本科機械控制畢業(yè)論文
本科機械控制畢業(yè)論文
機械控制工程基礎(chǔ) 是機械工程類學(xué)生一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。下面是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的本科機械控制畢業(yè)論文，供大家參考。
本科機械控制畢業(yè)論文范文一：機械控制工程基礎(chǔ)教學(xué)研究
摘要：針對“機械控制工程基礎(chǔ)”教學(xué)過程中存在的學(xué)生積極性不足、教學(xué)效果差、理論偏離實際等問題，本文從教學(xué)手段和教學(xué)內(nèi)容兩個方面提出了一些建議和舉措。從調(diào)動學(xué)生積極性、采用小組討論等多樣性教學(xué)手段、增加機械工程實際案例以及科研論文選讀等教學(xué)內(nèi)容等角度給出了對“機械控制工程基礎(chǔ)”進行課程教學(xué)改革的初步探索。
關(guān)鍵詞：機械控制工程基礎(chǔ);工程實際案例;小組討論;科研論文
0引言
“機械控制工程基礎(chǔ)”是機械類專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)理論基礎(chǔ)課及專業(yè)必修課，在機械工程學(xué)科的課程建設(shè)中具有舉足輕重的作用。該門課程以經(jīng)典的控制理論知識及方法為基礎(chǔ)，旨在解決機械工程系統(tǒng)的動力學(xué)問題以及控制論問題;同時，該課程也是機械專業(yè)“測試技術(shù)”“機電一體化技術(shù)”“過程控制與裝備”以及“機器人技術(shù)”等后續(xù)課程的理論基礎(chǔ)。因此，該門課程的教學(xué)效果一方面關(guān)系著機械類專業(yè)學(xué)生后續(xù)技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，另一方面直接關(guān)系著學(xué)生解決實際機械工程問題的能力。然而，在“機械控制工程基礎(chǔ)”該門課程的實際教學(xué)過程中，由于該課程具有理論性強、對數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高、內(nèi)容枯燥乏味、學(xué)科交叉明顯等諸多特點，使得該門課程的教學(xué)難度較大，學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情及積極性不高。同時，目前國內(nèi)該課程主要的教學(xué)還是以傳統(tǒng)的講授結(jié)合少量實驗的形式為主，在整個學(xué)習(xí)過程中學(xué)生都處于知識點的被動接收層面，學(xué)習(xí)主動性和自主性不高、學(xué)習(xí)效果極差。另外，大多數(shù)國內(nèi)高校在“機械控制工程基礎(chǔ)”的教授過程中，理論脫離工程實際，使得學(xué)生嚴(yán)重缺乏利用控制理論知識解決實際工程問題的能力，學(xué)生在完成本門課的學(xué)習(xí)之后，所具備的能力往往只是停留在應(yīng)試和解題的層面，大多數(shù)情況下并沒有掌握或是領(lǐng)悟?qū)W習(xí)這門課的目的是什么，具體應(yīng)用又如何，更難以利用所學(xué)知識合理有效地解決工程實際問題。為此，本文針對目前國內(nèi)高校在“機械控制工程基礎(chǔ)”這門課教授方面存在的問題，提出以下幾點建議及措施。
1充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性
如前所述，“機械控制工程基礎(chǔ)”該門課具有理論性強、對數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高、內(nèi)容枯燥乏味等特點，因此學(xué)生在最初接觸該門課程時，通常表現(xiàn)出學(xué)習(xí)興趣不大，積極性不高等問題。