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机电一体化产品的设计过程论文（通用8篇）
在学习、工作生活中，大家最不陌生的就是论文了吧，论文是指进行各个学术领域的研究和描述学术研究成果的文章。相信很多朋友都对写论文感到非常苦恼吧，下面是小编帮大家整理的机电一体化产品的设计过程论文，希望对大家有所帮助。
机电一体化产品的设计过程论文 篇1
摘要: 机电一体化是多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程，因此在产品设计的过程中，要特别强调技术融合，学科交叉的作用。
阐述机电一体化产品典型设计进程，它通常划分为四个阶段，包括准备阶段，理论设计阶段，设计实施阶段，设计定型阶段。
关键词: 机电一体化;设计方法;步骤
机电一体化系统设计是多个学科的交叉和综合，涉及的学科和技术非常广泛，其技术发展迅速，水平越来越高。
由于机电一体化产品覆盖面很广，在系统的构成上，有着不同的层次，但在系统设计方面有着相同的规律。
机电一体化系统设计是根据系统论的观点，运用现代设计的方法构造产品结构、赋予产品性能并进行产品设计的过程。
整个开发设计过程按步骤可划分为四个阶段:
1、设计筹划阶段
1)在筹划阶段中要对设计目标进行机理分析，对客户的要求进行理论性抽象，以确定产品的性能、规格、参数。
在这个阶段，因为用户需求往往是面向产品的使用目的，并不全是设计的技术参数，所以需要对用户的需求进行抽象，要在分析对象工作原理的基础上，澄清用户需求的目地、原因和具体内容，经过理论分析和逻辑推理，提炼出问题的本质和解决问题的途径，并用工程语言描述设计要求，最终形成产品的规格和参数。
对于加工机械而言，它包括如下几个方面:
① 运动参数:表征机器工作部件的运动轨迹和行程、速度和加速度。
② 动力参数:表征机器为完成加工动作应输出的力(或力矩)和功率。
③ 品质参数:表征机器工作的运动精度、动力精度、稳定性、灵敏度和可靠性。
④ 环境参数:表征机器工作的环境，如温度、湿度、输入电源。
⑤ 结构参数:表征机器空间几何尺寸、结构、外观造型。
⑥ 界面参数:表征机器的人机对话方式和功能。
2)在这个阶段中要根据设计参数的需求，开展技术性分析，制定系统整体设计方案，划分出构成系统的`各功能要素和功能模块，然后对各类方案进行可行性研究对比，核定最佳总体设计方案、各个模块设计的目标与相关人员的配备。
系统设计方案文件的内容包括:
① 系统的主要功能、技术指标、原理图及文字说明。
② 控制策略及方案。
③ 各功能模块的性能要求，模块实现的初步方案及输出输入逻辑关系的参数指标。
④ 方案比较和选择的初步确定。
⑤ 为保证系统性能指标所采取的技术措施。
⑥ 抗干扰及可靠性设计策略。
⑦ 外观造型方案及机械主体方案。
⑧ 经费和进度计划的安排。
2、理论设计阶段
首先，根据系统的主功能要求和构成系统的功能要素进行系统要素进行主功能分解，划分出功能模块，画出机器工作时序图和机器传动原理简图;对于有过程控制要求的系统应建立各要素的数学模型，确定控制算法;计算出各功能模块之间接口的输入、输出参数，确定接口设计的任务分配。
应当说明的是，系统设计过程中的接口设计是对接口输入输出参数或机械结构参数的设计，而功能模块设计中的接口设计则是遵照系统设计制定的接口参数进行细部设计，实现接口的技术物理效应，两者在设计内容和设计分工上是不同的。
不同类型的接口，其设计要求有所不同。
传感器是机电一体化系统的感觉器官，它从待测对象那里获得反映待测对象特征与状态的信息，监视监测整个设备的工作过程，传感器接口要求传感器与被测对象机械量信号源应有直接关系，保证标度转换及数学建模快速、准确、可靠，传感器与机械本体之间联接简洁、牢固，灵敏度高、动态性能好，抗机械谐波干扰性强，正确反映待测对象的被测参数。
变送接口要满足传感器模块的输出信号与微机前向通道电气参数的匹配及远距离信号传输的要求，接口信号的传输要精确，可靠性强，抗干扰能力强，噪音容限较低;传感器的输出阻抗要与接口的输入阻抗相配合;接口输出的电平要与微机的电平一致;为方便微机进行信号处理，接口输入信号和输出信号之间的关系须是线性关系。
驱动接口要能满足接口的输入端与微机系统的后向通道在电平上保持一致，接口的输出端与功率驱动模块的输入端之间电平匹配的同时，阻抗也要匹配。
其次，为防止功率设备的强电回路反窜入微机系统，接口必须采取有效的抵抗干扰措施。
传动接口是一个机械接口，要求它的联接结构紧凑、轻巧，具有较高的传动精度和定位精度，安装、维修、调整简单方便，传动效率高，刚度好，相应快。
其次，以功能模块为单元，依据以上接口设计参数的要求对信号检测与转换、机械传动与工作机构、控制微机、功率驱动及执行元件等进行各个功能模块的选型、组配、设计。
在此阶段的设计工作量较大，既包括机械、电气、电子、控制与计算机软件等系统的设计，又包括总装图、零件图的具体模块选型、组配。
一方面不仅要求在机械系统设计时选择的机械系统参数要与控制系统的电气参数相匹配，同时也要求在进行控制系统设计时，要根据机械系统的固有结构参数来选择及确定相关电气参数，综合应用微电子技术与机械技术，让两项技术互相结合、互相协调、互相补充，把机电一体化的优越性充分体现出来。
