第1篇 创新设计基础

第1章 绪论

1.1概述

1.2机械设计创新概述

1.3机电创新产品的控制技术

1.3.1 工业控制计算机

1.3.2分散型控制系统（DCS）

1.3.3可编程序控制器

1.3.4单片机

1.3.5 DSP

1.4创新型人才培养

1.5课程性质及内容

第2章 创新思维与技法

2.1创新思维特点

2.2创新思维方法

2.2.1形象思维

2.2.2发散思维

2.2.3求异思维

2.2.4逻辑思维

2.2.5直觉思维

2.2.6灵感思维

2.3创新思维培养

2.4创新技法的分类

2.5创新技法

2.5.1类比法

2.5.2移植法

2.5.3组合法

第2篇 机械创新设计

第3章 机械系统方案创新设计

3.1机械系统概述

3.1.1机械系统的组成

3.1.2机械系统的特性

3.1.3机械系统设计的内容

3.2功能分析与综合

3.2.1功能分类

3.2.2功能分解

3.3原理分析与综合

3.3.1 39个工程参数

3.3.2 40个解决原理

3.3.3矛盾冲突矩阵

3.4构型分析与综合

3.5机械运动系统方案评价

3.5.1评价内容

3.5.2评价指标的量化

3.5.3评价方法

第4章 机构的创新设计

4.1机构创新设计原则

4.1.1机构尽可能简单

4.1.2尽量缩小机构尺寸

4.1.3合理选择运动副

4.1.4适当选择原动机

4.1.5应使机构具有较好的动力特性

4.2常用基木机构

4.2.1常用单自由度基本机构

4.2.2常用二自由度基本机构

4.2.3常用基本机构的特性

4.3机构变异设计与创新

4.3.1机架位置的变换

4.3.2构件形状和尺寸的变化

4.3.3运动副的变异与演化

4.3.4运动副的等效代换与创新

4.4机构组合设计与创新

4.4.1串联式组合

4.2.2并联式组合

4.2.3叠加式组合

4.2.4复合式组合

4.5机构再生运动链原理与创新

4.5.1再生运动链法的一般过程

4.5.2一般化规则

4.5.3运动链的连杆类配

4.5.4运动链再生方法

4.5.5新机构的构建

第5章 机械结构的创新设计

5.1机械结构设计概述

5.1.1机械结构设计的基本要求

5.1.2机械结构设计的原理

5.1.3机械结构设计的特点

5.2结构创新设计的变元法

5.2.1材料变元

5.2.2数量变元

5.2.3位置变元

5.2.4尺寸变元

5.2.5形状变元

5.2.6联接变元

5.2.7工艺变元

5.2.8实例分析

参考文献

第3篇 电控创新训练

第6章 可编程控制器概述

6.1 PLC的产生与发展

6.1.1 PLC的产生

6.1.2 PLC的发展

（1）早期阶段（20世纪60年代末-70年代中期）

（2）中期阶段（20世纪70年代中期-80年代中期）

（3）近期阶段（20世纪80年代中期-至今）

6.2 PLC的特点及应用

6.2.1 PLC的特点

（1）高可靠性

（2）应用灵活

（3）功能强、通用性好

（4）编程简单

6.2.2 PLC的应用

（1）数字量逻辑控制

（2）运动控制

（3）闭环过程控制

（4）数据处理

（5）通信联网

6.3 PLC的结构及工作原理

6.3.1 PLC的基本结构

（1）中央处理单元（CPU）

（2）存储器

1）系统程序存储器

2）用户程序存储器

3）变量（数据）存储器

（3）输入/输出接口

1）输入接口

2）输出接口

（4）编程器

（5）电源

6.3.2 PLC的工作原理

1）自诊断阶段

2）通信操作阶段

3）输入采样阶段

4）用户程序执行阶段

5）输出刷新阶段

6.3.3 PLC的I/O响应时间

第7章 S7-200系统概述

7.1 S7-200功能概述

7.2 S7-200 PLC的系统构成

（1）状态指示灯

（2）可选卡插槽

（3）RS-485串行通信口

（4）电源及输出端子

（5）输入端子及传感器电源

（6）扩展接口、模式选择开关、模拟量电位器

7.3 S7-200 CPU模块

7.3.1 CPU模块的技术指标

7.3.2 CPU模块的接线方式

7.3.3 CPU模块的通信接口

7.4 S7-200扩展模块

7.4.1数字量I/O扩展模块

（1）数字量I/O扩展模块的分类

（2）数字量I/O扩展模块的输入、输出规范

（3）数字量I/O扩展模块的接线

7.4.2模拟量I/O扩展模块

（1）模拟量I/O扩展模块的分类和技术规范

（2）模拟量扩展模块的接线

7.4.3温度测量扩展模块

7.4.4特殊功能模块

7.5S7-200供电和接线

第8章 S7-200 PLC编程基础

8.1 S7-200 PLC程序的结构

8.2 S7-200 PLC的数据区

（1）输入映像存储器I

（2）输出映像存储器Q

（3）模拟量输入映像存储器AI

（4）模拟量输出映像存储器AQ

（5）变量存储器V

（6）局部存储器L

（7）位存储器M

（8）特殊存储器SM

（9）定时器存储器T

（10）计数器存储器C

（11）高速计数器存储器HC

（12）顺序控制继电器S

（13）累加器AC

8.3 S7-200 PLC数据的保持

（1）内置电容保持数据

（2）内置电容＋电池卡保持数据

（3）使用数据块

（4）使用系统块

（5）编程保存数据

