機器人實驗指導用書

1、n on j in g inst 11 ule o f technology工地機器人礁咨實臉犒導吊劉極峰 肖增文 邵秋萍 郝飛編機電工程實驗中心機器人實驗室目 錄實驗一慧魚機器人模型組裝綜合實驗1附件1實驗一慧魚機器人模型組裝綜合實驗（實驗報告）5附件2實驗一慧魚機器人模型組裝綜合實驗（實驗預習報告）6實驗二motoman機器人認知實驗7實驗三motoman機器人焊槍動作與編程實驗9附錄a工業(yè)機器人課程教學大綱12附錄b工業(yè)機器人實驗教學大綱16實驗一慧魚機器人模型組裝綜合實驗一、實驗內容學生運用已學的機械設計基礎、工業(yè)機器人、機電傳動控制、電工電子技術 等課程的相關知識，閱讀慧魚機器人說明

2、書，根據教師擬定的一些設計題目或學 生自選題目，設計并組裝一個機電一體化機械系統。進行機械組件和電氣組件與電機的連接，輸入并運行程序，記錄參數，分析 結果，培養(yǎng)學生在機電一體化技術的工程應用方面分析與解決問題的綜合能力。二、實驗目的及要求（一）實驗目的本實驗的目的是使學生了解機器人和機電一體化技術基本原理，w 和掌握 機器人和機電一體化技術的基本知識，使學生對機器人和機電一體化技術有一個 完整的理解。培養(yǎng)學生機電一體化設計的能力。（二）實驗要求1. 學生在實驗課前必須認真預習教科書與實驗指導書中的相關內容，為實 驗做好充分準備。2. 要求學生綜合利用前期課程及本門課程中所學的相關知識點，了解電

3、機 安裝與使用的基本知識，學習電機控制技術、機電傳動控制、電工電子技術等課 程的相關內容，培養(yǎng)學生在機電一體化技術方面綜合分析與解決實際問題的能 力。三、實驗條件及要求實驗室具有若干成套的慧魚機器人組件、計算機、通信線、連接線、llwe3.0 軟件包等必需設備和工具，已進行過調試和試運行，方可進行本實驗項目的實施。圖1慧魚機器人模型方案g*00）（昨“a to” (4>t|* 如孰皿 inashmmsowlfig£ltrl fsat j t釜関尊4311 = ? <0>)g abellwin軟件編程界而四、實驗相關知識點<-）機器人技術課程綜合1. 機器人原理

4、；2. 機器人的技術參數；3. 機器人的機械部分；4. 機器人的控制部分。（二）機電一體化技術等課程綜合1. 機械原理；2. 機械元件的選擇；3. 傳感器的選擇4. 電機的運行；5. 控制系統的基本構成，通信連接;6. 基于llwin3.0的程序設計。五、實驗實施步驟（一）閱讀閱讀慧魚機器人說明書根據慧魚機器人說明書的內容，了解相應慧魚機器人的基本結構、工作原理、 包含的組件等。（二）確定慧魚機器人的組件根據已有的器材，指定幾種組裝方案，由學牛利用機電一體化手段，為實現 機器人的動作，確定需要選用的不同的機構和傳動裝置（如連桿與凸輪、行星傳 動與蝸桿傳動等）。（三）慧魚機器人的機械和電氣組裝首

5、先進行機械構件的組裝，機械構件裝配時要確保構件到位，不滑動；然后 進行電子構件的裝配，電子構件裝配時要注意電子元件的正負極性，接線穩(wěn)定可 靠，沒有松動；最后，對整個模型進行整體布線調整，整個模型完成后還要考慮 模型的美觀，整體布線要規(guī)范。（四）慧魚機器人運動程序的編制由教師給定組裝后不同慧魚機器人要實現的動作，及其運動速度和軌跡等參 數，利用llwin3.0軟件編制相應程序，通過rs232串口把控制程序下載到慧魚 機器人上的單片機中。（五）運行程序，記錄參數，分析結果根據試運行情況，反復進行調試，直到達到教師給定的相應參數，無誤后進 行相應數據的記錄，并分析結果。六、思考問題1. 機器人的主要

