[工學(xué)]《工業(yè)機(jī)器人》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、.六自由度工業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)2011前 言T 6-DOF工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)是專(zhuān)門(mén)為普通工業(yè)需要設(shè)計(jì)，同時(shí)也滿(mǎn)足大中專(zhuān)院校、職業(yè)培訓(xùn)技術(shù)機(jī)構(gòu)教學(xué)與研究目的而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的開(kāi)放式、高精度、工業(yè)化多自由度機(jī)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(kāi)放的設(shè)計(jì)形式也滿(mǎn)足機(jī)械制造及其自動(dòng)化、機(jī)械電子工程、機(jī)械設(shè)計(jì)與理論、自動(dòng)控制等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)、研究和培訓(xùn)。系統(tǒng)特點(diǎn),結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高, 控制系統(tǒng)軟件平臺(tái)采用專(zhuān)用的工業(yè)機(jī)器人平臺(tái)軟件，機(jī)器人語(yǔ)言編程系統(tǒng)全面開(kāi)放，用戶(hù)可根據(jù)需要進(jìn)行機(jī)器人專(zhuān)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā),工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，平臺(tái)關(guān)鍵零部件全部選用工業(yè)級(jí)部件，可同時(shí)兼顧教學(xué)和實(shí)訓(xùn)。實(shí)驗(yàn)一 工業(yè)機(jī)器人認(rèn)識(shí)一、實(shí)驗(yàn)

2、目的了解6自由度工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)，工作原理，并初步掌握操作。二、基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人是工業(yè)制造及物流自動(dòng)化中的重要裝置之一，是當(dāng)今世界新技術(shù)革命的一個(gè)重要標(biāo)志。工業(yè)機(jī)器人是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它大體上分解為四個(gè)部分：機(jī)器人本體、末端執(zhí)行器、傳感器和控制器。2.1工業(yè)機(jī)器人的工作原理工業(yè)機(jī)器人是一種生產(chǎn)裝備。機(jī)器人的基本功能是提供其作業(yè)所須的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。基本工作原理是通過(guò)操作機(jī)上的各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)手部作業(yè)的動(dòng)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(jī)器人與機(jī)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(jī)床在加工過(guò)程中，刀具相對(duì)工件有位姿變化要求

3、，機(jī)器人的手部在作業(yè)過(guò)程中相對(duì)機(jī)座也有位姿變化的要求。 (2)二者都是通過(guò)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)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(jī)床以按直角坐標(biāo)形式運(yùn)動(dòng)為主，而機(jī)器人以按關(guān)節(jié)形式運(yùn)動(dòng)為主；機(jī)床對(duì)剛度、精度要求很高，其靈活性相對(duì)較低；而機(jī)器人對(duì)靈活性要求很高，其剛度、精度相對(duì)要低。2.2工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成工業(yè)機(jī)器人由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)單元、控制裝置、智能系統(tǒng)四部分組成。2.2.1、執(zhí)行機(jī)構(gòu) 操作機(jī)是機(jī)器人賴(lài)以完成工作任務(wù)的實(shí)體，通常由桿件相關(guān)節(jié)組成。從功能的角度，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為：手部、腕部、臂部、腰部和基座等。(1)手部 手部又稱(chēng)末端執(zhí)行器，是工業(yè)機(jī)器人直接進(jìn)行工作的部分和各種夾持器。有時(shí)人

4、們也常把諸如電焊槍、油漆噴頭等劃作機(jī)器人的手部。(2)腕部 腕部與手部相連，通常有3個(gè)自由度，多為輪系結(jié)構(gòu)，主要功用是帶動(dòng)手部完成預(yù)定姿態(tài)，是操作機(jī)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(gè)臂桿(小臂和大臂)組成，用以帶動(dòng)胸部作平面運(yùn)動(dòng)。(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(yùn)動(dòng)再加上臀部的平面運(yùn)動(dòng)，就能使腰部作空間運(yùn)動(dòng)。腰部是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件，它的制造誤差、運(yùn)動(dòng)精度和平穩(wěn)性，對(duì)機(jī)器人的定位精度有決定性的影響。(5)基座 基座是整個(gè)機(jī)器人的支持部分，有固定式和移動(dòng)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(dòng)單元 

