目錄

第1章緒論

1.1機電一體化繫統的基本概念及其應用

1.1.1機電一體化的含義及主要內容

1.1.2機電一體化的應用領域

1.2機電一體化繫統的基本組成及相關技術

1.2.1機電一體化繫統的基本組成

1.2.2機電一體化的共性關鍵技術

1.3機電一體化的目的及發展趨勢

1.3.1機電一體化的目的

1.3.2機電一體化的發展趨勢

習題與思考題

第2章機械繫統

2.1機械繫統數學模型的建立

2.1.1機械繫統中的基本物理量及其等效換算

2.1.2機械繫統建模

2.2傳動機構

2.2.1傳動機構的功能及要求

2.2.2齒輪傳動的傳動比及傳動級數確定

2.2.3諧波齒輪傳動

2.2.4同步帶傳動

2.2.5滾動螺旋傳動

2.2.6傳動機構的間隙調整

2.3支承部件

2.3.1回轉運動支承部件

2.3.2直線運動支承部件

習題與思考題

第3章伺服繫統

3.1伺服繫統概述

3.1.1伺服繫統的構成

3.1.2伺服繫統的類型

3.1.3伺服繫統的基本要求

3.2伺服繫統的動態性能指標

3.2.1時域性能指標

3.2.2頻域性能指標

3.3機械結構因素對伺服繫統性能的影響

3.3.1阻尼的影響

3.3.2摩擦的影響

3.3.3結構彈性變形的影響

3.3.4慣量的影響

3.3.5傳動間隙的影響

3.4伺服繫統中件

3.4.件的種類及其特點

3.4.件的基本要求

3.4.3新件

3.5伺服繫統中件

3.5.1伺服繫統件的種類

3.5.2伺服繫統中測量方式的選擇

3.6電氣伺服繫統

3.6.1直流伺服繫統

3.6.2交流伺服繫統

3.6.3步進伺服繫統

3.7電液伺服繫統

3.7.1電液伺服閥

3.7.2電液位置伺服控制繫統

3.7.3電液速度伺服繫統

3.7.4電液力伺服繫統

習題與思考題

第4章傳感檢測繫統

4.1傳感檢測繫統的作用及組成

4.1.1傳感檢測在機電一體化中的作用

4.1.2傳感檢測繫統的組成

4.2位移、位置傳感器

4.2.1光電開關

4.2.2光電編碼器

4.2.3光柵

4.2.4磁柵

4.2.5感應同步器

4.2.6旋轉變壓器

4.3速度、加速度傳感器

4.3.1直流測速發電機

4.3.2光電式速度傳感器

4.3.3加速度傳感器

4.4力、扭矩傳感器

4.4.1力傳感器

4.4.2扭矩傳感器

4.5測距傳感器

4.5.1超聲波測量距離

4.5.2激光測量距離

4.6視覺傳感器

4.6.1CCD和CMOS視覺傳感器

4.6.2視覺傳感器的應用

4.7智能傳感器

4.7.1智能傳感器的定義與特點

4.7.2智能傳感器的基本組成與基本功能

4.7.3智能傳感器的分類與基本形式

4.8微傳感器

4.8.1微傳感器及其特點

4.8.2微傳感器和傳統傳感器的區別

4.8.3典型的微傳感器

習題與思考題

第5章計算機控制繫統

5.1計算機控制繫統的組成及類型

5.1.1計算機控制繫統的組成

5.1.2計算機控制繫統的類型

5.2控制計算機的作用及基本要求

5.2.1控制計算機在機電一體化繫統中的作用

5.2.2機電一體化繫統對控制計算機的基本要求

5.3常用控制計算機

5.3.1單片機

5.3.2可編程控制器(PLC)

