第1篇 总论 1
1.现代机械与现代机械组成 1
1.1传统机械与现代机械 1
1.2现代机械系统的构成 1
1.2.1机械本体 2
1.2.2动力部分 2
1.2.3检测传感装置 2
1.2.4控制及信息处理装置 2
1.2.5执行机构 3
1.3现代机械系统的主要特征 3
1.3.1功能增加柔性提高 3
1.3.2结构简化改善性能 3
1.3.3效率提高成本降低 4
1.4现代机械的功能要求 5
2.现代机械系统的关键技术 6
2.1机械技术与精密机械技术 6
2.2检测传感技术 9
2.3自动控制及伺服系统技术 10
2.4系统总体技术 12
2.4.1系统设计 12
2.4.2系统调试 12
2.4.3系统评价 13
3.现代机械系统总体设计概述 14
3.1总体设计主要内容 14
3.1.1分析技术资料，明确设计方向 14
3.1.2综合实际需要，确定功能指标 14
3.1.3分解系统功能，拟定总体方案 15
3.1.4认真评价复查，确保方案可行 15
3.2现代机械系统的设计类型与设计步骤 16
4.现代机械系统设计中几个应注意的问题 19
4.1现代机械系统设计的两个特点 19
4.1.1等效性 19
4.1.2互补性 19
4.2系统性能指标对总体方案的影响 20
4.3性能指标分配 21
第2篇 驱动和执行装置 24
5.电力驱动 24
5.1回转运动型电力驱动元件 24
5.1.1步进电动机 24
5.1.2直流伺服电动机 29
5.1.3交流伺服电动机 31
5.2直线运动型电力驱动元件 32
5.2.1直线步进电动机 32
6液压驱动 34
6.1液压泵 34
6.2液压马达和液压缸 35
6.2.1液压马达 36
6.2.2液压缸 38
6.3伺服阀的结构与特性 39
6.3.1喷嘴挡板式伺服阀 39
6.3.2射流管式伺服阀 40
6.3.3偏转板射流式伺服阀 40
6.3.4动圈式伺服阀 40
6.3.5三级电液流量伺服阀 41
6.3.6电液压力伺服阀 42
6.4电液步进马达的工作特性 43
6.5液压伺服马达的运动特性 44
6.5.1喷嘴挡板式液压伺服马达 44
6.5.2射流管式液压伺服马达 45
6.5.3滑阀式液压伺服马达 46
7.气动驱动 48
7.1气动系统简介 48
7.2气动执行器 49
7.2.1气缸 49
7.2.2气马达 51
7.3气阀 51
7.4气动驱动器的位置控制 54
7.5气动逻辑控制 55
7.6气动伺服控制 58
8.运动传动机构和系统 60
8.1机械传动机构 60
8.1.1齿轮传动 60
8.1.2丝杠传动 61
8.1.3皮带传动和链传动 64
8.1.4连杆传动和凸轮传动 74
8.2液压传动系统 77
8.3气动传动系统 78
9.减速器 82
9.1渐开线圆柱齿轮减速器 82
9.2圆柱蜗杆减速器 84
9.3行星齿轮减速器 87
9.3.1NGW-L型行星齿轮减速器 87
9.3.2其他行星齿轮减速器 89
9.3.3球减速器 90
9.4谐波减速器 91
9.4.1XB型谐波齿轮减速器 91
9.4.2谐波齿轮设计 93
9.5特殊齿形减速器 95
9.5.1摆线针轮减速器 95
9.5.2圆弧圆柱蜗杆减速器 96
9.5.3RV减速器 98
9.5.4摆杆减速器 99
9.6无级变速器 99
10.机电系统中的执行机构 102
10.1概述 102
10.1.1执行机构的功能 102
10.1.2执行机构的设计要求 102
10.1.3执行系统的设计步骤 103
10.2常见的机械机构的主要性能与特点 104
10.3微动机构 109
第3篇 传感器技术 112
11.概论 112
11.1现代机械设计对传感器的基本要求 112
11.2传感器的组成与一般特性 113
11.2.1传感器的组成 113
11.2.2传感器的一般特性 114
11.3传感器的应用与发展趋势 118
11.3.1传感器的应用 118
11.3.2传感器的发展趋势 118
12.开关量及接近传感器 120
12.1光电传感器 120