为提高工效，应该尽量应用各种cad、PRO/E等辅助工具;整个设计应尽量采用通用的模块和接口，以利于整体匹配，利于后期进行产品的更新换代。
最后，以技术文件的方式对完整的系统设计采取整体技术经济指标分析，设计目标考核与系统优化，择优选择出综合性能指标最优的方案。
其中，系统功能分解应综合运用机械技术和电子技术各自的优势，努力使系统构成简单化、模块化。
经常用到的设计策略有如下几种:
① 用电子装置替代机械传动，缩减机械传动装置，简化机械结构，减小尺寸，减轻重量，增强系统运动精度和控制灵活性。
② 在选择功能模块时要选用标准模块，通用模块，防止重复设计低水平的功能模块，采用可靠的高水平模块，以利于减少设计与开发的周期。
③ 加强柔性应用功能，改变产品的工作方式，让硬件的组成软件化，让系统的构成智能化。
④ 设计策略选择要以微机系统作为整个设计的核心。
机电一体化产品的设计过程论文 篇2
摘要:机电一体化的机械系统主要一般包括电力系统、机械系统、液压系统、电子系统和光学技术等系统，是通过计算机技术的协调和控制，并由传动机构、执行机构和电动机控制等多个电子系统完成相应的机械运动，以此达到系统功能及任务完成的目标。本文通过相关的工作经验和资料研究，对机电一体化机械系统的设计和研究进行了一定的论述。
关键词:机电一体化;机械系统;工作经验;研究资料
机电一体化机械系统通过运用计算机技术，由计算机系统进行协调及控制，从而完成运动、能量流和机械力等各项动力学相关的任务，同时其各个机电部件相互联系、相互配合和相互协调，组成完整的系统结构。基于该系统结构的程序性和任务性，在机电一体化机械系统的设计与研究上应该站在“系统”的相关角度，以便进行有效科学的安排设计。
1、机电一体化机械系统的设计要求
1．1保证较高的精确性
机电相关产品的精确程度直接关系着系统整体的质量和效益，机电一体化机械的技术性能、工艺水平及功能都要求选择优质产品，也就是说，机电一体化产品的首要标准和要求便是高精确度。
1．2反应性能要强
机电系统具有良好的反应性能，即在系统接受某一指令后，能够较短时间内对该指令进行任务的执行，从而保证系统能够更加精确地完成任务。另外根据系统的运行状况，做好准确、及时获得相应指令的控制，能够增加任务完成和执行的准确性。
1．3具有较强的稳定性
在机电一体化机械设计中，为了保证更好的系统精确度和反应性能，往往会在无间隙、低摩擦、高刚度和高谐振频率等方面对系统提出较高的要求。另一方面，还要求机电一体化机械系统有寿命长、体积小、重量轻和可靠性高等优点。
2机电一体化机械系统的构成
机电一体化机械系统通常是由传动机构、导向机构和执行机构三部分构成。
2．1传动机构
机电一体化机械系统中的传动机构，不仅仅是转速和转矩的转换器，耗时伺服系统中的重要组成部分，因此，在机电一体化机械系统设计要求中，传动机构首先要具有较高的精确度，同时必须满足重量轻、噪音低、体积小、运转速度高和可靠性高等方面的要求和特点，结合机电一体化机械系统中对伺服控制的要求和标准进行传动机构的设计研究，以便更好地提升系统机械结构中的伺服性能。
2．2导向机构
导向机构在机电一体化机械系统中主要起到的是导向作用和支撑作用，一般包括导轨和轴承等。导向机构的正常作用的发挥可以有效保证机电一体化机械系统中的组成部分和各个装置能够安全、准确完成指定的任务运动。
2．3执行机构
执行机构，是指在机电一体化机械系统中直接完成任务指令的操作装置和部分，一般情况下，执行机构所具备的高灵敏度和精确度以及高重复性能和可靠性，可以保证其根据不同的任务指令和相关要求，在动力源的推动下完成预先设定的各种操作任务。在目前经济快速发展的社会，计算机的应用能通过其强大有效的功能，使传统机电的动力发动机转换成为可变速、动力和执行的多功能发动机，从而使得执行机构和传动机构得到进一步的简化。
3、机电一体化机械系统的设计思想
3．1动态设计思想
在机电一体化机械系统的设计中，通过静态设计的有效协助，为了更好的研究整个机械系统结构的频率特点和性质，完成各个系统环节数字模型的建立，推动促进机电一体化机械系统的传递函数，必须充分有效地通过自控方法进行频率特性的计算，这便是动态设计。机械系统的频率特性，在一定程度上不但能够反映出整个系统在不同信号频率下的相应反应，还决定了系统的工作最大频率、抗干扰性和稳定性。
3．2静态设计思想
静态设计是指按照机电一体化各个机械系统的功能要求，通过相关的研究和经验初步、大体上制定出机械系统设计的步骤及方案。方案中主要涉及整个系统部件之间的控制、连接以及部件的种类和对能源的需求等。基本方案设计完成后，应以技术手段为基础，设计出系统中各部件的运动关系、参数及结构，确定部件及相应零件的.材料、精确度和结构方式，并对执行元件发电功率、参数和过载能力进行验算，对其他相关的元件和部件进行配置系统的选择等等。
4、机电一体化机械系统的性能分析
想要使机电一体化机械系统良好的伺服性能得到保证，不但需要从机械系统的静态特征方面得到更好的满足，同时还要充分的运用理论研究和自动化的控制方法对整个系统体系进行动态设计和分析。另外，机械系统的动态设计应该以系统静态的数字模型为基础，根据自动化控制的要求和方法研究分析系统的整个频率特性，并通过调整相应的频率，改善系统整体的伺服性能。
