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| 編輯推薦： |
本书以智能机电系统设计与研发为主线，从研发流程、机械系统、驱动系统、感知系统、控制系统等设计与开发，以及运动学建模与分析、运动轨迹规划设计等方面，系统介绍了智能机电系统设计与开发的基础设计理论、方法及技术，并给出了大量典型机电产品的研发案例。
本书体系完整、层次分明、实用性强、理论与实践并重。
本书既聚焦智能机电系统研发能力和解决复杂工程问题能力的培养，又侧重创新思维、实践能力和工程素养的进一步提升。
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| 內容簡介： |
本书是根据高等教育司关于进一步推进战略性新兴领域高等教育教材体系建设工作的通知精神，基于新时代背景下的新工科人才培养要求，并结合多年来的教学改革与科学研究成果及经验而编写的。
來源：香港大書城megBookStore,http://www.megbook.com.hk
本书着眼于学生系统思维、技术方法、研发能力与创新意识的培养，注重知识体系的系统性、完整性和实用性。本书共分为7章，涵盖了绪论、先进设计理论与方法、机械系统设计与开发、驱动系统设计与开发、感知系统设计与开发、控制系统设计与开发、运动学建模与轨迹规划等方面的基础理论、方法及技术。同时，本书还提供了多个机电产品的项目开发实践案例，以帮助读者熟练掌握智能机电系统的研究内容、设计方法、开发过程等。此外，书中还附有与实践项目相关的源代码和视频等供学生参考。
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| 關於作者： |
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郝娟，工学博士，北京理工大学副教授。主讲《机电系统控制》等本科生专业核心等课程，研究方向为工业机器人应用技术、基于结构光的几何量检测技术、多弧增材制造控制技术和超声自动检测技术等，承担或以主要技术骨干参与国防科工局技术基础项目、总装预研项目、高档数控机床重大专项、国际科技合作专项、自然科学基金等多项，发表论文 50余篇，SCI/EI 检索论文10 多篇，申请/获批国家发明专利 20余项，参与编写国家标准多项，国际标准1项；获得国防技术发明二等奖2项，获得日内瓦国际博览会金奖1项，参编教材及专著 4部。
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| 目錄：
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前言
第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.1.1 智能机电系统的基本概念及组成 2
1.1.2 智能机电系统的主要特点及应用 3
1.2 智能机电系统的关键技术及发展趋势 5
1.2.1 关键技术 5
1.2.2 发展趋势 7
1.3 智能机电系统的开发类型及流程 7
1.3.1 开发类型 7
1.3.2 开发流程 8
思考题与习题 9
第2章 先进设计理论与方法 10
2.1 概述 10
2.1.1 设计简介 10
2.1.2 设计思维 16
2.2 现代设计理论与方法 18
2.2.1 TRIZ 18
2.2.2 公理设计 21
2.2.3 系统化设计 24
2.3 海洋垃圾回收系统项目实践 26
2.3.1 总体功能定义 27
2.3.2 功能结构 28
2.3.3 项目规划 28
2.3.4 产品设计 28
思考题与习题 30
第3章 机械系统设计与开发 31
3.1 概述 31
3.1.1 机械系统的组成和基本要求 31
3.1.2 机械系统设计的基本原则及主要内容 32
3.2 机械系统设计规划 34
3.2.1 需求分析 34
3.2.2 功能分析 35
3.3 执行系统方案设计 36
3.3.1 执行系统的组成、功能及分类 36
3.3.2 执行系统的原理方案设计 40
