了得網工業技術_機電產品創新應用開發技術

編輯推薦

1.全方位的機電產品開發技術

2.充滿活力的創新開發思路

3.傳統機械人轉型升級技能解析，迎合工業4.0及中國制造2025發展方向

內容簡介

本書主要介紹了機電產品創新應用開發所必需的接口技術和工程應用實例。全書共分10章，分別介紹了工業機器人、機器視覺、開源機器人操作繫統ROS、Arduino開發繫統、三菱Q繫列PLC、人機界面、變頻控制繫統、虛擬現實繫統、CAD繫統二次開發分析繫統的開發接口技術的基礎知識和應用。書中列舉了大量案例，詳細說明接口技術的應用方法，對機電產品創新應用開發具有很強的指導性。

作者簡介

胡福文，中國機械工程學會高級會員，主要從事3D打印創新技術、智能機器人技術等領域的研究工作和高等工程創新教育工作。公開發表研究論文20餘篇，擁有國家專利8項，主編教材2部。近4年主持各類科研及教研項目10多項，指導大學生榮獲全國學科競賽獎勵30多項。注重教育教學方法創新，提出了“教、學、做、用、研、創”六位一體創新實踐教學模式，2016年7月榮獲北方工業大學高等教育教學成果一等獎。

第1章工業機器人繫統應用接口技術 / 001

1.1 工業機器人概述 / 001

1.1.1 工業機器人基本構成 / 002

1.1.2 工業機器人的分類 / 003

1.2 機器人硬件接口 / 004

1.2.1 機器人本體接口 / 004

1.2.2 機器人控制器接口 / 004

第1章工業機器人繫統應用接口技術 / 001

1.1 工業機器人概述 / 001

1.1.1 工業機器人基本構成 / 002

1.1.2 工業機器人的分類 / 003

1.2 機器人硬件接口 / 004

1.2.1 機器人本體接口 / 004

1.2.2 機器人控制器接口 / 004

1.3 工業機器人示教編程接口 / 005

1.3.1 示教器簡介 / 005

1.3.2 JOG 動作操作 / 006

1.3.3 手爪操作 / 006

1.3.4 菜單功能 / 008

1.4 工業機器人編程軟件RT ToolBox / 010

1.4.1 安裝教程 / 010

1.4.2 工作區與工程 / 011

1.4.3 離線/在線/模擬 / 013

1.4.4 機器人參數設置 / 014

1.4.5 監視界面 / 016

1.4.6 機器人編程語言 / 019

1.4.7 程序實例 / 020

1.5 仿真離線編程軟件 / 023

1.5.1 離線編程簡介 / 023

1.5.2 SOLIDWORKS 模型創建 / 023

1.5.3 MELFA-Works / 024

1.5.4 機器人設置 / 024

1.5.5 布局 / 025

1.5.6 機器人操作 / 026

1.5.7 校準 / 026

1.5.8 任務 / 026

1.5.9 虛擬控制器 / 027

1.5.10 程序實例 / 028

第2章機器視覺繫統開發接口技術 / 034

2.1 機器視覺概述 / 034

2.1.1 機器視覺 / 034

2.1.2 機器視覺繫統 / 035

2.2 智能相機 / 038

2.2.1 智能相機的硬件接口 / 039

2.2.2 智能相機編程軟件 / 040

2.3 OpenCV 繫統開發 / 057

2.3.1 OpenCV 開發包安裝 / 057

2.3.2 OpenCV 開發實例：載入圖像 / 061

2.3.3 OpenCV 開發實例：圖像疊加 / 063

2.3.4 OpenCV 開發實例：邊緣識別 / 064

2.4 樹莓派視覺開發技術 / 066

2.4.1 樹莓派簡介 / 066

2.4.2 樹莓派編程語言——Python / 066

2.4.3 樹莓派攝像頭 / 067

2.4.4 樹莓派上配置攝像頭 / 067

2.4.5 樹莓派攝像頭的Python 環境配置 / 068

2.4.6 樹莓派視覺繫統開發實例 / 069

第3章機器人操作繫統（ROS）開發接口技術 / 075

3.1 ROS 概述 / 075

3.1.1 ROS 簡介 / 075

3.1.2 ROS 運行機制 / 077

3.2 安裝並配置ROS 環境 / 079

3.2.1 安裝Ubuntu / 079

3.2.2 安裝並配置ROS 環境 / 080

3.3 ROS 文件繫統 / 084

3.3.1 預備工作 / 084

3.3.2 文件繫統概念 / 084

3.3.3 文件繫統工具 / 084

3.4 ROS 消息發布器和訂閱器 / 086

3.4.1 編寫發布器節點 / 086

3.4.2 編寫訂閱器節點 / 089

3.4.3 編譯節點 / 090

3.5 ROS Service 和Client / 091

3.5.1 編寫Service 節點 / 091

3.5.2 編寫Client 節點 / 092

3.5.3 編譯節點 / 093

3.6 ROS 開發實例——烏龜機器人 / 094

