第22篇智能装备系统设计
章智能装备系统设计基础知识
1.1智能装备系统的定义、特点和发展趋势22-3
1.2智能装备系统基本构成要素22-5
1.2.1系统构成22-5
1.2.2技术构成22-6
1.2.3系统分类及特征22-8
1.3智能装备系统产品的设计方法22-9
1.3.1智能装备系统主要的分析方法22-9
1.3.1.1系统的解耦与耦合22-9
1.3.1.2系统设计公理22-10
1.3.1.3单元化设计原理22-12
1.3.1.4智能装备系统的结构层次22-13
1.3.1.5智能装备系统的基本分析22-16
1.3.2模块化设计方法22-19
1.3.3柔性化设计方法22-19
1.3.4取代设计方法22-19
1.3.5融合设计方法22-20
1.3.6优化设计方法22-20
1.3.7人-机-环境系统设计方法22-20
1.3.8可靠性设计方法22-21
1.3.9系统安全性设计方法22-24
1.4智能装备系统总体设计22-25
1.4.1智能装备产品的需求分析22-25
1.4.2智能装备系统设计技术参数与技术指标制定方法22-25
1.4.3智能装备系统原理方案设计22-26
1.4.3.1系统的原理方案分析22-26
1.4.3.2基本功能单元的原理方案分析22-26
1.4.3.3系统的功能结构图设计方法22-27
1.4.4智能装备系统结构方案设计22-28
1.4.4.1系统结构方案设计的程序22-28
1.4.4.2系统结构方案设计的基本原则22-29
1.4.5智能装备系统总体布局设计22-29
1.4.6总体准确度分析与设计22-29
1.5智能装备系统设计流程22-30
第2章传感检测系统设计
2.1传感检测系统22-33
2.1.1传感检测系统的概念与特点22-33
2.1.2传感检测系统的结构与组成22-33
2.1.2.1非电量的特征22-33
2.1.2.2传感检测系统的结构22-34
2.1.2.3传感检测系统的硬件组成22-36
2.1.2.4传感检测系统的软件组成22-36
2.1.3传感器信号的处理22-37
2.1.4信号传输22-37
2.2传感器及其应用22-38
2.2.1传感器的组成与分类22-38
2.2.2传感器的主要性能指标22-38
2.2.3各种用途的常用传感器22-39
2.2.4基于各种工作原理的常用传感器22-43
2.2.4.1电阻式传感器22-43
2.2.4.2电容式传感器22-48
2.2.4.3电感传感器22-51
2.2.4.4压电传感器22-58
2.2.4.5磁电传感器22-63
2.2.4.6磁致伸缩传感器22-65
2.2.4.7热电式传感器22-71
2.2.4.8霍尔式传感器22-77
2.2.4.9光纤传感器22-80
2.2.4.10光电传感器22-85
2.2.4.11红外线传感器22-91
2.2.4.12激光式传感器22-92
2.2.4.13数字式传感器22-97
2.2.4.14气敏传感器22-101
2.2.5智能传感器22-114
2.2.6微传感器22-117
2.2.6.1定义特点及分类22-117
2.2.6.2机械量微传感器22-117
2.2.6.3基于MEMS技术的气体微传感器22-120
2.2.7传感器的选用22-120
2.2.8多传感器信息融合22-122
2.3模拟信号检测系统设计22-124
2.3.1模拟信号检测系统的组成22-124
2.3.2基本转换电路22-125
2.3.3信号放大电路22-127
2.3.4信号调制与解调22-130
2.3.5滤波电路22-131
2.3.6电平转换电路22-133
2.3.7采样-保持电路22-133
2.3.8运算电路22-133
2.3.9A/D转换电路22-136
2.3.10数字信号的预处理22-137
2.3.11抗干扰设计22-142
2.4数字信号检测系统设计22-144
2.4.1数字信号检测系统的组成22-144
2.4.2编码器及光栅信号的电子细分方法22-145
2.5现代传感检测技术的新发展22-150
2.6典型传感系统设计应用实例和检测装置22-152
2.6.1CX300型数控车铣加工中心传感检测系统设计实例22-152
2.6.2飞锯检测系统设计实例22-153
