《工業(yè)機器人》實驗指導(dǎo)書.doc

六自由度工業(yè)機器人實驗指導(dǎo)書2011前 言T 6-DOF工業(yè)機器人系統(tǒng)是專門為普通工業(yè)需要設(shè)計，同時也滿足大中專院校、職業(yè)培訓(xùn)技術(shù)機構(gòu)教學(xué)與研究目的而設(shè)計開發(fā)的開放式、高精度、工業(yè)化多自由度機器人系統(tǒng)。它適合低載荷低速度要求的工業(yè)抓取工藝，其開放的設(shè)計形式也滿足機械制造及其自動化、機械電子工程、機械設(shè)計與理論、自動控制等相關(guān)專業(yè)的教學(xué)、研究和培訓(xùn)。系統(tǒng)特點,結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高, 控制系統(tǒng)軟件平臺采用專用的工業(yè)機器人平臺軟件，機器人語言編程系統(tǒng)全面開放，用戶可根據(jù)需要進行機器人專用系統(tǒng)的開發(fā),工業(yè)化標準設(shè)計，平臺關(guān)鍵零部件全部選用工業(yè)級部件，可同時兼顧教學(xué)和實訓(xùn)。實驗一 工業(yè)機器人認識一、實驗?zāi)康牧私?自由度工業(yè)機器人的機械結(jié)構(gòu)，工作原理，并初步掌握操作。二、基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)工業(yè)機器人是工業(yè)制造及物流自動化中的重要裝置之一，是當(dāng)今世界新技術(shù)革命的一個重要標志。工業(yè)機器人是一種典型的機電一體化產(chǎn)品，它大體上分解為四個部分：機器人本體、末端執(zhí)行器、傳感器和控制器。2.1工業(yè)機器人的工作原理工業(yè)機器人是一種生產(chǎn)裝備。機器人的基本功能是提供其作業(yè)所須的運動和動力?；竟ぷ髟硎峭ㄟ^操作機上的各運動構(gòu)件的運動，自動地實現(xiàn)手部作業(yè)的動作功能及技術(shù)要求，因此在基本功能及基本工作原理上的工業(yè)機器人與機床有相同之處： (1)兩者的末端執(zhí)行器都有位姿變化要求，如機床在加工過程中，刀具相對工件有位姿變化要求，機器人的手部在作業(yè)過程中相對機座也有位姿變化的要求。 (2)二者都是通過坐標運動來實現(xiàn)末端執(zhí)行器的位姿變化要求。二者的主要不同之處在于：機床以按直角坐標形式運動為主，而機器人以按關(guān)節(jié)形式運動為主；機床對剛度、精度要求很高，其靈活性相對較低；而機器人對靈活性要求很高，其剛度、精度相對要低。2.2工業(yè)機器人的構(gòu)成工業(yè)機器人由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動單元、控制裝置、智能系統(tǒng)四部分組成。2.2.1、執(zhí)行機構(gòu) 操作機是機器人賴以完成工作任務(wù)的實體，通常由桿件相關(guān)節(jié)組成。從功能的角度，執(zhí)行機構(gòu)可分為：手部、腕部、臂部、腰部和基座等。(1)手部 手部又稱末端執(zhí)行器，是工業(yè)機器人直接進行工作的部分和各種夾持器。有時人們也常把諸如電焊槍、油漆噴頭等劃作機器人的手部。(2)腕部 腕部與手部相連，通常有3個自由度，多為輪系結(jié)構(gòu)，主要功用是帶動手部完成預(yù)定姿態(tài)，是操作機中結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的部分。(3)臂部 臂部用以連接腰部和腕部，通常由兩個臂桿(小臂和大臂)組成，用以帶動胸部作平面運動。(4)腰部 腰部是連接管和基座的部件，通常是回轉(zhuǎn)部件，腰部的回轉(zhuǎn)運動再加上臀部的平面運動，就能使腰部作空間運動。腰部是執(zhí)行機構(gòu)的關(guān)鍵部件，它的制造誤差、運動精度和平穩(wěn)性，對機器人的定位精度有決定性的影響。