3.6.1 烏龜機器人——先決條件 / 094

3.6.2 烏龜機器人——分步解析 / 097

第4章 Arduino 開發接口技術 / 105

4.1 Arduino 開發接口 / 105

4.1.1 Arduino 簡介 / 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 數字I / O / 110

4.2.2 模擬I / O / 111

4.2.3 I / O 接口實例：超聲波測距 / 113

4.2.4 I / O 接口實例：舵機控制 / 115

4.2.5 I / O 接口實例：直流電機驅動 / 117

4.2.6 Arduino 中斷 / 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 藍牙通信 / 129

4.4 Arduino 庫開發 / 131

第5章三菱Q PLC 開發接口 / 136

5.1 PLC 繫統開發概述 / 136

5.1.1 Q 繫列PLC 簡介 / 136

5.1.2 Q 繫列PLC 性能比較 / 137

5.2 PLC 繫統的工作原理 / 137

5.2.1 掃描 / 138

5.2.2 程序執行過程 / 138

5.3 三菱Q PLC 的硬件接口 / 139

5.3.1 硬件繫統 / 139

5.3.2 硬件接口 / 143

5.4 GX Works2 軟件入門實例 / 147

5.4.1 GX Works2 的功能簡介 / 147

5.4.2 GX Works2 使用簡介 / 147

5.5 PLC 編程基礎 / 153

5.5.1 梯形圖 / 154

5.5.2 語句表 / 155

5.5.3 順序功能圖 / 156

5.5.4 控制繫統流程圖 / 156

5.6 PLC 繫統開發實例 / 156

5.6.1 程序練習 / 156

5.6.2 程序應用 / 157

第6章人機界面開發接口技術 / 161

6.1 GOT1000 觸摸屏接口介紹 / 161

6.2 GT Designer3 的基本知識 / 162

6.2.1 GT Designer3 簡介 / 162

6.2.2 啟動GT Designer3 / 162

6.2.3 創建新工程 / 164

6.2.4 對GOT 進行讀取和寫入 / 167

6.3 GT Designe件工具欄詳解 / 170

6.3.1 開關 / 170

6.3.2 指示燈 / 172

6.3.3 數值顯示/輸入 / 173

6.3.4 字符串顯示 / 173

6.3.5 日期時間顯示 / 173

6.3.6 注釋顯示 / 174

6.4 GT Designer3 簡單工程實例詳解 / 174

6.4.1 四種位開關進行的燈光控制 / 174

6.4.2 數值顯示/輸入綜合 / 179

第7章變頻控制繫統開發接口技術 / 189

7.1 變頻器的作用 / 189

7.2 變頻器應用示例 / 191

7.3 變頻器的結構 / 193

7.4 變頻器的優點 / 193

7.5 變頻器基礎 / 194

7.5.1 操作面板各部分的名稱與功能 / 194

7.5.2 變頻器端子接線 / 194

7.5.3 主回路端子規格 / 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 操作鎖定 / 199

7.6.2 設置輸出頻率的上限與下限 / 201

7.6.3 變更加速時間與減速時間 / 202

7.6.4 頻率設定 / 203

7.7 變頻器運行 / 204

7.7.1 在PU 運行模式下運行 / 204

7.7.2 頻率變更 / 204

7.7.3 在外部運行模式下運行 / 204

7.7.4 保護功能動作時的復位方法 / 205

7.7.5 電機不動作時的處理方法 / 205

7.8 CC-Link 通信接口技術 / 206

7.8.1 CC-Link 概述 / 206

7.8.2 CC-Link 的繫統 / 207

7.8.3 CC-Link 與變頻器通信控制實例 / 207

7.8.4 CC-Link 控制變頻器程序編寫 / 210

第8章虛擬現實繫統開發接口技術 / 211

8.1 虛擬現實概述 / 211

8.2 Virtools 開發平臺 / 213

8.2.1 Virtools 概述 / 213

8.2.2 Virtools 創作流程 / 214

8.2.3 Virtools 繫統機制 / 215

8.2.4 Virtools 開發接口 / 217

8.3 Virtools 開發接口圖形腳本 / 219

8.3.1 圖形腳本開發入門實例 / 219

8.3.2 Virtools 進程循環 / 222

8.3.3 BB 模塊 / 223

8.4 Virtools 開發接口VSL 腳本 / 225

8.4.1 VSL 腳本開發入門實例 / 225

8.4.2 VSL 腳本開發高級實例 / 227

