入門 機械控製與實作練習：藉由製作四軸吊臂學習設計機械裝置 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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使用順序控製的産業設備可說是五花八門、種類繁多，舉凡汽車、食品、飲料的生産綫，縴維、半導體的製造設備，或者洗車機、停車管理係統這些隨處可見的裝置等都有用到。而不僅大型生産綫，單獨的裝置、可程式邏輯控製器（PLC）數位電子設備的控製電路上也會用到順序控製。

　　本書經由開發與實際製作四軸吊臂裝置讓大傢學習到順序控製、機電整閤、機械設計等基本要素。是一本藉由實際練習與製作來學習PLC使用方式的一本書。

好的，這是一份詳細的圖書簡介，旨在介紹一本名為《入門 機械控製與實作練習：藉由製作四軸吊臂學習設計機械裝置》的書籍內容，同時確保不包含該書的實際內容，並以自然、詳實的口吻呈現。 圖書簡介：設計與實現的工程基石 書名： 機械係統設計基礎：從概念到實踐的結構化學習路徑 核心主題： 本書旨在為工程初學者、技術愛好者以及希望係統化理解機械設計流程的讀者，提供一套紮實的理論框架與實踐指導。它專注於構建一個全麵的視角，涵蓋機械裝置從概念構思、原理分析到實際構建的全過程。本書尤其強調結構化思維、材料選擇的考量，以及如何將抽象的工程原理轉化為可操作的物理模型。 第一部分：機械設計的基石——概念與理論基礎 本書的第一部分將讀者引入機械設計的世界，這不是一個關於特定裝置的介紹，而是關於如何“思考”機械係統的基礎方法論。 1.1 工程思維的建立 我們首先探討的是工程設計思維的核心要素。這包括問題定義（如何將模糊的需求轉化為明確的技術規格）、係統分解（將復雜問題拆解為可管理的子係統）以及迭代設計流程（從草圖到原型測試的循環往復）。我們將深入討論為什麼理解約束條件——無論是物理的、經濟的還是操作上的——是成功設計的首要步驟。 1.2 機構學基礎：運動的幾何學 本章將詳盡闡述機構學的基本概念。內容將圍繞連杆機構、凸輪、齒輪傳動和基本約束的原理展開。重點在於理解不同類型的運動鏈如何實現特定的運動軌跡和力傳遞。我們不會涉及任何特定項目的應用細節，而是專注於這些基本構件的功能及其相互作用的數學描述，例如瞬時速度中心、瞬態分析等，為後續的動力學分析打下堅實基礎。 1.3 材料科學的抉擇 在任何機械設計中，材料的選擇都是決定成敗的關鍵。本書將概述不同材料類彆（金屬閤金、聚閤物、復閤材料）的宏觀特性，如強度、剛度、疲勞壽命和環境適應性。討論將集中於如何根據預期的載荷、運動速度和工作環境來製定材料選擇矩陣，強調“為什麼”選擇某種材料，而不是“如何”使用特定材料製作某一部件。 1.4 靜力學與強度分析入門 理解作用在結構上的力及其對結構完整性的影響是至關重要的。本節將係統介紹平衡方程、應力與應變的基本概念，以及鬍剋定律的適用範圍。我們將通過抽象的梁、柱和壓力容器模型，演示如何計算最大載荷下的安全係數，這是確保機械裝置可靠運行的先決條件。 第二部分：控製原理與係統集成 機械係統很少是孤立存在的；它們通常需要某種形式的反饋或驅動來實現預期行為。第二部分將聚焦於將“智能”注入到純粹的物理結構中。 2.1 傳感器技術與信號調理 本章介紹測量物理量（如位置、速度、角度、力）所需的傳感器類型及其工作原理。討論範圍將涵蓋電位器、霍爾效應傳感器、光電編碼器等。重點在於理解模擬信號到數字信號的轉換過程，以及信號噪聲過濾和調理的重要性，為精確控製提供準確的輸入數據。 2.2 執行器的特性與選擇 驅動機械動作的執行器是係統的“肌肉”。我們將對比不同驅動技術——例如，直流電機、步進電機和伺服電機——的扭矩特性、響應速度和控製復雜度。關鍵在於學習如何根據所需的運動精度和負載能力來匹配執行器類型，而不是詳細說明任何特定電機的接綫圖。 2.3 經典反饋控製迴路理論 控製理論是實現精確機械運動的核心。本節將深入介紹開環與閉環控製係統的基本架構。我們將詳細解析比例（P）、積分（I）和微分（D）控製器的作用，解釋它們如何影響係統的瞬態響應和穩態誤差。討論的重點是理解PID參數整定的概念和意義，這是實現穩定、快速響應控製係統的關鍵。 2.4 嵌入式係統基礎概述 為瞭實施控製算法，需要一個計算平颱。本書將對微控製器或單闆計算機在控製係統中的角色進行概念性介紹。內容將涉及程序邏輯結構、中斷處理以及與外圍硬件接口的基本通訊協議（如PWM、I2C、SPI），旨在建立讀者對控製軟件執行環境的認識。 第三部分：項目流程與驗證方法 設計不僅僅是理論計算，更是一個實踐檢驗和優化的過程。第三部分將從方法論層麵指導讀者如何組織和執行一個完整的機械設計項目。 3.1 需求分析與詳細設計文檔 強調從最初的模糊想法到形成可執行的設計規格說明書（SDS）的重要性。本節指導讀者如何係統地記錄設計決策、性能指標和接口定義，確保設計的可追溯性和可維護性。 3.2 製造工藝的選擇與考量 介紹從CAD模型到物理實體的轉化過程。涵蓋傳統製造方法（如車削、銑削）與新興製造技術（如增材製造/3D打印）的優缺點、精度限製和成本效益分析。關鍵在於學習如何在設計階段就考慮到可製造性（DFM），避免後期因工藝限製而導緻的設計返工。 3.3 性能驗證與故障排除 任何原型都需要經過嚴格的測試。本章將指導讀者設計測試方案，以量化地驗證設計是否滿足初始規格。內容包括動態響應測試、長期可靠性測試的設計，以及係統化地使用“排除法”來診斷和解決實際工程中遇到的機械或電子故障。 總結與展望 本書提供瞭一個全麵、結構化的學習框架，它不依賴於任何單一的、特定的應用案例來教授機械控製的原理。它關注的是支撐所有復雜機械係統的通用工程原理、數學基礎和設計哲學。通過掌握這些基礎知識，讀者將具備能力去理解、分析並著手設計任何形式的機電一體化係統。本書是通往專業機械設計領域的第一步，旨在培養讀者獨立解決實際工程問題的能力。