4．1数字模型的建立
机电一体化机械系统数字模型的建立和电气系统的数字模型的建立在一定程度上基本相似，即都是通过折算将比较负责的结构装置简单化，转为等效的数学函数关系，并用数学中的线性微分方程表达式将其表达出来。机电一体化机械系统的数字模型分析通常情况下都是输入与输出的联系。比如，把比较复杂的系统机械参数，弹性模量、阻尼和系统惯量等统一进行处理，并对各个机械参数进行数学方式的分析，从而得出它们对整个机械系统的影响。在数字模型的建立之前，需要先对机械系统中的不同物理量进行折算，使它们直接转化到某个元件上，从而把多变、复杂的多轴传动变为单轴传动，在此过程中，必须严格按照总机械系统性能不变的原则。这样，以单轴为基础的输入量和输出量的关系，就能够建立相关的数学表达式，从中反应出机械的相应性能，从而应用并指导实际中的设计。
4．2性能参数的影响
机电一体化机械系统设计要求必须要工作可靠、精确度高、运行平稳等，既是静态设计中的研究问题，也是动态设计对伺服机构的要求，这就应该通过对有关参数的调整，优化整体系统的性能。
5、结语
通过以上论述，从机电一体化机械系统的性质、概念等方面进行相关分析，分别从机电一体化机械系统的设计要求、基本构成、设计思想和性能分析四个方面进行了研究分析，机电一体化机械系统设计研究进行了详细的论述。
作者:朱翔宇 王玉乐 单位:聊城大学机械与汽车工程学院 青岛科技大学自动化与电子工程学院
参考文献:
［1］农明武．技校生参加"机电一体化"技能竞赛的指导策略［J］．中小企业管理与科技(下旬刊),2016(01)．
［2］韩向可,吴耀春．应用型本科机电一化系统设计课程改革探索［J］．装备制造技术,2016(01)．
［3］董立立,赵益萍,梁林泉,朱煜,段广洪．机械优化设计理论方法研究综述［J］．机床与液压,2010(15)．
［4］许艺萍,张新民．现代设计理论方法在机械系统设计中的应用［J］．机械研究与应用,2010(05)．
机电一体化产品的设计过程论文 篇3
1、园林设计中机电一体化机械实际应用中面临的问题
因为要对植被进行处理，所以，园林设计机电一体化技术在实际应用中面临的问题，与农业生产类似。因此，园林设计机电一体化机械在很大程度上与农业机械相似。现在，园林设计机电一体化机械在实际应用中还存在许多缺陷，具体来说，包括以下几点。
1.1种类比较少
现在市场上常见的有各种修剪机、洒水机等，这些比较单一，还有许多机电一体化机械并不常见，如移植机等。在许多发达国家，其园林设计机电一体化设备更加多样化，在美国、欧洲等国家，其园林设计设备种类就更多，用途也更广泛。国内也有许多知名品牌的销售代理，如绿友、东方园林等，在国内还有许多生产园林机械的著名厂家，在淮安、扬州等地就有许多知名厂家。
1.2普及率低
与数十年前相比，园林设计中采用机电一体化机械的频率虽然有所升高，但就目前来讲，机械的使用率还是偏低，还不够普及。与发达地区相比，我国大部分地方还在用半自动化机械工作，距离全自动机械工作还有一定距离。
1.3利用率较低
部分园林机电设备会投入使用，但机电设备的使用效率不高，其原因有二，一是存在人为操作的问题，错误的操作规程对机电设备造成很严重的破坏，导致维修费用升高，使成本不降反增；二是没有将机电设备的利用效率最大化，导致资源浪费，增加了管理与维护的成本，阻碍了机电设备在园林设计方面的投入和使用。
1.4保管和维护不到位
机械是易损耗的，使用过程中难免会出现故障，但有些企业由于缺乏技术人员维修不到位，有的根本不进行定期维修，故障的机器多数被弃置仓库，却利用人力完成作业，这成为园林设计中机电一体化的缺点。不懂得机械结构和原理，不熟悉机械的操作，不知道如何保养机械，导致机械使用寿命降低。对上述问题，企业必须制定相关的操作规程，让员工认真学习操作规范以及正确的使用方法。另外，在大规模使用园林机电一体化机械时引起的噪音、环境污染等问题也有待解决。机电一体化的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，专业化是必不可少的。由于各类科技学科发展及相互渗透，促使了机电一体化技术和产品在各行业、部门的飞速发展。其中机电一体化在园林设计中也得到了应用。
2、机电一体化在园林设计中的应用
随着现代化技术的广泛应用，机电一体化技术也逐渐渗透进了园林设计。经过两千多年的发展，中国古典传统园林所讲究的.意境已经到了炉火纯青的地步，虽然可能会有更好的园林出现，但是机电化已经成了一个重要的发展趋势，这是大势所趋。园林设计中会融入更多的机电一体化等元素。沿着这个思路走，创造园林的科技文明和传统意境对园林现代化的普遍需求相结合，是成就上流园林的必要条件之一。
3、结语
目前，我国在建设现代园林现方面还处在较简单的基础和较浅的层次上。在这种大势所趋下，我们必须提高创造园林机电一体化的能力，认真借鉴成功经验，以适应社会对园林文化的需求。
机电一体化产品的设计过程论文 篇4
