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第1章 绪论1

1.1 机电一体化系统的基本概念及其应用1

1.1.1 机电一体化的含义及主要内容1

1.1.2 机电一体化的应用领域2

1.2 机电一体化系统的基本组成及相关技术5

1.2.1 机电一体化系统的基本组成5

1.2.2 机电一体化的共性关键技术7

1.3 机电一体化的目的及发展趋势9

1.3.1 机电一体化的目的9

1.3.2 机电一体化的发展趋势9

习题与思考题11

第2章 机械系统12

2.1 机械系统数学模型的建立12

2.1.1 机械系统中的基本物理量及其等效换算12

2.1.2 机械系统建模17

2.2 传动机构19

2.2.1 传动机构的功能及要求19

2.2.2 齿轮传动的传动比及传动级数确定20

2.2.3 谐波齿轮传动27

2.2.4 同步带传动31

2.2.5 滚动螺旋传动33

2.2.6 传动机构的间隙调整38

2.3 支承部件44

2.3.1 回转运动支承部件44

2.3.2 直线运动支承部件51

习题与思考题56

第3章 伺服系统58

3.1 伺服系统概述58

3.1.1 伺服系统的构成58

3.1.2 伺服系统的类型59

3.1.3 伺服系统的基本要求61

3.2 伺服系统的动态性能指标62

3.2.1 时域性能指标62

3.2.2 频域性能指标63

3.3 机械结构因素对伺服系统性能的影响64

3.3.1 阻尼的影响64

3.3.2 摩擦的影响64

3.3.3 结构弹性变形的影响65

3.3.4 惯量的影响68

3.3.5 传动间隙的影响68

3.4 伺服系统中的执行元件71

3.4.1 执行元件的种类及其特点71

3.4.2 执行元件的基本要求72

3.4.3 新型执行元件73

3.5 伺服系统中的检测元件76

3.5.1 伺服系统中检测元件的种类76

3.5.2 伺服系统中测量方式的选择79

3.6 电气伺服系统80

3.6.1 直流伺服系统80

3.6.2 交流伺服系统85

3.6.3 步进伺服系统91

3.7 电液伺服系统95

3.7.1 电液伺服阀95

3.7.2 电液位置伺服控制系统97

3.7.3 电液速度伺服系统98

3.7.4 电液力伺服系统99

习题与思考题100

第4章 传感检测系统101

4.1 传感检测系统的作用及组成101

4.1.1 传感检测在机电一体化中的作用101

4.1.2 传感检测系统的组成101

4.2 位移、位置传感器102

4.2.1 光电开关103

4.2.2 光电编码器104

4.2.3 光栅105

4.2.4 磁栅107

4.2.5 感应同步器110

4.2.6 旋转变压器112

4.3 速度、加速度传感器114

4.3.1 直流测速发电机114

4.3.2 光电式速度传感器114

4.3.3 加速度传感器115

4.4 力、扭矩传感器116

4.4.1 力传感器116

4.4.2 扭矩传感器117

4.5 测距传感器119

4.5.1 超声波测量距离119

4.5.2 激光测量距离121

4.6 视觉传感器122

4.6.1 CCD和CMOS视觉传感器122

4.6.2 视觉传感器的应用123

4.7 智能传感器124

4.7.1 智能传感器的定义与特点124

4.7.2 智能传感器的基本组成与基本功能125

4.7.3 智能传感器的分类与基本形式126

4.8 微传感器127

4.8.1 微传感器及其特点127

4.8.2 微传感器和传统传感器的区别128

4.8.3 典型的微传感器129

习题与思考题131

第5章 计算机控制系统132

5.1 计算机控制系统的组成及类型132

5.1.1 计算机控制系统的组成132

5.1.2 计算机控制系统的类型133

5.2 控制计算机的作用及基本要求136

5.2.1 控制计算机在机电一体化系统中的作用136

5.2.2 机电一体化系统对控制计算机的基本要求137

5.3 常用控制计算机137

5.3.1 单片机138

5.3.2 可编程控制器（PLC）141

5.3.3 工控机148

5.4 控制方式与控制策略155

5.4.1 开环控制与闭环控制155

5.4.2 常用控制策略156

习题与思考题166

第6章 机电一体化系统中的接口167

6.1 接口的作用及分类167

6.1.1 接口及其功能167

6.1.2 接口的分类167

6.2 人机接口169

6.2.1 人机接口的类型和特点169

6.2.2 输入接口169

6.2.3 输出接口172

6.3 信息采集接口175

6.3.1 数字信号采集176

6.3.2 模拟信号采集177

6.4 控制输出接口180

6.4.1 数字信号输出181

6.4.2 模拟信号输出182

习题与思考题184

第7章 典型机电一体化系统185

7.1 足球机器人185

7.1.1 机器人足球比赛185

7.1.2 足球机器人系统的工作模式188

7.1.3 足球机器人系统的组成189

7.2 模糊控制全自动洗衣机192

7.2.1 全自动洗衣机的分类193

7.2.2 模糊控制全自动洗衣机的基本原理194

7.2.3 模糊控制全自动洗衣机中的传感器194

7.3 自动驾驶汽车197

7.3.1 自动驾驶技术198

7.3.2 自动驾驶汽车的技术原理199

7.3.3 自动驾驶汽车的发展200

7.4 自助柜员机203

7.4.1 自动柜员机204

7.4.2 智慧柜员机210

7.5 三坐标测量机211

7.5.1 三坐标测量机的工作原理211

7.5.2 三坐标测量机的组成212

7.5.3 新型光学式三坐标测量机214

7.6 3D打印机215

7.6.1 3D打印技术的发展背景和发展现状215

7.6.2 3D打印技术的分类和特点216

习题与思考题222

附录A 日本THK滚珠丝杠副技术数据223

附录B 日本哈默纳科谐波齿轮技术数据234

附录C 盖奇同步带及同步带轮技术数据238

附录D 德国西门子SINAMICS V60伺服系统技术数据247

附录E 美国MOOG电液伺服阀G631系列技术数据250

附录F 德国TURCK传感器技术数据253

附录G MCS-51单片机常用扩展芯片引脚排列图及引脚说明265

附录H 德国西门子S7-200系列PLC技术数据269

参考文献279