(5)基座 基座是整個機器人的支持部分，有固定式和移動式兩種。該部件必須具有足夠的剛度和穩(wěn)定性2.2.2、驅(qū)動單元 由驅(qū)動裝置（如電動機、液壓或氣壓裝置）、減速器和內(nèi)部檢測元件等組成，為操作機各運動部件提供動力和運動。2.2.3、控制裝置 由檢測和控制兩部分組成，用來控制驅(qū)動單元，檢測其運動參數(shù)并進行反饋。2.2.4、智能系統(tǒng) 是目前機器人系統(tǒng)中一個不夠完善但發(fā)展很快的子系統(tǒng)。它可分為兩個部分感知系統(tǒng)和分析決策智能系統(tǒng)。前者主要靠硬件(各類傳感器)實現(xiàn)；后者主要靠軟件。三、實驗操作步驟1、示教前的準備系統(tǒng)急停1）、把控制柜右側(cè)的斷路器打開，打開控制柜正面的急停開關(guān)，按啟伺服啟動按鈕，進入機器人控制軟件界面。伺服驅(qū)動 2)、進入軟件界面后，在單機模式下，首先讓機器人做回零動作，保證它在安全位置。3)、創(chuàng)建程序名。（1）點擊文件中帶txt后綴的地方，在彈出的對話框中，把原來的名稱更改成自己想創(chuàng)建的名稱（但名稱只能用數(shù)字或英文字母），后綴請不要改變。（2）按對話框中的 確定 鍵，程序名已經(jīng)創(chuàng)建，但此時如果想要在此文件名下編輯程序，請點擊旁邊的打開文件。（3）打開文件后，系統(tǒng)會自動生成一個空的編輯表格，此時就可以在創(chuàng)建的程序名下編輯新的程序。4)、編程介紹 （1）、在新程序的第一步要用關(guān)節(jié)坐標，最好就用零點位置做為第一點。 （2）、接下來可以移動機器人到另一個位置（移動機器人是速度可以更改），選擇界面上的【記錄】，這時第二點的位置就已經(jīng)記錄好了。 （3）、每移動一個想要的位置后，請做一次【記錄】，在移動位置時可以在關(guān)節(jié)模式和直角模式下做切換。 （4）、如果在某一個位置想要輸出一個夾具夾緊或松開的信號，可以在示教列表操作處點擊夾緊或松開的按鈕，系統(tǒng)會自動記住剛點擊的夾緊或松開信號。 （5）、編程中在某一個位置需要做延時處理時，先把示教列表操作處延時后面的時間數(shù)值更改成您需要的時間，再點擊延時按鈕，這時在此位置已經(jīng)記錄了一個延時時間。（6）、在編程中某一個位置輸出一個夾緊或松開的信號，在輸出信號前和后都可以插入一個延時時間。插入動作之前的話就是先有延時再有動作，插入動作之后的話就是先有動作再有延時。（7）、編輯機器人動作時，動作中的最后一點位置要能安全的回到程序的第一位置。（8）、完成一個動作編程后，可以點擊示教列表操作處的回放，此時機器人就按照剛編輯的程序來運動。程序是把機器人的作業(yè)內(nèi)容用機器人語言加以描述的作業(yè)程序?，F(xiàn)在我們在機器人的正前方放一個水晶塊（高度和機器人手臂的高度差不多，且把放水晶塊的地方做一個標記），請把水晶塊放在一個平面上，機器人從安全位置走到水晶塊上方，再下降到能用夾具夾緊水晶塊的位置，再抬起來一定的高度，延時10秒后再放回原位，機器人抬起來后安全的回到零點位置。此動作大概需要1-10個點的動作。程序點 1 就為機器人的零點位置，點擊控制軟件上的回零按鈕讓機器人回到零點位置（點擊回零前請確保機器人能安全回到零點），并點擊【記錄】。程序點 2 在關(guān)節(jié)模式下（速度設(shè)為5.0），轉(zhuǎn)動機器人的第6軸（J6+或J6-）使機器人的夾具張開位置朝水晶塊的方向，再把速度設(shè)置為（10）并點擊【記錄】 . 程序點 3 把控制模式設(shè)置為直角模式，點擊X+/X-使機器人向水晶塊的方向運動，走到水晶塊的正上方，并點擊【記錄】 程序點 4還是在直角坐標模式下，點擊Z-使機器人向下走（此時請保證機器人下來時不會碰到水晶塊），機器人向下走到水晶塊的五分子二的位置，在此位置，點擊【記錄】程序點 5把控制軟件中的延時時間更改為T#2S，點擊延時按鈕。 程序點 6再點擊夾緊按鈕再把延時時間更改為T#3S，再點擊延時。 