本科机械控制毕业论文
本科机械控制毕业论文
机械控制工程基础 是机械工程类学生一门重要的专业基础课。下面是学习啦小编为大家整理的本科机械控制毕业论文，供大家参考。
本科机械控制毕业论文范文一：机械控制工程基础教学研究
摘要：针对“机械控制工程基础”教学过程中存在的学生积极性不足、教学效果差、理论偏离实际等问题，本文从教学手段和教学内容两个方面提出了一些建议和举措。从调动学生积极性、采用小组讨论等多样性教学手段、增加机械工程实际案例以及科研论文选读等教学内容等角度给出了对“机械控制工程基础”进行课程教学改革的初步探索。
关键词：机械控制工程基础;工程实际案例;小组讨论;科研论文
0引言
“机械控制工程基础”是机械类专业学生的一门专业理论基础课及专业必修课，在机械工程学科的课程建设中具有举足轻重的作用。该门课程以经典的控制理论知识及方法为基础，旨在解决机械工程系统的动力学问题以及控制论问题;同时，该课程也是机械专业“测试技术”“机电一体化技术”“过程控制与装备”以及“机器人技术”等后续课程的理论基础。因此，该门课程的教学效果一方面关系着机械类专业学生后续技术课程的学习，另一方面直接关系着学生解决实际机械工程问题的能力。然而，在“机械控制工程基础”该门课程的实际教学过程中，由于该课程具有理论性强、对数学基础要求高、内容枯燥乏味、学科交叉明显等诸多特点，使得该门课程的教学难度较大，学生学习的热情及积极性不高。同时，目前国内该课程主要的教学还是以传统的讲授结合少量实验的形式为主，在整个学习过程中学生都处于知识点的被动接收层面，学习主动性和自主性不高、学习效果极差。另外，大多数国内高校在“机械控制工程基础”的教授过程中，理论脱离工程实际，使得学生严重缺乏利用控制理论知识解决实际工程问题的能力，学生在完成本门课的学习之后，所具备的能力往往只是停留在应试和解题的层面，大多数情况下并没有掌握或是领悟学习这门课的目的是什么，具体应用又如何，更难以利用所学知识合理有效地解决工程实际问题。为此，本文针对目前国内高校在“机械控制工程基础”这门课教授方面存在的问题，提出以下几点建议及措施。
1充分激发学生的学习兴趣，调动学生学习的积极性
如前所述，“机械控制工程基础”该门课具有理论性强、对数学基础要求高、内容枯燥乏味等特点，因此学生在最初接触该门课程时，通常表现出学习兴趣不大，积极性不高等问题。同时，目前网络技术和计算机技术已经得到广泛发展和普及，学生们可以较为容易地从网络上获取大量的学习资源，甚至是国内外知名高校所发布的该门课程的优秀教学视频和资料，因此如果教师只是简单地照本宣科，会使得学生感觉教师在课题上传授的知识点简单乏味，难以激发学生的学习兴趣，使得学生学习热情不高。因此，教师在教学过程中，如何充分调动学生学习的积极性，激发学生的学习兴趣就成为能否顺利达到该门课程既定教学效果和目的的关键。笔者认为要想培养学生的学习兴趣和积极性，可以从以下几个方面着手：一是重视首堂课教学内容和方案的设定。在首堂课中合理设定教学方案，介绍并讲解该课程在工业、农业、航空航天等诸多方面的应用案例，使得学生充分认识到该门课的重要性;二是针对学生特点，合理选用教学案例。在实际的教学过程中切忌理论脱离实际，因此在知识点的讲解过程中可以充分利用案例，首先通过引入对学生来说较为新颖且易于理解的案例吸引学生，在案例的讲解过程中合理引导学生探寻、领悟并学习知识点。
2采用多样化教学方式与手段，使学生成为教学过程的主体
目前，“机械控制工程基础”这门课普遍存在着教师灌输、学生被动接收的教学现状，大多数情况下教师才是教学过程的主体，而学生只是知识的被动接收者。为此，可以采用多样化的教学方式和手段，改革传统的教师讲授加少量实验的教学形式，增加学生的参与性，使得学生成为教学学习过程的主体。例如教师可以选取合适的章节或知识点，设定适当的教学主题或工程题目，将教师教授改变为学生小组讨论的形式或者目前较为新颖的对分课堂的形式，在这一过程中教师首先安排学生查阅拓展材料或文献，自主学习获取知识;随后，教师合理地组织学生进行小组讨论，引导学生主动获取知识点，增加学生的积极性。这种形式的教学方式一方面可以充分调动学生学习的主动性和学习兴趣、增加学生思维的灵活性，另一方面可以使学生成为知识的发现者和探索者，成为教学过程的主体。但是需要指出的是，在采取小组讨论或对分课堂这样多样化的教学手段中，教师的作用同样重要，教师需要在小组讨论或对分课堂过程中合理设定题目或主题，使其难度适中。同时，要合理引导学生进行讨论，完成对知识点的探索，并保证学生注意力的集中，而不是信马由缰。
3改革教学内容，增加工程实际案例的讲解
