机电一体化原理及应用

机电一体化原理及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:国防工业出版社
作者:胡泓 姚伯威
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2000-06-01
价格:25
装帧:
isbn号码:9787118020632
丛书系列:
图书标签:
  • 机电一体化
  • 原理
  • 应用
  • 控制系统
  • 自动化
  • 传感器
  • 执行器
  • 电机
  • 电路
  • 嵌入式系统
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具体描述

《现代机器人技术:从理论到实践》 这本书深入探讨了现代机器人技术的核心原理及其广泛的应用。它不仅仅是一本技术手册,更是一扇通往自动化未来的窗口。从最基础的机械结构设计,到复杂的控制算法和智能感知系统,本书提供了全面而深入的解析。 第一部分:机器人基础与机械设计 本部分详细阐述了机器人的基本构成要素。首先,我们将从机械结构入手,探讨不同类型的机器人平台,例如串联机器人、并联机器人、移动机器人(包括轮式、履带式和腿式)以及特种机器人(如水下机器人、空中机器人)。每一类机器人平台都将分析其独特的结构特点、自由度、工作空间以及在运动学和动力学上的基本建模方法。读者将了解连杆、关节、传动装置(如齿轮、丝杠、皮带)的设计原则,以及如何计算和优化机器人的运动学(正逆解)和动力学(惯性、科里奥利力、重力等)。 接着,我们会深入讨论材料科学在机器人设计中的作用。从轻质高强的合金材料到先进的复合材料,以及它们如何影响机器人的负载能力、速度和能耗,都将一一呈现。传感器的集成也是机器人实现自主感知和交互的关键。本书将详细介绍各种类型的传感器,包括位置传感器(编码器、电位计)、速度传感器(测速发电机)、力/力矩传感器、接近传感器(红外、超声波、电容、电感)、视觉传感器(摄像头、激光雷达)、惯性测量单元(IMU)等,并讲解它们的工作原理、选型依据以及如何在机器人系统中进行有效集成。 第二部分:控制系统与算法 控制系统是机器人的“大脑”,负责接收感知信息并发出运动指令。本部分将从基础的控制理论出发,逐步深入到机器人特有的控制策略。我们将介绍PID(比例-积分-微分)控制器,它是许多基础控制系统的基石。然后,我们将转向更高级的机器人控制技术,如轨迹规划(点到点、连续轨迹)、关节空间控制、任务空间控制以及先进的自适应控制和鲁棒控制方法,用于处理模型不确定性和外部干扰。 运动控制是机器人实现精确动作的核心。本书将详细讲解如何设计和实现关节力矩控制、位置控制以及混合控制方案。我们还将探讨柔顺控制(Compliance Control)的重要性,这使得机器人能够在与环境交互时避免碰撞和损坏,实现更安全的协作。 路径规划与导航是移动机器人尤其关注的领域。从全局路径规划(如A算法、Dijkstra算法)到局部路径规划(如动态窗口法、实时避障),本书将提供清晰的算法解释和实现思路。同时,我们也会介绍同步定位与建图(SLAM)技术,这是机器人能够在未知环境中自主导航的关键,包括基于激光雷达的SLAM、基于视觉的SLAM以及多传感器融合SLAM。 第三部分:机器人感知与智能 感知是机器人与环境进行交互的基础。本部分将重点关注机器人的“眼睛”和“耳朵”。计算机视觉技术在机器人领域的应用被详细解析,包括图像采集、图像预处理、特征提取(边缘检测、角点检测)、物体识别与跟踪、三维重建以及场景理解。我们将探讨深度学习在视觉感知中的革新性作用,介绍卷积神经网络(CNN)在目标检测、语义分割等任务上的应用。 除了视觉,机器人还需要理解和处理其他类型的感知数据。声音处理、触觉感知以及味觉/嗅觉模拟等前沿技术也将有所介绍,展示了机器人感知能力的广阔前景。 智能决策与规划是机器人实现高级功能的核心。本书将深入讲解机器学习在机器人领域的作用,包括监督学习、无监督学习和强化学习。特别是强化学习,它使得机器人能够通过试错学习来优化自身的行为策略,例如在复杂环境中学习抓取或导航。我们将探讨路径规划、任务规划以及决策树、状态机等经典规划方法。 第四部分:机器人应用领域与发展趋势 本书的最后一部分将聚焦于机器人技术在各个领域的广泛应用,并展望未来的发展方向。 工业机器人: 从传统的制造业自动化生产线(如汽车制造、电子组装),到更精密的精密加工和装配,工业机器人的角色日益重要。我们将分析协作机器人(Cobots)的发展,它们能够与人类安全地协同工作,极大地提高了生产效率和灵活性。 服务机器人: 这类机器人广泛应用于医疗、物流、家庭、商业等领域。例如,医疗机器人(手术机器人、康复机器人)能够实现高精度操作;物流机器人(仓储机器人、配送机器人)优化了供应链效率;家用机器人(扫地机器人、陪伴机器人)正在改变人们的生活方式。 特种机器人: 涵盖了在极端环境或特殊任务下工作的机器人,如深海探测机器人、空间探索机器人、农业机器人、消防机器人等。这些机器人克服了普通机器人难以应对的挑战。 人机交互与协作: 随着机器人技术的发展,人与机器人之间的交互变得越来越自然和高效。本书将讨论用户界面设计、语音交互、手势识别以及情感计算等,旨在实现更和谐的人机协作。 最后,我们将探讨机器人技术的前沿发展,包括仿生机器人、软体机器人、群体机器人、人工智能与机器人融合的未来,以及机器人技术对社会、伦理和就业带来的深刻影响。 《现代机器人技术:从理论到实践》旨在为读者提供一个扎实的技术基础和广阔的视野,帮助他们理解机器人技术是如何工作的,以及它们将如何塑造我们的未来。