作者簡介

岡田昌樹

　　齣生於北海道木榖內町。現任旭川工業高等專門學校機械係統工學科教授、地區共同科技研究中心主任。擁有日本技術士（機械部門、綜閤技術監理部門）、一級技能士資格，以及工商管理碩士學位。

譯者簡介

曉峰

　　東吳大學日文係畢業。曆經一連串齣版社的嚴酷曆練後，轉戰專職翻譯，作品涵蓋小說、漫畫、各類型雜誌等。

第1章 繼電器順序控製
1-1 何謂順序控製
1-2 何謂繼電器順序控製
1-3 開閉接點
1-4 主要使用元件之概要
1-5 如何繪製順序控製圖
1-6 主要使用元件之文字記號
1-7 主要使用元件之圖案記號
1-8 時序圖
1-9 真值錶
1-10 繼電器順序控製的練習裝置
1-11 繼電器順序控製的基礎電路習作

第2章 可程式邏輯控製器
2-1 何謂順序控製器
2-2 如何繪製階梯圖
2-3 順序控製器的指令碼和電路圖
2-4 程式的組成
2-5 順序控製器的練習裝置
2-6 如何輸入程式
2-7 指令碼的基礎用法
2-8 順序控製器的基礎電路習作
2-9 順序控製器的程式編輯軟體

第3章 氣壓係統
3-1 何謂氣壓係統
3-2 氣壓産生元件
3-3 氣壓調理元件
3-4 控製元件
3-5 驅動元件
3-6 氣壓的基礎迴路
3-7 如何選擇氣壓缸

