麻省理工学院机械工程科研

MIT 机械工程实验工作室 2017 年12 月1 日-3 月31 日,每期时间长度为4 周

- 针对人群 -

欲申请美国名校机械类或相关专业的高中生、大学生。

- 你将获得 -

有机会与顶尖教授零距离交流,聆听世界一流规划师、设计师的讲座,获取该产业第一手现实资料。

科研内容

机械制造是国民经济的支柱产业, 是国家工业体系的重要基础和国民经济的 重要组成部分。近年来,随着工业4.0,智能制造,智能硬件,机器人等概念和产品的兴起,机械工程学科更是被赋予了新的活力。传统机械学科包含力学、材料学、热学、三维建模等等;而新时代中的机械工程和电子学、计算机学、生物学、以及各种其他学科都有机地融合在一起。

该科研主题为:麻省理工学院· 机械工程(Mechanical Engineering) 包括:机械设计与制造;电子设计与测试;机电一体化与控制;系统集成 与优化。 机械工程课程旨在培养学生对机械工程学科,尤其是机械设计,机电一体 化,智能硬件设计与控制的兴趣。通过学生能切身感受到的硬件设计项目,让学生既能对先进智能机电系统有总体的了解,又能实际动手操作去了解硬件工作原理并且操控硬件。让学生体会到麻省理工学院注重培养学生动手能力的教育理念,从而为世界贡献了大量杰出的工程师。更加重要的是,这样的经历鼓励学生在他们以后的学习生活中,仔细观察身边的机械系统和电子系统,了解工作原理,并且敢于跳出书本,用双手将自己的想法变成现实。

科研完成时,学生将了解麻省理工学院的授课方式及培养流程,并对机械 设计专业有一个完整的认知,形成专业概念,为后续专业课程的学习奠定基础。同时,在此基础上,培养从事前沿领域的研究和实际科研项目研究工作的能力,具备基本的科研素质、撰写一定质量的学术论文和在导师的指导下进行比较简单科研项目的开展能力,为专业选择及后续专业课程的学习和研究奠定基础,对学生自己未来的职业发展有着十分重要的意义。

具体科研模块

**研究模块1 ——机械设计与制造** 该模块主要介绍传统机械设计与制造。主要内容包括:常见机械装置介绍 (齿轮机构,连杆机构,链条传动,皮条传动等等);3D 计算机辅助设计(Solidworks 设计机械零部件与组装);常见加工制造工艺介绍(车床,铣削,激光切割等等);3D 打印原理与实例介绍;机器人手臂与机械手设计介绍。该模块主要意图让学生了解设计大型机械结构的根基,即各种基本的机械机构,并且让学生了解最基本的加工工艺,希望学生以后看到机械系统时候能够思考整个系统是如何被一步步构建起来的。

**研究模块2 —— 机械系统的电控制** 该模块主要介绍怎样用程序语言以及电信号来控制机械结构。如果说机械 机构就像人体的肌肉和手足一样的话,那么电控系统则像大脑一样控制着四肢的运动。该模块将主要介绍嵌入式编程系统和图形化编程系统。嵌入式编程以Arduino 为例,介绍基础的C 语言编程,并且示例怎样控制模块1 中设计的机械手;图形化编程以Labview 为例,介绍Labview 的图形化编程界面,并且示例怎样控制模块1 中设计的机械夹持器。

**研究模块3 ——电子系统设计与调试** 在很多情况下,跟机械系统交互的电子系统并不是简单的芯片,而需要设 计一定功能的电子电路来处理信号。该模块介绍简单的电子工程知识。首先介绍基本的电路元件,然后以医疗EKG 为例,介绍怎样利用基础电路元件设计具有一定功能的电子器件,并介绍怎样利用实验室基础的测量仪器来测试所搭建的电路,最后简单介绍用Matlab 编程进行简单的数字信号处理。

**研究模块4 —— 系统集成与控制** 最后一个模块将会概括前面所有模块的内容,介绍系统集成与控制。首先 介绍闭环控制必须的硬件——传感器;然后以超声波检测系统为例,介绍如何控制机械系统,集成电子系统,以及数字信号处理。

科研进程

**Section1** 课程内容:机械设计与加工,3D 打印,通过让学生动手设计使用Solidworks 软件学习设计,了解机械设计与加工的基本流程。 -Introduction to mechanical design -Hands on CAD modeling with Solidworks -Manufacturing process overview -Introduction to rapid prototyping -How is this part made session -3D printing part review

**Section 2** 课程内容:机械结构设计与装配,激光切割技术,电机原理概览,通过 让学生动手组装基本机械手结构,了解机械结构设计与装配的基础知 识。 -Introduction to mechanism design -Mechanism overview: gear, pulley, linkage and etc. -Robotic hand design and modeling -Basic introduction to kinametics -Mechanical gripper assembly -Actuator overview: DC motor, servo, stepper and etc.