12.1.1对射型光电传感器 120
12.1.2反射板型光电传感器 121
12.1.3反射型光电传感器 121
12.1.4带光纤的光电传感器 122
12.2接近开关用电感、电容式传感器 122
12.2.1电感式传感器 122
12.2.2电容式传感器 124
12.3涡流式传感器 126
12.4磁式接近传感器 127
12.5霍尔传感器 129
13.位移传感器 131
13.1光栅式传感器 131
13.1.1光栅式传感器的类型 131
13.1.2光栅式传感器的结构和原理 133
13.2光电编码器 139
13.3旋转变压器及感应同步器 140
13.3.1旋转变压器 140
13.3.2感应同步器 141
13.4光纤位移传感器 145
13.4.1传输型光纤位移传感器 145
13.4.2干涉型光纤位移传感器 146
14.速度、加速度传感器 147
14.1测速发电机 147
14.1.1直流测速发电机 147
14.1.2交流测速发电机 148
14.2霍尔速度传感器 148
14.3磁电式速度传感器 149
14.4线加速度传感器 150
14.4.1压电式加速度传感器 150
14.4.2压阻式加速度传感器 151
14.4.3金属挠性加速度传感器 152
14.4.4石英挠性加速度传感器 152
14.4.5光纤加速度传感器 153
15.力和力矩传感器 156
15.1力传感器 156
15.1.1应变式力传感器 156
15.1.2膜片式压力传感器 157
15.1.3电感式压力传感器 157
15.1.4电容式压力传感器 157
15.1.5压电式力和压力传感器 158
15.1.6压阻式压力传感器 160
15.1.7霍尔压力传感器 160
15.1.8石英谐振式压力传感器 160
15.1.9磁致伸缩式压力传感器 160
15.1.10声表面波（SAW）压力传感器 161
15.2力矩传感器 161
15.2.1电阻应变式力矩仪 162
15.2.2磁电式力矩仪 162
15.2.3压磁式力矩仪 163
15.3力与力矩复合传感器 164
16.其他传感器 166
16.1触觉传感器 166
16.1.1压阻式集成触觉传感器阵列 167
16.1.2压电式集成触觉传感器阵列 167
16.1.3电容式集成触觉传感器阵列 167
16.1.4转动动态触觉传感器 168
16.1.5柔性匹配触觉传感器 168
16.2图像和色彩传感器 168
16.2.1电荷耦合器件（CCD）图像传感器 169
16.2.2电荷注入器件（CID）图像传感器 170
16.2.3光纤图像传感器 170
16.2.4超导图像传感器 171
16.2.5半导体色彩传感器 171
16.2.6非晶态硅色彩传感器 172
16.3温度传感器 173
16.3.1热电阻 173
16.3.2半导体热敏电阻 174
16.3.3热电偶 175
16.3.4晶体管PN结温度传感器 176
16.3.5热释电型红外线传感器 176
16.3.6声表面波（SAW）温度传感器 177
16.3.7光现象型温度传感器 177
16.4模糊传感器 178
17.信号处理接口电路 180
17.1数据放大接口 180
17.1.1仪表放大器 180
17.1.2程控增益放大器 183
17.1.3电桥放大器 186
17.1.4隔离放大器 187
17.1.5电荷放大器 190
17.2数据转换接口 191
17.2.1A/D和D/A转换器 191
17.2.2V/F转换器 195
17.2.3F/V转换器 196
17.2.4I/V电流-电压转换器 198
17.2.5V/I电压-电流转换器 199
17.2.6有效值转换器 200
17.3数据调理接口 202
17.3.1有源滤波器 202
17.3.2调制与解调 204
17.3.3抗干扰技术 207
18.智能传感器 210
18.1智能传感器的定义、特点和构成 210
18.2智能传感器输出信号的预处理和数据采集 211
18.2.1开关信号的预处理 211