同時，目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機技術(shù)已經(jīng)得到廣泛發(fā)展和普及，學(xué)生們可以較為容易地從網(wǎng)絡(luò)上獲取大量的學(xué)習(xí)資源，甚至是國內(nèi)外知名高校所發(fā)布的該門課程的優(yōu)秀教學(xué)視頻和資料，因此如果教師只是簡單地照本宣科，會使得學(xué)生感覺教師在課題上傳授的知識點簡單乏味，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使得學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高。因此，教師在教學(xué)過程中，如何充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣就成為能否順利達到該門課程既定教學(xué)效果和目的的關(guān)鍵。筆者認為要想培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，可以從以下幾個方面著手：一是重視首堂課教學(xué)內(nèi)容和方案的設(shè)定。在首堂課中合理設(shè)定教學(xué)方案，介紹并講解該課程在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空航天等諸多方面的應(yīng)用案例，使得學(xué)生充分認識到該門課的重要性;二是針對學(xué)生特點，合理選用教學(xué)案例。在實際的教學(xué)過程中切忌理論脫離實際，因此在知識點的講解過程中可以充分利用案例，首先通過引入對學(xué)生來說較為新穎且易于理解的案例吸引學(xué)生，在案例的講解過程中合理引導(dǎo)學(xué)生探尋、領(lǐng)悟并學(xué)習(xí)知識點。
2采用多樣化教學(xué)方式與手段，使學(xué)生成為教學(xué)過程的主體
目前，“機械控制工程基礎(chǔ)”這門課普遍存在著教師灌輸、學(xué)生被動接收的教學(xué)現(xiàn)狀，大多數(shù)情況下教師才是教學(xué)過程的主體，而學(xué)生只是知識的被動接收者。為此，可以采用多樣化的教學(xué)方式和手段，改革傳統(tǒng)的教師講授加少量實驗的教學(xué)形式，增加學(xué)生的參與性，使得學(xué)生成為教學(xué)學(xué)習(xí)過程的主體。例如教師可以選取合適的章節(jié)或知識點，設(shè)定適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)主題或工程題目，將教師教授改變?yōu)閷W(xué)生小組討論的形式或者目前較為新穎的對分課堂的形式，在這一過程中教師首先安排學(xué)生查閱拓展材料或文獻，自主學(xué)習(xí)獲取知識;隨后，教師合理地組織學(xué)生進行小組討論，引導(dǎo)學(xué)生主動獲取知識點，增加學(xué)生的積極性。這種形式的教學(xué)方式一方面可以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和學(xué)習(xí)興趣、增加學(xué)生思維的靈活性，另一方面可以使學(xué)生成為知識的發(fā)現(xiàn)者和探索者，成為教學(xué)過程的主體。但是需要指出的是，在采取小組討論或?qū)Ψ终n堂這樣多樣化的教學(xué)手段中，教師的作用同樣重要，教師需要在小組討論或?qū)Ψ终n堂過程中合理設(shè)定題目或主題，使其難度適中。同時，要合理引導(dǎo)學(xué)生進行討論，完成對知識點的探索，并保證學(xué)生注意力的集中，而不是信馬由韁。
3改革教學(xué)內(nèi)容，增加工程實際案例的講解
“機械控制工程基礎(chǔ)”最終的教學(xué)目的是為了培養(yǎng)學(xué)生利用控制理論知識解決機械工程實際問題的能力，如果只是泛泛地學(xué)習(xí)或者傳授理論知識，而不能很好的做到理論聯(lián)系實際，那么學(xué)習(xí)效果會很差，所能達到的教學(xué)目標(biāo)也會很低。而目前在大多數(shù)情況下，學(xué)生學(xué)習(xí)完“機械控制工程基礎(chǔ)”這門課程之后，往往表現(xiàn)出對課程的茫然，不明白也不能領(lǐng)悟?qū)W習(xí)這門課有什么用，學(xué)習(xí)的目的是什么，這門課又能解決什么樣的工程實際問題，更談不上利用理論知識解決實際問題。