3.3.3 执行系统的运动方案设计 45
3.3.4 执行系统的工作循环图设计 48
3.4 机械传动系统设计 53
3.4.1 传动系统的功能、类型及设计要求 53
3.4.2 齿轮传动 54
3.4.3 谐波齿轮传动 57
3.4.4 同步带传动 59
3.4.5 滚动螺旋传动 63
3.5 机械结构设计 68
3.5.1 轴系支承结构的设计 68
3.5.2 移动支承结构的设计 75
3.5.3 机架类结构的设计 81
3.6 物料搬运机器人项目设计实践 84
3.6.1 任务描述 84
3.6.2 设计规划 85
3.6.3 执行系统设计 86
3.6.4 传动系统设计 88
3.6.5 结构设计 90
思考题与习题90
第4章 驱动系统设计与开发 91
4.1 概述 91
4.1.1 驱动系统的组成和基本要求 91
4.1.2 驱动系统设计的原则和内容 92
4.2 常用驱动系统分类 93
4.3 步进电动机驱动系统原理及选用 95
4.3.1 步进电动机结构和工作原理 95
4.3.2 步进电动机的特性 101
4.3.3 步进电动机驱动原理 106
4.3.4 步进电动机选用 113
4.4 直流电动机伺服驱动系统原理及选用 117
4.4.1 有刷直流电动机结构和工作原理 117
4.4.2 有刷直流电动机的特性 119
4.4.3 有刷直流伺服电动机驱动原理 126
4.4.4 有刷直流伺服电动机选用 134
4.4.5 无刷直流伺服电动机驱动原理 135
4.4.6 无刷直流伺服电动机选用 138
4.5 交流伺服驱动系统原理及选用 139
4.5.1 永磁同步电动机结构和工作原理 139
4.5.2 交流感应电动机结构和工作原理 142
4.5.3 交流伺服电动机选用 142
4.6 驱动系统设计与开发项目实践 144
4.6.1 步进电动机拆装实践 144
4.6.2 步进电动机驱动系统设计实践 145
4.6.3 舵机拆装与驱动系统设计实践 146
思考题与习题 146
第5章 感知系统设计与开发 147
5.1 概述 147
5.1.1 感知系统的组成和基本要求 147
5.1.2 感知系统设计的原则及内容 148
5.2 常用传感器的组成、特征与种类 148
5.3 传感器的基本特性与工作原理 149
5.3.1 传感器的基本特性 149
5.3.2 典型传感器的工作原理 153
5.4 智能机电系统常用传感器及选择 162
5.4.1 位移（位置）传感器 162
5.4.2 力传感器 165
5.4.3 图像传感器 166
5.4.4 智能传感器 167
5.5 传感器数据采集接口设计 170
5.5.1 数据采集接口 170
5.5.2 无线通信及网络 172
5.5.3 抗干扰技术 172
5.6 传感器项目化应用实践 174
5.6.1 模拟式温度传感器应用 174
5.6.2 智能温度传感器应用 174
5.6.3 设计制作光电编码器 175
5.6.4 设计制作称重传感器 176
5.6.5 设计制作烟雾报警系统 178
思考题与习题 178
第6章 控制系统设计与开发 179
6.1 概述 179
6.1.1 控制系统的组成和基本要求 179
6.1.2 控制系统设计的原则和内容 180
6.2 常用控制系统分类 181
6.3 STM32微控制器概述 182
6.3.1 STM32的产品线 182
6.3.2 STM32产品命名及选型 183
6.4 STM32F407硬件资源 185
6.4.1 功能特性与内部架构 185
6.4.2 常用外部接口 187
6.5 STM32软件开发基础 191
6.5.1 STM32软件开发环境 191
6.5.2 STM32Cube生态系统 192
6.5.3 使用CubeMX分配片上资源 193
6.5.4 STM32程序编写与烧写运行 196
6.5.5 STM32项目组织结构 198
6.6 STM32F407项目开发实践 199
6.6.1 STM32F407开发板与仿真器 199
6.6.2 基于ROS实现上位机与开发板串口通信示例 200