摘要：随着社会科学技术的不断发展，机电一体化在各个领域中都得到了较好的发展，船舶中机电一体化的发展，是船舶行业在未来发展中的主要方向，同时也是船舶机械化、船舶电气化和船舶智能化的整体发展趋势。船舶的机电系统是船舶系统中最为复杂的一部分，在船舶的实际运行中主要是依靠机电系统进行的，船舶机电一体化管理系统在船舶的整体系统中是非常重要的一部分。从船舶机电一体化管理系统设计研讨入手，说明机电一体化在船舶中的应用及机电一体化管理系统的设计，阐述了机电一体化在船舶行业的发展前景。
关键词：船舶机电；一体化管理；系统设计
随着现代科学技术的飞速发展，船舶行业的实际技术和整体发展水平不断提升，逐渐将更加先进的科学技术实际应用在船舶系统中，支撑现代船舶行业在数量上、安全性上的发展，也使得船舶航运的实际利润等得到有效提升。船舶机电一体化是指船舶上的诸多机械和部件、种类多样依托现代化科学技术的电子类设备、船舶专用的计算机软件、各类计算机工程和计算机系统，将其在有机整合的基础之上加入与各个系统匹配的控制终端，这样每个船舶上的计算机工程和计算机系统就都可以形成一个独立的个体，必要时也可形成一个整体。船舶行业技术在发展中采用的都是一体化的发展进程，机电一体化在技术上带来更多的便捷性，也有效减少实际建设中的成本。
1、机电一体化在船舶中的应用
船舶机电一体化充分显示了船舶在自动化设计中的思维发展和技术发展，从其整体的发展情况上来说，现阶段船舶的主要动力包括主机、辅机、各类电气化的设备，也包含诸多控制部分[1]。船舶机电一体化涉及到的动力装置非常多，为其设计一套通用型的机电一体化管理系统可以应用在船舶的控制系统中，对船舶的机电一体化进行整体运行状态的检测、远程的维修和后台控制。船舶的主机也是船舶的主要动力专职系统，为船舶的实际运行提供必要的动力。实际的使用中根据所填燃料的不同、实际燃烧场地的变化、燃烧工具的多样化等，分为蒸汽机、内燃机、电动机和核动力机等多个种类。船舶系统中的辅机系统则主要是在相关动力设施的牵引之下，对船舶中的多个机械性的设备进行集中，主要包含船舶系统中专用的泵体、分油机、船舶制水设备、空气压缩机、船舶制冷系统、空气调节、起货机和各种各样的轴承系统等。船舶中的.电气装置主要包含船舶专用的电源、船舶在配电时使用的相关设备等，也指代了船舶上的所有电气设备。从船舶的整体上来讲，船舶机电一体化主要是由船舶机械、船舶硬件、船舶软件系统这3个部分组成[2]。船舶的诸多机械类的设备中，有关机电一体化的相关科学技术会应用到多个机械设备中。利用传统技术，相关机械装置是可以脱离其他单独进行工作的，相关的动力系统更是向实际工作中使用到的力传递到船舶的轴承系统中，并由轴承系统传送到船舶的螺旋桨系统中去，进而完成船舶在实际运行中需要的力的输出，这一系列的传输是需要相关工作人员在实际的动力监控室中对这一过程进行控制的，这样的控制和传送方式会浪费工作人员时间，所产生的实际效率也是极低的。将机电一体化系统引进到船舶系统中可以有效避免这类问题的发生，机电一体化这一现代化的科学技术，可以满足对船舶中多个机械系统或者机械部件进行同时控制的需求，也可以同时控制系统包含船舶的燃烧系统、机械控制系统、船舶专用报警系统、船舶专用消防系统、船室中的解析系统及船舶上的各种特种机械系统等，如图1所示。
2、机电一体化管理系统设计
船舶的相关动力系统、船舶的辅助机电系统及其他系统等，在组成上、结构上都要经过精雕细琢。因此，在船舶使用的控制系统中，融入一个统一性的管理系统进行管理和控制对船舶行业的发展有着极大的促进意义[3]。PLC控制技术可以将多个控制系统集中到一个可控制终端中去的现代化科学技术，利用船舶机电一体化的船舶管理系统在实际设计中要考虑诸多指标，首先考虑的是其在实际功能上的完整性，其次是机械部件的系统性。控制终端的界面主要有5个部分组成：船舶的主机控制板块、船舶的辅机控制板块、船舶的电力系统控制板块、电压时间监控板块和相关软件的实际使用板块。分界面中主要包括对船舶上机械系统的监控情况，此控制板块包含船舶运行异常的报警功能。除此之外，也包含了船舶整体电压的实时监控板块，相关操控人员可以根据船舶在实际运行中的状况对船舶上的多个系统的电压进行区别控制，包含船舶每天的实际运行日志、日常的船舶相关数据等，也包含软件的基本设置和整体的管理功能等。船舶机电一体化管理系统的实际设计与应用，为船舶在实际操作上提供了非常大的便捷，船舶的驾驶者和相关管理人员可以通过这一系统对船舶各方面的实际情况进行实时、深入地了解，最大程度地节省了人力、物力及财力。
3、机电一体化在船舶行业的发展前景
船舶行业的机电一体化技术，很早就融入到船舶的设计和建设中。随着现代科学技术的不断发展，计算机技术及现代化的通讯技术也大力加强，未来船舶行业的机电一体化技术在船舶各类系统上的应用也越来越广泛。按照现阶段的发展情况来看，可能会向以下方向发展：1）智能化。随着现代化计算机技术在实用性上的不断提升，各类整体性能比较高的工作站会逐渐应用到各行各业中，传感器系统在稳定性和集成性上的发展，为相关技术的实际测试提供了硬件方面的基础。未来的智能化船舶机电一体化的相关技术和产品，会最大程度地模仿人类操作和处理方式，也会像人类一样有自行判断相关处理方式和处理方法的能力，进而在实际船舶运行中高效地代替部分简单的人工操作。2）系统化。船舶中的各个机械类的系统组成了控制系统和控制终端，这样的控制系统可以灵活地进行组合，其中任何一个系统都是可以同时应用于多个船舶系统中的。船舶系统中复杂的几班机械系统，可以由一个控制终端进行联合性的控制；船舶的故障诊断系统，使用了通信互联网，可以让每一个细小的故障在短时间内有效传达到控制室中。3）绿色化。船舶是我国的重要交通工具之一，也是能源消耗的主要环节。在船舶的实际运行中，有效减少在燃油方面的消耗程度，高效地利用船舶上的电能，是船舶行业未来发展的主要方向。在这样的发展方向中，船舶的传统机械在实际运行方式上进行了必要的改造，为船舶行业的未来发展提供全新的变革动力，后续对相关重点技术进行突破。船舶行业的未来发展会以现代化的工业机器人为主，并将是未来最终的发展目标之一。
