機電一體化技術(shù)手冊

《光機電一體化技術(shù)手冊(上冊)》由機械工業(yè)出版社出版。

從20世紀70年代起，微電子技術(shù)的發(fā)展引起了新技術(shù)領(lǐng)域的深刻變革。光機電一體化技術(shù)就是在微電子技術(shù)向機械工業(yè)領(lǐng)域滲透過程中逐漸形成并發(fā)展起來的，集光、機、電、磁、聲、熱、液、氣于一體的獨立的綜合性交叉學科。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，其內(nèi)涵和外延得到了豐富和拓寬，從最初的機械電子化、機電一體化向多學科綜合交叉的光機電一體化、智能化等方向發(fā)展。

光機電一體化技術(shù)是由光學、光電子學、微電子、信息和機械及其他相關(guān)技術(shù)交叉與融合而構(gòu)成的綜合性高新技術(shù)，也是諸多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)裝備的基礎技術(shù)。先進制造、信息、材料、能源、空間、海洋等高科技領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造，武器裝備的現(xiàn)代化，都要用到光機電一體化技術(shù)。

制造業(yè)是國民經(jīng)濟高速增長的發(fā)動機，是推進信息化的主導產(chǎn)業(yè);是科學技術(shù)的基本栽體;是實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的主要舞臺;是國家的基礎和戰(zhàn)略支柱產(chǎn)業(yè)。制造業(yè)的發(fā)展，依賴于先進的制造裝備的發(fā)展。光機電一體化技術(shù)是裝備制造業(yè)的關(guān)鍵核心技術(shù)，它能使產(chǎn)品實現(xiàn)更新和升級換代，技術(shù)性能指標大幅度提高，在功能、水平、質(zhì)量、品種、使用效果和價格等方面能更好地滿足國內(nèi)外市場需求，增強了產(chǎn)品的競爭性。另一方面，光機電一體化的生產(chǎn)裝備易于根據(jù)市場需求組織和改變產(chǎn)品生產(chǎn)，縮短新產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低能耗和生產(chǎn)成本，增強企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的競爭能力。因此，光機電一體化以其本身特有的技術(shù)優(yōu)勢迅速改變現(xiàn)代制造產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)裝備結(jié)構(gòu)。

為了滿足制造業(yè)領(lǐng)域的科技人員對于光機電一體化技術(shù)的迫切需求，為讀者奉獻一本光機電領(lǐng)域及相關(guān)領(lǐng)域的先進實用的工具書。我們組織了華中科技大學、清華大學、重慶大學、上海交通大學、武漢科技學院和無錫關(guān)心半導體有限公司等高等院校和單位的多個領(lǐng)域的專家、教授和富有經(jīng)驗的高級工程師聯(lián)合編寫了這本《光機電一體化技術(shù)手冊》。

本手冊系統(tǒng)全面地介紹了光機電一體化技術(shù)的各構(gòu)成技術(shù)的運用、基礎元器件和構(gòu)件的選用以及典型的光機電一體化系統(tǒng)實例，選用最新的國家標準，產(chǎn)品型號、性能參數(shù)準確可靠，突出先進性、實用性的特點。

本手冊包括12篇，分上下兩冊。上冊包括第1篇至第6篇，下冊包括第7篇至第12篇。

上冊的主要內(nèi)容包括:總論、機械傳動與執(zhí)行裝置、光機電系統(tǒng)常用集成器件、傳感器與光機電測量技術(shù)、接口技術(shù)及現(xiàn)場總線和激光加工裝備與快速原型裝備。

下冊的主要內(nèi)容包括:驅(qū)動技術(shù)與驅(qū)動電動機、控制用計算機與控制系統(tǒng)、工業(yè)機器人、數(shù)字加工裝備、光機電技術(shù)在汽車電子系統(tǒng)中應用和其他典型光機電系統(tǒng)。

