第1章 机电一体化概论 1
1.1 机电一体化概述 1
1.1.1 机电一体化的概念 1
1.1.2 机电一体化系统的构成 2
1.1.3 机电一体化技术的发展 3
1.1.4 机电一体化的意义 7
1.1.5 机电一体化的发展方向 8
1.2 机电一体化技术的分类 9
1.2.1 机电一体化技术分类概述 9
1.2.2 机电产品的机电一体化 10
1.3 机电一体化的相关技术 11
1.4 机电一体化设计方法 13
1.5 基于微控制器的机电一体化产品的设计开发步骤 16
第2章 机电一体化产品的组成 20
2.1 机电一体化产品的控制器 21
2.1.1 单片机与单板机 21
2.1.2 可编程序控制器 23
2.1.3 工业计算机的特点及选择 26
2.1.4 嵌入式系统概述 28
2.2 机电一体化产品中的传感器 31
2.2.1 传感器概述 31
2.2.2 传感器的选用原则及注意事项 33
2.2.3 传感器的测量电路 34
2.2.4 智能传感器 36
2.3.1 驱动器的种类和对装置的基本要求 38
2.3 驱动器及其控制 38
2.3.2 直流伺服系统 43
2.3.3 交流伺服系统 47
2.4 机电一体化的机械传动与执行机构 49
2.4.1 传动机构 49
2.4.2 执行机构 50
2.4.3 机械传动与执行机构举例 53
2.4.4 机械传动与执行机构的发展趋势 58
3.1 传统控制策略 62
3.1.1 比例-积分-微分（PID）控制 62
第3章 机电一体化设备的控制策略 62
3.1.2 串级控制 63
3.1.3 纯滞后对象的控制 64
3.1.4 解耦控制 66
3.2 现代控制策略 68
3.2.1 自适应控制 68
3.2.2 变结构控制 69
3.2.3 鲁棒控制 70
3.2.4 预测控制 71
3.3 智能控制策略 72
3.3.1 模糊控制 73
3.3.2 专家控制 73
3.3.3 神经网络控制 74
3.3.4 遗传算法 75
3.4 控制策略的渗透和结合 77
第4章 机器人技术 82
4.1 机器人概述 82
4.1.1 机器人的含义及其组成 82
4.1.2 机器人的分类 84
4.2 机器人的机械系统 85
4.2.1 机器人臂的典型机构 85
4.2.2 机器人手腕结构 86
4.2.3 机器人的手部结构 88
4.2.4 仿生多指灵巧手 90
4.3.1 机器人控制系统的作用及结构 92
4.3 机器人的控制系统 92
4.3.2 位置和力控制系统结构 94
4.3.3 刚性控制 95
4.4 智能机器人 97
4.4.1 智能机器人的含义 97
4.4.2 智能机器人的结构体系 98
4.4.3 作业规划 101
4.4.4 行动规划 102
4.4.5 作业知识的获取 107
4.5 多机器人系统 107
4.5.1 多机器人系统概述 107
4.5.2 几个典型多机器人系统 108
4.5.3 多机器人系统体系结构 109
4.5.4 多机器人的队形问题 110
4.5.5 多机器人系统的信息融合与环境构建 111
4.5.6 多机器人的协调 111
第5章 数控技术 112
5.1 数控技术概述 112
5.1.1 数控机床的基本概念 112
5.1.2 计算机数控装置的工作原理 113
5.1.3 数控机床的分类 114
5.2 数控系统的组成 118
5.2.1 数控机床的组成 118
5.2.2 计算机数控装置的硬件结构 122
5.2.3 计算机数控装置的软件结构 123
5.3 数控机床的进给和主轴控制系统 124
5.4 数控机床的编程 129
5.4.1 数控机床程序编制的概念 129
5.4.2 程序编制 130
5.4.3 自动编程 134
5.5 数控技术的发展趋势 135
第6章 微机电系统技术 138
6.1 微机电系统与微加工技术及应用 138
6.1.1 微机电系统 138
6.1.2 微加工技术 139
6.2 MEMS的组成 143
6.2.1 微型传感器 143
6.2.2 微型驱动（执行）器 147