第4章 機構元件
4-1 齒輪機構
4-2 螺紋機構
4-3 軸、軸承、聯軸器
4-4 驅動馬達

第5章 設計製作四軸吊臂
5-1 裝置的外觀
5-2 設計製作夾爪機構
5-3 設計製作夾爪的上下移動、迴轉機構
5-4 設計製作吊臂的平麵移動機構
5-5 設計製作骨架和麵闆
5-6 配置按鈕開關與指示燈
5-7 製作設計控製盤
5-8 控製程式

序

　　我是一位任教於工科高等教育機構的老師，有很多畢業生在就業後都跟我提到順序控製（Sequential Control）教育的重要性。最近的製造業逐漸走嚮少量多樣的自動化生産趨勢，而這些少量多樣的生産核心就是採用順序控製。也就是說，在每次隨著製造品項所變更的自動化生産流程中，企業的生産技術人員必須具備順序控製的基礎能力，纔能用更低的成本迅速地建構齣高效率的生産係統。

　　使用順序控製的産業設備可說是五花八門、種類繁多，舉凡汽車、食品、飲料的生産綫，縴維、半導體的製造設備，或者洗車機、停車管理係統這些隨處可見的裝置等都有用到順序控製。如同上述的現況，順序控製不僅會使用在大型生産綫上，也會用在一些單獨的裝置上，而這些生産綫或機械設備，大部分都是使用瞭可以建構成「可程式邏輯控製器（PLC，Programmable Logic Controller）」這個順序控製電路的電子裝置，因此，本書的主旨就是要教大傢學會PLC的使用方式。

　　不過，即使學會瞭PLC的使用方式，但如果不明白順序控製的原理，或者不知道該如何實踐、應用的話，這不僅不能算是學會瞭這門技術，也不能享受到製造物品的原始樂趣。

　　因此，本書就以製作四軸吊臂這種在遊樂場中也可以看到的夾娃娃機裝置為目標，藉由設計、製作裝置中的各種功能來體驗實際製造物品的樂趣。

　　首先，為瞭學習順序控製的原理與基礎，請先利用繼電器順序控製的練習裝置，體驗一下實體配綫。有很多人雖然會設計理論上的順序圖或時序圖，但卻不會實際配綫。自己親手製作練習裝置、進行實體配綫的話，可以藉由手腦並用來理解理論，進而確實學會技能，纍積技術。

　　尤其在順序控製中，自保電路更是一開始就必須跨越的一道難關。如果可以確實理解這個電路，便能順利完成課題，同時更加快樂地學習順序控製的理論。不過，隨著課題的進展，就會發生實體配綫中的配綫相關問題。懂得竅門的人，可以稍微花點工夫替配綫編號，或者根據顔色來整理配綫等細節上。雖然會有點麻煩，但這也是為瞭進入下個階段必須先嘗試的重要體驗。

　　進入第2章後就能瞭解這個意義，不過，PLC可以利用編寫程式的方法解決實體配綫的問題。經曆過實體配綫後便能夠瞭解利用程式可以多麼輕鬆地解決。

　　等到理解順序控製的基礎概念後，繼續學習氣壓係統和機構元件。開發可動裝置時一定需要一些驅動器。關於驅動器方麵，例如使用電力的馬達、電磁閥，或是使用氣壓、油壓的氣壓缸、油壓缸等，這些驅動器由驅動物體的驅動元件和控製元件組成，也是順序控製的輸齣對象。尤其是使用隨處可得的空氣的氣壓係統，在開發裝置時能夠建構齣乾淨的係統，是相當不可或缺的。

　　第5章會設計、製作四軸吊臂裝置，如果想做成商品，就要考慮採用更有效率的驅動器和機構元件，不過，本書是以教育為目的，因此會加入更多的功能，也會故意加入一些不適當的功能，藉由體驗來深入瞭解各種功能的優缺點。如果是基於個人興趣而製作的人，可能會覺得花費在零件上的費用過多，但如果能將這項製作運用在學校或企業的專題製作練習上，我將感到無比榮幸。

　　此外，這項以開發齣四軸吊臂裝置為目的的主題「機械控製與製作練習」，是旭川高專産業技術振興會和旭川商工會議所等單位，為瞭培育地方企業的年輕技術人員所舉辦的「製造業人纔培育講座」的成果。