6、技術參數有哪些？2. 慧魚機器人組裝與調試過程中應注意哪些問題？3. 慧魚機器人中單片機選擇注意事項有哪些？4. 簡述機器人的基本組成。七、實驗成績評定辦法實驗成績評定比例為：考勤20%,安裝操作20%,編制程序20%,實驗報 告40%。最終成績按優(yōu)秀(90-1 ()()良好(8089)、中等(7079)、及格(60-69) 和不及格(60以下)五級記分制評報。附件1實驗一慧魚機器人模型組裝綜合實驗實驗報告班級指導教師評語姓名實驗地點實驗名稱實驗日期設備、工具、材料實驗目的與要求設備名稱慧魚機器人組件輔助設備計算機、llwin軟件輔助材料電纜線工量具螺絲刀、鉗子、萬用表實驗總結：附件2實驗慧魚

7、機器人模型組裝綜合實驗實驗預習報告班級指導教師評語姓名實驗地點實驗名稱預習日期主要內容提要:1.機器人的組成：2.機器人的基本參數：3.用llwin軟件編制控制程序：實驗二motoman機器人認知實驗一、實驗目的1、了解motoman機器人基本原理及motoman機器人氣動手爪動作原 理；2、理解直角坐標下機器人手部的位置與速度實驗；3、理解關節(jié)坐標下機器人手部的位置與速度實驗。二、實驗設備1、motoman yasnac xrc up6 機器人一臺；2、機器人控制柜一臺；3、pc電腦一臺；三、注意事項1、進行機器人示教作業(yè)前耍檢查以下事項，有異常則應及時修理或采取其 它必要措施：機器人動作有

8、無異常外部電線遮蓋物及外包裝有無破損2、示教編程器用完后須放回原處；不要強迫機器人移動，更不要吊在機器 人上或站在機器人上；3、不要依靠在xrc控制柜上，不要隨意按開關、按鈕；4、通電過程中，除專職的操作人員外，其他人員均不得觸摸xrc柜和示教 編程器。5、注意安全，聽從老師的安排，操作機器人時不要進入機器人工作范圍內。6、著裝耍求操作機器人時請不要戴手套；請不要佩服帶特別人的耳環(huán)、飾物等；請務必穿戴安全鞋、安全帽。四、實驗內容及步驟工業(yè)機器人是用來進行搬運物料、零件、工具等可再編程的多功能機械手， 或通過不同程序的調用來完成各種工業(yè)作業(yè)任務的特種裝置。一臺數控機床有若干個獨立的坐標軸運動，也

9、可再編程，能完成不同程序的 加工作業(yè)，因此工業(yè)機器人和數控機床在運動控制上和可編程上是很相似的，盡 管復雜一些的數控機床也能把裝載工件的托盤移動到床身上從而實現工件搬運 和定位，但是工業(yè)機器人通常在抓握、操縱、定位對象物的過程中比傳統的數控 機床更靈巧，在諸多工業(yè)生產領域里具有更廣泛的用途。工業(yè)機器人最顯著的特點有：可編程、擬人化、通用性、機電一體化。常用的工業(yè)機器人有焊接機器人：汽車制造廠己廣泛應用焊接機器人進行承重大梁和車身結構的 焊接。搬運機器人：材料搬運機器人可用來上料、碼垛、卸貨以及抓取零件重新定 向等作業(yè)。其它工業(yè)作業(yè)機器人如檢測機器人、裝配機器人、噴漆和噴涂機器人等。五、操作步驟

10、：1、了解motoman up6機器人的基本組成與主要特點；2、根據注意事項1進行檢查；3、打開空氣壓縮機；4、利用示教編程器對機器人進行各個關節(jié)的運動實驗、不同坐標下的手部 位置與速度實驗、點位控制實驗；5、輸入程序對機器人進行連續(xù)軌跡控制；6、觀看機器人手爪對工件的抓住、握持、釋放的動作。六、問答題1、何謂e/p?為什么機器人結構件要選用e/p較大的材料？2、簡述工業(yè)機器人的定義，說明motoman up6機器人的的主要特點是 什么？3、機器人為兒自由度機器人？主要有哪兒個關節(jié)？分別可作什么樣的運 動？4、工業(yè)機器人與數控機床有什么區(qū)別？5、說明工業(yè)機器人的基本組成與主要特點。實驗三 mo