6.3 MEMS力学问题 156
6.3.1 薄膜材料的力学特性 157
6.3.2 微执行器的尺度效应 158
6.3.3 压电执行器的尺度效应 160
6.3.4 SMA执行器的尺度效应 160
6.3.5 微机械的尺度效应 161
6.4 微机电系统应用举例 163
6.4.1 微型机器人 163
6.4.2 微型飞行器 165
6.4.3 微型反应器 166
7.1.1 液压伺服系统的工作原理 167
7.1 液压控制系统简介 167
第7章 液压控制技术 167
7.1.2 液压伺服系统的组成和分类 168
7.1.3 液压伺服系统的特点及应用 169
7.2 液压控制阀 171
7.2.1 滑阀 171
7.2.2 喷嘴挡板阀 173
7.2.3 射流管阀 174
7.2.4 电液伺服阀 175
7.2.5 电液比例阀 176
7.2.6 插装阀 177
7.2.7 叠加阀 179
7.3.1 机液伺服系统 180
7.3 液压伺服系统 180
7.3.2 电液伺服系统 184
7.4 液压系统计算机控制 186
7.4.1 组合机床液压动力滑台的液压系统工作原理 186
7.4.2 液压系统的PLC控制 187
第8章 机械故障诊断技术 189
8.1 机械故障诊断技术概述 189
8.2 机械故障诊断技术的信息获取 190
8.2.1 振动 190
8.2.2 噪声 191
8.2.3 轴心轨迹 192
8.2.6 油样 193
8.2.5 温度 193
8.2.4 声发射 193
8.2.7 时标脉冲 194
8.3 机械故障诊断中的信号分析方法 194
8.3.1 傅里叶分析 194
8.3.2 倒频谱 196
8.3.3 短时傅里叶变换 196
8.3.4 Wigner-Ville分布 197
8.3.5 小波变换 197
8.3.6 小波包 198
8.3.7 匹配追踪信号分解 199
8.3.8 时间序列分析 199
8.3.9 包络解调分析 200
8.3.11 高阶累积量和高阶累积量谱 201
8.3.10 相关分析 201
8.3.12 经验模态分解 202
8.3.13 盲源分离 203
8.3.14 时域同步平均和阶比分析 203
8.3.15 时域统计特征 203
8.3.16 分形 204
8.4 机械故障诊断中的模式识别 204
8.4.1 模糊理论 204
8.4.2 人工神经网络 205
8.4.3 专家系统 206
8.4.4 粗糙集理论 207
8.5.1 轴系故障诊断 208
8.4.5 支持向量机 208
8.5 典型机械故障诊断 208
8.5.2 滚动轴承故障诊断 210
8.5.3 滑动轴承故障诊断 210
8.5.4 齿轮故障诊断 210
8.6 机械故障诊断技术展望 211
第9章 激光在机电一体化系统中的应用 213
9.1 概述 213
9.1.1 什么是激光 213
9.1.2 激光的物理基础 213
9.2 激光的基本原理 214
9.2.1 光子的基本性质 214
9.1.3 汤斯和肖洛的光激射器理论 214
9.2.2 光的受激辐射基本概念 215
9.2.3 光的受激辐射放大 217
9.3 激光器的种类 218
9.3.1 激光器概述 218
9.3.2 固体激光器 220
9.3.3 气体激光器 223
9.3.4 半导体激光器 225
9.3.5 液体激光器 226
9.4 激光在机械加工技术中的应用 226
9.4.1 激光打孔 227
9.4.2 激光焊接 227
9.4.3 激光切割 228
9.4.4 激光加工内腔技术 229
9.4.5 激光雕刻 229
9.4.6 激光打标 230
9.4.7 激光成型技术 230
9.4.8 激光成型制造 230
9.4.9 激光加工的现状与发展 232
9.5 激光测试技术在机械工程中的应用 233
9.5.1 激光视觉三维测量技术 233
9.5.2 机械振动的激光测量 233
9.5.3 激光层析成像技术 234
9.5.4 激光无损检测 235
9.5.5 激光测试技术的发展 235
参考文献 236