本書可供光機電一體化領(lǐng)域的技術(shù)研究產(chǎn)品開發(fā)的人員、從事技術(shù)應用及產(chǎn)品制造的工程技術(shù)人員使用，也可供相關(guān)部門及相關(guān)行業(yè)的技術(shù)管理人員參考。

前言

第1篇 總論

第1章 光機電一體化技術(shù)概述

1.1 光機電一體化技術(shù)

1.1.1 光機電一體化技術(shù)的基本概念

1.1.2 光機電一體化系統(tǒng)的基本組成

1.1.3 光機電一體化相關(guān)技術(shù)

1.2 光機電一體化技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)中的地位和作用

第2章 光機電一體化系統(tǒng)設計

2.1 光機電一體化系統(tǒng)工程化設計

2.1.1 光機電一體化系統(tǒng)工程化設計特點

2.1.2 光機電一體化系統(tǒng)設計的步驟

2.1.3 光機電一體化系統(tǒng)設計方案的評價

2.1.4 光機電一體化系統(tǒng)設計中的質(zhì)量控制

2.2 光機電一體化系統(tǒng)的評價分析

2.2.1 可靠性安全性分析

2.2.2 系統(tǒng)柔性及匹配性分析

2.2.3 友好操作性分析

2.2.4 可維修性分析

2.2.5 技術(shù)經(jīng)濟性分析

2.3 光機電一體化系統(tǒng)抗干擾技術(shù)

2.3.1 干擾的產(chǎn)生和傳播

2.3.2 干擾的抑制

第3章 光機電一體化技術(shù)發(fā)展方向

3.1 光機電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1.1 控制數(shù)字化和智能化

3.1.2 系統(tǒng)開放、網(wǎng)絡化

3.1.3 操作仿生、擬人化

3.1.4 產(chǎn)品綠色、微型化

3.2 現(xiàn)代制造業(yè)光機電一體化的技術(shù)方向

3.2.1 現(xiàn)代制造業(yè)

3.2.2 制造業(yè)信息化的主要方向

3.2.3 制造業(yè)信息化未來的發(fā)展趨勢

3.3 典型光機電一體化產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展

3.3.1 數(shù)控機床技術(shù)的發(fā)展

3.3.2 工業(yè)機器人的發(fā)展

3.3.3 自動生產(chǎn)系統(tǒng)及各種自動化成套裝備的發(fā)展

3.4 國內(nèi)外機電一體化技術(shù)的研究熱點

3.4.1 新型光機電系統(tǒng)的研究

3.4.2 高速運動控制平臺的研究與開發(fā)

3.4.3 高速、高精度、智能化驅(qū)動部件和控制技術(shù)

3.4.4 光機電一體化設備群智能管理、控制技術(shù)及系統(tǒng)

3.4.5 機器人急需解決的技術(shù)問題

3.5 光機電一體化技術(shù)的發(fā)展戰(zhàn)略

參考文獻

第2篇 機械傳動與執(zhí)行裝置

第1章 光機電一體化機械系統(tǒng)

