机电产品创新应用开发技术

第1章 工业机器人系统应用接口技术 / 001
1.1 工业机器人概述 / 001
1.1.1 工业机器人基本构成 / 002
1.1.2 工业机器人的分类 / 003
1.2 机器人硬件接口 / 004
1.2.1 机器人本体接口 / 004
1.2.2 机器人控制器接口 / 004
1.3 工业机器人示教编程接口 / 005
1.3.1 示教器简介 / 005
1.3.2 JOG 动作操作 / 006
1.3.3 手爪操作 / 006
1.3.4 菜单功能 / 008
1.4 工业机器人编程软件RT ToolBox / 010
1.4.1 安装教程 / 010
1.4.2 工作区与工程 / 011
1.4.3 离线/在线/模拟 / 013
1.4.4 机器人参数设置 / 014
1.4.5 监视界面 / 016
1.4.6 机器人编程语言 / 019
1.4.7 程序实例 / 020
1.5 仿真离线编程软件 / 023
1.5.1 离线编程简介 / 023
1.5.2 SOLIDWORKS 模型创建 / 023
1.5.3 MELFA-Works / 024
1.5.4 机器人设置 / 024
1.5.5 布局 / 025
1.5.6 机器人操作 / 026
1.5.7 校准 / 026
1.5.8 任务 / 026
1.5.9 虚拟控制器 / 027
1.5.10 程序实例 / 028
第2章 机器视觉系统开发接口技术 / 034
2.1 机器视觉概述 / 034
2.1.1 机器视觉 / 034
2.1.2 机器视觉系统 / 035
2.2 智能相机 / 038
2.2.1 智能相机的硬件接口 / 039
2.2.2 智能相机编程软件 / 040
2.3 OpenCV 系统开发 / 057
2.3.1 OpenCV 开发包安装 / 057
2.3.2 OpenCV 开发实例：载入图像 / 061
2.3.3 OpenCV 开发实例：图像叠加 / 063
2.3.4 OpenCV 开发实例：边缘识别 / 064
2.4 树莓派视觉开发技术 / 066
2.4.1 树莓派简介 / 066
2.4.2 树莓派编程语言——Python / 066
2.4.3 树莓派摄像头 / 067
2.4.4 树莓派上配置摄像头 / 067
2.4.5 树莓派摄像头的Python 环境配置 / 068
2.4.6 树莓派视觉系统开发实例 / 069
第3章 机器人操作系统（ROS）开发接口技术 / 075
3.1 ROS 概述 / 075
3.1.1 ROS 简介 / 075
3.1.2 ROS 运行机制 / 077
3.2 安装并配置ROS 环境 / 079
3.2.1 安装Ubuntu / 079
3.2.2 安装并配置ROS 环境 / 080
3.3 ROS 文件系统 / 084
3.3.1 预备工作 / 084
3.3.2 文件系统概念 / 084
3.3.3 文件系统工具 / 084
3.4 ROS 消息发布器和订阅器 / 086
3.4.1 编写发布器节点 / 086
3.4.2 编写订阅器节点 / 089
3.4.3 编译节点 / 090
3.5 ROS Service 和Client / 091
3.5.1 编写Service 节点 / 091
3.5.2 编写Client 节点 / 092
3.5.3 编译节点 / 093
3.6 ROS 开发实例——乌龟机器人 / 094
3.6.1 乌龟机器人——先决条件 / 094
3.6.2 乌龟机器人——分步解析 / 097
第4章 Arduino 开发接口技术 / 105
4.1 Arduino 开发接口 / 105
4.1.1 Arduino 简介 / 105
4.1.2 Arduino 硬件接口 / 105
4.1.3 Arduino IDE / 107
4.2 Arduino 基本I / O / 110
4.2.1 数字I / O / 110
4.2.2 模拟I / O / 111
4.2.3 I / O 接口实例：超声波测距 / 113
4.2.4 I / O 接口实例：舵机控制 / 115
4.2.5 I / O 接口实例：直流电机驱动 / 117
4.2.6 Arduino 中断 / 121
4.3 Arduino 通信接口 / 123
4.3.1 串口通信 / 123
4.3.2 IIC 通信 / 125
4.3.3 SPI 通信 / 128
4.3.4 蓝牙通信 / 129
4.4 Arduino 库开发 / 131
第5章 三菱Q PLC 开发接口 / 136
5.1 PLC 系统开发概述 / 136
5.1.1 Q 系列PLC 简介 / 136
5.1.2 Q 系列PLC 性能比较 / 137
5.2 PLC 系统的工作原理 / 137
5.2.1 扫描 / 138
5.2.2 程序执行过程 / 138
5.3 三菱Q PLC 的硬件接口 / 139
5.3.1 硬件系统 / 139
5.3.2 硬件接口 / 143
5.4 GX Works2 软件入门实例 / 147
5.4.1 GX Works2 的功能简介 / 147
5.4.2 GX Works2 使用简介 / 147
5.5 PLC 编程基础 / 153
5.5.1 梯形图 / 154
5.5.2 语句表 / 155
5.5.3 顺序功能图 / 156
5.5.4 控制系统流程图 / 156
5.6 PLC 系统开发实例 / 156
5.6.1 程序练习 / 156
5.6.2 程序应用 / 157
第6章 人机界面开发接口技术 / 161
6.1 GOT1000 触摸屏接口介绍 / 161
6.2 GT Designer3 的基本知识 / 162
6.2.1 GT Designer3 简介 / 162
6.2.2 启动GT Designer3 / 162
6.2.3 创建新工程 / 164
6.2.4 对GOT 进行读取和写入 / 167
