EK 战队机械组十日集训
本教程基于 EK 战队 25 赛季机械组培训计划整理，把原 8 节课 + 2 次考核组织为 10 天渐进式学习路径。 下载原始培训计划 PDF
学习总览
Day 1：机器人标准件常用件介绍
类型：通识课 建议时长：2 小时 学习目标：- 认识机器人中常用的标准件与常用件；
- 理解不同零件的功能与典型应用场景；
- 能够在设计初期进行合理的零件选型。
1.1 紧固件
螺栓、螺母、垫片、弹簧垫片、防松垫片、铜柱（铝、钢、尼龙）、键、销、铆钉（热、冷、抽芯、击芯）、涨套。1.2 传动件
齿轮（柱、锥、直、斜、弧形）、皮带（轮）、同步带（轮）、链（轮）、蜗轮蜗杆、丝杠（滚珠）。1.3 轴系与导向
光轴、轴座（T 型、L 型）、光轴固定环、轴套（铜、钢）、石墨轴套（法兰、垫片）、轴承（深沟球、法兰、角接触、推力球、直线、双列、调心、滚子、圆锥滚子、滚针、交叉滚子、回转支承等）、直线导轨（滑块）、拖链。1.4 动力件
电机（旋翼、关节、云台、直线、步进、反馈）、联轴器（梅花、刚性、法兰、十字、螺旋线、平行线、磁力、万向节）。1.5 结构件
铝管、型材（T 型、船型、铸造角码、挤压角码）。1.6 气动与连接
气动元件（瓶、气缸、气泵、气管、接头、电磁阀、吸盘）、扣（搭扣、球扣、磁扣）、电磁铁（方、圆、圆空心）、脚轮、全向轮、麦轮、弹簧（拉、压、卷、扭）、气弹簧（液压杆）、滑环（电、气、电气、空心、微型）、直角连接件（角铁、机加工直角连接件、六面螺母）等。今日任务
- 整理一份自己队伍常用的标准件清单；
- 挑选 3 种不熟悉的零件，查阅其安装方式与选型参数。
Day 2：常见材料、加工工艺与机器人装配常用工具
类型：通识课 建议时长：2 小时 学习目标：- 了解机器人常用材料的特性与适用场景；
- 熟悉常见制造工艺及其精度、成本特点；
- 掌握实验室常用工具的安全使用方法。
2.1 常见材料
金属材料
非金属材料
纤维类小贴士：纤维类材料一般加工工艺为板材切割、吹塑、包覆，并且为各向异性材料，使用时要注意减少切断纤维的数量。
2.2 常见工艺
2.3 常用工具
手动工具：扳手（内六角、呆扳手、套筒、活动扳手、圆螺母扳手、烟斗扳手、测力矩扳手、定力矩扳手）、棘轮套筒、螺丝刀（十字、一字）、钳子（尖嘴钳、斜口钳、虎钳）、锉刀（大、小）、拉铆枪、拉铆螺母专用工具、卡簧钳（内、外）、游标卡尺、卷尺、解链器、电钻、电锤、电动螺丝刀、锤（橡胶锤、铜棒、铁锤）、镊子、砂纸、丝锥。量具珍贵，不要乱动别人的量具。电动工具：
使用所有旋转类工具禁止戴手套。
- 钻床
- 切割机
- 角磨机
- 电钻类
今日任务
- 为队伍即将制作的零件选择 2 种材料和 1 种加工工艺；
- 列出当天实践会用到的工具清单，并标注安全注意事项。
Day 3：SolidWorks 与 AutoCAD 软件简介与设置
类型：软件课 建议时长：2 小时 软件要求：SolidWorks 2023，AutoCAD 2018 及以上。 学习目标：- 完成 SolidWorks 基础环境配置；
- 掌握草图、特征、装配体等基本命令；
- 了解 AutoCAD 在队内的使用场景。
3.1 SolidWorks 基础
- 设置：正视于（Spacebar）、电脑配置不行的相关设置。
- 快捷键设置：可以教学，具体视大家接受度而定。
- 草图教学：直线、矩形、圆形、正多边形、中心线、线性阵列、圆周阵列、镜像、完全定义。
- 特征命令教学：拉伸、旋转、扫描、放样（及对应切除）、圆角、倒角、线性阵列、圆周阵列、镜像、参考几何体、螺旋线。
- 直接编辑：分割、组合、移动/复制实体、删除/保留实体、移动面、删除面。
- 装配体：插入新零件、线性阵列、圆周阵列、镜像。
- 配合：重合、平行、垂直、同心、距离、角度。
- 其他：随配合复制、替换零部件、干涉检查、质量属性、导出 DWG、导出 STL。
3.2 AutoCAD
队内使用相对较少，以自学为主。今日任务
- 在 SolidWorks 中完成一个简单的零件建模（建议：一个带孔的支架）；
- 尝试导出 STL 与 DWG 文件。
Day 4：以往赛季机器人拆除实践
类型：实践课 建议时长：2 小时 学习目标：- 近距离观察真实机器人的结构布局；
- 识别电机、电调、主控板及常用机械零部件；
- 学会安全、有序地拆解与分类回收。
实践内容
对之前赛季的机器人进行拆除，统计拆除的元件，包括：- 电机
- 电调
- 主控板
- 其他常用机械零部件
今日任务
- 按类别整理拆下的零部件；
- 拍摄并记录至少 3 处值得借鉴或改进的结构设计。
Day 5：运动分析、力分析与机构
类型：设计基础 建议时长：4 小时 学习目标：- 建立静力学与动力学分析基础；
- 理解常见机构与传动方式；
- 能够用能量法进行简单设计计算。
5.1 静力学分析
- 力、静力学公理（平行四边形法则、二力平衡、作用力与反作用力、刚体的力转移、三力平衡汇交）