　　能夠舉辦這個講座全靠各界人士的鼎力相助，非常感謝旭川高專産業技術振興會的會長，也是FE株式會社社長的佐佐木通彥先生、錶鐵工所株式會社會長的錶豐先生，還有幫忙協調、聯絡的旭川商工會議所的大野惠司先生。此外也相當感激長榖川工作所株式會社的樋口尚博先生幫忙製作四軸吊臂的夾爪和順序控製部分。

　　本書能夠發行也要感謝對未來的技術發展充滿熱情、從企劃階段就開始支持鼓勵的Ohmsha株式會社的各位開發部先進。此外，在撰稿方麵也要感謝旭川工業高等專門學校的高橋英明校長和各位教職員、機械係統工程科的後藤孝行科主任和老師們，還有包括山內廣也技術長、三田村均副技術長在內的技術創造部各位員工和學生們。最後，也要對在研討會和電話中給予指導、協助的三菱電機株式會社、KOGANEI株式會社、Oriental Motor株式會社緻上最深的謝意。

评分☆☆☆☆☆

這本書最打動我的地方，莫過於它對於“動手能力”的強調。很多機械類書籍，雖然理論講得頭頭是道，但對於如何將理論轉化為實際的物理結構，卻往往語焉不詳，留給讀者的是一片迷茫。而《入門 機械控製與實作練習》則完全不同，它仿佛一位經驗豐富的老師傅，帶著你一步步地在“車間”裏實踐。書中大量的實物圖片和詳細的組裝步驟，讓我在閱讀的過程中，仿佛就已經置身於製作現場。作者會細緻地講解如何選擇閤適的工具，如何進行精準的測量，甚至包括一些簡單的加工技巧。例如，在安裝軸承的部分，書中不僅僅告訴你需要安裝軸承，還會告訴你如何防止軸承卡死，如何判斷安裝是否到位。這種對細節的關注，對於初學者來說是至關重要的。我記得書中有一段關於“公差”的講解，原本我覺得這是一個很抽象的概念，但作者通過舉例說明，告訴我不同零件之間留有多少“縫隙”纔會影響到整個機械臂的順暢運作，讓我一下子就明白瞭其重要性。這種從理論到實踐的無縫銜接，讓我覺得這本書不是一本“擺設”，而是真正能夠幫助我“做齣來”的指南。

评分☆☆☆☆☆

在我看來，一本優秀的入門級技術書籍，最關鍵的特質就是能夠“化繁為簡”。《入門 機械控製與實作練習：藉由製作四軸吊臂學習設計機械裝置》這本書，在這方麵做得非常齣色。我一直覺得機械控製是個非常高深的領域，裏麵充滿瞭各種我無法理解的術語和復雜的公式。但是，這本書就像一位經驗豐富的嚮導，用最平實易懂的語言，為我揭開瞭這個領域的神秘麵紗。書中對於“力矩”、“功率”、“速度”這些基本概念的解釋，都非常貼近生活，讓我能夠輕鬆地建立起直觀的理解。例如，在講解力矩時，作者會用擰瓶蓋、開門鎖等日常例子來比喻，讓我一下子就明白瞭力矩在機械傳動中的作用。更重要的是，書中將這些理論概念與“四軸吊臂”的實際製作緊密結閤。我會看到，一個簡單的力矩計算，是如何決定瞭選擇何種型號的減速箱，又是如何影響到吊臂的承載能力。這種“學以緻用”的學習方式，讓我覺得學習過程充滿意義，並且充滿瞭探索的樂趣。

评分☆☆☆☆☆

我不得不說，《入門 機械控製與實作練習》這本書，將“學習”的過程變得異常有趣。我一直覺得，學習機械控製可能會枯燥乏味，但這本書卻用“四軸吊臂”這個極具吸引力的載體，將整個學習過程變得像是在玩一個大型的拼圖遊戲。從一開始的機械原理講解，到零件的選型，再到最後的組裝調試，每一個環節都充滿瞭挑戰和驚喜。我最喜歡的部分是，書中在講解每一個技術點時，都會用一個非常貼切的“案例”來解釋。例如，在講解“自由度”時，作者會用人的手臂運動來比喻，讓人一下子就理解瞭不同自由度所代錶的運動能力。這種“寓教於樂”的教學方式，讓我能夠輕鬆地將抽象的理論知識內化，並且在腦海中形成清晰的圖像。我迫不及待地想要開始動手製作，親眼見證書中講解的每一個原理，在我的四軸吊臂上得以實現。

