创新综合训练教程》求取 ⇩

第1篇创新设计基础1

第1章绪论1

1.1概述1

1.2机械设计创新概述2

1.3机电创新产品的控制技术5

1.3.1 工业控制计算机5

1.3.2分散型控制系统（DCS）6

1.3.3可编程序控制器6

1.3.4单片机7

1.3.5 DSP7

1.4创新型人才培养8

1.5课程性质及内容9

第2章创新思维与技法11

2.1创新思维特点11

2.2创新思维方法11

2.2.1形象思维12

2.2.2发散思维13

2.2.3求异思维13

2.2.4逻辑思维14

2.2.5直觉思维14

2.2.6灵感思维14

2.3创新思维培养14

2.4创新技法的分类15

2.5创新技法16

2.5.1类比法16

2.5.2移植法17

2.5.3组合法18

第2篇机械创新设计20

第3章机械系统方案创新设计20

3.1机械系统概述20

3.1.1机械系统的组成20

3.1.2机械系统的特性20

3.1.3机械系统设计的内容21

3.2功能分析与综合22

3.2.1功能分类22

3.2.2功能分解24

3.3原理分析与综合25

3.3.1 39个工程参数26

3.3.2 40个解决原理28

3.3.3矛盾冲突矩阵39

3.4构型分析与综合40

3.5机械运动系统方案评价43

3.5.1评价内容44

3.5.2评价指标的量化44

3.5.3评价方法45

第4章机构的创新设计47

4.1机构创新设计原则47

4.1.1机构尽可能简单47

4.1.2尽量缩小机构尺寸47

4.1.3合理选择运动副47

4.1.4适当选择原动机47

4.1.5应使机构具有较好的动力特性48

4.2常用基木机构48

4.2.1常用单自由度基本机构49

4.2.2常用二自由度基本机构50

4.2.3常用基本机构的特性51

4.3机构变异设计与创新52

4.3.1机架位置的变换52

4.3.2构件形状和尺寸的变化54

4.3.3运动副的变异与演化57

4.3.4运动副的等效代换与创新60

4.4机构组合设计与创新61

4.4.1串联式组合62

4.2.2并联式组合66

4.2.3叠加式组合69

4.2.4复合式组合71

4.5机构再生运动链原理与创新72

4.5.1再生运动链法的一般过程72

4.5.2一般化规则74

4.5.3运动链的连杆类配78

4.5.4运动链再生方法79

4.5.5新机构的构建81

第5章机械结构的创新设计83

5.1机械结构设计概述83

5.1.1机械结构设计的基本要求83

5.1.2机械结构设计的原理84

5.1.3机械结构设计的特点85

5.2结构创新设计的变元法87

5.2.1材料变元87

5.2.2数量变元88

5.2.3位置变元88

5.2.4尺寸变元90

5.2.5形状变元90

5.2.6联接变元91

5.2.7工艺变元92

5.2.8实例分析94

参考文献95

第3篇电控创新训练97

第6章可编程控制器概述97

6.1 PLC的产生与发展97

6.1.1 PLC的产生97

6.1.2 PLC的发展97

（1）早期阶段（20世纪60年代末-70年代中期）97

（2）中期阶段（20世纪70年代中期-80年代中期）98

（3）近期阶段（20世纪80年代中期-至今）98

6.2 PLC的特点及应用98

6.2.1 PLC的特点98

（1）高可靠性98

（2）应用灵活98

（3）功能强、通用性好99

（4）编程简单99

6.2.2 PLC的应用99

（1）数字量逻辑控制99

（2）运动控制99

（3）闭环过程控制99

（4）数据处理99

（5）通信联网100

6.3 PLC的结构及工作原理100

6.3.1 PLC的基本结构100

（1）中央处理单元（CPU）100

（2）存储器100

1）系统程序存储器101

2）用户程序存储器101

3）变量（数据）存储器101

（3）输入/输出接口101

1）输入接口101

2）输出接口102

（4）编程器103

（5）电源103

6.3.2 PLC的工作原理103

1）自诊断阶段104

2）通信操作阶段104

3）输入采样阶段104

4）用户程序执行阶段104

5）输出刷新阶段104

