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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