8.5 Virtools 開發接口Lua 腳本 / 228

8.6 Virtools 開發接口SDK 腳本 / 230

8.6.1 開發包配置 / 230

8.6.2 SDK 開發實例 / 230

8.6.3 SDK 模板解析 / 236

第9章 CAD 繫統二次開發接口技術 / 242

9.1 CATIA CAA 開發基礎 / 242

9.2 面向組件的編程技術 / 246

9.3 CATIA CAA 應用的基本框架 / 249

9.4 Addin 的添加 / 251

9.5 Dialog 及Command 的添加 / 260

9.6 參數化設計例子 / 265

9.7 常用功能 / 276

第10章分析繫統開發接口技術 / 280

10.1分析概述 / 280

10.2 ANSYS 參數化程序設計語言（APDL） /
283

10.2.1 ANSYS 命令流基礎 / 283

10.2.2 APDL 實例詳解：齒輪模態分析 / 284

10.2.3 APDL 實例詳解：接觸問題分析 / 288

10.2.4 APDL 實例詳解：復合材料裝配應力分析 / 289

10.2.5 APDL 實例詳解：曲柄連杆結構瞬態分析 / 292

10.2.6 APDL 宏程序實例 / 294

10.3 ANSYS 用戶界面設計語言（UIDL） / 297

10.3.1 UIDL 控制文件的結構 / 297

10.3.2 ANSYS 調用UIDL 的過程 / 299

10.4 Abaqus 軟件二次開發 / 300

10.4.1 Abaqus 的體繫結構 / 300

10.4.2 Abaqus 的腳本接口 / 300

10.4.3 Abaqus 二次開發入門實例 / 301

10.5 Abaqus 軟件二次開發Plug-in 插件 /
304

10.5.1 Plug-in 簡介 / 304

10.5.2 Plug-in 添加注冊 / 304

10.5.3 Plug-in 添加實例 / 305

10.6 Abaqus 軟件二次開發綜合實例 / 305

10.6.1 Abaqus 內核編程和GUI 編程原理 /
305

10.6.2 Abaqus 二次開發綜合實例 / 307

參考文獻 / 311

前言

人類社會的發展歷經原始社會、農業社會、工業社會，一直到今天的信息社會，前進的腳步仍在加速，智能生產和智慧生活是未來的發展方向。新一輪技術革命的大幕已經拉開，它的特點是技術更加密集、繫統更加智能、接口更加開放、普及更加迅速。跨界融合創新的特征日益凸顯，專業技術之間的壁壘日漸消融。這對機電工程產品開發研制、機電工程創新人纔培養、高等工程實踐教學、企業市場競爭開拓等方面均產生了深刻和重大的影響。工業化大生產時代形成的市場細分、專業化生產模式，以及與之並行的高度專業化的工程技術人纔培養模式面臨著重大挑戰。多年來編者在科研開發、人纔培養和實驗室建設過程中，特別注重機械、電氣、自動化、電子、軟件等多領域技術的集成應用，在3D 打印機、智能機器人、工廠自動化繫統仿真繫統、虛擬現實繫統等領域開發了一批產品，有深厚的技術積累優勢。任何機電產品的開發都是機、電、信、控、算等多領域技術實現“精確拼圖”的成果，理解和掌握它們之間的接口技術，對於提升機電產品的創新級別，對於提升大學生、研究生和研發工程師的工程實踐創新能力非常重要。本書共分10章，第1章重點介紹了工業機器人示教編程、離線編程和集成應用方面的接口技術。第2章首先講述了工業智能相機集成創新應用的知識，然後介紹了基於OpenCV開發圖像處理繫統和基於樹莓派進行視覺繫統開發的基本原理。第3章介紹了機器人操作繫統（ROS）開發的基礎知識。第4章介紹了Arduino開源平臺的基本I/O 接口、通信接口和軟件接口開發知識。第5 章以三菱QPLC 為例，介紹了PLC 控制繫統開發的基本接口技術。第6 章以三菱GOT1000 為例，介紹了工業控制人機界面設計和開發的基本方法。第7章首先介紹了變頻控制的接口技術，並介紹了CC-Link 總線控制接口實例。第8章介紹了Virtools開發平臺的基本運行機制，重點結合實例講解了圖形腳本、VSL、Lua 和SDK 四類開發接口的基本流程、基本方法和基礎概念。第9 章重點介紹了基於CAA 對CATIA 軟件二次開發的基本原理，並給出了若干典型開發實例。第10 章以若分析實例為基礎，介紹了ANSYS 和Abaqus軟件定制開發的基本原理。本書堅持創新和應用並舉，實例和理論交融，不過於追求煩瑣細節，重點突出開發接口，初學者讀之可以快速入門，有一定基礎者可以擴展自身的技術領域。本書由北方工業大學胡福文、山東科技大學賀雲花編著。李立、劉宴誠、張帥、王均、牛曉傑、梁真、闫東東、李俊朋等分別參與了有關章節內容的編寫。由於本書涉及的技術領域非常廣泛，但因篇幅有限，沒有展開更加翔實的介紹。此外，由於水平有限，書中難免有細節疏漏和描述偏差，敬請廣大讀者批評指正。編著者

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