“机械控制工程基础”最终的教学目的是为了培养学生利用控制理论知识解决机械工程实际问题的能力，如果只是泛泛地学习或者传授理论知识，而不能很好的做到理论联系实际，那么学习效果会很差，所能达到的教学目标也会很低。而目前在大多数情况下，学生学习完“机械控制工程基础”这门课程之后，往往表现出对课程的茫然，不明白也不能领悟学习这门课有什么用，学习的目的是什么，这门课又能解决什么样的工程实际问题，更谈不上利用理论知识解决实际问题。因此要想通过“机械控制工程基础”这门课的教授真正培养学生解决机械工程实际问题的能力、达到培养工程型人才的目标，需要对传统的教学内容进行必要的改革，而笔者认为“机械控制工程基础”教学内容改革的一个重要方面是在教学内容或是教材中增加与“机械控制工程基础”这门课知识点相关联的机械工程实际问题。通过讲解这些工程实际问题以及控制理论知识在这些实际工程问题中的应用，使得学生一方面可以充分认识到课程的重要性，培养学生学习的热情;更重要的是让学生了解“机械控制工程基础”这门课有什么用，用什么知识点解决问题以及怎么用的问题。使得学生通过课程的本门课程的学习真正做到理论联系实际，培养学生解决工程实际问题的能力。另外，教师可以充分鼓励和指导学生参加相关的机电产品创新大赛等活动，一方面可以通过参加该类竞赛等相关活动让学生检验自己的学习成果，培养自己利用所学知识解决实际问题的能力;另一方面还可以培养学习的积极性和主动性，增强学生学习的自信心和成就感。
4增加科研论文选读，帮助学生了解课程发展最新的动态
此外，在具体的教学过程中，笔者认为教师可以选取并提供给学生一些较为新颖或经典的有关“机械控制工程基础”这门课程工程应用的科研论文，指导学生阅读并学习这些文献，同时要求学生课下检索并增加相关拓展材料的阅读，让学生们通过“机械控制工程基础”相关科技论文的了解和学习，加深对这门课程重要性及其在工程实际中应用的认识，让学生们了解哪些领域在应用所学课程的知识点、在应用哪些知识点、解决什么样的工程实际问题以及如何解决这些工程实际问题。通过科研论文的选读，一方面可以使学生领悟课程的重要性，把握最新的课程发展动态;另一方面可以激发学生自我学习的主动性和积极性，充分激发学生的学习兴趣。
5结语
本文针对目前“机械控制工程基础”教学过程中存在的学生积极性不高、被动接收以及理论脱离工程实际等一些问题，从激发学生兴趣、改革教手段以及优化教学内容等方面提出了一些“机械控制工程基础”课程教学改革的措施和意见。具体举措上，要求教学过程中应采用小组讨论或对分课堂等形式实现教学过程的主体由教师转变为学生;而在教学内容方面应增加机械工程实际案例，并指导学生阅读学习最新的相关科研论文及成果。以此调动学生学习的主动性、积极性，并能够真正做到学以致用，实现理论与实际的结合，培养学生解决实际工程问题的能力。
参考文献
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[6]张学新.对分课堂:大学课堂教学改革的新探索[J].复旦教育论坛,2014(5):5-10.
本科机械控制毕业论文范文二：仿生双足机器人机械控制研究
摘要：基于嵌入式设计的仿生直立双足机器人的机械控制系统设计和实现。该机器人已有的仿造人类基本动作成果是以32位Cortex-M3架构的STM32F013ZET6控制芯片为系统处理数据核心，以机械控制系统为控制中枢。结合记忆系统导入的人类动作数据，基层平台支撑的机械结构，硬件部分的模拟与数字电子电路及程序控制部分的直接与多平衡算法间接反馈控制等。实际应用成果表明，该机器人系统调理清晰、操作简便。
关键词：仿生双足机器人;动作姿态采集;机械控制;控制
1概述
机器人技术被认为是对未来新兴产业发展具有重要意义的高新技术之一[1]。仿生机器人作为一种特殊的服务科技产品因其安全、高效、作业时间长，越来越受到人们的关注[2]。随着科学技术和生活经济水平的不断提高，社会上仍有不少行走困难的患者主要依靠轮椅或拐杖活动，生活上不能自理，在社会的活动范围及心理感受上都受到一定程度的负面影响。该项目设计的初衷是解决上述问题：通过各种相关技术设计一个仿生直立双足机器人，达到模仿人的动作的效果，为患者设计出更加理想的假肢。纵观我国假肢发展的趋势，控制方面趋向于智能控制[3]。因此，在协助人类生活的仿生机器人设备发展有良好的前景。该仿生双足机器人研发中融合计算机、电子、机械、医学、仿生学等多门技术于一体，因此在整个系统的设计上统筹考虑确定完整可控的前提下保持不设计冗余。其程序控制系统主要是由机械控制系统，无线通信系统和电脑监控上位机等部分独立且又相互满栈配合运行，其中机械控制系统是本系统的设计核心。此外该机器人设计使用以STM32F013ZET6芯片为内核的系统主控制器，携带数字陀螺仪MPU6050传感器单元。并且采用HC-05无线蓝牙模块作为机器人控制和监控上位机的通信桥梁，负责将采集到的信息传输到监控上位机并传达监控上位机的控制指令，使机器人执行相应的控制动作。