18.2.2模拟信号的预处理 211
18.2.3数据采集 213
18.3传感器的智能化 213
18.3.1智能传感器的控制 213
18.3.2智能传感器的数据处理 215
18.3.3智能传感器的数据传输 216
18.4智能传感器的应用 216
18.4.1智能压力传感器 216
18.4.2智能差压-压力传感器 217
18.4.3智能温度传感器 218
18.4.4智能超声波流量传感器 218
18.5智能传感器的发展趋势 219
第4篇 控制技术 221
19.开关量电器控制技术 221
19.1引言 221
19.2开关量电器控制系统的基本结构 221
19.3开关量电器控制的基本电路 223
19.3.1点动、启动和停车 223
19.3.2可逆控制 223
19.3.3联锁与互锁控制 225
19.4开关量电器控制系统设计 225
19.4.1设计的基本要求与原则 225
19.4.2设计方法 225
19.4.3设计中应注意的几个问题 228
20.开关量计算机控制系统 231
20.1开关量计算机控制系统的组成与功能 231
20.2PLC控制程序设计 235
20.3PLC控制系统设计 240
20.4PLC控制系统应用举例 243
21.连续量控制技术 249
21.1伺服系统概述 249
21.1.1开环伺服系统 249
21.1.2闭环伺服系统 250
21.2速度控制伺服系统 250
21.2.1直流电动机速度控制 251
21.2.2交流电动机速度控制 255
21.3位置伺服控制系统 260
21.3.1步进电动机驱动位置控制 260
21.3.2相位位置伺服控制系统 262
21.3.3幅值位置伺服系统 263
21.3.4数字脉冲比较伺服系统 263
22.数字控制技术 266
22.1数控系统的原理及组成 266
22.2数控装置的功能与结构 267
22.2.1数控装置的功能 267
22.2.2CNC装置的硬件结构 268
22.2.3CNC系统的软件结构 272
22.3数控系统的程序编制 275
22.3.1概述 275
22.3.2手工程序编制 276
22.3.3自动程序编制 278
22.4数控系统的插补原理 280
22.4.1数据采样插补原理 280
22.4.2时间分割数据采样插补 281
22.4.3扩展DDA数据采样插补 283
第5篇 现代机械系统设计综合 286
23.开环伺服系统设计 286
23.1系统方案设计 286
23.2机械系统设计 287
23.2.1确定脉冲当量，初选步进电动机 287
23.2.2计算减速器的传动比 288
23.2.3计算系统转动惯量 289
23.2.4确定步进电动机动力参数 290
23.2.5验算惯量匹配 291
23.3控制系统设计 292
23.3.1控制系统总体考虑 292
23.3.2系统的硬件设计 293
23.3.3系统软件设计 294
24.闭环伺服系统设计 296
24.1系统方案设计 296
24.1.1控制方案确定 296
24.1.2执行元件的选择 296
24.1.3检测反馈元件的选择 297
24.1.4机械系统与控制系统方案的确定 297
24.2系统性能分析 297
24.3系统参数设计 298
24.4系统校正 300
25.伺服系统中的非线性因素考虑 302
25.1饱和特性与死区特性的影响 302
25.2间隙特性的影响 303
25.3摩擦特性的影响 305
25.4结构弹性变形的影响 307
26.“精密1号”装配机器人系统设计 311
26.1概述 311
26.2“精密1号”机器人系统总体设计方案 311
26.2.1系统总体功能 311
26.2.2总体结构及本体结构分析 311
26.2.3主要技术性能 312
26.3主要分系统设计 314
26.3.1机械本体设计 314
26.3.2控制系统设计 317
26.3.3电动机及其功率驱动分系统 323
26.3.4视觉分系统 328
26.3.5六维力传感器分系统 333
26.4小结 335