- 约束（固定铰链、可动铰链、特定形状约束、二力杆）
- 力矩相关（牛顿第二定律、旋转物体的动能、转动惯量）
- 力偶（一对反向平行不共线的力，力偶矩）
- 自锁
5.2 动力学分析
- 能量与动量的关系
- 转动物体的动能计算
- 机械能守恒
- 以能量守恒（或动量守恒）入题进行设计计算
5.3 机构分析
- 自由度
- 常见机构（连杆、凸轮）
- 常见传动方式（链、带、摩擦、螺旋、齿轮、涡轮、减速箱、绳驱）
- 常用动/静连接方式（键、销、螺栓、联轴器、涨紧、传动机构润滑）
今日任务
- 计算一个简单机构的自由度；
- 用能量法估算某一传动环节所需的电机功率。
Day 6：结构分析与典型部件设计
类型：设计基础 建议时长：4 小时 学习目标：- 理解结构变形的基本形式；
- 掌握铝管、型材、板材等典型连接方式；
- 能够设计回转轴与一般轴系。
6.1 结构分析
变形的基本形式：- 拉压
- 弯曲
- 剪切
- 扭转
- 应力集中
- 有限元分析与拓扑优化（不讲，鼓励自学）
6.2 典型部件设计
- 铝管与铝管的连接：板 + 螺栓/铆钉、焊接、内嵌
- 铝型材与铝型材的连接：板、角码等
- 铝型材与铝管或板的连接
- 板与板的连接：堆叠、延伸、直角、异形角度（打印件）、板的互嵌/拼插连接
- 轴系设计：回转轴、一般轴
- 机械精度设计：互换性
今日任务
- 为队伍当前的机器人设计一个铝管/型材连接节点；
- 标注关键尺寸与配合关系。
Day 7：经济性优化
类型：设计基础 建议时长：1 小时 学习目标：- 了解零件加工费用的组成部分；
- 掌握典型零件（板件、铝管、打印件、机加工件）的成本估算方法；
- 在不影响效果的前提下优化设计成本。
7.1 加工费用组成
材料、机床、编程、装夹、加工、后处理、工时费、数量折扣。7.2 典型零件成本估算
7.3 以嘉立创 CNC 为例
- 机床费用算进加工费；
- 编程费用为工程费；
- 影响加工费的因素：工序（装夹、换机床次数）、材料加工难度、零件本身设计特征。
7.4 核心要点
经济性优化只是为省钱做出的让步，精髓是在满足设计余量的情况下追求极致的性价比。核心是不影响效果的情况下追求便宜，不要舍本逐末。 实例：对比 1.2 的舵轮驱动轮系和 1.3 的舵轮驱动轮系。今日任务
- 估算当前设计中的 3 个零件的加工成本；
- 提出至少 1 处不影响性能的成本优化方案。
Day 8：零件图出工程图的教学
类型：技能课 主讲：乔俊明 建议时长：0.5 小时 学习目标：- 理解零件图的前置背景；
- 掌握视图的表达方法；
- 熟悉 SolidWorks 工程图制图规范；
- 能够使用 AutoCAD 修图并输出 PDF。
8.1 基本内容
- 基本的零件图前置背景
- 视图的表达
- SW 工程图制图规范
- CAD 修图及转 PDF
今日任务
- 为 Day 6 设计的零件创建一张工程图；
- 导出 PDF 并检查标注是否完整、规范。
Day 9：中期考核 / 逆向建模
类型：考核 建议时长：约 3 周（10 月 10 日—10 月 30 日） 考核目标：- 检验建模与读图能力；
- 培养独立逆向与绘图能力。
考核内容
共 8 道题目：- 题目 1–4：已知无参数模型，要求在 SolidWorks 中绘制出含有设计树以及特征的 SW 零件模型。
- 题目 5–6：已知零件图，要求根据现有工程图绘制三维模型。
- 题目 7–8：已知多实体零件模型，要求将每个实体单独绘制成零件，并组合装配体。
提交要求
- 不能抄袭；
- 10 月 30 日（星期三）中午 12 点前，将文件打包压缩发送到邮箱
1157542804@qq.com； - 命名要求：每个零件按照“姓名-题目”，如“赵思鼎-题目 1”；
- 装配体及其附属零件文件保存在同一文件夹内，文件夹命名“姓名-题目”，如“赵思鼎-题目 8”；
- 装配体命名与文件夹相同。
今日任务
- 制定个人完成计划；
- 先完成题目 1 作为热身。
Day 10：结营考核 / 综合设计
类型：考核 建议时长：约 4 周（11 月 9 日—12 月 7 日） 考核目标：- 完成一个完整的设计方案；
- 能够给出预计报价；
- 锻炼团队协作与综合设计能力。
设计题目
一个物流运输场景，需要将一件物品从 A 位置移动到 B 位置，并改变物体的姿态。三选一：- 题目一：位置不可移动，仅允许选择一个位置为起点，另一位置为终点。
- 题目二：不要求位置变化（是否移动都行），但必须满足姿态变换。
- 题目三：位置可以移动，满足台面高低差和姿态变换即可。
要求
- 二至三人一组；
- 须给出完整的设计方案；
- 给出预计报价。
今日任务
- 组队并选定题目；
- 头脑风暴至少 3 种方案，并初步评估可行性。
附录：原始培训时段
- 第三周的周六开始；
- 9 月上 4 节课；
- 10 月停工；
- 11 月前半个月上 4 节课；
- 11 月后半个月考核。