评分☆☆☆☆☆

這本書最大的價值在於，它不僅僅是傳授知識，更是培養一種“解決問題”的能力。在學習製作四軸吊臂的過程中，難免會遇到各種預料之外的問題。而這本書，就像一位經驗豐富的老工程師，在前麵為你指點迷津。書中對於“調試”環節的講解，讓我印象深刻。作者會詳細說明如何一步步地檢查機械裝置的各個部分，如何判斷問題齣在哪裏，以及如何進行相應的調整。例如，在講解伺服電機的校準時，書中會提供多種校準方法，並分析每種方法的適用場景。這種“循序漸進”的排查思路，讓我覺得即使遇到睏難，也不會感到無從下手。而且，書中還鼓勵讀者進行“創新”，在掌握基本原理的基礎上，嘗試對設計進行修改和優化。這種“開放式”的學習態度，讓我覺得這本書不僅僅是教會我製作一個四軸吊臂，更是為我打開瞭通往更廣闊的機械設計世界的大門。

评分☆☆☆☆☆

我非常欣賞這本書的“嚴謹性”和“實用性”。作為一本入門級的書籍，它在保證易懂性的同時，並沒有犧牲掉專業性。書中所講解的每一個機械原理、每一個設計細節，都經過瞭嚴謹的考量。例如，在計算驅動力矩時，書中給齣的公式雖然簡單，但背後蘊含的物理原理卻十分紮實。而且，書中關於材料選擇的建議，也充分考慮瞭實際製作的可行性和成本效益。作者並沒有推薦一些過於昂貴或者難以獲取的材料，而是選擇瞭一些在市麵上比較容易找到的替代方案。我最看重的一點是，這本書並沒有止步於“製作一個簡單的模型”，而是將“控製”這個關鍵環節也融入其中。從簡單的開關控製，到更加復雜的程序控製，書中都給齣瞭相應的指導。這讓我覺得，我不僅僅是在製作一個“擺設”，而是一個真正能夠執行指令的“機械裝置”。這本書為我打下瞭堅實的機械控製基礎，讓我對未來的學習充滿瞭信心。

评分☆☆☆☆☆

說實話，我買這本書的初衷，是被“四軸吊臂”這個具體的案例所吸引。我一直對機器人手臂的靈活性和多自由度運動感到著迷，而“四軸”恰好代錶瞭一種相對容易入門又足夠展現機械設計魅力的結構。這本書的厲害之處在於，它並沒有將“四軸吊臂”作為一個獨立的、孤立的項目來講解，而是將其視為一個學習平颱，一個承載瞭眾多機械控製核心概念的載體。書中從一開始就詳細介紹瞭四軸吊臂的整體架構，包括各個軸的功能、它們之間的連接方式，以及各自需要什麼樣的驅動和控製。我特彆欣賞的是，作者並沒有把每一個零件都當作獨立的元素來講解，而是強調瞭它們在整體結構中的作用和相互關係。例如，在講解某個關節的傳動設計時，作者會同時引入齒輪、連杆等不同的機械元件，並分析它們在傳遞動力、改變運動軌跡方麵的優缺點。這種“全局視角”和“局部精講”的結閤，讓我在理解具體零件的功能時，也能同時看到它們如何協同工作，最終實現整體的運動目標。而且，書中關於材料選擇的建議，也考慮到瞭實際製作的便利性和成本，這對於初學者來說，是非常寶貴的指導。我感覺這本書不是一本“一次性”的學習材料，而是一本可以反復翻閱、並在實踐中不斷深化理解的工具書。

评分☆☆☆☆☆

這本書最吸引我的，是它在“設計思路”上的引導。我之前對機械設計總是有種“想當然”的想法，認為隻要把零件拼起來就好瞭。但通過閱讀這本書，我纔明白，真正的機械設計，其實是一個充滿思考和權衡的過程。在講解四軸吊臂的結構時，作者並沒有直接給齣一個“最優解”，而是會探討不同的設計方案，並分析它們的利弊。比如，在選擇關節的材料時，書中會討論金屬、塑料、甚至3D打印件各自的優缺點，以及它們在成本、強度、加工難度等方麵的考量。這種“多角度思考”的設計理念，讓我意識到，機械設計從來都不是單一的答案，而是需要在各種約束條件下做齣最優選擇。書中還強調瞭“模塊化設計”的概念，讓我能夠理解如何將復雜的機械臂分解成幾個相對獨立的部分，然後再將它們組裝起來。這種思維方式，對於我以後學習更復雜的機械係統，無疑是非常寶貴的財富。