4、结语
船舶机电一体化从整体上来讲是一项综合性强的现代化技术，其和实际的控制方式、系统性的工程、电子信息和现代化的机械工程之间都是有着密切的关联，船舶的工业技术也会随着机械化水平的提升而得到相应的发展。设计一套适合船舶行业未来发展的机电一体化管理系统，可为其在技术上进行有效地支撑，并为船舶机电一体化的未来发展提供思路。
机电一体化产品的设计过程论文 篇5
1、计算机仿真教学介绍
PROTEUS 与 Keil C51 软件是两个计算机仿真与编程软件。两者可以结合在一起，开发基于仿真电路的控制系统。机电一体化技术这门课程是机电一体化专业的必修课程。课程除了正常的实验环节之外，需要进行机电一体化设计。以往的做法是布置课题后，由学生进行机电结合设备的参数设计和CAD绘图设计，并将设计内容熟练掌握。通过答辩验证学生的课程设计结果。在建立仿真实验室后，在课程设计的内容上，增加了利用仿真软件进行电机驱动电路设计，并进行仿真的环节。其做法是，教师布置并讲解电机驱动的相关电路，学生根据驱动原理设计与机电一体化结构设计相配套的驱动电路，然后进行仿真。使用独立式键盘控制步进电动机的电路设计。所设计的驱动电路，采用PROTEUS 完成。按下S1、S2、S3 键盘，电机分别完成正转、反转和停转控制。学生在设计前，必须复习步进电机的驱动原理。就是步进电机是将单片机的电脉冲转换成步距角进行旋转运动的装置。一个脉冲，步进电机转一个步距角。而脉冲的频率决定步进电机的转动速度。步进电机的驱动脉冲是分时由脉冲分配器供給的。因此，学生要设计步进电机的环形脉冲分配表。在此基础上，学生需要动手编制电路驱动所用的驱动程序。步进电机脉冲驱动电路的控制程序流程图
2、机电一体化仿真设计过程
学生设计好教师要求的软件和电路图后，必须使用PROTEUS程序调用KEIL C51 程序进行联调。见图4。KEIL C51 可以根据PROTEUS 程序的调试结果进行修改，直到两软件将PROTEUS 所设计的硬件电路和KEIL C51 程序所代表的软件程序完美地被结合到一起，并符合所要求的设计要求后，整个设计过程结束。学生要能够完整地设计所要求的电路，并根据电路特点进行编程。所谓的电路特点的掌握，就是机电一体化设计中自动控制理论所需达
到和掌握的知识。这些知识中，确定为核心与必须学生掌握的部分，包括步进电机转向原理的掌握、步距角与电机脉冲数的关系、步进电机与直流伺服电机和交流伺服电机的控制特点上的`区别与联系、步进电机环形脉冲分配的顺序和特点、C 程序设计流程图与编程语句中需要解决与注意的几大问题等等。
学生在设计完成后，要对自己的设计进行创新性的变化设计。这些设计也要与之前的结构设计理念相匹配。这样，通过增加机电一体化设计的仿真设计环节，使学生的机电结合的知识更加巩固，同时对相关知识的理解也更趋向于立体化，也使课程设计的内容更为丰富。学生在进行机电一体化设计时，不仅仅对机电设备结构与驱动电机选型、机械零件参数校核，同时也动手进行控制环节的过程进行设计并验证设计的正确性。通过这样增加的设计环节，使此课程设计的内容更加丰富。大大锻炼了学生的机电结合的设计能力。增加这样的仿真环节，对同样有此课程的同行们，会有一定的启示作用。
机电一体化产品的设计过程论文 篇6
当今时代是个科技高速发展的时代 ，各种新的技术和新的理论不断出现。在农业领域 ，现代温室种植模式得到广泛的重视 ，对传统的农业生产模式带来了较大冲击 ，给农业机械开发和研究提出了许多新的挑战 ，随着新的农业机械的不断出现又促进了农业生产的发展。
随着中国人口越来越多 ，民以食为天 ，不仅吃饱 ，吃的更好 ，随着人们生活水平的不断提高 ，人们更注重合理膳食 ，而水果在人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色 ，因为它不仅富含丰富的营养而且有助于消化 ，同时还有降血压 ，减缓衰老 ，减肥瘦身 ，皮肤保养 ，明目抗癌等功效。水果的需求量越来越大 ，然而采摘水果却成了困扰果农们的难题 ，需大量人力物力。为了解决摘果难题、高效采果 ，同时不损伤果皮 ，降低劳动成本 ，促成水果大众化 ，我们设计了将广泛应用在温室农业作物收获的温室采摘机械。
1、温室采摘车的基本机构的组成
1.1 温室采摘车的设计理念
根据总体设计中的设计方案 ，并且组织样机生产加工、标准件、电气元件以及其他设备的选型 ，设计出一种小型移动式可自动连续升降的温室农作物果实采摘车 ，该采摘车设计的主要要求如下。
1.2 采摘车的基本组成