2程序控制系统详解
2.1机械控制系统思路分析
本项目所研究的机器人需要仿生完成机器人的信息接收、信息处理、信息输出的功能，实现人性化、智能化[6]。在结构、感知、控制、智能等方面给出新方法以适应新环境、新任务、新需求[7]。其仿生是重点所在，如让该机器人类人行走，在相对平整的路面上行走时的动作是一个循环的过程，若在行走动作调试得精准的状态下平衡使用的必要性低。而机器人在走相对不平整的路面时，若仅依靠动记忆系统中导入的动作姿态来控制各伺服机显然不能满足仍正常行走的目的。因此在平衡算法控制何时干预动作问题中专门设计了一套适合该机器人的机械控制系统。该机械控制系统主要包括两个控制：动作姿态控制，平衡控制。在整个机械控制系统中动作姿态控制及平衡控制产生双通道联合响应，动作姿态控制起基础的作用，平衡控制起调整作用。当机器人通电运行时，两个控制都处于运作的状态，当机器人接收到操控者发送的数据时，动作姿态控制主导运行记忆系统搜索调用24c02存储器中的记忆动作数据，发送给PWM脉冲处理程序。当各伺服机转动到目标角度时，若机器人的状态采集模块MPU6050传入不正常数据(当一般动作运行后机器人状态对比实际状态有不正常时)，这时的平衡控制程序会产生主导控制，通过PID算法计算出添补调整角度并发送给PWM脉冲处理程序运行后再次对比采集模块数据，若不正常则从复运行，反之完成本次动作指令。
2.2动作姿态控制的采集及量化过程
仿生基础动作的实现有以下4个步骤：采集、分析处理整合、调试、记录。采集人类日常动作数据的过程是使用摄像头对动作进行连续拍摄，在同一个动作上采用多个方位的拍摄。分析采集动作数据结合了拍摄的人类动作取帧以及人类骨架结构节点对应。对上一步所取得的多个角度拍摄的连贯动作并获得该相同循环动作的图片帧，对比、计算并记录前后两帧的动作对应的人类骨架的节点，这时每个拍摄角度都有一套完整的动作帧数据。其中涉及到一个模糊的算法计算，在同一角度的循环动作分析计算上植入模糊算法用于模糊其中的由于人类自然抖动产生的不可预测的细微改变。当动作的采集分析封装完成后，将该动作封装导入到该仿生双足机器人的记忆系统中，该记忆系统在成型的程序体系中是以相对独立的调用形式存在。在机器人有动作指令接收到时，选择EEPROM地址段，寻找到该具体动作类型的物理地址并读取该动作数据，完成一个读取EEPROM的操作。
2.3PID平衡控制算法作用机理
平衡控制算法是该仿生双足机器人能够在实际的平整程度对比人类可不过于费力按比例缩减的动作发生平台上能够顺利地完成指定动作的保障。其中最主要使用的平衡算法是PID算法，在不同的路面情况下通过该算法给出相对应的反馈响应，给不同的需要使用的伺服机信号源发送即时的PWM信号脉冲，以保证该机器人的平衡维持在可控的范围内。该平衡控制程序是建立在传感器MPU6050及STM32F103ZET6平台上的算法。当传感器MPU6050采集到的数据经MCU计算后定位为不正常数据时，PID算法启动，计算偏差角度、添补调整角度，发送给PWM脉冲发生函数进行下一步的脉冲发送。本算法在原来的平衡算法PID的反馈程序的PWM信号脉冲的给定信号模式中使用了“同时”与“同速”两种模式。“同时”代表在相同或相差不会超过200ms的时间内完成所有PWM脉冲，“同速”表示所有PWM脉冲在单位时间内给定的脉冲数相同。
2.4MPU6050模块使用方法
由于陀螺仪在长时间平衡采集的情况下会出现采集数据不准确，而加速度计的工作机理正好相反，从而两种传感器恰好形成在时间长度上互补采集的关系，所以使用融合陀螺仪及加速度计两种传感器于一体的传感器模块mpu6050对平衡状态进行采集是较为可靠的。在MPU6050传感器中采集到的机器人平衡以及其他各项状态是以间隔为50ms的工作状态通过UART串口传输到MCU芯片中进行数据处理。
3结论
本项目所研发作品基于机械结构，硬件电路及机械控制等多模块设计共同协调统一。目前成果已可达到模仿人类基本动作的目的，但在解决动作僵硬及仿生程度使用到方法仍有大空间可继续改进，在更深层次的仿生效果上仍然不足。在基于目前已完成的机器人平台上，可进行纵向研发，整体往更加智能化，条理化，自动化进一步开发。这需要进一步完善机械结构至靠拢类人类下肢骨架结构，精确采集人类日常动作，增加感应器模块，深化反馈调节的算法环境及改进机械控制系统流程，实现自动扫描目标路径并完成包括自动避障的目标动作。
参考文献
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