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我一直对机电一体化领域充满了好奇,《机电一体化原理及应用》这本书,就像是一把钥匙,为我打开了通往这个神秘世界的大门。它以一种循序渐进的方式,将看似复杂的机电一体化技术分解为易于理解的组成部分。书中关于“故障诊断与维护技术”的章节,为我解决实际工程中的问题提供了重要的工具和方法。在自动化系统的运行过程中,故障的发生几乎是不可避免的,而如何快速、准确地诊断和排除故障,是保障生产连续性的关键。本书详细介绍了各种故障诊断技术,包括基于模型的方法、基于数据的分析方法以及专家系统等,并结合了大量的案例,例如如何通过分析传感器信号的异常变化来判断执行器故障,如何利用历史运行数据来预测设备潜在的失效模式,以及如何通过特定的诊断流程来定位控制系统的问题。我曾在一个大型的自动化印刷设备上,遇到过反复出现的间歇性故障,导致生产效率大打折扣,当时经过对本书中关于故障树分析(FTA)和失效模式与影响分析(FMEA)的深入学习,我能够系统地分析潜在的失效原因,并制定相应的预防和应对措施,最终成功地根除了困扰已久的故障。此外,书中还强调了预防性维护的重要性,并介绍了一些先进的预测性维护技术,这对于延长设备寿命、降低维护成本具有重要的指导意义。

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这本《机电一体化原理及应用》带给我的是一种耳目一新的学习体验。它打破了我过去对技术书籍过于枯燥的刻板印象,让我沉浸其中,仿佛在与一位经验丰富的老教授对话。书中的案例分析部分尤为出色,它将抽象的原理与具体的工业场景相结合,使得读者能够清晰地理解理论知识如何在实践中发挥作用。我特别对书中关于“执行器与驱动技术”的章节印象深刻。自动化生产线中,执行器的选择和控制是决定产品质量和生产效率的关键。本书详细介绍了电动机、液压缸、气动元件等主流执行器的特性,并深入分析了伺服控制、步进控制等驱动方式的原理和优劣。作者在阐述伺服电机控制算法时,不仅仅停留在理论层面,还结合了PID控制、模糊控制等先进控制策略,并给出了相应的仿真实例,这对于我理解如何精确控制机械臂的运动轨迹,实现柔性制造,提供了极大的帮助。书中对于不同驱动方式在能耗、精度、响应速度以及成本等方面的对比分析,也非常具有指导意义,能够帮助我们在项目初期做出更明智的技术选型。例如,在为一家汽车零部件制造商设计自动化装配线时,我曾纠结于选择伺服驱动还是步进驱动,正是因为参考了书中关于响应速度和动态性能的详细对比,最终才选择了伺服驱动,从而大大提高了装配精度和生产效率。这种将理论与实践紧密结合的讲解方式,使得学习过程更加生动有趣,也更容易将知识转化为解决实际问题的能力。