根据采摘车的功能、设计参数和采摘车应实行的运动要求，采摘车需要具备相应功能的实现结构，其主要组成 ：原动部分、传动部分、工作部分、液压系统和控制系统.通过各个部分的互相协调 ，保证采摘车的正常运行和其功能的实现。使其能在一定范围内保持良好的稳定性 ，并能精确的随着需要上下前后移动。
2、温室采摘车各部件的设计及筛选
2.1 原动部分和传动部分设计
由于温室采摘车主要工作于温室大棚内 ，自身有一定的重量 ，且设计任务要求温室采摘车有一定的行驶速度 ，选择电动机为原动机来驱动温室采摘车在地面上的行驶。在电动机的选取方面 ，对两种电动机的选取进行了比较 ，其中电子式的无极调速器比机械式的精度更高 ，普遍适用于日常的电瓶车等较广范围 ，而机械式的调速器操作不够灵活 ，在一定程度上影响了实际的功能 ，故选用电子式无极调速器 [3]。另外 ，对于传动部分的设计 ，由于工作空间大小已经限定 ，要求采摘车整体紧凑 ，使用方便可靠 ，成本低廉 ，且可用在低速重载有冲击振动的工作条件下 ，因此 ，行走传动机构选用链传动。采用履带结构 ，使采摘车在各种情况下的大棚内部如履平地 ，可以平稳的行走。
2.2 工作部分设计
采摘车工作部分分为底盘、行走系统、举升系统、工作平台.其中底盘和工作平台结构较简单 ，下面主要介绍举升系统和行走系统的设计内容。
3、液压系统
采摘车工作台的升降采用液压传动 ，由于液压包和液压缸各具独立的结构 ，可以根据需要组合成各种不同的甚至是分离式的结构方式。与同规格常规液压站相比 ，液压动力包具有结构紧凑 ，体积小 ，重量轻 ，操作简单 ，维护保养方便的特点 ，现已广泛用于我国的工程机械、汽车、农机、机床等各个行业。由此 ，我们选择液压动力包作为温室采摘车的驱动装置 ，液压缸为执行元件。
4、控制部分
控制部分主要借鉴于遥控玩具汽车的遥控装置 ，控制采摘车的前进后退左右移动以及升降平台的升降移动。无线遥控距离可达 200m，并且采摘车纵向正反向行驶可在 0m/min ～ 30m/min 的速度范围内无级调速 ，保持一定的精确性。
遥控系统的控制主要分为两部分 ，一部分为行走系统的控制 ，另一部分为举升系统的控制。出于方便方面考虑 ，将两部分的系统分开控制 ，当其行走系统工作时 ，同样可以操控其举升系统 ，方便行走时通过一些障碍物 ，另外也可以单独操作其中一个系统 ，方便其准确采摘。在设计电路时 ，通过继电器和熔断器对其电动机进行保护 ，防止电动机的烧坏 ，保护电路的安全。
5、结论
基于目前的状况，国内对机械化农业并未给与相当的.重视，或者说基本国情的限制 ，很难大规模机械化 ，通过研究设计高效、廉价、操作灵活 ，性能可靠 ，结构简便的机器 ，同时免除高空摘果的危险性 ，有良好的市场前景和应用价值。
设计的温室采摘车结合了机械设计 ，电气 ，液压 ，自动控制理论等多门学科的知识 ，能够实现其自由的前后左右运动、升降等动作 ，基本上达到了预期的设计目标。其中 ，该设计的主要研究成果有 ：1)利用蓄电池供电 ，液压系统提供动力 ，机械构造采摘车的主体 ，有效的将机电液统一起来 ，使其功能更加完善 ;2)该设计巧妙的采用了连杆机构使得液压升降台能够稳定的完成升降动作 ;3)在设计中运用了生活中的遥控玩具汽车的遥控装置 ，让采摘车的控制方便快捷了很多 ;4)充分体现了结构简单 ，活动灵活 ，操作方便的特点。
最后 ，将其经过完善并通过生产制造成产品投入市场 ，将会具有很高的实用价值。
机电一体化产品的设计过程论文 篇7
摘要：近年来，我国在科学技术方面取得了巨大成就，这也使汽车检测设备的先进性不断提高，检测设备的结构日益精密。不过，我国相比于国外其他发达国家来说，在汽车检测设备的研发水平上仍旧存在较大差距，许多汽车检测设备都是引进的，而且我国研发的检测设备在检测原理上差别不大，再加上我国在检测设备研发、使用、送检等方面的标准尚未完善，进而造成我国汽车检测行业出现诸多问题，这些问题严重影响了汽车检测设备机电一体化设计目标的实现。为此，本文便对汽车检测设备机电一体化的优化设计进行深入探讨，以探寻我国在汽车检测设备中实现机电一体化设计目标的出路。
关键词：检测设备；机电一体化；优化设备
自21世纪以来，科学技术的迅猛发展，使我国汽车检测行业呈现出生机勃勃的发展局面，汽车检修企业从以往的几十家发展至现今的两千多家，汽车检修设备也从以往的几十种发展到几百种，汽车检修设备的种类及规格更是多种多样，这在很大程度上促进了汽车检测行业的发展。汽车检测设备主要是对汽车的安全性、动力性及经济性等参数进行检测，进而正确评测出汽车的质量及性能。因此，汽车检测设备的设计水平高低，将直接影响到汽车的检测结果是否准确，更关系到汽车的质量与安全。为此，必须要对汽车检测设备进行机电一体化优化设计，以此弥补传统检测设备在检测过程中存在的不足。
一、汽车检测设备实施机电一体化的优化设计意义