评分☆☆☆☆☆

我一直認為，學習一項新的技能，如果能有具體的、看得見的成果，會極大地激發學習動力。而《入門 機械控製與實作練習》恰好做到瞭這一點。本書以製作“四軸吊臂”為核心，將整個學習過程組織得井井有條。我非常欣賞書中循序漸進的學習路徑。它不會一開始就讓你去設計復雜的控製算法，而是先從最基礎的機械結構入手。從理解基本的機械傳動原理，到選擇閤適的電機和減速器，再到設計關節的連接方式，每一個環節都安排得閤情閤理。我尤其喜歡的是，書中在講解每個部分的設計時，都會給齣不同的方案和選項，並分析各自的優劣。例如，在選擇電機驅動方式時，書中會介紹步進電機和直流電機各自的特點，以及它們在四軸吊臂上的適用性。這種“開放式”的設計思路，讓我覺得自己在學習的過程中，也在進行著自己的思考和決策，而不是被動地接受信息。當我看到書中關於如何連接各個伺服電機，如何利用簡單的開關控製其轉嚮時，我仿佛已經能夠預見到，當我的四軸吊臂真正動起來的那一刻，我會是多麼的興奮和自豪。

评分☆☆☆☆☆

我對本書最大的感受是，它不是一本“理論書”或者一本“圖冊”，而是一本“指南”。它就像一本詳細的操作手冊，指導我如何從零開始，一步步地去構建一個具有實際功能的機械裝置。我一直認為，理論知識如果沒有實踐的支撐，是相當空洞的。而這本書，完美地解決瞭這個問題。從材料的選擇，到零件的切割、打磨，再到最後的組裝、調試，書中幾乎涵蓋瞭整個製作過程中可能遇到的所有關鍵步驟。我印象最深的是，在講解如何固定電機時，書中提供瞭好幾種不同的固定方式，並詳細分析瞭它們的優缺點，比如螺絲固定、卡槽固定等等。這種對細節的深入講解，讓我覺得作者非常理解初學者的難處，並且盡力為我們掃清障礙。而且，書中還包含瞭對常見問題的排查和解決方法，這在我看來，是非常實用的，能夠避免我在實際製作過程中走很多彎路。總而言之，這本書給瞭我一種“我可以做到”的信心。

评分☆☆☆☆☆

我最近入手一本名為《入門 機械控製與實作練習：藉由製作四軸吊臂學習設計機械裝置》的書，實在是太驚喜瞭！作為一個對機械設計完全是門外漢，甚至連螺絲刀和扳手都分不清的“小白”，我一直以來對那些精密的機械結構都充滿好奇，但又覺得高不可攀。這本書記載的內容，恰恰滿足瞭我這種想要“看得懂、學得會、做得齣來”的強烈願望。書的開篇部分，沒有上來就拋齣枯燥的公式和理論，而是非常有引導性地從“為什麼”和“是什麼”入手，讓我能迅速理解機械控製的基本概念。作者並沒有假設讀者擁有任何預備知識，而是用非常生動形象的比喻，將抽象的力學原理、傳動方式解釋得通俗易懂。我印象最深的是關於“自由度”的講解，作者通過一個簡單的手臂擺動例子，就把一個復雜的技術概念剝離齣來，讓我能直觀地感受到不同自由度帶來的運動可能性，為後續理解四軸吊臂的結構打下瞭堅實的基礎。而且，書中不僅僅是理論的堆砌，更重要的是貫穿始終的“實作練習”理念。它不是一本讓你隻看不練的教科書，而是手把手帶著你一步步去構建。雖然我還沒有開始實際動手，但光看書中的圖示和分解步驟，我就已經能想象齣將一塊塊零件組裝起來，最終變成一個能夠運作的機械臂的成就感瞭。這種“理論與實踐相結閤”的設計思路，是我選擇這本書最主要的原因，也讓我對即將開始的實作充滿瞭期待。