因此要想通過“機械控制工程基礎(chǔ)”這門課的教授真正培養(yǎng)學(xué)生解決機械工程實際問題的能力、達到培養(yǎng)工程型人才的目標(biāo)，需要對傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容進行必要的改革，而筆者認為“機械控制工程基礎(chǔ)”教學(xué)內(nèi)容改革的一個重要方面是在教學(xué)內(nèi)容或是教材中增加與“機械控制工程基礎(chǔ)”這門課知識點相關(guān)聯(lián)的機械工程實際問題。通過講解這些工程實際問題以及控制理論知識在這些實際工程問題中的應(yīng)用，使得學(xué)生一方面可以充分認識到課程的重要性，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情;更重要的是讓學(xué)生了解“機械控制工程基礎(chǔ)”這門課有什么用，用什么知識點解決問題以及怎么用的問題。使得學(xué)生通過課程的本門課程的學(xué)習(xí)真正做到理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學(xué)生解決工程實際問題的能力。另外，教師可以充分鼓勵和指導(dǎo)學(xué)生參加相關(guān)的機電產(chǎn)品創(chuàng)新大賽等活動，一方面可以通過參加該類競賽等相關(guān)活動讓學(xué)生檢驗自己的學(xué)習(xí)成果，培養(yǎng)自己利用所學(xué)知識解決實際問題的能力;另一方面還可以培養(yǎng)學(xué)習(xí)的積極性和主動性，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的自信心和成就感。
4增加科研論文選讀，幫助學(xué)生了解課程發(fā)展最新的動態(tài)
此外，在具體的教學(xué)過程中，筆者認為教師可以選取并提供給學(xué)生一些較為新穎或經(jīng)典的有關(guān)“機械控制工程基礎(chǔ)”這門課程工程應(yīng)用的科研論文，指導(dǎo)學(xué)生閱讀并學(xué)習(xí)這些文獻，同時要求學(xué)生課下檢索并增加相關(guān)拓展材料的閱讀，讓學(xué)生們通過“機械控制工程基礎(chǔ)”相關(guān)科技論文的了解和學(xué)習(xí)，加深對這門課程重要性及其在工程實際中應(yīng)用的認識，讓學(xué)生們了解哪些領(lǐng)域在應(yīng)用所學(xué)課程的知識點、在應(yīng)用哪些知識點、解決什么樣的工程實際問題以及如何解決這些工程實際問題。通過科研論文的選讀，一方面可以使學(xué)生領(lǐng)悟課程的重要性，把握最新的課程發(fā)展動態(tài);另一方面可以激發(fā)學(xué)生自我學(xué)習(xí)的主動性和積極性，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
5結(jié)語
本文針對目前“機械控制工程基礎(chǔ)”教學(xué)過程中存在的學(xué)生積極性不高、被動接收以及理論脫離工程實際等一些問題，從激發(fā)學(xué)生興趣、改革教手段以及優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容等方面提出了一些“機械控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革的措施和意見。具體舉措上，要求教學(xué)過程中應(yīng)采用小組討論或?qū)Ψ终n堂等形式實現(xiàn)教學(xué)過程的主體由教師轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生;而在教學(xué)內(nèi)容方面應(yīng)增加機械工程實際案例，并指導(dǎo)學(xué)生閱讀學(xué)習(xí)最新的相關(guān)科研論文及成果。以此調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性，并能夠真正做到學(xué)以致用，實現(xiàn)理論與實際的結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生解決實際工程問題的能力。
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本科機械控制畢業(yè)論文范文二：仿生雙足機器人機械控制研究