11、toman機器人焊槍動作與編程實驗一、實驗目的1. 了解自動控制單循環(huán)實驗；2. 了解自動控制及程序循環(huán)實驗；3. 理解焊槍動作的位姿變換。二、實驗設備motoman yasnac xrc up6 機器人一臺；機器人控制柜一臺；三、注意事項1、機器人示教作業(yè)前要檢查以下事項，有異常則應及時修理或采取其它必 要措施：機器人動作有無界常；外部電線遮蓋物及外包裝有無破損。2、示教編程器用完后須放回原處；3、不要強迫機器人移動，更不要用手扒機器人或站在機器人上；4、不要依靠xrc和其他控制柜，不要隨意按開關、按鈕；5、通電過程中，除專職的操作人員外，其他人員均不得觸摸xrc和示教編 程器；6、注意安全

12、，聽從老師的安排，不要停留在機器人工作范圍；7、著裝要求操作機器人進時請不要戴手套；請不要佩服帶特別大的耳環(huán)、飾物等；請務必穿戴安全鞋、安全帽。四、實驗步驟機器人是一個在三維空間中具有較多自由度的，并能實現擬人動作和功能的 機器；而工業(yè)機器人(industrial robot)則是在工業(yè)生產上應用的機器人，是用 來進行搬運材料、零件、工具等可再編程的多功能機械手，或通過不同程序的調 用來完成各種工作任務的特種裝置。機器人焊槍動作，首先歸原點，然后機器人根據原先編好的程序運動，到達 工件部位，推動執(zhí)行機構，焊槍按照程序運動，機器人復位，工作完畢。五、操作步驟：1、根據注意事項1進行檢查；2、將程

13、序用示教編程器輸入控制柜；3、檢查焊槍安裝正確與否；4、運行程序；5、觀看機器人各關節(jié)部位運動過程。motoman-up6機器人用于焊接作業(yè)時的示教編程的例子（其軌跡見圖3 所示），經過示教自動產生的一個作業(yè)程序，見表1所示：圖3 m0t0man-up6機器人焊接示教要焊接圖3所示焊縫，motoman-up6機器人首先在示教狀態(tài)下走岀圖示 軌跡。說明如下：點1、6為待機位置，兩點重合，選取時需處于工件、夾具不 干涉的位置，程序點5在向程序點6移動時，也需處于與工件、夾具不干涉的位 置。從點1到點2到點3和從點4到點5再回到點6為空行程，對軌跡無要求， 所以選擇工作狀態(tài)佳、效率高的關節(jié)插補，生成

14、的代碼為movjo空行程中在接 近焊接的軌跡段選擇慢速。程序中關節(jié)插補的速度用vj表示，數值代表最高關 節(jié)速度的百分比，如vj=25表示以關節(jié)最高運行速度的25%運動。從點3到點4為焊接軌跡段，以焊接軌跡的要求（這里為直線）走過，生成 的代碼為movl,以要求的焊接速度前進，速度用v表示，單位為mm/so程序 中arcon為引弧指令，arcof為熄弧指令，分別用于引弧的開始和結束，也 是在示教過程中通過按下上示教盒上的功能鍵自動產生的。nop表示程序的開 始，end表示程序的結束。六、在表1中填寫焊接程序各行的內容說明，對各行的內容進行解釋。表1焊接程序行命令內容說明程序點0000nop000

15、1movj vj=25.000002movj vj=25.000003movj vj=12.50004arcon0005movl v=500006arcof0007movj vj=25.000008movj vj=25.000009end七、問答題1、手爪的開合為什么常用氣動？2、機器人編程方式有哪幾種？3、什么是機器人離線編程？4、何謂軌跡規(guī)劃？5、何謂點位控制和連續(xù)軌跡控制？6、機器人轉動件定位方法有哪兒種？各適應什么定位場合?附錄a工業(yè)機器人課程教學大綱課程編號：0803701002課程名稱：工業(yè)機器人英文名稱：industrial robot課程類型：專業(yè)任選課總學時：32 講課學時：