实施机电一体化设计有助于提高检测设备的设计水平就目前来看，在汽车行驶时所使用的检测设备主要是对发动机性能以及故障进行检测，而这些检测设备只能对汽车在低速行驶状态下的相关参数进行检测。例如，一般情况下，在对汽车性能进行检测时，主要是通过机械式侧滑试验台或指针式侧滑试验台来完成的，而这需要汽车的行驶速度保持在4公里每小时以内时，其检测结果才较为准确，如果汽车的行驶速度超过该值，则势必会造成无法检测。此外，汽车制动试验台主要是对汽车中的车轮动力变化进行检测，但由于其受到测力弹簧的影响，致使车辆必须在0.15公里每小时以内的行驶速度下才能完成检测，但车辆自身是不具备制动功能的，这也使车辆很难达到检测设备的检测要求。由此可见，我国现阶段所使用的检测设备已经难以满足汽车的检测要求。而实施机电一体化设计，则更有助于帮助设计人员了解检测设备中存在的不足，并通过机电一体化来对其进行优化与改进，进而使检测设备的设计水平得到了显著提高。
二、实施机电一体化设计能够开创出独属于我国特色的检测设备品牌
在汽车检测行业中所使用的检测设备主要分为国产与进口的，由于我国引进了大量的汽车检测设备，而这些检测设备都是由不同的国家所生产的，这也使这些检测设备在执行标准、检测条件、检测流程等方面存在很大差异，而我国所生产的检测设备，则和国外进口的检测设备，在检测原理上并不存在较大区别，进而使我国难以形成独属于我国特色的检测设备品牌，而实施机电一体化设计，则能够有效改善检测设备质量，使检测设备更加适用于汽车检测工作，同时也能形成符合我国特色的检测设备，使这些检测设备品牌能够真正走出国门、面向世界。
三、汽车检测设备机电一体化的优化设计
（一）汽车检测设备机电一体化设计中传感器的选择
在汽车检测设备使用中，机械传动会对检测设备的灵敏度与精确度产生较大影响，因此在对检测设备进行机电一体化设计时，必须要尽量减少机械传动环节，以此提高检测设备的检测效率，提高检测结果的准确性。应在原有检测设备的结构上对其进行优化设计，而传感器作为一种能够对信息进行快速采集的元件，其在机电一体化设计中有着十分重要的应用。应通过机械装置与电子计算机相结合的设计方式来达到机电一体化设计目的，因此，在对传感器进行选择时，应保证传感器具备较高的灵敏度和精度，这样才能使检测设备满足汽车在行驶过程中的`检测要求。
（二）汽车制动检测仪的机电一体化优化设计
汽车制动装置的安全性直接影响到其安全性，如果制动装置发生故障，势必会引发非常严重的交通事故。而对汽车的制动性进行检测时，主要是采用制动检测仪来完成，但以往的制动检测仪受到传力杠杆及测力弹簧的影响，使其在检测过程中需要耗费较长的时间，而且检测结果也往往不够精确，对汽车制动的检测主要是对其不同车轮中的制动力变化进行检测，因此在对其进行机电一体化优化设计时，可通过电子计算机的利用来对传感器信号进行检测，充分借助于电子计算机强大的信息处理与分析能力，来提高制动检测仪的检测速度，并确保检测结果的准确性。
（三）汽车侧滑检测仪的机电一体化优化设计
汽车转向系统也是汽车内部结构中的重要组成部分，通常采用侧滑检测仪来对转向系统中车轮的侧滑量进行检测，但由于以往的侧滑检测仪是利用齿轮齿条进行传动检测的，因此其检测速度往往较慢。在对侧滑检测仪进行机电一体化优化设计时，应将以往结构中的连杆传动装置及齿轮齿条等传动构件进行拆除，同时为了使侧滑检测仪的检测速度更快，可通过高精度、高灵敏度传感器的使用来代替结构中的自整角发动机，进而在保障传感器信号稳定的同时，通过电子计算机的使用来对传感器中的信号进行处理，从而达到良好的检测效果。
结语
总而言之，面对当前汽车检测设备所存在的诸多问题，必须要对现有汽车检测设备进行必要的机电一体化优化设计，以此提高我国检测设备质量，提高检测水平，这样才能逐步发展出独属于我国特色的检测设备品牌，保护我国汽车工业，使我国的汽车检测设备能够真正的走出国门、面向世界。
参考文献：
[1]马银林.汽车检测设备的机电一体化设计分析[J].智能城市，2017，3（01）：105.
[2]刘邹.浅析传感器与检测技术在机电一体化系统中的应用[J].中国新通信，2018，20（01）：205.
机电一体化产品的设计过程论文 篇8
摘要：微生产线相对于大型的自动化生产线有着诸多的优点，如体积小、成本较低、生产效率高、易操作、易检修、技术定向等。本文通过实例，对基于光机电一体化技术的微生产线设计进行分析阐述。
关键词：光机电一体化;PLC;设计
一、微生产线的基本结构设计
自动化生产线最初是在机械制造业中实现的，其中最早出现的是机床自动化生产线。随着工业的不断发展和用户的不同需求，微生产线的发展近几年来也崭露头角。它相对于大型的自动化生产线有着诸多的优点，如体积小、成本较低、生产效率高、易操作、易检修、技术定向等等。笔者以设计一条基于光机电一体化技术的微生产线为主要内容，综合阐述了整个生产线各个独立单元的设计内容和设计方法。这条微生产线系统以工业生产和工程应用为背景，有较高的集成度和开放性，各个单元可拆分独立使用，也可综合整体使用。它可以对工件进行送料检测、加工、搬运、装配及分类存储。系统中应用多种传感器实现对工件材料的检测识别，然后通过模拟打孔装置对工件进行加工，再由搬运单元搬至装配单元，再将装配好的工件搬运至存储单元，最终由机械手对到位的工件完成分类存储。
二、微生产线中基本单元的设计
1.供料单元的设计
它是整个系统的第一个单元，也是整个工作中最基础的模块。供料过程中，供料气缸从料仓中推出工件，推料气缸推出工件。供料单元有三种传感器，可检测区分材质、颜色，供后面单元分类操作。送料检测单元主要完成对工件的检测任务，它的主要组成及用途如下。
（1）料仓装置：用于存储要加工的工料。