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《机电一体化原理及应用》这本书,在我看来,是一部真正意义上的“百科全书”式的教材。它以系统化的视角,全面地展现了机电一体化技术的核心要素。从最基础的机械结构设计,到复杂的控制系统集成,书中几乎涵盖了机电一体化领域的所有关键技术分支。我特别欣赏书中关于“系统建模与仿真”的内容。在复杂的机电系统中,精确的建模是进行有效控制和优化的前提。本书详细介绍了如何对机械、电气、控制等子系统进行建模,以及如何利用MATLAB/Simulink等仿真软件对整个系统进行仿真分析。例如,在开发一种新型的机器人关节控制系统时,我们利用书中介绍的建立连杆模型和动力学模型的方法,成功地在仿真环境中验证了控制算法的有效性,大大缩短了实际样机的开发周期。书中对于不同仿真方法的优劣势分析,以及在不同场景下的应用建议,也为我们提供了宝贵的经验。此外,书中还涉及了许多高级的建模技术,如基于多体动力学的建模,这对于分析复杂机械系统的运动特性非常有帮助。我曾参与过一个大型航空发动机部件的自动化检测项目,由于部件结构复杂,传统的建模方法难以准确描述其运动学和动力学特性,而书中关于多体动力学建模的介绍,为我们提供了一个全新的视角和有效的解决方案,最终成功完成了项目。这本书的深度和广度,足以满足从入门到精通各个层次读者的需求。

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当我第一次接触到《机电一体化原理及应用》这本书时,我抱着学习的心态,但很快就被它内容的深度和广度所震撼。它不仅仅是一本技术书籍,更像是一位经验丰富的导师,为我指引着机电一体化技术的发展方向。书中关于“人机交互与接口技术”的部分,更是让我眼前一亮。在许多自动化系统中,用户界面的设计和人机交互的友好性,往往是决定系统能否被广泛接受和有效使用的重要因素。本书深入探讨了各种人机交互方式,包括图形用户界面(GUI)、触摸屏、语音识别以及更先进的虚拟现实(VR)和增强现实(AR)技术。作者在分析不同交互方式的优缺点时,充分考虑了易用性、效率、成本以及适用场景等因素,并结合了大量的实际案例,比如在工业机器人操作界面设计中的应用,以及在智能家居系统中的用户体验优化。我曾在一个自动化仓储系统中负责用户界面的开发,当时对于如何设计一个既高效又易于操作的界面感到非常头疼,而本书中关于人机工程学原理和界面设计原则的详细讲解,为我提供了重要的指导。特别是关于用户学习曲线、信息反馈机制以及错误处理策略的分析,让我能够设计出更加人性化的用户界面,从而提升了整个系统的用户满意度。这本书的价值在于,它不仅关注了技术本身,更关注了技术如何与人协同工作,这在当前强调“以人为本”的科技发展趋势下,显得尤为重要。