6.6.3 基于开发板实现舵机控制 210
6.6.4 基于开发板实现超声波测距 215
思考题与习题 222
第7章 运动学建模与轨迹规划 223
7.1 概述 223
7.2 空间描述与坐标系 224
7.2.1 空间描述 224
7.2.2 坐标变换 225
7.2.3 坐标系设置 228
7.3 运动学建模与分析 230
7.3.1 连杆描述 230
7.3.2 连杆连接描述 230
7.3.3 在连杆上建立坐标系 231
7.3.4 连杆间坐标系变换 232
7.3.5 正运动学建模与分析 232
7.3.6 逆运动学建模与分析 234
7.4 速度传递矩阵 238
7.4.1 角速度传递 238
7.4.2 线速度传递 239
7.5 轨迹规划 240
7.5.1 不同空间轨迹规划对比 240
7.5.2 关节空间轨迹规划 243
7.5.3 操作空间轨迹规划 247
7.5.4 工业机器人仿真 248
7.6 运动学建模与轨迹规划项目实践 251
7.6.1 机器人工件坐标系标定实践 251
7.6.2 机器人运动学求解项目实践 252
7.6.3 笛卡儿空间轨迹规划项目实践 255
7.6.4 关节空间轨迹规划项目实践 256
思考题与习题 256
附录 学生作品展示 258
参考文献 265
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| 內容試閱：
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近年来，在国家创新驱动发展战略、中国制造2025、新工科、新型工业化以及新质生产力等新时代背景下，学生研发能力、创新思维和工程素养的培养成为高校培养高素质工程科技人才的一项重要任务。
本书是根据高等教育司关于进一步推进战略性新兴领域高等教育教材体系建设工作的通知精神，基于新时代背景下的新工科人才培养要求，并在结合北京理工大学新版本科教学培养方案、教学计划以及多年来的教学改革与科学研究成果及经验的基础上编写而成的。
本书以智能机电系统设计与研发为主线，从研发流程、机械系统、驱动系统、感知系统、控制系统等设计与开发，以及运动学建模与分析、运动轨迹规划设计等方面，系统介绍了智能机电系统设计与开发的基础设计理论、方法及技术，并给出了大量典型机电产品的研发案例。
本书体系完整、层次分明、实用性强、理论与实践并重。除第1章绪论外，每章后面都附有与本章内容相关的项目实践。附录中还介绍了两例学生的项目制作品，这些作品围绕给定的设计任务开展，完成了搬运机器人的设计与开发，并以项目制作品的实物演示视频来展示。本书既聚焦智能机电系统研发能力和解决复杂工程问题能力的培养，又侧重创新思维、实践能力和工程素养的进一步提升。本书提供的案例（含数字资源）均来自实际项目或学生作品，综合性和系统性强，交叉融合特征明显，更适合采用项目制学习模式组织实施教学。读者可参考所提供的项目案例研究内容、设计方法、开发过程及实践资源，通过机电产品的研发训练，实现教学目标的达成。书中的二维码提供了相关实践资源的源代码和动作视频，可扫码观看。
本书编写分工为：第1章由付铁、郝娟编写，第2章由谢剑、宫琳编写，第3章由付铁编写，第4章由唐水源、郝娟、潘勤学编写，第5章由李弘恺、郝娟编写，第6章由周世圆编写，第7章由郝娟编写，附录由郝娟、付铁编写。叶勤、庞璐、易恒、李春阳、李缘地等参加本书实践资源的建设工作。在本书编写过程中，参考了大量著作及学术论文等文献资料，也从网站上搜集了一些资料，还得到了一些机电控制领域内优秀企业的技术支持，在此向相关作者和企业表示诚挚的谢意。感谢研究生戴乐、张宇龙、张子哲、李奕航、史志杰、薛福晨、杜佩承、孙永欣及本科生石轩、蔡韫宸、杨恒、李伟嘉、刘骐畅、武同帅、李玉夫、黄倩、张正伟等为本书编写提供素材及进行整理工作。
机械工业出版社为本书的出版给予了极大的支持，在此表示感谢。
由于编者水平有限，书中欠妥之处在所难免，恳请广大读者批评指正。
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