6.3 GT Designer3 元件工具栏详解 / 170
6.3.1 开关 / 170
6.3.2 指示灯 / 172
6.3.3 数值显示/输入 / 173
6.3.4 字符串显示 / 173
6.3.5 日期时间显示 / 173
6.3.6 注释显示 / 174
6.4 GT Designer3 简单工程实例详解 / 174
6.4.1 四种位开关进行的灯光控制 / 174
6.4.2 数值显示/输入综合 / 179
第7章 变频控制系统开发接口技术 / 189
7.1 变频器的作用 / 189
7.2 变频器应用示例 / 191
7.3 变频器的结构 / 193
7.4 变频器的优点 / 193
7.5 变频器基础 / 194
7.5.1 操作面板各部分的名称与功能 / 194
7.5.2 变频器端子接线 / 194
7.5.3 主回路端子规格 / 195
7.5.4 控制回路端子 / 196
7.6 操作面板的基本操作 / 198
7.6.1 操作锁定 / 199
7.6.2 设置输出频率的上限与下限 / 201
7.6.3 变更加速时间与减速时间 / 202
7.6.4 优选频率设定 / 203
7.7 变频器运行 / 204
7.7.1 在PU 运行模式下运行 / 204
7.7.2 频率变更 / 204
7.7.3 在外部运行模式下运行 / 204
7.7.4 保护功能动作时的复位方法 / 205
7.7.5 电机不动作时的处理方法 / 205
7.8 CC-Link 通信接口技术 / 206
7.8.1 CC-Link 概述 / 206
7.8.2 CC-Link 的系统 / 207
7.8.3 CC-Link 与变频器通信控制实例 / 207
7.8.4 CC-Link 控制变频器程序编写 / 210
第8章 虚拟现实系统开发接口技术 / 211
8.1 虚拟现实概述 / 211
8.2 Virtools 开发平台 / 213
8.2.1 Virtools 概述 / 213
8.2.2 Virtools 创作流程 / 214
8.2.3 Virtools 系统机制 / 215
8.2.4 Virtools 开发接口 / 217
8.3 Virtools 开发接口图形脚本 / 219
8.3.1 图形脚本开发入门实例 / 219
8.3.2 Virtools 进程循环 / 222
8.3.3 BB 模块 / 223
8.4 Virtools 开发接口VSL 脚本 / 225
8.4.1 VSL 脚本开发入门实例 / 225
8.4.2 VSL 脚本开发高级实例 / 227
8.5 Virtools 开发接口Lua 脚本 / 228
8.6 Virtools 开发接口SDK 脚本 / 230
8.6.1 开发包配置 / 230
8.6.2 SDK 开发实例 / 230
8.6.3 SDK 模板解析 / 236
第9章 CAD 系统二次开发接口技术 / 242
9.1 CATIA CAA 开发基础 / 242
9.2 面向组件的编程技术 / 246
9.3 CATIA CAA 应用的基本框架 / 249
9.4 Addin 的添加 / 251
9.5 Dialog 及Command 的添加 / 260
9.6 参数化设计例子 / 265
9.7 常用功能 / 276
第10章 有限元分析系统开发接口技术 / 280
10.1 有限元分析概述 / 280
10.2 ANSYS 参数化程序设计语言（APDL） / 283
10.2.1 ANSYS 命令流基础 / 283
10.2.2 APDL 实例详解：齿轮模态分析 / 284
10.2.3 APDL 实例详解：接触问题分析 / 288
10.2.4 APDL 实例详解：复合材料装配应力分析 / 289
10.2.5 APDL 实例详解：曲柄连杆结构瞬态分析 / 292
10.2.6 APDL 宏程序实例 / 294
10.3 ANSYS 用户界面设计语言（UIDL） / 297
10.3.1 UIDL 控制文件的结构 / 297
10.3.2 ANSYS 调用UIDL 的过程 / 299
10.4 Abaqus 软件二次开发 / 300
10.4.1 Abaqus 的体系结构 / 300
10.4.2 Abaqus 的脚本接口 / 300
10.4.3 Abaqus 二次开发入门实例 / 301
10.5 Abaqus 软件二次开发Plug-in 插件 / 304
10.5.1 Plug-in 简介 / 304
10.5.2 Plug-in 添加注册 / 304
10.5.3 Plug-in 添加实例 / 305
10.6 Abaqus 软件二次开发综合实例 / 305
10.6.1 Abaqus 内核编程和GUI 编程原理 / 305
10.6.2 Abaqus 二次开发综合实例 / 307
参考文献 / 311

胡福文，工学博士，副教授，硕士研究生导师，中国人工智能学会智能交互专业委员会委员，中国增材制造产业联盟理事，主要从事3D打印、智能机器人领域的研究工作和高等工程创新教育工作。累计完成国家863项目等科研、教研项目10余项，发表论文20余篇，SCI／EI收录12篇，申请国家专利20余项，已授权8项，编著著作2部。近年来，作为指导教师荣获全国大学生机器人大赛、全国大学生机械创新设计大赛、中国工程机器人大赛等重量、省部级创新竞赛奖励40余项。

本书主要介绍了机电产品创新应用开发所必需的接口技术和工程应用实例。全书共分10章，分别介绍了工业机器人、机器视觉、开源机器人操作系统ROS、Arduino开发系统、三菱Q系列PLC、人机界面、变频控制系统、虚拟现实系统、CAD系统二次开发及有限元分析系统的开发接口技术的基础知识和应用。书中列举了大量案例，详细说明接口技术的应用方法，对机电产品创新应用开发具有很强的指导性。

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