摘要：基于嵌入式設(shè)計的仿生直立雙足機器人的機械控制系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)。該機器人已有的仿造人類基本動作成果是以32位Cortex-M3架構(gòu)的STM32F013ZET6控制芯片為系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)核心，以機械控制系統(tǒng)為控制中樞。結(jié)合記憶系統(tǒng)導(dǎo)入的人類動作數(shù)據(jù)，基層平臺支撐的機械結(jié)構(gòu)，硬件部分的模擬與數(shù)字電子電路及程序控制部分的直接與多平衡算法間接反饋控制等。實際應(yīng)用成果表明，該機器人系統(tǒng)調(diào)理清晰、操作簡便。
關(guān)鍵詞：仿生雙足機器人;動作姿態(tài)采集;機械控制;控制
1概述
機器人技術(shù)被認為是對未來新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義的高新技術(shù)之一[1]。仿生機器人作為一種特殊的服務(wù)科技產(chǎn)品因其安全、高效、作業(yè)時間長，越來越受到人們的關(guān)注[2]。隨著科學(xué)技術(shù)和生活經(jīng)濟水平的不斷提高，社會上仍有不少行走困難的患者主要依靠輪椅或拐杖活動，生活上不能自理，在社會的活動范圍及心理感受上都受到一定程度的負面影響。該項目設(shè)計的初衷是解決上述問題：通過各種相關(guān)技術(shù)設(shè)計一個仿生直立雙足機器人，達到模仿人的動作的效果，為患者設(shè)計出更加理想的假肢。縱觀我國假肢發(fā)展的趨勢，控制方面趨向于智能控制[3]。因此，在協(xié)助人類生活的仿生機器人設(shè)備發(fā)展有良好的前景。該仿生雙足機器人研發(fā)中融合計算機、電子、機械、醫(yī)學(xué)、仿生學(xué)等多門技術(shù)于一體，因此在整個系統(tǒng)的設(shè)計上統(tǒng)籌考慮確定完整可控的前提下保持不設(shè)計冗余。其程序控制系統(tǒng)主要是由機械控制系統(tǒng)，無線通信系統(tǒng)和電腦監(jiān)控上位機等部分獨立且又相互滿棧配合運行，其中機械控制系統(tǒng)是本系統(tǒng)的設(shè)計核心。此外該機器人設(shè)計使用以STM32F013ZET6芯片為內(nèi)核的系統(tǒng)主控制器，攜帶數(shù)字陀螺儀MPU6050傳感器單元。并且采用HC-05無線藍牙模塊作為機器人控制和監(jiān)控上位機的通信橋梁，負責(zé)將采集到的信息傳輸?shù)奖O(jiān)控上位機并傳達監(jiān)控上位機的控制指令，使機器人執(zhí)行相應(yīng)的控制動作。
2程序控制系統(tǒng)詳解
2.1機械控制系統(tǒng)思路分析
本項目所研究的機器人需要仿生完成機器人的信息接收、信息處理、信息輸出的功能，實現(xiàn)人性化、智能化[6]。在結(jié)構(gòu)、感知、控制、智能等方面給出新方法以適應(yīng)新環(huán)境、新任務(wù)、新需求[7]。其仿生是重點所在，如讓該機器人類人行走，在相對平整的路面上行走時的動作是一個循環(huán)的過程，若在行走動作調(diào)試得精準(zhǔn)的狀態(tài)下平衡使用的必要性低。而機器人在走相對不平整的路面時，若僅依靠動記憶系統(tǒng)中導(dǎo)入的動作姿態(tài)來控制各伺服機顯然不能滿足仍正常行走的目的。因此在平衡算法控制何時干預(yù)動作問題中專門設(shè)計了一套適合該機器人的機械控制系統(tǒng)。該機械控制系統(tǒng)主要包括兩個控制：動作姿態(tài)控制，平衡控制。在整個機械控制系統(tǒng)中動作姿態(tài)控制及平衡控制產(chǎn)生雙通道聯(lián)合響應(yīng)，動作姿態(tài)控制起基礎(chǔ)的作用，平衡控制起調(diào)整作用。當(dāng)機器人通電運行時，兩個控制都處于運作的狀態(tài)，當(dāng)機器人接收到操控者發(fā)送的數(shù)據(jù)時，動作姿態(tài)控制主導(dǎo)運行記憶系統(tǒng)搜索調(diào)用24c02存儲器中的記憶動作數(shù)據(jù)，發(fā)送給PWM脈沖處理程序。當(dāng)各伺服機轉(zhuǎn)動到目標(biāo)角度時，若機器人的狀態(tài)采集模塊MPU6050傳入不正常數(shù)據(jù)(當(dāng)一般動作運行后機器人狀態(tài)對比實際狀態(tài)有不正常時)，這時的平衡控制程序會產(chǎn)生主導(dǎo)控制，通過PID算法計算出添補調(diào)整角度并發(fā)送給PWM脈沖處理程序運行后再次對比采集模塊數(shù)據(jù)，若不正常則從復(fù)運行，反之完成本次動作指令。