程序點 7在直角模式下，點擊Z+使機器人抬高大概20CM的高度的位置，并點擊【記錄】，再把延時時間更改為T#10S，點擊延時按鈕。程序點 8在直角模式下，點擊Z-使機器人下降到水晶塊離桌面很近的位置，并點擊【記錄】。程序點 9在直角模式下，點擊Z+使機器人抬高大概20CM的高度的位置，并做【記錄】，再把延時時間更改為T#5S，點擊延時按鈕。程序點 10切換到關(guān)節(jié)模式下，點擊回零使機器人回到零點的位置（請確保機器人能安全回到零點），并點擊【記錄】。四、實驗報告要求 通過接觸實際工業(yè)機器人，根據(jù)所學(xué)的知識請詳細描述，該6自由度工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)，工作原理，手部的設(shè)計，并說明自己在進行實際操作時的步驟及遇到的問題以及自己的想法。實驗二 機器人示教編程與再現(xiàn)控制一、實驗?zāi)康耐ㄟ^本次試驗，掌握6自由度工業(yè)機器人的示教編程與再現(xiàn)控制。二、實驗內(nèi)容2.1 示教的基本步驟2.1.1 示教前的準備工作開始示教前，請做以下準備：開啟電源，進入機器人控制程序；輸入程序名。1進入機器人控制程 序。2點擊示教列表操作 區(qū)的“文件”后面的編 輯框，在屏幕軟件盤 上，輸入一個未曾示教 過的文件名稱。3此時示教盒功能區(qū) 會顯示一個未曾被紀 錄的空文件命令列表。2.1.2 示教的基本步驟為了使機器人能夠進行再現(xiàn)，就必須把機器人運動命令編成程序。 控制機器人運動的命令 就是移動命令。在移動命令中，記錄有移動到的位置、插補方式、再現(xiàn)速度等。上述命令解釋如下：2.1.2.1 示教一個程序在示教從上一程序點到下一個程序點的過程中，不能切換不同的坐標系進行。否則記錄會造成機器人運動異常。程序是把機器人的作業(yè)內(nèi)容用機器人語言加以描述的作業(yè)程序?，F(xiàn)在我們來為機器人輸入以下從工件A 點到B 點的加工程序，此程序由1 至6 的6 個程序 點組成。確保自己和機器人之間的安全距離在這里，沒有進行抓取或者焊接等實際操作。2.1.2.2 程序點 1 - 開始位置把機器人移動到完全離開周邊物體的位置，輸入程序點 1。 (一般情況下可以讓機器人在此位置選擇為機器人的“回零”操作位)。 也就是程序啟動后，伺服準備好。點擊“手動操作”功能區(qū)的“回零 按鈕”。1. 點擊“回零”按鈕，確保機器人回零就緒，記錄此位置。2設(shè)置機器人運行速度。不論在關(guān)節(jié)坐標系還是在直角坐標系模式下面，均可以通過設(shè)置“關(guān) 節(jié)參數(shù)”功能區(qū)的步長及速度指令進行運行步長和速度設(shè)置。關(guān)節(jié)坐標系下的步長和速度設(shè)置直角坐標系下的速度設(shè)置3用軸操作鍵把機器人移動到開始位置，開始位置請設(shè)置在安全并適合作業(yè)準備的位置。4點擊“示教列表操作”區(qū)的“紀錄”按鈕，記錄該點。2.1.2.3 程序點 2 - 抓取位置附近 (抓取前)決定抓取姿態(tài)。用軸操作鍵設(shè)置機器人可以抓取工件的姿態(tài)，必須選取機器人接近工件時不與工件發(fā)生干涉的方向、位置。（通常在抓取位置的正上方。）1. 點擊“示教列表操作”區(qū)的“紀錄”按鈕，記錄該點。2.1.2.4 程序點 3 - 抓取位置保持程序點 2 的姿態(tài)，移到抓取位置，點擊“夾緊”。1. 設(shè)置運行速度，接近抓取位置可以選擇較低速度。關(guān)節(jié)坐標系下的步長和速度設(shè)置直角坐標系下的速度設(shè)置2用軸操作鍵， 接近夾取點過程中，建議采用直角坐標模式。3在從程序2點到程序3點的過程中，為了保證空間直線運動，可以采用直角坐標系來示教該過程，并在記錄程序4點的時候采用直角坐標模式。3點擊“示教列表操作”區(qū)的“紀錄”按鈕，記錄該點。2.1.2.5 程序點 4 - 抓取位置附近 (抓取后)決定抓取后的退讓等待位置。