1.1 光機電一體化機械系統(tǒng)概述

1.2 光機電一體化系統(tǒng)對機械系統(tǒng)的要求

1.3 光機電一體化機械系統(tǒng)的分類和特點

第2章 光機電一體化中的傳動裝置

2.1 光機電一體化中的傳動裝置概述

2.1.1 光機電一體化對傳動裝置的要求

2.1.2 光機電一體化傳動裝置的類型和特點

2.2 齒輪傳動

2.2.1 齒輪傳動系統(tǒng)的概述

2.2.2 齒輪傳動系統(tǒng)的類型及特點

2.2.3 齒輪傳動系統(tǒng)的選用原則

2.2.4 齒輪傳動系統(tǒng)的應用實例

2.3 滾珠絲杠副

2.3.1 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)形式和特點

2.3.2 滾珠絲杠副的選用原則

2.3.3 滾珠絲杠副的應用實例

2.4 光機電系統(tǒng)常用減速器

2.4.1 光機電系統(tǒng)常用減速器概述

2.4.2 諧波減速器

2.4.3 擺線針輪傳動

2.4.4 活齒精密傳動

2.4.5 RV減速器

2.5 同步帶與多楔帶傳動

2.5.1 同步帶傳動

2.5.2 多楔帶傳動

2.6 滾動花鍵副

2.6.1 滾動花鍵副的類型和特點

2.6.2 滾珠花鍵副的選擇計算

2.6.3 國內(nèi)外主要滾珠花鍵副產(chǎn)品

2.6.4 滾動花鍵副的設計實例

2.7 聯(lián)軸器、離合器和制動器

2.7.1 聯(lián)軸器的類型和特點

2.7.2 聯(lián)軸器的選用及應用實例

2.7.3 離合器

2.7.4 制動器

第3章 光機電一體化系統(tǒng)的導向裝置

3.1 概述

3.1.1 光機電一體化系統(tǒng)對導向裝置的要求

3.1.2 導軌的初步選用

3.2 導軌的功用和分類

3.2.1 導軌的功用與要求

3.2.2 導軌的類型

3.3 滾動導軌

3.3.1 滾動體不作循環(huán)運動的直線運動導軌

3.3.2 滾動體作循環(huán)運動的直線運動導軌

3.4 滾動直線導軌副

3.4.1 滾動直線導軌副的類型和特點

3.4.2 滾動直線導軌副的選擇計算

3.4.3 滾動直線導軌副的應用實例

3.5 液體靜壓導軌

3.5.1 液體靜壓導軌的特點和工作原理

3.5.2 液體靜壓導軌的油腔結(jié)構(gòu)與尺寸

3.5.3 開式液體靜壓導軌的設計與計算實例

3.6 塑料導軌

3.6.1 塑料導軌的類型

3.6.2 塑料導軌的制作

3.7 靜壓氣浮導軌

3.7.1 氣浮導軌的類型

3.7.2 氣浮導軌的設計

3.8 導軌的防護

第4章 光機電一體化系統(tǒng)執(zhí)行裝置

4.1 概述

4.1.1 光機電一體化系統(tǒng)執(zhí)行裝置技術(shù)的特點

4.1.2 光機電一體化對執(zhí)行裝置的技術(shù)要求

4.2 常用執(zhí)行裝置

4.2.1 電動執(zhí)行裝置

4.2.2 定位裝置

4.2.3 鎖緊裝置

4.2.4 電動執(zhí)行裝置應用實例

4.3 液壓氣動執(zhí)行裝置

4.3.1 液壓執(zhí)行裝置概述

4.3.2 電液步進元件

4.3.3 液壓執(zhí)行裝置控制元件

4.4 氣壓執(zhí)行裝置

4.4.1 氣壓執(zhí)行裝置概述

4.4.2 氣馬達的分類及特點

4.4.3 氣動控制元件

4.5 電一氣比例、伺服元件及系統(tǒng)

4.5.1 電一氣伺服閥

4.5.2 電一氣比例控制閥

4.5.3 電一氣比例與伺服控制系統(tǒng)