2.2動作姿態(tài)控制的采集及量化過程
仿生基礎(chǔ)動作的實現(xiàn)有以下4個步驟：采集、分析處理整合、調(diào)試、記錄。采集人類日常動作數(shù)據(jù)的過程是使用攝像頭對動作進行連續(xù)拍攝，在同一個動作上采用多個方位的拍攝。分析采集動作數(shù)據(jù)結(jié)合了拍攝的人類動作取幀以及人類骨架結(jié)構(gòu)節(jié)點對應(yīng)。對上一步所取得的多個角度拍攝的連貫動作并獲得該相同循環(huán)動作的圖片幀，對比、計算并記錄前后兩幀的動作對應(yīng)的人類骨架的節(jié)點，這時每個拍攝角度都有一套完整的動作幀數(shù)據(jù)。其中涉及到一個模糊的算法計算，在同一角度的循環(huán)動作分析計算上植入模糊算法用于模糊其中的由于人類自然抖動產(chǎn)生的不可預(yù)測的細微改變。當(dāng)動作的采集分析封裝完成后，將該動作封裝導(dǎo)入到該仿生雙足機器人的記憶系統(tǒng)中，該記憶系統(tǒng)在成型的程序體系中是以相對獨立的調(diào)用形式存在。在機器人有動作指令接收到時，選擇EEPROM地址段，尋找到該具體動作類型的物理地址并讀取該動作數(shù)據(jù)，完成一個讀取EEPROM的操作。
2.3PID平衡控制算法作用機理
平衡控制算法是該仿生雙足機器人能夠在實際的平整程度對比人類可不過于費力按比例縮減的動作發(fā)生平臺上能夠順利地完成指定動作的保障。其中最主要使用的平衡算法是PID算法，在不同的路面情況下通過該算法給出相對應(yīng)的反饋響應(yīng)，給不同的需要使用的伺服機信號源發(fā)送即時的PWM信號脈沖，以保證該機器人的平衡維持在可控的范圍內(nèi)。該平衡控制程序是建立在傳感器MPU6050及STM32F103ZET6平臺上的算法。當(dāng)傳感器MPU6050采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)MCU計算后定位為不正常數(shù)據(jù)時，PID算法啟動，計算偏差角度、添補調(diào)整角度，發(fā)送給PWM脈沖發(fā)生函數(shù)進行下一步的脈沖發(fā)送。本算法在原來的平衡算法PID的反饋程序的PWM信號脈沖的給定信號模式中使用了“同時”與“同速”兩種模式。“同時”代表在相同或相差不會超過200ms的時間內(nèi)完成所有PWM脈沖，“同速”表示所有PWM脈沖在單位時間內(nèi)給定的脈沖數(shù)相同。
2.4MPU6050模塊使用方法
由于陀螺儀在長時間平衡采集的情況下會出現(xiàn)采集數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，而加速度計的工作機理正好相反，從而兩種傳感器恰好形成在時間長度上互補采集的關(guān)系，所以使用融合陀螺儀及加速度計兩種傳感器于一體的傳感器模塊mpu6050對平衡狀態(tài)進行采集是較為可靠的。在MPU6050傳感器中采集到的機器人平衡以及其他各項狀態(tài)是以間隔為50ms的工作狀態(tài)通過UART串口傳輸?shù)組CU芯片中進行數(shù)據(jù)處理。
3結(jié)論
本項目所研發(fā)作品基于機械結(jié)構(gòu)，硬件電路及機械控制等多模塊設(shè)計共同協(xié)調(diào)統(tǒng)一。目前成果已可達到模仿人類基本動作的目的，但在解決動作僵硬及仿生程度使用到方法仍有大空間可繼續(xù)改進，在更深層次的仿生效果上仍然不足。在基于目前已完成的機器人平臺上，可進行縱向研發(fā)，整體往更加智能化，條理化，自動化進一步開發(fā)。這需要進一步完善機械結(jié)構(gòu)至靠攏類人類下肢骨架結(jié)構(gòu)，精確采集人類日常動作，增加感應(yīng)器模塊，深化反饋調(diào)節(jié)的算法環(huán)境及改進機械控制系統(tǒng)流程，實現(xiàn)自動掃描目標(biāo)路徑并完成包括自動避障的目標(biāo)動作。
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