16、24實驗學時：8學 分：2適用對彖：四年制機械設計制造及其自動化專業(yè)（機械設計方向、制造技術方向、機械 電子工程方向）先修課程：高等數學、線性代數、工程制圖、機械工程材料、理論力學、材料力學、機 械原理、機械設計、電子技術、電工技術、機械制造基礎、互換性與技術測 暈、液壓與氣壓傳動、機電傳動控制、單片機原理及應用、自動控制原理等。一、課程性質、目的和任務工業(yè)機器人課程是機械設計制造及其自動化專業(yè)各專業(yè)方向的一門主要專業(yè)技術課， 是一門多學科的綜合性技術，它涉及自動控制、計算機、傳感器、人工智能、電子技術和機 械工程等多學科的內容。其目的是使學生了解工業(yè)機器人的基木結構，了解和學握工業(yè)機器 人的

17、基本知識，使學生對機器人及其控制系統有一個完整的理解。培養(yǎng)學生在機器人技術方 而分析與解決問題的能力，培養(yǎng)學生在機器人技術方而具有一定的動手能力，為畢業(yè)后從事 專業(yè)工作打下必要的機器人技術基礎。二、教學基本要求本課程以機器人為研究對彖，以工業(yè)機器人為重點。學完本課程應達到以下基本要求：1. 了解機器人的由來與發(fā)展、組成與技術參數，掌握機器人分類與應用，對各類機器 人有較系統地完整認識。2. 了解機器人運動學、動力學的基本概念，能進行簡單機器人的位姿分析和運動分析。3. 了解機器人本體基本結構，包括機身及臂部結構、腕部及手部結構、傳動及行走機 構等。4. 了解機器人軌跡規(guī)劃和關節(jié)插補的基本概念和

18、特點。5. 了解機器人控制系統的構成、編程語言與編程特點。6. 了解工業(yè)機器人工作站及生產線的基本組成和特點。7. 對操縱型機器人、智能機器人有一般的了解。三、教學內容及要求緒論0.1概述0.1.1機器人的由來與發(fā)展0. 1.2機器人的定義0. 1. 3機器人技術的研究領域與學科范圍0. 2機器人的分類0.2.1按機器人的開發(fā)內容與應用分類0. 2. 2按機器人的發(fā)展程度分類0. 2. 3按機器人的性能指標分類0. 2. 4按機器人的結構形式分類0. 2. 5按坐標形式分類0.2.6按控制方式分類0. 2. 7按驅動方式分類0. 2.8按機器人工作吋的機座可動性分類0.3機器人的應用0. 3.

19、 1工業(yè)機器人的應用0.3.2操縱型機器人的應用0.3.3智能機器人的應用0.4機器人的組成與技術參數0. 4. 1機器人的基本組成0.4.2機器人主要技術參數0. 4. 3 motoman up6型通用工業(yè)機器人技術參數0. 4. 4 motoman ea1400型弧焊機器人技術參數 第一章機器人運動學1.1齊次坐標與動系位姿矩陣1.1.1齊次坐標1. 1. 2動系的位姿表示1.2齊次變換1.2. 1旋轉的齊次變換1.2.2平移的齊次變換1.2.3復合變換1.3機器人的位姿分析1.3. 1桿件坐標系的建立1.3.2連桿坐標系間的變換矩陣1.4機器人正向運動學1.4.1斯坦福機器人運動方程1.

