哈工大(研究生实验课)机器人技术实验指导书(陶建国)

机械工程学科应用型研究生综合实验实验指导书（机器人技术分册）陶建国主编赵学增主审机电工程学院2010年3月实验指导书目录实验1串联机器人工作空间的分析与验证实验.......................................................................1实验1.1机器人本体测试与操作实验............................................................................1实验1.2机器人的工作空间分析与实验........................................................................6实验2直角坐标机器人工作空间与运动学分析实验...............................................................9实验2.1机器人本体测试与操作实验............................................................................9实验2.2机器人的工作空间与运动学分析实验..........................................................13实验3并联机器人工作空间的分析与验证实验.....................................................................16实验3.1机器人本体测试与操作实验..........................................................................16实验3.2机器人的工作空间分析与实验......................................................................20实验4串联机器人运动学分析与验证实验.............................................................................23实验4.1机器人本体测试与操作实验..........................................................................23实验4.2机器人的运动学分析与实验..........................................................................26实验5并联机器人的运动学分析与验证实验.........................................................................30实验5.1机器人本体测试与操作实验..........................................................................30实验5.2机器人的运动学分析与实验..........................................................................33实验6串联机器人运动轨迹规划与验证实验.........................................................................37实验6.1机器人本体测试与操作实验..........................................................................37实验6.2机器人的运动轨迹规划与实验......................................................................40实验7并联机器人笛卡尔路径规划与验证实验.....................................................................44实验7.1机器人本体测试与操作实验..........................................................................44实验7.2机器人的笛卡尔路径规划与实验..................................................................47实验8直角坐标机器人笛卡尔路径规划与控制实验.............................................................50实验8.1机器人本体测试与操作实验..........................................................................50实验8.2机器人的笛卡尔路径规划与控制实验..........................................................53实验9双机械手协调运动规划与控制实验.............................................................................55实验9.1机械手系统单元本体测试与操作实验..........................................................55实验9.2机械手的运动控制与改进设计实验..............................................................57实验10系统检测与多机器人协调运动规划实验...................................................................60实验10.1工件颜色识别系统单元操作与测试实验....................................................60实验10.2多机器人协调运动规划实验........................................................................62机器人操作规程..........................................................................................................................65千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行实验指导书1实验1串联机器人工作空间的分析与验证实验实验1.1机器人本体测试与操作实验一、实验目的1、了解机器人及其实验单元的机构组成；2、掌握机器人及其实验单元的工作原理；3、熟悉机器人的性能指标；4、掌握机器人的基本功能及示教运动过程。二、实验所用单元1、RBT-6T/S01S串联机器人及配套的附属机构一台；2、RBT-6T/S01S机器人嵌入式控制系统一套；3、装有运动控制卡和控制软件的计算机一台；4、部分测试工具：游标卡尺、钢板尺、曲尺等。三、实验原理机器人是一种具有高度灵活性的自动化机器，是一种复杂的机电一体化设备。本机器人系统单元由六自由度串联机器人、皮带运输机、旋转料库、颜色识别传感器、条码扫描器、装配作业台、工作台、工件检测传感器及嵌入式控制系统组成，如图1-1所示。图1-1串联机器人系统单元本实验所使用的机器人为6自由度串联机器人，即机器人各连杆由旋转关节或移动关节串联连接，如图1-2所示。其轴线相互平行或垂直，本体连杆的一端装在固定的支座上（底座），另一端处于自由状态，末端可安装各种工具以实现机器人作业。关节的作用是使相互联接的两个连杆产生相对运动。关节的传动采用模块化实验指导书2结构，由锥齿轮、同步齿型带和谐波减速器等多种传动结构配合实现。图1-2机器人结构机器人各关节采用伺服电机和步进电机混合驱动，并通过Windows环境下的软件编程和运动控制卡实现对机器人的控制，使机器人能够在工作空间内任意位置精确定位。运动控制卡由高性能DSP处理器、CPLD可编程器件及伺服电机接口器件等组成，用于实现伺服电机的位置、速度、加速度的控制及多个伺服电机的多轴协调控制。其主要功能为：S形、梯形自动加减速曲线规划；输出控制脉冲到电机驱动器使电机运动；具有编码器位置反馈信号接口，监控电机实际运行状态；能利用零位开关、减速开关及编码器Z相信号实现高速高精度原点返回操作；具有伺服驱动器报警信号ALM等伺服驱动器专用信号接口。伺服（步进）电机驱动器用来把运动控制卡提供的低功率的脉冲信号转换为能驱动电机的大功率电信号,以驱动电机带动负载旋转。电源部分用来给控制柜提供各驱动器的控制用电源，包括相关保护、滤波器件等。操作电路提供电气系统所需的电源开、关顺序操作及保护、报警、状态指示等控制操作。机器人技术参数如表1-1所示。表1-1机器人技术参数结构形式串联关节式驱动方式步进伺服混合驱动负载能力3Kg重复定位精度±0.1mm动作范围关节Ⅰ-150°～150°关节Ⅱ-135°～-45°关节Ⅲ-70°～50°关节Ⅳ-90°～90°关节Ⅴ-90°～90°关节Ⅵ-180°～180°实验指导书3最大速度关节Ⅰ60o/S关节Ⅱ60o/S关节Ⅲ60o/S关节Ⅳ60o/S关节Ⅴ60o/S关节Ⅵ120o/S最大展开半径610mm高度850mm本体重量≤40Kg操作方式示教再现/编程电源容量单相220V50Hz4A四、实验方法和步骤1、了解实验单元中串联机器人的结构和关节布置特点，并利用测试工具核实该机器人本体的主要结构尺寸。2、启动计算机，运行机器人软件，出现如图1-3所示主界面，在实验指导老师的指导下完成关节示教等操作。图1-3主界面3、接通控制柜电源，按下“启动”按钮。4、点击主界面“机器人复位”按钮，机器人进行回零运动。观察机器人的运动，六个关节全部运动完成后，机器人处于零点位置。实验指导书45、点击“关节示教”按钮，出现如图1-4所示界面，按下界面中的“打开”按钮，在机器人软件安装目录下选择示教文件BANYUN.RBT6，示教数据会在示教列表中显示。图1-4关节示教界面6、装配操作演示，在配套的附属机构的相应位置上分别放置装配作业用的轴和轴套，然后按下“再现”按钮，机器人实现预定动作。7、运动完毕后，按下“复位”按钮，机器人回到零点位置，关闭对话框。8、如果想再做一次装配动作，把轴放回相应位置，按下“再现”按钮即可。9、点击“机器人复位”按钮，使机器人回到零点位置。10、点击主界面“关节运动”按钮,出现如图1-5所示界面。图1-5关节运动界面实验指导书511、选择“关节Ⅰ”，关节方向选择“正向”，启动方式选择“加速”，运动方式选择“位置模式”，运行速度取默认值，目标位置取-120度，点击“启动”按钮，观察机器人第Ⅰ关节运动情况。12、选择“关节Ⅰ”，关节方向选择“反向”，启动方式选择“加速”，运动方式选择“速度模式”，运行速度取默认值，点击“启动”按钮，观察机器人第Ⅰ关节运动情况，然后点击“立即停止”按钮。13、选择“关节Ⅱ”，关节方向选择“正向”，启动方式选择“匀速”，运动方式选择“位置模式”，运行速度取默认值，目标位置取-120度，点击“启动”按钮，观察机器人第Ⅱ关节运动情况。14、选择“关节Ⅱ”，关节方向选择“反向”，启动方式选择“匀速”，运动方式选择“速度模式”，运行速度取默认值，点击“启动”按钮,观察