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初次翻开《机电一体化原理及应用》这本厚重的著作,我便被它严谨的结构和深厚的学术底蕴所吸引。作为一名在自动化领域摸爬滚打多年的工程师,我深知理论基础的重要性,而这本书恰恰为我们提供了坚实的理论基石。它不仅仅是关于机电一体化本身的介绍,更像是打开了一扇通往更广阔的工程世界的大门。书中的每一章都如同精心雕琢的艺术品,将复杂的概念化繁为简,用清晰的逻辑和精辟的语言阐述。例如,在“传感器技术”那一章节,作者详细地介绍了各种类型传感器的基本工作原理、性能指标以及在实际应用中的优缺点,从光学传感器到压力传感器,再到编码器,几乎涵盖了工业界常用的各类感知元件。我尤其欣赏作者在处理传感器精度和响应速度之间的权衡时所提出的深刻见解,这正是我们在设计实际系统时常常面临的难题。此外,书中对于不同传感器在不同工况下的适用性分析也十分到位,这对于我们选择合适的传感器,避免不必要的成本和技术风险至关重要。不仅仅是传感器的罗列,书中还深入探讨了传感器信号的处理和集成,包括信号调理、滤波、模数转换等关键环节,这些内容对于理解整个机电一体化系统的“感知”部分至关重要。我曾遇到过一个项目,由于对传感器噪声处理不当,导致整个系统的稳定性大打折扣,如果当时能够参考本书中关于数字滤波算法的详细讲解,想必能少走不少弯路。可以说,这本书不仅仅是理论的传授,更是实践经验的提炼和升华,为我等工程技术人员提供了宝贵的参考。

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《机电一体化原理及应用》这本书,在我而言,是一次知识的探索之旅,也是一次能力的飞跃。它以一种系统化、条理化的方式,将机电一体化领域复杂的技术细节呈现在读者面前。书中关于“运动控制系统设计”的部分,尤其令我印象深刻。无论是工业机器人、数控机床,还是自动化生产线上的各种传送设备,都离不开精确的运动控制。本书详细介绍了运动控制系统的基本组成,包括伺服驱动器、伺服电机、编码器以及控制器等,并深入分析了各种控制算法,如位置控制、速度控制、力矩控制以及PID控制、模糊控制、自适应控制等高级控制策略。作者在讲解这些控制算法时,不仅仅停留在理论层面,还结合了大量的仿真案例和实际应用场景,例如如何通过PID参数整定来优化系统的响应速度和稳定性,如何利用模糊逻辑实现更平稳的加减速。我曾参与过一个精密激光切割机的研发项目,对切割精度和速度有着极高的要求,当时在调试伺服系统时遇到了许多难题,而本书中关于运动控制系统建模、仿真和参数整定的详细讲解,为我提供了重要的指导。通过参考书中关于系统辨识和在线调参的章节,我成功地优化了控制参数,实现了高精度的运动轨迹控制,大幅提升了切割质量。这本书的价值在于,它不仅提供了理论知识,更提供了实践经验,帮助读者解决实际工程问题。

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《机电一体化原理及应用》这本书,在我看来,是一部真正意义上的“技术宝典”。它以其严谨的学术态度和丰富的实践经验,为我等工程技术人员提供了宝贵的学习资源。书中关于“系统集成与优化”的章节,更是将机电一体化系统的整体设计理念和方法论进行了深刻的阐述。在实际的机电一体化项目开发中,不仅仅是各个子系统的独立设计,更重要的是如何将这些子系统有效地集成起来,形成一个高效、稳定的整体。本书详细介绍了系统集成的基本原则和流程,包括软硬件接口的匹配、数据流的规划、能量流的分析以及系统整体性能的优化。作者在讲解这些内容时,充分考虑了不同应用场景下的特殊需求,例如在航空航天领域对可靠性和冗余度的极致追求,以及在消费电子领域对成本和功耗的严格控制。我曾参与过一个航空发动机的智能监控系统的开发,该系统集成了大量的传感器、执行器和嵌入式控制单元,并且需要与地面支持系统进行实时通信。在系统集成过程中,我们面临着数据同步、信号干扰、资源分配等多方面的挑战,而本书中关于系统架构设计、模块化开发以及协同工作的详细讲解,为我们提供了重要的指导。通过参考书中关于系统性能评估和瓶颈分析的方法,我们能够有效地识别和解决集成过程中的问题,最终成功地构建了一个稳定可靠的航空发动机智能监控系统。