（6）使用存储卡

8.4 S7-200 PLC寻址方式

（1）直接寻址

（2）间接寻址

8.5 S7-200 PLC的编程语言

（1）梯形图（LAD）

（2）语句表（STL）

（3）功能块图（FBD）

第9章 S7-200 PLC的指令系统

9.1位逻辑指令

（1）触点指令

（2）线圈指令

（3）触点、线圈指令举例

（4） RS触发器指令

9.2数据处理指令

（1）比较指令

（2）传送指令

（3）移位指令

9.3定时器指令

（1）定时器概述

（2）接通延时定时器TON

（3）有记忆接通延时定时器TONR

（4）断开延时定时器TOF

9.4计数器指令

（1）加计数器指令（CTU）

（2）减计数器指令（CTD）

（3）加/减计数器指令（CTUD）

9.5程序控制指令

（1）循环指令

（2）跳转及标号指令

（3）顺序控制继电器指令

（4）条件结束指令与停止指令

（5）看门狗复位指令

9.6子程序指令

（1）建立子程序

（2）子程序指令

（3）带参数调用子程序

9.7中断指令

（1）中断概述

（2）中断指令

（3）中断程序的建立

（4）中断指令举例

第10章 S7-200编程软件STEP 7-Micro/WIN

10.1编程软件概述

10.2编程软件的安装

10.2.1安装条件

10.2.2软件安装

10.2.3安装SP升级包

10.3计算机和PLC的通信

10.3.1硬件连接

10.3.2通信设置

10.3.3 PLC通信参数设置

10.3.4不同PLC类型设置

10.4 STEP 7-Micro/WIN编程的概念和规则

（1）网络

（2）执行分区

（3） EN/ENO

（4）条件输入、无条件输入指令

（5）无输出的指令

（6） LAD编辑器符号说明

10.5 STEP 7-Micro/WIN V4.0软件界面及功能

（1）菜单条

（2）浏览条

（3）指令树

（4）项目提示

（5）工具栏

（6）程序编辑器

（7）状态条

（8）输出窗口

10.6创建工程及程序编写

10.6.1生成一个工程文件

（1）新建一个项目文件

（2）打开已有的项目文件

（3）从PLC上载项目文件

10.6.2程序编写

（1）输入程序

（2）编辑LAD线段

（3）插入和删除

（4）程序块操作

10.6.3程序编译和下载

10.6.4程序调试及运行监控

（1）有限次数扫描

（2）梯形图程序的状态监视

（3）状态表监视

（4）强制功能

（5）状态趋势图

（6）运行模式下的程序编辑

第11章 PLC应用系统设计及实例

11.1应用系统设计概述

11.2 PLC应用系统的设计

11.2.1 PLC控制系统的设计内容及设计步骤

（1） PLC控制系统的设计内容

（2）设计步骤

11.2.2 PLC的硬件设计和软件设计及调试

（1） PLC的硬件设计

（2） PLC的软件设计

（3）软件、硬件的调试

11.2.3 PLC程序设计常用的方法

（1）经验设计法

（2）继电器控制电路转换为梯形图法

（3）逻辑设计法

（4）顺序控制设计法

附录A 57-200仿真软件

A.1仿真软件简介

A.2仿真软件使用步骤

附录 B 特殊存储器（SM）各标志位的功能

B.1 SMBO：系统状态

B.2 SMB1：指令执行状态

B.3 SMB2：自由端口接收字符

B.4 SMB3：自由端口奇偶校验错误

B.5 SMB4：队列溢出

B.6 SM B5：I/O状态

B.7 SMB6：CPU标识寄存器

B.8 SMB7：保留

B.9 SMB8-SMB21：I/O模块标识和错误寄存器

B.10 SMW22-SMW26：以毫秒为单位的扫描时间

B.11 SMB28和SMB29：模拟调整

B.12 SMB30和SMB130：自由端口控制

参考文献

案例

Ⅰ机械创新设计大赛案例

案例1多功能拐杖的设计

1.1设计背景

1.2设计目标

1.3设计方案

1.4效果图

2多功能健身器的设计

2.1设计背景

2.2设计方案

2.3技术设计

3.3举重部分设计

4.2功能说明

4.3设计不足

3腰背锻炼器的设计

3.1设计背景

3.2腰部锻炼的作用

3.3设计目标

3.4设计方案

3.5结构设计

3.6结束语

4多功能手动除雪、清洁车的设计

4.1研究背景

4.2基本结构及工作原理

4.3主要工作部件及设计依据

4.4主要技术措施

4.5使用检验

4.6结束语

4.7设计感想

5燃气灶点火定时开关的设计

5.1设计背景

5.2基本结构和工作原理

5.3主要工作部件及设计依据

5.4结束语

6竖井救援装置的设计

6.1设计背景

6.2结构和主要尺寸

6.3强度校核

6.4工作过程及模拟试验

6.5结束语

7小型泥土挖抛灭火车的设计

7.1基本结构和工作原理

7.2主要设计内容

7.3结束语

7.4设计感想：我与机械创新设计大赛

Ⅱ机器人大赛案例

1绪论

1.1机器人竞赛

1.2亚太大学生机器人大赛

2行走机构

2.1行走机构简介

2.2行走机构类型

2.3轮子模块

2.4悬挂装置

2.5框架制作材料

2.6框架制作方法

2.7行走机构动力

2.8行走机构巡线及定位

3升降伸缩机构

3.1升降伸缩机构类型

3.2升降伸缩机构导轨

3.3升降伸缩机构限位