1設(shè)置運行速度，接近抓取位置可以選擇較低速度。關(guān)節(jié)坐標系下的步長和速度設(shè)置 直角坐標系下的速度設(shè)置1 用軸操作鍵把機器人移到抓取位置附近。移動時，選擇與周邊設(shè)備和工具不發(fā)生干涉的方向、 位置。（通常在抓取位置的正上方。和程序點2 在同一位置也沒關(guān)系）。3在從程序3點到程序4點的過程中，為了保證空間直線運動，可以采用直角坐標系來示教該過程， 并在記錄程序4點的時候采用直角坐標模式。4點擊“示教列表操作”區(qū)的“紀錄”按鈕，記錄該點。2.1.2.6 程序點 5 - 同程序點 1按照程序點 1 進行操作。 點擊“回零”按鈕，并記錄回零位置。2.1.2.7 程序點 6 - 放置位置附近 (放置前)決定放置姿態(tài)。1在從程序 4 點到程序 5 點的過程中可以采用較高速度。關(guān)節(jié)坐標系下的步長和速度設(shè)置直角坐標系下的速度設(shè)置2. 用軸操作鍵設(shè)定機器人能夠放置工件的姿態(tài)。在機器人接近工作臺時，要選擇把持的工件和 堆積的工件不干涉的場所，并決定位置（通常，在放置輔助位置的正上方）。3點擊“示教列表操作”區(qū)的“紀錄”按鈕，記錄該點。2.1.2.8 程序點 7 - 放置輔助位置決定為了進行放置的輔助位置。1. 在從程序 4 點到程序 5 點的過程中采用較底速度。關(guān)節(jié)坐標系下的步長和速度設(shè)置直角坐標系下的速度設(shè)置2從程序點6 直接移到放置位置，已經(jīng)放置的工件和把持著的工件可能發(fā)生干涉，這時為了避開干涉，要設(shè)一個輔助位置，姿態(tài)和程序點6 相同。3點擊“示教列表操作”區(qū)的“紀錄”按鈕，記錄該點。2.1.2.9 程序點 8 - 放置位置保持程序點 7 的姿態(tài)移到放置位置，點擊“松開”按鈕，釋放工件。1. 在從程序 7 點到程序 8 點的過程中采用較低速度。關(guān)節(jié)坐標系下的步長和速度設(shè)置直角坐標系下的速度設(shè)置2 移動到程序點 8 之后，點擊“松開”按鈕，釋放工件。3 用軸操作鍵把機器人移到放置位置，這時請保持程序點7 的姿態(tài)不變。4點擊“示教列表操作”區(qū)的“紀錄”按鈕，記錄該點。2.1.2.10 程序點 9 - 放置位置附近 (放置后)決定放置后的退讓等待位置。1. 在從程序 8 點到程序 9 點的過程中可以采用中等速度。關(guān)節(jié)坐標系下的步長和速度設(shè)置直角坐標系下的速度設(shè)置2用軸操作鍵把機器人移到放置位置附近。移動時，選擇工件和工具不干涉的方向、位置。（通 常是在放置位置的正上方）3點擊“示教列表操作”區(qū)的“紀錄”按鈕，記錄該點。2.1.2.11 最初的程序點和最后的程序點重合現(xiàn)在，機器人停在程序點 1 附近的程序點 6 處。如果能從焊接結(jié)束位置的程序點5 直接移動到程序點1 的位置，就可以立刻開始下一個工 件的抓取，從而提高工作效率。下面，我們就試著把最終位置的程序點6 與最初位置的程序點1 設(shè)在同一個位置。由于在實驗一中我們建議選擇“回零”位置作為第一個程序點，在此，只需要 點擊“手動操作”功能區(qū)的“回零”按鈕，機器人就可以自動返回程序一點，然后做一 次記錄即可。2.1.2.12 保存示教文件點擊“示教列表”操作功能區(qū)的“保存”按鈕，保存當(dāng)前文件。2.1.2.13 軌跡確認3.1 再現(xiàn)回放操作3.1.1 回放前的準備操作為了從程序頭開始運行，請務(wù)必先進行以下操作。 先點擊“回零”操作，讓機器人回到程序 1 點位置。再現(xiàn)時，機器人從程序 1 點開始操作。3.1.2 再現(xiàn)步驟那么，讓我們試著操作一次請先確認機器人附近沒人再開始操作。1點擊“伺服使能”確保機器人準備就緒。2編輯“示教列表操作”功能區(qū)“回放”按鈕后面編輯框中的回放次數(shù)，初次示教修改為“1”。3點擊“回放”。機器人將會按照示教好的軌跡進行運動。