**Section 3** 课程内容:嵌入式系统编程基础,C 语言简介,Arduino 嵌入式系统编程 ,通过使用嵌入式系统编程控制机械手了解自动化系统的开发过程, 并展示使用手势传感器Leap Motion 实现对机械手的控制。 -Introduction to programming with C -Embedded system overview -Introduction to Arduino -Hands on Arduino example: blink the led -Hands on Arduino example: serial communication -Hands on Arduino example: control the servo and mechanical gripper -Demo: control robotic hand with leap motion

**Section 4** 课程内容:用户界面设计简介,LabVIEW 图形化编程语言概览,通过 学习使用可视化编程语言编程,快速搭建用户交互式界面。 -Introduction to LabVIEW -Graphical programming overview -LabVIEW advanced simulation demo -Hands on programming in LabVIEW -Interactive control of robotic gripper with LabVIEW

**Section 5** 课程内容:电子元器件与简单电路设计,介绍电子元器件,包括电阻电 容,介绍模拟低通滤波器设计,介绍功率放大器及其广泛应用,介绍 模拟信号向数字信号的转化,介绍数字信号编码 -Resistors and capacitors -Instrumentation amplifier -Analog low-pass filter -Analog to digital converter -Op amp and comparator, buffer, differentiator, integrator -The digital world

**Section 6** 课程内容:医疗EKG 搭建与信号处理,介绍医疗EKG 的工作原理,让学 生动手亲自搭建医疗EKG 电路,介绍实验室基本测量仪器的使用,介 绍使用Matlab 进行数字信号处理 -How to read electronic data sheet of a chip -Fundamental theory of medical EKG -Hands on creation of simple EKG breadboard -Electronic lab instrument use: jumper wires, soldering, multimeter, oscillioscope -Simple digital signal processing with Matlab

**Section 7** 课程内容:传感器简介,介绍各式各样的传感器,包括位移传感器, 力传感器,光传感器,温度传感器,触摸传感器,以压电传感器为例 介绍如何使用芯片和传感器交互,介绍超声波传感器 -Force/pressure sensor -Optical sensor/encoder -Displacement sensor -Temperature sensor -Touch sensor -Hands on experience: Knock sensor with piezo sensor and Arduino/Touch sensor with PSoC -Ultrasound sensor

**Section 8** 课程内容: 机电一体化与控制,结合前面所学的各种内容,介绍系统 集成与机电一体化,介绍系统动力学与控制,介绍汽车中的各种机电 系统 -System integration: Actuator+Sensor+MCU+Data Acquisition+Signal Processing -Introduction to Shear wave elastography with mechanical vibration -System dynamics and control -Mechatronics in Automobile

**招募要求** 面向对象:欲申请美国名校机械类或相关专业的高中生、大学生; 专业背景:数学、物理、机械工程、机械设计、机电一体化、计算机等相关专业; 软性背景:有一定的科研履历者优先。

**参与科研的最大收获** 1 挑战自身潜能,切身体会世界理工之最——麻省理工学院严苛的学术氛围。通过参加2~4 周紧张而丰富的科研,学生能亲身体会国际精英们在这样的学术氛围下如何完成自身成长; 2 极大拓宽学生视野。麻省理工学院(MIT)作为世界顶尖高校,尤其以自 然及工程学享誉世界,其机械工程系是MIT 的重点科系。处在这样一个学 习氛围下,能够让学生拥有国际视野,了解到世界顶尖的设计行业在研究 的课题和内容以及世界最新发展态势,从而对整个行业有更清晰的认知; 3 学生将有机会与顶尖教授零距离交流,聆听世界一流规划师、设计师的讲座,获取该产业第一手现实资料; 4 科研完成后,学生将会全面了解并体会到麻省理工学院的授课及培养流程,并对规划、设计专业尤其是城市交通规划、城市设计、机械设计专业有一个完整的认知,将对学生今后的专业选择以及后续专业课程学习有所帮助; 5 同时,经过2~4 周的美国学习生活,学生能够为将来的赴美留学打下基础,并且能够根据自身情况对未来有更清晰的规划。在面临人生选择和确定发展方向的十字路口,这一段经历将会成为学生十分宝贵的财富。

  • Henry

    2015

    此刻萌翻京哈德发现自己不行,萨宾啊的人在不再根本不想他所以为的辣么重要