5、60; 由驅(qū)動(dòng)裝置（如電動(dòng)機(jī)、液壓或氣壓裝置）、減速器和內(nèi)部檢測(cè)元件等組成，為操作機(jī)各運(yùn)動(dòng)部件提供動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。2.2.3、控制裝置   由檢測(cè)和控制兩部分組成，用來(lái)控制驅(qū)動(dòng)單元，檢測(cè)其運(yùn)動(dòng)參數(shù)并進(jìn)行反饋。2.2.4、智能系統(tǒng) 是目前機(jī)器人系統(tǒng)中一個(gè)不夠完善但發(fā)展很快的子系統(tǒng)。它可分為兩個(gè)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(lèi)傳感器)實(shí)現(xiàn)；后者主要靠軟件。三、實(shí)驗(yàn)操作步驟1、示教前的準(zhǔn)備系統(tǒng)急停1）、把控制柜右側(cè)的斷路器打開(kāi)，打開(kāi)控制柜正面的急停開(kāi)關(guān)，按啟伺服啟動(dòng)按鈕，進(jìn)入機(jī)器人控制軟件界面。伺服驅(qū)動(dòng) 2)、進(jìn)入軟件界面后，在單機(jī)模式下，首先讓機(jī)器人做回零動(dòng)作，

6、保證它在安全位置。3)、創(chuàng)建程序名。（1）點(diǎn)擊文件中帶txt后綴的地方，在彈出的對(duì)話(huà)框中，把原來(lái)的名稱(chēng)更改成自己想創(chuàng)建的名稱(chēng)（但名稱(chēng)只能用數(shù)字或英文字母），后綴請(qǐng)不要改變。（2）按對(duì)話(huà)框中的 確定 鍵，程序名已經(jīng)創(chuàng)建，但此時(shí)如果想要在此文件名下編輯程序，請(qǐng)點(diǎn)擊旁邊的打開(kāi)文件。（3）打開(kāi)文件后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)空的編輯表格，此時(shí)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(biāo)，最好就用零點(diǎn)位置做為第一點(diǎn)。 （2）、接下來(lái)可以移動(dòng)機(jī)器人到另一個(gè)位置（移動(dòng)機(jī)器人是速度可以更改），選擇界面上的【記錄】，這時(shí)第二點(diǎn)的位置就已經(jīng)記錄好了。 （3）、每移動(dòng)一個(gè)想要的

7、位置后，請(qǐng)做一次【記錄】，在移動(dòng)位置時(shí)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(gè)位置想要輸出一個(gè)夾具夾緊或松開(kāi)的信號(hào)，可以在示教列表操作處點(diǎn)擊夾緊或松開(kāi)的按鈕，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記住剛點(diǎn)擊的夾緊或松開(kāi)信號(hào)。 （5）、編程中在某一個(gè)位置需要做延時(shí)處理時(shí)，先把示教列表操作處延時(shí)后面的時(shí)間數(shù)值更改成您需要的時(shí)間，再點(diǎn)擊延時(shí)按鈕，這時(shí)在此位置已經(jīng)記錄了一個(gè)延時(shí)時(shí)間。（6）、在編程中某一個(gè)位置輸出一個(gè)夾緊或松開(kāi)的信號(hào)，在輸出信號(hào)前和后都可以插入一個(gè)延時(shí)時(shí)間。插入動(dòng)作之前的話(huà)就是先有延時(shí)再有動(dòng)作，插入動(dòng)作之后的話(huà)就是先有動(dòng)作再有延時(shí)。（7）、編輯機(jī)器人動(dòng)作時(shí)，動(dòng)作中的最后一點(diǎn)位置要能安全的回到程序的