4.5.4 電一氣比例與伺服控制系統(tǒng)實例

4.6 新型執(zhí)行機構(gòu)裝置

4.6.1 壓電執(zhí)行裝置

4.6.2 熱變形執(zhí)行裝置

4.6.3 形狀記憶合金執(zhí)行裝置

4.6.4 納米級執(zhí)行裝置

4.6.5 超聲電動機執(zhí)行裝置

4.6.6 磁致伸縮裝置

4.6.7 機械手執(zhí)行器

4.6.8 氣壓支承式直線步進電動機

4.6.9 直線懸浮電動機

4.6.10 新型執(zhí)行裝置的應用實例

參考文獻

第3篇 光機電系統(tǒng)常用集成器件

第1章 緒論

1.1 集成器件的概述

1.2 集成器件的發(fā)展趨勢

1.3 替代CMOS集成器件的新產(chǎn)品

1.4 本篇的主要內(nèi)容

第2章 接口集成器件

2.1 頻率電壓轉(zhuǎn)換器件

2.1.1 頻率電壓器件原理概述

2.1.2 常用頻率電壓集成器件LM331

2.1.3 其他相關(guān)器件

2.2 電平轉(zhuǎn)換器件

2.2.1 電平轉(zhuǎn)換器件原理概述

2.2.2 MAX30138通道電平轉(zhuǎn)換器

2.2.3 其他相關(guān)器件

2.3 電壓電流轉(zhuǎn)換器件

2.3.1 電壓電流轉(zhuǎn)換器件原理概述

2.3.2 AM442電壓電流轉(zhuǎn)換器件

2.3.3 其他相關(guān)器件

2.4 開關(guān)器件

2.4.1 模擬開關(guān)器件原理概述

2.4.2 MAX4729模擬開關(guān)

2.4.3 其他相關(guān)器件

2.5 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器件

2.5.1 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器件原理概述

2.5.2 雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器

2.5.3 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器

2.5.4 A·∑A/D轉(zhuǎn)換器

2.6 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器件

2.6.1 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器件原理概述

2.6.2 8位串行通信電壓輸出D/A轉(zhuǎn)換器TLC7225

2.6.3 12位SPI通信電壓輸出型D/A轉(zhuǎn)換器TLV5614

2.6.4 12位串行輸入電流輸出D/A轉(zhuǎn)換器MAX543

2.6.5 8位并行通信電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器TLC7528

2.6.6 其他相關(guān)器件

2.7 通用光電隔離器件

2.7.1 線性光電隔離器件原理概述

2.7.2 高線性度光耦HCNR200/201

2.7.3 其他相關(guān)器件

2.8 常用通信接口器件

2.8.1 通信接口器件概述

2.8.2 RS232串行通信器件SP2538

2.8.3 高壓系統(tǒng)RS-485收發(fā)器MAX3443E

2.8.4 I2c器件DS2482-800及其應用

2.8.5 USB接口器件ISP1581

2.8.6 10端口、SPI接I/O擴展器MAX7317

2.8.7 其他相關(guān)通信集成器件

2.9 常用輸入驅(qū)動器件

2.9.1 輸入驅(qū)動器件原理概述

2.9.2 I2C接口鍵盤及LED驅(qū)動器ZLG7290

2.9.3 4線觸摸屏數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器MXB7846

2.9.4 其他相關(guān)器件

2.10 常用顯示驅(qū)動器件

2.10.1 顯示驅(qū)動器件原理概述

2.10.2 LCD顯示驅(qū)動器AY0438

2.10.3 串行接LED驅(qū)動器MAX6968

2.10.4 其他相關(guān)器件

第3章 信號處理集成器件

3.1 模擬信號處理器件

3.1.1 運算放大器件原理概述

3.1.2 儀表放大器件原理概述

3.1.3 濾波器件原理概述

3.1.4 采樣保持放大器件原理概述

3.2 微處理器