2.6.3新风节能系统设计实例22-156
第3章伺服系统设计
3.1伺服系统22-159
3.2伺服系统的基本要求和设计方法22-159
3.2.1伺服系统的基本要求22-159
3.2.2伺服系统的设计步骤22-160
3.3伺服系统执行元件及其控制22-160
3.3.1执行元件种类和特点22-160
3.3.2电气执行元件22-161
3.3.2.1直流伺服电机及其驱动22-161
3.3.2.2交流伺服电机及其驱动22-163
3.3.2.3松下MINASA5伺服电机22-165
3.3.2.4步进电机及其驱动22-170
3.3.3液压执行机构22-176
3.3.4气动执行装置22-176
3.3.5新型执行装置22-177
3.3.6电液伺服阀22-177
3.3.7电液比例阀22-178
3.3.8电液数字阀22-178
3.4执行电机的选择及设计22-179
3.4.1交流电动机调速方式22-179
3.4.2交流变频调速器22-180
3.5开环控制伺服系统及其设计22-181
3.6闭环伺服系统设计22-182
3.7数字伺服系统设计22-183
第4章机械系统设计
4.1智能装备机械系统的基本要求和组成22-185
4.2机械传动机构设计22-186
4.2.1机械传动机构的分类及选用22-186
4.2.1.1智能装备系统对机械传动的要求22-186
4.2.1.2机械传动机构的分类22-187
4.2.1.3机械传动机构的选用22-188
4.2.1.4机械传动系统方案的选择22-188
4.2.2传动因素分析22-189
4.2.3丝杠螺母机构传动设计22-191
4.2.3.1滚珠丝杠副基本结构22-191
4.2.3.2滚珠丝杠副的主要尺寸和精度等级22-201
4.2.3.3滚珠丝杠副的选择设计计算22-205
4.2.3.4滚珠螺母安装连接尺寸22-210
4.2.3.5静压丝杠螺母副22-217
4.2.4其他传动机构22-219
4.2.4.1齿轮传动22-219
4.2.4.2挠性传动22-224
4.2.4.3间歇传动22-225
4.3机械导向机构设计22-227
4.4机械执行机构设计22-232
4.4.1执行机构分析22-232
4.4.1.1主要性能指标22-232
4.4.1.2系统的品质22-235
4.4.1.3能量转换接口22-238
4.4.2微动机构22-240
4.4.3误差补偿机构22-244
4.4.4定位机构22-246
4.4.5设计实例22-247
4.4.5.1数控机床动力卡盘与回转刀架22-247
4.4.5.2工业机器人末端执行器22-250
4.5支撑系统和机架设计22-252
4.5.1轴系设计的基本要求及类型22-252
4.5.2机架的基本要求及结构设计要点22-254
第5章微机控制系统设计
5.1微机控制系统的基本组成与分类22-258
5.1.1微机控制系统的基本组成22-258
5.1.1.1微机控制系统的硬件组成22-258
5.1.1.2微机控制系统的软件组成22-259
5.1.2微机控制系统的分类22-259
5.2微机控制系统设计的方法和步骤22-260
5.2.1模拟化设计方法和步骤22-260
5.2.1.1模拟化设计思想22-260
5.2.1.2香农采样定理22-260
5.2.1.3模拟化设计步骤22-261
5.2.1.4数字PID控制系统设计22-262
5.2.2离散化设计方法和步骤22-265
5.3微机控制系统的数学模型22-265
5.3.1差分方程22-265
5.3.1.1差分的概念和差分方程22-265
5.3.1.2差分方程的求解方法22-266
5.3.2Z传递函数22-266
5.3.2.1基本概念22-266
5.3.2.2开环系统的脉冲传递函数22-266
5.4微机控制系统分析22-268
5.4.1线性离散系统的时域响应分析22-268
5.4.2离散系统的稳定性分析22-269
5.4.2.1Z平面内的稳定条件22-269
5.4.2.2S平面与Z平面之间的映射关系22-269
5.4.2.3稳定判据22-270
5.4.3离散系统的稳态误差22-270
5.4.4离散系统的暂态性能22-271