8、第一位置。（8）、完成一個(gè)動(dòng)作編程后，可以點(diǎn)擊示教列表操作處的回放，此時(shí)機(jī)器人就按照剛編輯的程序來(lái)運(yùn)動(dòng)。程序是把機(jī)器人的作業(yè)內(nèi)容用機(jī)器人語(yǔ)言加以描述的作業(yè)程序?，F(xiàn)在我們?cè)跈C(jī)器人的正前方放一個(gè)水晶塊（高度和機(jī)器人手臂的高度差不多，且把放水晶塊的地方做一個(gè)標(biāo)記），請(qǐng)把水晶塊放在一個(gè)平面上，機(jī)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(lái)一定的高度，延時(shí)10秒后再放回原位，機(jī)器人抬起來(lái)后安全的回到零點(diǎn)位置。此動(dòng)作大概需要1-10個(gè)點(diǎn)的動(dòng)作。程序點(diǎn) 1 就為機(jī)器人的零點(diǎn)位置，點(diǎn)擊控制軟件上的回零按鈕讓機(jī)器人回到零點(diǎn)位置（點(diǎn)擊回零前請(qǐng)確保機(jī)器人能安全回到零點(diǎn)），并點(diǎn)擊【記錄】。

9、程序點(diǎn) 2 在關(guān)節(jié)模式下（速度設(shè)為5.0），轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器人的第6軸（J6+或J6-）使機(jī)器人的夾具張開(kāi)位置朝水晶塊的方向，再把速度設(shè)置為（10）并點(diǎn)擊【記錄】 . 程序點(diǎn) 3 把控制模式設(shè)置為直角模式，點(diǎn)擊X+/X-使機(jī)器人向水晶塊的方向運(yùn)動(dòng)，走到水晶塊的正上方，并點(diǎn)擊【記錄】 程序點(diǎn) 4還是在直角坐標(biāo)模式下，點(diǎn)擊Z-使機(jī)器人向下走（此時(shí)請(qǐng)保證機(jī)器人下來(lái)時(shí)不會(huì)碰到水晶塊），機(jī)器人向下走到水晶塊的五分子二的位置，在此位置，點(diǎn)擊【記錄】程序點(diǎn) 5把控制軟件中的延時(shí)時(shí)間更改為T(mén)#2S，點(diǎn)擊延時(shí)按鈕。 程序點(diǎn) 6再點(diǎn)擊夾緊按鈕再把延時(shí)時(shí)間更改為T(mén)#3S，再點(diǎn)擊延時(shí)。 程序點(diǎn) 7在直角模式下，點(diǎn)擊Z+使機(jī)器

10、人抬高大概20CM的高度的位置，并點(diǎn)擊【記錄】，再把延時(shí)時(shí)間更改為T(mén)#10S，點(diǎn)擊延時(shí)按鈕。程序點(diǎn) 8在直角模式下，點(diǎn)擊Z-使機(jī)器人下降到水晶塊離桌面很近的位置，并點(diǎn)擊【記錄】。程序點(diǎn) 9在直角模式下，點(diǎn)擊Z+使機(jī)器人抬高大概20CM的高度的位置，并做【記錄】，再把延時(shí)時(shí)間更改為T(mén)#5S，點(diǎn)擊延時(shí)按鈕。程序點(diǎn) 10切換到關(guān)節(jié)模式下，點(diǎn)擊回零使機(jī)器人回到零點(diǎn)的位置（請(qǐng)確保機(jī)器人能安全回到零點(diǎn)），并點(diǎn)擊【記錄】。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 通過(guò)接觸實(shí)際工業(yè)機(jī)器人，根據(jù)所學(xué)的知識(shí)請(qǐng)?jiān)敿?xì)描述，該6自由度工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，工作原理，手部的設(shè)計(jì)，并說(shuō)明自己在進(jìn)行實(shí)際操作時(shí)的步驟及遇到的問(wèn)題以及自己的想法。實(shí)驗(yàn)二 機(jī)

11、器人示教編程與再現(xiàn)控制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)本次試驗(yàn)，掌握6自由度工業(yè)機(jī)器人的示教編程與再現(xiàn)控制。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.1 示教的基本步驟2.1.1 示教前的準(zhǔn)備工作開(kāi)始示教前，請(qǐng)做以下準(zhǔn)備：開(kāi)啟電源，進(jìn)入機(jī)器人控制程序；輸入程序名。1進(jìn)入機(jī)器人控制程 序。2點(diǎn)擊示教列表操作 區(qū)的“文件”后面的編 輯框，在屏幕軟件盤(pán) 上，輸入一個(gè)未曾示教 過(guò)的文件名稱(chēng)。3此時(shí)示教盒功能區(qū) 會(huì)顯示一個(gè)未曾被紀(jì) 錄的空文件命令列表。2.1.2 示教的基本步驟為了使機(jī)器人能夠進(jìn)行再現(xiàn)，就必須把機(jī)器人運(yùn)動(dòng)命令編成程序。 控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的命令 就是移動(dòng)命令。在移動(dòng)命令中，記錄有移動(dòng)到的位置、插補(bǔ)方式、再現(xiàn)速度等。上述命令解釋如下：