6.3.3 PLC的I/O响应时间104

第7章S7-200系统概述106

7.1 S7-200功能概述106

7.2 S7-200 PLC的系统构成106

（1）状态指示灯107

（2）可选卡插槽107

（3）RS-485串行通信口107

（4）电源及输出端子107

（5）输入端子及传感器电源107

（6）扩展接口、模式选择开关、模拟量电位器107

7.3 S7-200 CPU模块108

7.3.1 CPU模块的技术指标108

7.3.2 CPU模块的接线方式109

7.3.3 CPU模块的通信接口109

7.4 S7-200扩展模块110

7.4.1数字量I/O扩展模块110

（1）数字量I/O扩展模块的分类110

（2）数字量I/O扩展模块的输入、输出规范110

（3）数字量I/O扩展模块的接线112

7.4.2模拟量I/O扩展模块112

（1）模拟量I/O扩展模块的分类和技术规范112

（2）模拟量扩展模块的接线114

7.4.3温度测量扩展模块115

7.4.4特殊功能模块115

7.5S7-200供电和接线116

第8章S7-200 PLC编程基础116

8.1 S7-200 PLC程序的结构116

8.2 S7-200 PLC的数据区117

（1）输入映像存储器I117

（2）输出映像存储器Q117

（3）模拟量输入映像存储器AI118

（4）模拟量输出映像存储器AQ118

（5）变量存储器V118

（6）局部存储器L118

（7）位存储器M119

（8）特殊存储器SM120

（9）定时器存储器T120

（10）计数器存储器C120

（11）高速计数器存储器HC120

（12）顺序控制继电器S120

（13）累加器AC121

8.3 S7-200 PLC数据的保持122

（1）内置电容保持数据122

（2）内置电容＋电池卡保持数据122

（3）使用数据块122

（4）使用系统块123

（5）编程保存数据123

（6）使用存储卡123

8.4 S7-200 PLC寻址方式123

（1）直接寻址123

（2）间接寻址123

8.5 S7-200 PLC的编程语言124

（1）梯形图（LAD）124

（2）语句表（STL）125

（3）功能块图（FBD）126

第9章S7-200 PLC的指令系统127

9.1位逻辑指令127

（1）触点指令127

（2）线圈指令128

（3）触点、线圈指令举例129

（4） RS触发器指令130

9.2数据处理指令131

（1）比较指令131

（2）传送指令133

（3）移位指令134

9.3定时器指令135

（1）定时器概述135

（2）接通延时定时器TON136

（3）有记忆接通延时定时器TONR137

（4）断开延时定时器TOF138

9.4计数器指令139

（1）加计数器指令（CTU）139

（2）减计数器指令（CTD）140

（3）加/减计数器指令（CTUD）140

9.5程序控制指令141

（1）循环指令141

（2）跳转及标号指令142

（3）顺序控制继电器指令142

（4）条件结束指令与停止指令143

（5）看门狗复位指令144

9.6子程序指令144

（1）建立子程序145

（2）子程序指令145

（3）带参数调用子程序146

9.7中断指令148

（1）中断概述148

（2）中断指令149

（3）中断程序的建立150

（4）中断指令举例151

第10章S7-200编程软件STEP 7-Micro/WIN152

10.1编程软件概述152

10.2编程软件的安装152

10.2.1安装条件152

10.2.2软件安装152

10.2.3安装SP升级包153

10.3计算机和PLC的通信153

10.3.1硬件连接153

10.3.2通信设置153

10.3.3 PLC通信参数设置155

10.3.4不同PLC类型设置156

10.4 STEP 7-Micro/WIN编程的概念和规则156

（1）网络157

（2）执行分区157

（3） EN/ENO157

（4）条件输入、无条件输入指令157

（5）无输出的指令157

（6） LAD编辑器符号说明157

10.5 STEP 7-Micro/WIN V4.0软件界面及功能158