5.4.4.1闭环极点与暂态分量的关系22-271
5.4.4.2离散系统暂态性能的估算22-272
5.4.5离散系统的根轨迹分析法22-273
5.4.5.1Z平面上的根轨迹22-273
5.4.5.2用根轨迹法分析离散系统22-275
5.4.6离散系统的频率法22-275
5.5典型微机控制系统及设计应用实例22-276
5.5.1基于工业控制计算机的微机控制系统22-276
5.5.1.1系统结构和特点22-276
5.5.1.2工控组态软件22-276
5.5.2基于单片机的微机控制系统22-276
5.5.3基于可编程控制器的微机控制系统22-276
第6章接口设计
6.1接口设计基本方法和接口芯片22-278
6.1.1接口设计与分析的基本方法22-278
6.1.2常用的接口芯片22-278
6.2人机接口电路设计22-278
6.2.1人机接口电路类型与特点22-278
6.2.2输入接口电路设计22-279
6.2.3输出接口电路设计22-280
6.3机电接口电路设计22-290
6.3.1机电接口电路类型与特点22-290
6.3.2信号采集通道接口中的A／D转换接口电路设计22-290
6.3.3控制量输出通道中的D／A转换接口电路设计22-292
6.3.4控制量输出通道中的功率接口电路设计22-294
6.3.4.1PWM整流电路22-294
6.3.4.2光耦合器驱动接口设计22-296
6.3.4.3继电器22-298
6.3.5被控量反馈通道中的接口电路设计22-301
6.3.5.1速度反馈接口22-301
6.3.5.2位移反馈接口22-301
第7章设计实例
7.1数控机床的改造22-304
7.1.1数控车床的改造22-304
7.1.1.1数控车床的改造方案组成框图22-304
7.1.1.2机械结构改造设计方案22-304
7.1.1.3数控车床计算机控制系统改造硬件设计22-307
7.1.1.4数控车床计算机控制系统改造软件设计22-312
7.1.2大型数控落地镗铣床的系统改造实例22-312
7.2工业机器人系统设计实例22-314
7.2.1工业机器人的组成与分类22-314
7.2.2SCARA型装配机器人系统设计22-314
7.2.3BJDP-1型机器人设计22-319
7.2.4缆索并联机器人设计22-323
7.3无人搬运车（AGV）系统设计22-327
7.3.1无人搬运车系统（AGVS）22-327
7.3.2无人搬运车的工作原理和结构22-330
7.3.2.1无人搬运车的引导方式22-330
7.3.2.2无人搬运车的结构22-331
7.3.3典型的无人搬运车22-333
7.3.3.1瑞典AGV电子有限公司的产品22-333
7.3.3.2美国AGV产品有限公司的产品22-335
7.3.3.3中国新松AGV产品22-338
7.4信函连续作业自动处理系统设计22-343
7.4.1信函自动处理流水线22-344
7.4.1.1信函自动处理流水线的组成22-344
7.4.1.2信函自动处理的前提条件22-345
7.4.2信函分类机22-345
7.4.3缓冲储存器22-347
7.4.4理信盖销机22-3497.4.5信函分拣机22-352
7.4.5.1信函分拣的同步入格控制22-352
7.4.5.2条形码及光学条码自动识别22-352
7.4.5.3光学文字自动识别22-355
参考文献22-360

《现代机械设计手册》第二版单行本共20个分册，涵盖了机械常规设计的所有内容。各分册分别为：《机械零部件结构设计与忌》《机械制图及精度设计》《机械工程材料》《连接件与紧固件》《轴及其连接件设计》《轴承》《机架、导轨及机械振动设计》《弹簧设计》《机构设计》《机械传动设计》《减速器和变速器》《润滑和密封设计》《液力传动设计》《液压传动与控制设计》《气压传动与控制设计》《智能装备系统设计》《工业机器人系统设计》《疲劳强度可靠性设计》《逆向设计与数字化设计》《创新设计与绿色设计》。
本书为《智能装备系统设计》，主要介绍了智能装备系统设计基础知识、传感检测系统设计、伺服系统设计、机械系统设计、微机控制系统设计、接口设计、设计实例等。本书可作为机械设计人员和有关工程技术人员的工具书，也可供高等院校相关专业师生参考。