20、4.2 pl'ma-560機器人運動學方程1.5機器人逆向運動學1. 5. 1逆向運動學的解1.5.2逆向運動學求解實例第二章機器人動力學2.1機器人雅可比的定義2. 2機器人速度分析第三章機器人軌跡規(guī)劃3.1機器人軌跡規(guī)劃概述3. 1. 1機器人軌跡的概念3.1.2軌跡規(guī)劃的一般性問題3. 1. 3軌跡的生成方式3.1.4軌跡規(guī)劃涉及的主要問題3. 2插補方式分類與軌跡控制3. 2. 1插補方式分類3. 2. 2機器人軌跡控制過程3.3機器人軌跡插值計算3. 3. 1直線插補3. 3. 2圓弧插補3. 3. 3定時插補與定距插補3. 3.4.關節(jié)空間插補3. 4機器人手部路徑的軌跡規(guī)

21、劃3.4. 1操作對象的描述3. 4. 2作業(yè)的描述第四章機器人本體基本結構4.1概述4. 1. 1機器人本體的基本結構形式4. 1. 2機器人本體材料的選擇4. 2機身及臂部結構4. 2.1機器人機身結構基本形式和特點4.2.2機器人臂部結構基本形式和特點4. 2. 3機器人的平穩(wěn)性和臂桿平衡方法4. 3腕部及手部結構4. 3. 1機器人腕部結構基本形式和特點4. 3. 2機器人手部結構基本形式和特點4. 4傳動及行走機構4. 4. 1機器人傳動機構結構基本形式和特點4. 4. 2機器人行走機構結構基本形式和特點第五章機器人控制系統51機器人傳感器5.2驅動與運動控制系統5.3控制理論與算法

22、第六章機器人編程語言與離線編程第七章工業(yè)機器人工作站及生產線7.1焊接機器人7. 2搬運碼垛機器人7. 3噴涂機器人7. 4裝配機器人第八章操縱型機器人簡介第九章智能機器人簡介四、實踐環(huán)節(jié)（一）課內實驗工業(yè)機器人實驗安排在課程內，開設3個實驗:2學時2學時4學時1. 慧魚機器人模型組裝綜合實驗2. motoman機器人認知實驗3. motoman機器人焊槍動作與編程實驗（二）選作實驗1. 機器人關節(jié)控制與循壞實驗；2.慧魚機器人創(chuàng)新實驗。五、課外習題及課程討論為達到本課程的教學基本要求，課外習題不應少于8題。六、教學方法與手段本課程采用板書與多媒體課件結合的方式進行課堂教學。七、各教學環(huán)節(jié)學時

23、分配章節(jié)（或內容）講課習題課討論課實驗其它合計緒論4機器人運動學、動力學5機器人本體結構6機器人軌跡規(guī)劃32控制系統與編程語言32工業(yè)機器人、操縱型、智能機器人簡介34合計24832八、考核方式本課程為考核課程，期末考試可為閉卷筆試，也可為課程大作業(yè)。學生的課程總評成績由平時成績（占10%）、實驗成績占（占20%）和期末考試成績（占70%）三部分構成，平時 成績?yōu)槌銮?、作業(yè)、課堂測驗、學習主動性等。九、推薦教材和教學參考書教材：機器人技術基礎，劉極峰主編，高等教育出版社，2006參考書：1. 機器人技術基礎.熊有倫編武漢：華中理工大學出版社,19962. 工業(yè)機器人應用工程，余達太，馬香峰等著

24、.北京：冶金工業(yè)出版社,19993. 關節(jié)型機器人.殷際英，何廣平編著.北京：化工工業(yè)出版社,1994十、說明任課教師應根據教學人綱的要求，認真研究和精選教學內容，組織好課堂教學及實踐環(huán) 節(jié)，確保教學大綱得以貫徹執(zhí)行。大綱制訂人：劉極峰大綱審定人：閆華制訂日期：2006年12月課程編號：0803701002課程名稱：工業(yè)機器人英文名稱：industrial robot課程類型：專業(yè)任選課課程屬性：課內實驗總學時：32 總學分:2 實驗學時：8開設學期：第7學期適用專業(yè)：四年制機械設計制造及其自動化專業(yè)（制造技術方向、機械電子工程方向）一、實驗教學目標與基本要求工業(yè)機器人課程實驗是工業(yè)機器人課程的實踐環(huán)節(jié)。它涉及自動控制、計算機、 傳感器、人工智能、電子技術和機械工程等多種學科的內容，是機電專業(yè)本科生的一門專業(yè) 必修課程