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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118

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263

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387

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4121

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5185

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6213

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7238

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8257

参考文献258