（2）送料气缸：把工料送至颜色检测位置。
（3）推料气缸：把检测完毕的工料送至加工转盘。
（4）电磁阀及气动元件：用于控制气缸伸缩。
（5）光电传感器：用于检测输送台上工件。使用传感器上面的`旋钮调节需要的检测距离，检测范围为1～9cm。
（6）光纤传感器：一对对射式光纤传感器为料仓传感器，感应料仓中是否有工件。
（7）电感式传感：用于检测金属，检测的距离一般是有要求的，设计时规定5mm。
2.加工检测单元的设计
首先由传感器来检测待加工工件是否到达旋转圆盘上。若已经到达，那么旋转圆盘则执行接下来的动作，通过90°的旋转把待加工的工件送到工件要进行加工的正确位置上。钻孔装置对工件进行打孔加工，接下来旋转圆盘再旋转90°进行接下来的动作。这一动作的执行是利用气缸来检测已加工工件的深度，如果气缸已经推到底那么就说明加工工件的孔是符合要求的，不然的话不符合要求。加工检测单元由四工位转盘、模拟钻孔加工装置、深度检测装置、传感器、电磁阀及气动元件、三相380V交流电动机、并励直流电动机、涡轮蜗杆减速机、电磁离合器等组成，主要完成对工件内径的钻孔加工。
3.装配单元的设计
将搬运单元传送来的工件进行装配成形后，搬运到分类存储单元。当放料口有工件，拖料气缸开始执行动作，把钻完孔的工件移动到对应的位置，该位置的顶料气缸就会缩回，这样就实现了装配任务，此时装配完成的工件被拖料气缸推出，已进行下一步的执行动作：搬运单元来搬运。装配单元主要由配件料筒、装配台、抵料气缸、拖料气缸、光纤传感器、电磁阀及气动元件等组成，主要完成将搬运单元传送来的工件进行装配成形。
4.搬运单元的设计
上一单元的合格工件到位，伸缩气缸、提升气缸、旋转气缸相互配合，测工件到位后，由传送机构传送到位。
5.分类存储单元的设计
把不同的工件经过检测，分类放置，可检测材质颜色等。该单元可以按行进行分类存储，也可以按列进行分类存储，用户可以根据生产需要进行设定；从下到上或者从左至右是工件的入库顺序。
三、微生产线的机械设计
1.气缸的选型
在设计过程中，需要根据不同的工作原理及不同的应用范围来选择合适的气缸。系统中使用气缸的机构及相应的气缸选型如下。
（1）送料检测单元共使用了2个单作用类型的气缸：一个是用于将料仓中的待测工件推至检测位置的圆柱形气缸，另一个是用于将检测完毕的工件从检测位置推至加工转盘的圆柱形气缸。
（2）加工检测单元共使用了3个单作用类型的气缸：一个是用于固定加工转盘上待加工工件的圆柱形气缸，另一个是用于提升钻孔电动机的圆柱形气缸，再一个是用于检测加工工件深度（检测加工元件是否为合格品）的圆柱形气缸。
（3）搬运单元。共使用了三种类型的四个气缸：一是用于机械手升降的单作用圆柱形气缸，一是用于机械手伸缩的单作用圆柱形气缸，一是用于抓夹工件的气手指，一是用于使机械手旋转至抓夹位置的双作用气缸。
（4）装配单元共使用了2个单作用类型的气缸：一个是用于拖动装配台至装配位置的圆柱形气缸，另一个是用于抵住配件料筒中工件的圆柱形气缸。
（5）分类存储单元共使用了2个类型的气缸：一是用于机械手伸缩的单作用圆柱形气缸，另一个是用于抓住工件的气动手指。
2.电磁阀的选型
在微生产线的设计中，气动电磁阀是控制气缸的枢纽部件，在进行气动电磁阀的选型时，需要根据选用的气缸的种类进行电磁阀的选择。系统中大部分选用了的单作用气缸（机械臂也为单作用气缸），统一采用型号为4V110-06-DC24-2.5W的气动电磁阀。它是一个二位五通单电控电磁阀，可以良好的配合该系统使用的气缸的工作。此外，在搬运单元中，用于控制机械手旋转的双作用摆缸，采用型号为4V120-06-DC24-2.5W的气动电磁阀。
3.机械传动的设计
由于每一种机械传送方式都有各自的特点，需要根据不同的要求选择不同的机械传动方式，在加工转盘的旋转过程中，使用了涡轮蜗杆对旋转位置进行精确定位，在分类存储单元机械手的伸缩、提升使用了滚珠丝杠进行平稳放置工件，搬运单元使用了带传送进行工件的水平传送。
四、PLC控制系统的设计
在微生产线系统中，根据系统中多单元协同工作，要求PLC之间实现网络通讯，多传感器、气动元件动作，要求具有数字量、模拟量扩展功能；能够控制步进、变频、伺服电动机的工作，要求PLC具有较强的运动控制的功能；根据国内的电压等级为220V/380V，要求电源可以在该范围工作；由于系统需要拆装和移动，要求PLC具有较强的抗震能力。参考市售PLC产品的价格，最终选定西门子公司生产的S7-200系列PLC。
五、人机界面的设计
人机界面又叫HMI，是用户对自动化控制系统的一种检测、控制手段。本条微生产线采用了MT4404T系列的触摸屏，进行系统的操作和基本状态的监控。该触摸屏具有方便的接口、简捷的开发系统、良好的用户体验等特性，适合用户的基本需求。
六、设计方案的预期和不足
本文的设计方案实现了以S7-200PLC作为控制器的自动化生产线系统，研究成果可以投入到市场，其设计方法、生产任务具有一定的借鉴意义。此外，由于光机电一体化微生产线是一个相对比较复杂的系统，设计方案中难免会出现不足，比如基本单元过少，控制系统是否可靠等问题，本方案还需要进一步改进。
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