12、2.1.2.1 示教一個(gè)程序在示教從上一程序點(diǎn)到下一個(gè)程序點(diǎn)的過(guò)程中，不能切換不同的坐標(biāo)系進(jìn)行。否則記錄會(huì)造成機(jī)器人運(yùn)動(dòng)異常。程序是把機(jī)器人的作業(yè)內(nèi)容用機(jī)器人語(yǔ)言加以描述的作業(yè)程序?，F(xiàn)在我們來(lái)為機(jī)器人輸入以下從工件A 點(diǎn)到B 點(diǎn)的加工程序，此程序由1 至6 的6 個(gè)程序 點(diǎn)組成。確保自己和機(jī)器人之間的安全距離在這里，沒(méi)有進(jìn)行抓取或者焊接等實(shí)際操作。2.1.2.2 程序點(diǎn) 1 - 開(kāi)始位置把機(jī)器人移動(dòng)到完全離開(kāi)周邊物體的位置，輸入程序點(diǎn) 1。 (一般情況下可以讓機(jī)器人在此位置選擇為機(jī)器人的“回零”操作位)。 也就是程序啟動(dòng)后，伺服準(zhǔn)備好。點(diǎn)擊“手動(dòng)操作”功能區(qū)的“回零 按鈕”。1. 點(diǎn)擊“回零”

13、按鈕，確保機(jī)器人回零就緒，記錄此位置。2設(shè)置機(jī)器人運(yùn)行速度。不論在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系還是在直角坐標(biāo)系模式下面，均可以通過(guò)設(shè)置“關(guān) 節(jié)參數(shù)”功能區(qū)的步長(zhǎng)及速度指令進(jìn)行運(yùn)行步長(zhǎng)和速度設(shè)置。*;關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下的步長(zhǎng)和速度設(shè)置直角坐標(biāo)系下的速度設(shè)置3用軸操作鍵把機(jī)器人移動(dòng)到開(kāi)始位置，開(kāi)始位置請(qǐng)?jiān)O(shè)置在安全并適合作業(yè)準(zhǔn)備的位置。4點(diǎn)擊“示教列表操作”區(qū)的“紀(jì)錄”按鈕，記錄該點(diǎn)。2.1.2.3 程序點(diǎn) 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(jī)器人可以抓取工件的姿態(tài)，必須選取機(jī)器人接近工件時(shí)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(diǎn)擊“示教列表操作”區(qū)的“紀(jì)錄”按鈕，記錄該

14、點(diǎn)。2.1.2.4 程序點(diǎn) 3 - 抓取位置保持程序點(diǎn) 2 的姿態(tài)，移到抓取位置，點(diǎn)擊“夾緊”。1. 設(shè)置運(yùn)行速度，接近抓取位置可以選擇較低速度。關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下的步長(zhǎng)和速度設(shè)置直角坐標(biāo)系下的速度設(shè)置2用軸操作鍵， 接近夾取點(diǎn)過(guò)程中，建議采用直角坐標(biāo)模式。3在從程序2點(diǎn)到程序3點(diǎn)的過(guò)程中，為了保證空間直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，可以采用直角坐標(biāo)系來(lái)示教該過(guò)程，并在記錄程序4點(diǎn)的時(shí)候采用直角坐標(biāo)模式。3點(diǎn)擊“示教列表操作”區(qū)的“紀(jì)錄”按鈕，記錄該點(diǎn)。2.1.2.5 程序點(diǎn) 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(yùn)行速度，接近抓取位置可以選擇較低速度。關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下的步長(zhǎng)和速度設(shè)置 直角坐標(biāo)系下

