单元一 机电一体化概述 1
A．教学目标 1
B．引言 1
1.1 机电一体化的基本概念 1
1.1.1 机电一体化的定义 1
1.1.2 机电一体化的产生 2
1.1.3 机电一体化的内容 2
1.1.4 机电一体化的特点 3
1.2 机电一体化系统的基本组成 3
1.2.1 机电一体化系统的功能组成 3
1.2.2 机电一体化系统的构成要素 5
1.2.3 机电一体化系统接口概述 7
1.3 机电一体化技术的理论基础与关键技术 9
1.3.1 理论基础 9
1.3.2 关键技术 10
1.4 机电一体化产品 13
1.4.1 按产品功能分类 14
1.4.2 按机电结合程度和形式分类 14
1.4.3 按产品用途分类 14
1.5 机电一体化的现状与发展前景 15
1.5.1 机电一体化的发展现状 15
1.5.2 机电一体化的发展趋势 16
小结 17
思考与练习1 18
项目工程1：典型机电一体化系统——四自由度机器人认识 18
单元二 机电一体化机械技术 24
A．教学目标 24
B．引言 24
2.1 概述 24
2.1.1 机械运动与机构 25
2.1.2 机电一体化中的机械系统及其基本要求 25
2.2 机械传动机构 27
2.2.1 齿轮传动 27
2.2.2 带传动 30
2.2.3 齿轮齿条传动机构 32
2.2.4 螺旋传动 32
2.2.5 其他传动结构 44
2.3 机械导向结构 45
2.3.1 滑动摩擦导轨 45
2.3.2 滚动摩擦导轨 53
2.4 机械的支承结构 56
2.4.1 机械支承结构应满足的基本要求 56
2.4.2 支承件的材料 57
2.4.3 支承件的设计原则 57
2.5 机械执行机构 60
2.5.1 微动机构 60
2.5.2 定位机构 60
2.5.3 数控机床回转刀架 60
2.5.4 工业机器人末端执行器 61
小结 63
思考与练习2 63
项目工程2：典型机电一体化系统机械技术应用 63
单元三 机电一体化传感检测技术 67
A．教学目标 67
B．引言 67
3.1 传感器组成与分类 67
3.1.1 传感器的组成 68
3.1.2 传感器的分类 68
3.2 典型常用传感器 70
3.2.1 位置传感器 71
3.2.2 位移传感器 73
3.2.3 速度和加速度传感器 77
3.2.4 温度传感器 79
3.2.5 红外线传感器 82
3.3 传感器的选择方法 83
3.4 传感器数据采集及其与计算机接口 85
小结 87
思考与练习3 87
项目工程3：典型机电一体化系统传感器的使用和选择方法 88
单元四 机电一体化伺服驱动技术 91
A．教学目标 91
B．引言 91
4.1 概述 92
4.1.1 伺服驱动系统的种类及特点 92
4.1.2 执行器及其选取依据 93
4.1.3 输出接口装置 94
4.2 典型执行元件 94
4.2.1 电气执行元件 95
4.2.2 液压执行元件 106
4.2.3 气动执行元件 110
4.3 执行元件功率驱动接口 113
4.3.1 功率驱动接口的分类和组成形式 113
4.3.2 电力电子器件 115
4.3.3 开关型功率接口 117
小结 119
思考与练习4 121
项目工程4：典型机电一体化系统执行元件应用 121
单元五 机电一体化控制及接口技术 125
A．教学目标 125
B．引言 125
5.1 控制技术概述 125
5.1.1 机电一体化系统的控制形式 125
5.1.2 控制系统的基本要求和一般设计方法 126
5.1.3 计算机控制系统的组成及常用类型 127
5.2 可编程序控制器技术 131
5.2.1 PLC技术基础 131
5.2.2 PLC编程技术 138
5.2.3 PLC技术应用 153
5.3 人机接口技术 163
5.3.1 输入接口技术 164
5.3.2 输出接口技术 169
5.4 机电接口技术 174
5.4.1 信息采集接口技术 174
5.4.2 控制量输出接口技术 179
小结 185
思考与练习5 185
项目工程5：典型机电一体化系统控制技术应用 186
单元六 机电一体化系统设计 195
A．教学目标 195
B．引言 195
6.1 机电一体化系统设计方法 195
6.1.1 机电一体化传统设计方法 196
6.1.2 机电一体化系统现代设计方法 197
6.2 机电一体化系统的建模与仿真 199
6.2.1 机电一体化系统的建模 199
6.2.2 机电一体化系统的仿真 201
6.3 机电一体化系统抗干扰技术 208
6.3.1 干扰的定义 209
6.3.2 形成干扰的三个要素 209
6.3.3 干扰源 209
6.3.4 抗供电干扰的措施 210
6.3.5 软件抗干扰设计 212
小结 213
思考与练习6 213
单元七 典型机电一体化系统之机器人技术 215
A．教学目标 215
B．引言 215
7.1 机器人概述 215
7.1.1 机器人的发展 216
7.1.2 机器人的作用 217
7.1.3 机器人的发展趋势 217
7.2 机器人传感器 219
7.2.1 机器人传感器的分类 219
7.2.2 外部信息传感器在电弧焊工业机器人中的应用 223
7.3 机器人的驱动与控制 224
7.3.1 机器人控制系统 224
7.3.2 电动驱动系统 225
7.4 机器人的典型应用 229
7.4.1 工业机械手 229
7.4.2 足球机器人 230
小结 238
思考与练习7 238
单元八 典型机电一体化系统之自动化生产线系统 239
A．教学目标 239
B．引言 239
8.1 自动线与MPS模块化生产加工系统概述 239
8.1.1 自动机与自动线的构成 239
8.1.2 模块化生产加工系统（MPS） 242
8.2 MPS送料检测站 243
8.2.1 结构与功能 243
8.2.2 气动控制回路 244
8.2.3 电气接口地址 245
8.2.4 程序控制 246
8.3 MPS搬运站 246
8.3.1 结构与功能 246
8.3.2 气动控制回路 247
8.3.3 电气接口地址 248
8.3.4 程序控制 249
8.4 MPS加工站 250
8.4.1 结构与功能 250
8.4.2 气动控制回路 250
8.4.3 电气接口地址 250
8.4.4 程序控制 252
8.5 MPS安装搬运站 253
8.5.1 结构与功能 253
8.5.2 气动控制回路 254
8.5.3 电气接口地址 255
8.5.4 程序控制 256
小结 257
思考与练习8 257
参考文献 258