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翻阅《机电一体化原理及应用》这本书,我感受到的是一种严谨的科学态度和精益求精的工匠精神。它不仅仅是一本知识的集合,更是一次智慧的启迪。书中关于“通信协议与网络化控制”的章节,让我对现代自动化系统的高效协作有了更深刻的理解。在分布式控制系统中,不同单元之间的信息交换和协同工作至关重要。本书详细介绍了工业通信领域常用的各类协议,如RS-485、CAN总线、Ethernet/IP、Modbus等,并对其工作原理、数据帧结构、应用场景进行了深入分析。作者在讲解这些协议时,不仅仅列举了协议本身,还深入分析了它们在实时性、可靠性、带宽以及成本等方面的权衡,以及在不同工业环境下的适用性。我曾在一个复杂的工业自动化生产线上,负责多台PLC之间以及PLC与上位机之间的数据通信问题,当时遇到了许多通信延迟和数据丢失的难题,而本书中关于CAN总线和Ethernet/IP协议的详细讲解,以及对网络拓扑结构和网络诊断方法的介绍,为我提供了重要的解决思路。通过参考书中关于网络冗余和错误检测机制的讲解,我成功地优化了通信链路,大幅提升了系统的稳定性和可靠性。此外,书中还探讨了物联网(IoT)和工业4.0时代下的通信技术发展趋势,如OPC UA等,这些前瞻性的内容,为我们理解未来自动化系统的发展方向提供了宝贵的启示。

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这本《机电一体化原理及应用》以其深入浅出的讲解方式,将机电一体化领域的核心概念和前沿技术淋漓尽致地展现在我面前。它不仅仅是一本技术指南,更是一次思维的启迪。书中关于“新材料与新工艺在机电一体化中的应用”的部分,让我看到了技术发展的无限可能。随着科技的不断进步,新材料和新工艺的涌现,为机电一体化系统的设计和性能提升提供了新的契机。本书详细介绍了包括形状记忆合金、压电陶瓷、碳纤维复合材料等先进材料在机电一体化领域的应用,以及增材制造(3D打印)、微纳加工等新兴工艺对传统制造模式带来的变革。作者在分析这些新技术时,不仅仅描述了它们的基本原理和特性,更重要的是深入探讨了它们在具体机电一体化应用中的优势和挑战。我曾在一个高精度微型机器人的研发项目中,尝试使用MEMS(微机电系统)技术来制作微型执行器,当时在加工精度和材料选择上遇到了不少困难。而本书中关于MEMS器件的设计原理、制造工艺以及材料特性分析的详细介绍,为我提供了重要的参考。通过学习书中关于光刻、刻蚀等微纳加工工艺的知识,我能够更好地理解如何实现微型执行器的精确制造,从而克服了技术难题。此外,书中还展望了纳米技术、生物机电系统等未来可能对机电一体化领域产生深远影响的新兴技术,这让我对未来的技术发展充满了期待。

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《机电一体化原理及应用》这本书,对我而言,是一次知识的洗礼,更是一次思维的重塑。它以一种极其清晰和逻辑严密的结构,将机电一体化领域庞杂的知识体系进行了系统性的梳理和呈现。书中关于“嵌入式系统与微控制器”的章节,更是我学习的重中之重。如今,几乎所有的机电一体化系统都离不开嵌入式系统的支撑,而微控制器则是嵌入式系统的核心。本书详细介绍了各种主流微控制器的架构、指令集、外设接口以及开发环境。作者在讲解CPU的工作原理、内存管理、中断机制等方面,都做了深入浅出的分析,并且结合了ARM Cortex-M系列、AVR等具体型号的微控制器,进行了详细的案例讲解,如如何利用PWM控制电机速度,如何使用ADC采集传感器数据,如何通过UART进行通信等。这些内容对于我理解和掌握嵌入式系统的开发流程至关重要。我曾在一个智能交通信号灯控制系统中遇到过性能瓶颈,经过对本书中关于中断优先级设置和实时操作系统(RTOS)应用的深入学习,我优化了系统的调度策略,有效地解决了实时性问题,并提升了系统的整体稳定性。书中对于不同微控制器在功耗、处理能力、成本等方面的对比分析,也为我们在实际项目选型时提供了重要的参考依据。这本书的实用性在于,它不仅仅停留在理论层面,更提供了大量的实践指导和代码示例,帮助读者快速上手,将所学知识应用于实际开发中。

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