（1）菜单条158

（2）浏览条159

（3）指令树159

（4）项目提示159

（5）工具栏159

（6）程序编辑器159

（7）状态条160

（8）输出窗口160

10.6创建工程及程序编写160

10.6.1生成一个工程文件160

（1）新建一个项目文件160

（2）打开已有的项目文件160

（3）从PLC上载项目文件160

10.6.2程序编写160

（1）输入程序161

（2）编辑LAD线段162

（3）插入和删除162

（4）程序块操作162

10.6.3程序编译和下载162

10.6.4程序调试及运行监控163

（1）有限次数扫描163

（2）梯形图程序的状态监视163

（3）状态表监视164

（4）强制功能164

（5）状态趋势图165

（6）运行模式下的程序编辑165

第11章PLC应用系统设计及实例166

11.1应用系统设计概述166

11.2 PLC应用系统的设计166

11.2.1 PLC控制系统的设计内容及设计步骤166

（1） PLC控制系统的设计内容166

（2）设计步骤166

11.2.2 PLC的硬件设计和软件设计及调试167

（1） PLC的硬件设计167

（2）PLC的软件设计167

（3）软件、硬件的调试167

11.2.3 PLC程序设计常用的方法168

（1）经验设计法168

（2）继电器控制电路转换为梯形图法168

（3）逻辑设计法169

（4）顺序控制设计法172

附录A 57-200仿真软件176

A.1仿真软件简介176

A.2仿真软件使用步骤176

附录 B特殊存储器（SM）各标志位的功能178

B.1 SMBO：系统状态178

B.2 SMB1：指令执行状态178

B.3 SMB2：自由端口接收字符178

B.4 SMB3：自由端口奇偶校验错误179

B.5 SMB4：队列溢出179

B.6 SM B5：I/O状态179

B.7 SMB6：CPU标识寄存器179

B.8 SMB7：保留180

B.9 SMB8-SMB21：I/O模块标识和错误寄存器180

B.10 SMW22-SMW26：以毫秒为单位的扫描时间180

B.11 SMB28和SMB29：模拟调整180

B.12 SMB30和SMB130：自由端口控制181

参考文献181

案例182

Ⅰ机械创新设计大赛案例182

案例1多功能拐杖的设计182

1.1设计背景182

1.2设计目标183

1.3设计方案184

1.4效果图184

2多功能健身器的设计184

2.1设计背景184

2.2设计方案185

2.3技术设计185

3.3举重部分设计191

4.2功能说明193

4.3设计不足194

3腰背锻炼器的设计194

3.1设计背景194

3.2腰部锻炼的作用197

3.3设计目标197

3.4设计方案198

3.5结构设计198

3.6结束语199

4多功能手动除雪、清洁车的设计199

4.1研究背景199

4.2基本结构及工作原理200

4.3主要工作部件及设计依据200

4.4主要技术措施202

4.5使用检验203

4.6结束语203

4.7设计感想203

5燃气灶点火定时开关的设计206

5.1设计背景206

5.2基本结构和工作原理207

5.3主要工作部件及设计依据207

5.4结束语209

6竖井救援装置的设计209

6.1设计背景209

6.2结构和主要尺寸210

6.3强度校核213

6.4工作过程及模拟试验215

6.5结束语216

7小型泥土挖抛灭火车的设计217

7.1基本结构和工作原理217

7.2主要设计内容219

7.3结束语221

7.4设计感想：我与机械创新设计大赛222

Ⅱ机器人大赛案例226

1绪论226

1.1机器人竞赛226

1.2亚太大学生机器人大赛226

2行走机构227

2.1行走机构简介227

2.2行走机构类型231

2.3轮子模块239

2.4悬挂装置240

2.5框架制作材料241

2.6框架制作方法243

2.7行走机构动力246

2.8行走机构巡线及定位250

3升降伸缩机构254

3.1升降伸缩机构类型254

3.2升降伸缩机构导轨268

3.3升降伸缩机构限位276