15、的速度設(shè)置1 用軸操作鍵把機(jī)器人移到抓取位置附近。移動(dòng)時(shí)，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(diǎn)2 在同一位置也沒(méi)關(guān)系）。3在從程序3點(diǎn)到程序4點(diǎn)的過(guò)程中，為了保證空間直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，可以采用直角坐標(biāo)系來(lái)示教該過(guò)程， 并在記錄程序4點(diǎn)的時(shí)候采用直角坐標(biāo)模式。4點(diǎn)擊“示教列表操作”區(qū)的“紀(jì)錄”按鈕，記錄該點(diǎn)。2.1.2.6 程序點(diǎn) 5 - 同程序點(diǎn) 1按照程序點(diǎn) 1 進(jìn)行操作。 點(diǎn)擊“回零”按鈕，并記錄回零位置。2.1.2.7 程序點(diǎn) 6 - 放置位置附近 (放置前)決定放置姿態(tài)。1在從程序 4 點(diǎn)到程序 5 點(diǎn)的過(guò)程中可以采用較高速度。關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下的步長(zhǎng)和速

16、度設(shè)置直角坐標(biāo)系下的速度設(shè)置2. 用軸操作鍵設(shè)定機(jī)器人能夠放置工件的姿態(tài)。在機(jī)器人接近工作臺(tái)時(shí)，要選擇把持的工件和 堆積的工件不干涉的場(chǎng)所，并決定位置（通常，在放置輔助位置的正上方）。3點(diǎn)擊“示教列表操作”區(qū)的“紀(jì)錄”按鈕，記錄該點(diǎn)。2.1.2.8 程序點(diǎn) 7 - 放置輔助位置決定為了進(jìn)行放置的輔助位置。1. 在從程序 4 點(diǎn)到程序 5 點(diǎn)的過(guò)程中采用較底速度。關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下的步長(zhǎng)和速度設(shè)置直角坐標(biāo)系下的速度設(shè)置2從程序點(diǎn)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(shí)為了避開(kāi)干涉，要設(shè)一個(gè)輔助位置，姿態(tài)和程序點(diǎn)6 相同。3點(diǎn)擊“示教列表操作”區(qū)的“紀(jì)錄”按鈕，記錄該點(diǎn)。2.

17、1.2.9 程序點(diǎn) 8 - 放置位置保持程序點(diǎn) 7 的姿態(tài)移到放置位置，點(diǎn)擊“松開(kāi)”按鈕，釋放工件。1. 在從程序 7 點(diǎn)到程序 8 點(diǎn)的過(guò)程中采用較低速度。關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下的步長(zhǎng)和速度設(shè)置直角坐標(biāo)系下的速度設(shè)置2 移動(dòng)到程序點(diǎn) 8 之后，點(diǎn)擊“松開(kāi)”按鈕，釋放工件。3 用軸操作鍵把機(jī)器人移到放置位置，這時(shí)請(qǐng)保持程序點(diǎn)7 的姿態(tài)不變。4點(diǎn)擊“示教列表操作”區(qū)的“紀(jì)錄”按鈕，記錄該點(diǎn)。2.1.2.10 程序點(diǎn) 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(diǎn)到程序 9 點(diǎn)的過(guò)程中可以采用中等速度。關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下的步長(zhǎng)和速度設(shè)置直角坐標(biāo)系下的速度設(shè)置2用軸操作鍵把機(jī)器人移到放置位置附近。移動(dòng)時(shí)，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(diǎn)擊“示教列表操作”區(qū)的“紀(jì)錄”按鈕，記錄該點(diǎn)。2.1.2.11 最初的程序點(diǎn)和最后的程序點(diǎn)重合現(xiàn)在，機(jī)器人停在程序點(diǎn) 1 附近的程序點(diǎn) 6 處。如果能從焊接結(jié)束位置的程序點(diǎn)5 直接移動(dòng)到程序點(diǎn)1 的位置，就可以立刻開(kāi)始下一個(gè)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(diǎn)6 與最初位置的程序點(diǎn)1 設(shè)在同一個(gè)位置。由于在實(shí)驗(yàn)一中我們建議選擇“回零”位置作為第一個(gè)程序點(diǎn)，在此，只需要 點(diǎn)擊“手動(dòng)操作”功能區(qū)的“回零”按鈕，機(jī)器人就可以自動(dòng)返回程序一點(diǎn)，然后