3.2.1 AT89C51

3.2.2 PIC16F5X系列單片機

3.2.3 其他可選擇的相關(guān)器件

3.3 可編程邏輯器件原理概述

3.3.1 Lattice的ispLSI系列器件ispLSl3256A

3.3.2 低成本普及型Spartan3系列FPGA

3.3.3 其他可選擇的相關(guān)器件

3.4 常用信號處理器件外設器件

3.4.1 計數(shù)器件原理概述

3.4.2 存儲器件原理概述

3.4.3 譯碼器件原理概述

第4章 電力電子及電動機控制集成器件應用

4.1 現(xiàn)代電力電子器件及其驅(qū)動器件

4.1.1 MOSFET驅(qū)動器件

4.1.2 IGBT及其驅(qū)動器件

4.1.3 其他相關(guān)MOSFET/IGBT驅(qū)動器件

4.2 電動機驅(qū)動集成器件

4.2.1 直流電動機驅(qū)動專用器件

4.2.2 步進電動機驅(qū)動器件

4.2.3 無刷直流電動機控制電路

4.2.4 交流電動機控制集成器件

第5章 電源器件

5.1 線性穩(wěn)壓電源

5.1.1 線性穩(wěn)壓電源概述

5.1.2 iE線性穩(wěn)壓電源

5.1.3 負線性穩(wěn)壓電源

5.1.4 其他相關(guān)器件

5.2 電壓基準

5.2.1 電壓基準概述

5.2.2 LM285

5.2.3 MCP1525

5.2.4 REF102

5.2.5 其他相關(guān)器件

5.3 開關(guān)電源

5.3.1 開關(guān)電源概述

5.3.2 LM2596

5.3.3 TC1303

5.3.4 MAX5033

5.3.5 LTC3415

5.3.6 MAX8570

5.3.7 ME331B

5.3.8 MCP650

5.3.9 B8505

5.3.1 0NCP1402

5.3.1 1MAX5072

5.3.1 2其他可用器件

5.4 功率因數(shù)校正器件

5.4.1 功率因數(shù)校正器件概述

5.4.2 IP3001

5.4.3 NCP1650

5.4.4 其他可用器件

5.5 其他電源相關(guān)器件

5.5.1 電源相關(guān)器件概述

5.5.2 TL494

5.5.3 其他可用器件

第6章 典型系統(tǒng)級器件

6.1 嵌入式片上系統(tǒng)

6.2 專用數(shù)據(jù)傳送IC概述

6.2.1 基于MAx7044的無線電發(fā)射器電路

6.2.2 基于MAx7033的無線接收器電路

6.2.3 其他相關(guān)的無線收發(fā)器件

6.2.4 實現(xiàn)紅外IrDA標準無線連接器件:MCP2140

6.2.5 其他相關(guān)的紅外器件

6.2.6 藍牙收發(fā)芯片RF2968的原理及應用

6.2.7 其他相關(guān)的藍牙器件

6.3 運動控制專用集成器件DSP概述

6.3.1 TMS320C2x系列T1電動機控制專用DSP

6.3.2 Motorola電動機控制專用器件DSP56F80X系列

6.3.3 其他相關(guān)的DSP器件

6.4 新型高性能可編程邏輯器件

6.4.1 ALTERA的CPLD器件概述

6.4.2 MAX7000系列CPLD器件

6.4.3 其他CPLD器件

6.4.4 ALTERA的FPGA器件概述

6.4.5 FLEX8000系列FPGA器件

6.4.6 其他FPGA器件

6.5 圖像信號處理器件

6.5.1 JPEG編解碼芯片ZR36060及其應用

6.5.2 新型的視頻驅(qū)動芯片ISL59830

6.5.3 其他圖像信號處理器件

6.6 微機電系統(tǒng)集成器件

6.6.1 微機電系統(tǒng)

6.6.2 基于MEMS技術(shù)的美新公司集成加速度計技術(shù)概述

6.6.3 集成加速度傳感器芯片MXD2125及其應用

6.6.4 集成I2C加速度傳感器芯片MXC6202xM及其應用

6.6.5 其他相關(guān)的MEMS器件

附錄A 集成器件應用注意事項

附錄B 廠商列表

第4篇 傳感器與光機電測量技術(shù)

概述

第1章 基本知識

1.1 基本概念

1.1.1 測量系統(tǒng)

1.1.2 傳感器

1.1.3 信號調(diào)理與電路接口

……

第2章 機電傳感器及其測量技術(shù)

第3章 光電傳感器及測量技術(shù)

第4章 光機電一體化系統(tǒng)檢測設備

第5篇 接口技術(shù)及現(xiàn)場總線

第6篇 激光加工裝備與快速原型裝備

參考文獻