5.3.3工控機

5.4控制方式與控制策略

5.4.1開環控制與閉環控制

5.4.2常用控制策略

習題與思考題

第6章機電一體化繫統中的接口

6.1接口的作用及分類

6.1.1接口及其功能

6.1.2接口的分類

6.2人機接口

6.2.1人機接口的類型和特點

6.2.2輸入接口

6.2.3輸出接口

6.3信息采集接口

6.3.1數字信號采集

6.3.2模擬信號采集

6.4控制輸出接口

6.4.1數字信號輸出

6.4.2模擬信號輸出

習題與思考題

第7章典型機電一體化繫統

7.1足球機器人

7.1.1機器人足球比賽

7.1.2足球機器人繫統的工作模式

7.1.3足球機器人繫統的組成

7.2模糊控制全自動洗衣機

7.2.1全自動洗衣機的分類

7.2.2模糊控制全自動洗衣機的基本原理

7.2.3模糊控制全自動洗衣機中的傳感器

7.3自動駕駛汽車

7.3.1自動駕駛技術

7.3.2自動駕駛汽車的技術原理

7.3.3自動駕駛汽車的發展

7.4自助櫃員機

7.4.1自動櫃員機

7.4.2智慧櫃員機

7.5三坐標測量機

7.5.1三坐標測量機的工作原理

7.5.2三坐標測量機的組成

7.5.3新型光學式三坐標測量機

7.63D打印機

7.6.13D打印技術的發展背景和發展現狀

7.6.23D打印技術的分類和特點

習題與思考題

附錄A日本THK滾珠絲杠副技術數據

附錄B日本哈默納科諧波齒輪技術數據

附錄C蓋奇同步帶及同步帶輪技術數據

附錄D德國西門子SINAMICS V60伺服繫統技術數據

附錄E美國MOOG電液伺服閥G631繫列技術數據

附錄F德國TURCK傳感器技術數據

附錄GMCS51單片機常用擴展芯片引腳排列圖及引腳說明

附錄H德國西門子S7200繫列PLC技術數據

參考文獻

前言

作為一門新興交叉學科，機電一體化打破了以往傳統學科的劃分，將精密機械技術、檢測傳感技術、伺服驅動技術、自動控制技術、信息處理技術、計算機技術和繫統總體技術等多種技術有機結合為一體。隨著機電一體化的產生和迅速發展，全球範圍內掀起機電一體化的熱潮，而機電一體化也越來越顯示出強大的威力，使得粗笨的傳統機械產品向輕薄小巧智能化的機電一體化產品方向發展。要想徹底改變目前我國機械工業的面貌，縮短與國外先進國家的差距，大力發展機電一體化是必由之路。作為培養人纔的搖籃，目前許多高等院校的機電類專業普遍開設了機電一體化方面的相關課程，以適應社會對機電一體化復合人纔的需求。本書希望機械設計制造及其自動化和機電工程等專業的高校學子及相關工程技術人員、研究人員能夠從繫統、整體的層面上了解並掌握機電一體化的實質，進而真正靈活地運用相關技術進行機電一體化繫統（產品）的分析、設計及開發。

本書以機電一體化繫統組成為主線，繫統介紹了機電一體化基本組成要素及其控制策略，並以6個典型產品為例介紹了機電一體化繫統在機械工業和社會生活中的應用，從而使讀者對機電一體化有繫統、清晰、全面的了解和掌握。機電一體化所涉及的學科知識非常廣泛，本書在內容安排上盡量避免與有關課程的交叉和重疊，而是著重體現“電為機用，機電結合”的特色。機電一體化也是有著旺盛生命力的學科，新技術、新產品不斷湧現，本書力求引入近年來機電一體化領域先進的發展成果，對新件、電液伺服繫統、機器視覺、智能傳感器、微型傳感器、智能控制算法等進行了詳細介紹。

全書共分7章，主要包括：
第1章緒論，第2章機械繫統，第3章伺服繫統，第4章傳感檢測繫統，第5章計算機控制繫統，第6章機電一體化繫統中的接口，第7章典型機電一體化繫統。書後附錄提供了一些對於教學和工程實踐都十分實用且經過作者細心甄選的技術資料，包括日本THK滾珠絲杠副、日本哈默納科諧波齒輪傳動、蓋奇同步帶、德國西門子伺服繫統、美國MOOG電液伺服閥、德國TURCK傳感器、美國英特爾MCS51單片機和德國西門子S7200繫列PLC等。

參加本書編著工作的有王豐、王志軍、楊傑、賀靜，全書由王豐統稿和定稿。除第1章由楊傑、第7章由王志軍和賀靜共同編著外，其餘均由王豐完成。此外，研究生唐宇軒為本書的文字錄入、圖表制改、資料整理付出了許多努力。

在編寫過程中，作者參閱了大量相關教材、技術手冊和科技文獻，書中部分技術資料來源於互聯網，作者在此對其作者一並表示衷心的感謝。由於機電一體化涉及的學科較多，限於作者的水平和經驗，書中難免存在疏漏之處，懇請讀者和專家提出寶貴意見。

作者

2017年5月