工業(yè)機器人剖析

1、總評成績:機器人應用技術實驗報告專業(yè)：機電一體化班級：機電141班學號：140212107姓名：劉宗成河南工學院 機電工程系實驗一工業(yè)機器人機械結構實驗目的：1、認識機器人的基本結構和組成2、熟悉工業(yè)機器人基本工作原理3、了解工業(yè)機器人技術參數(shù)實驗原理：六自由度機械手本體結構圖實驗器材：1、FANUC M-6i六自由度機械手二臺2、 FANUC M-6iB 六自由度機械手一臺3、 ABB IRB-2400 六自由度機械手一臺4、實驗設備使用說明書各一本實驗步驟：1、學習ABB和FANUC六自由度機械手基本構成控制柜與機械本體2、學習六自由度機械手本體各關節(jié)的作用3、學習六自由度機械手本體中定位

2、關節(jié)與姿態(tài)關節(jié)4、學習六自由度機械手本體各關節(jié)驅動機構與傳動機構5、學習典型工業(yè)機器人機械本體質量分布，以及各關節(jié)中質量平衡和力矩平衡6、學習六自由度機械手各關節(jié)運動范圍及運動速度控制7、學習工業(yè)機器人重復定位精度的定義，并且了解相應機器人的重復定位精度8、學習工業(yè)機器人最大負載9、學習工業(yè)機器人最大運動范圍實驗報告：課后每位同學按照要求完成實驗報告。思考題 ：1、畫出六自由度機械手的結構簡圖2、分析各關節(jié)機械手臂的運動范圍注意事項：1、實驗開始之前認真學習工業(yè)機器人機械本體結構。2、實驗過程認真閱讀實驗設備說明書。實驗報告實驗名稱機電141班姓名劉宗成140212107工業(yè)機器人機械結構1、

3、六自由度機械手主要由手部和運動機構主城2、六自由度機械手手部是用來抓持工件，運動機構使手部完成各種規(guī)定的動作改 變被抓持物件的位置。3、六自由度機械手本體中定位關節(jié)與姿態(tài)關節(jié)4、六自由度機械手本體各關節(jié)驅動機構大致可分為液壓、氣壓、電動、和機械、 動四類。傳動機構主要有渦輪蝸桿傳動、行星輪系傳動、鏈傳動、帶傳動等5、FANUC M-6i六自由度機械手各關節(jié)運動范圍及運動速度控制運動范圍最大運動速度J1回轉330120/sJ2立臂210120/sJ3橫臂299120/sJ4腕380360/sJ5腕擺280360/sJ6腕傳640450/s實 驗 內 容 與 過 程 分 析6、工業(yè)機器人重復定位精

4、度是指機器人末端執(zhí)行器為重復達到同一目標位置而實際達到位置之間的接近程度，F(xiàn)ANUC M-6i六自由度機械手重復定位精度為土7、工業(yè)機器人最大負載為 6KG8、工業(yè)機器人最大運動范圍附：六自由度機械手的結構簡圖1368mm。0.1mm。實驗二機器人運動學實驗實驗目的：1、了解四自由機械臂的開鏈結構2、掌握機械臂運動關節(jié)之間的坐標變換原理3、學會機器人運動方程的正反解方法實驗原理：機器人運動學只涉及到物體的運動規(guī)律，不考慮產生運動的力和力矩。機器人正 運動學所研究的內容是： 給定機器人各關節(jié)的角度或位移， 求解計算機器人末端執(zhí)行器相對 于參考坐標系的位置和姿態(tài)問題。各連桿變換矩陣相乘，可得到機器

5、人末端執(zhí)行器的位姿方程（正運動學方程）為：T4 = A A2 A3 A4=nxnynz°OxOyOz0axayaz0PxPyPz1a， y向矢量的方向從一個n，n = 0 a。其中：z向矢量處于手爪入物體的方向上，稱之為接近矢量指尖指向另一個指尖， 處于規(guī)定手爪方向上， 稱為方向矢量0 ；最后一個矢量叫法線矢量 它與矢量0和矢量a一起構成一個右手矢量集合，并由矢量的叉乘所規(guī)定：上式表示了機器人變換矩陣°T4，它描述了末端連桿坐標系 4相對基坐標系0的位姿，是機械手運動分析和綜合的基礎。實驗器材：1、RBT-4T03S 機器人一臺；2、RBT-4T03S機器人控制柜一臺；3、

6、裝有運動控制卡和控制軟件的計算機一臺。實驗步驟：1、根據(jù)機器人坐標系的建立中得出的A矩陣，相乘后得到 T矩陣，根據(jù)一一對應的關系，寫出機器人正解的運算公式，并填入表6-1中；表6-1機器人的正運動學的參數(shù)參數(shù)計算公式nxnynzOxOyOzaxayazPxPyPz2、將變量ti1 =10, i = - 15,d3 = -23,-"4 =45這組數(shù)據(jù)帶入表6-2中，求出各個分量的值，填入表6-2中；表6-2機器人正運動學輸入和輸出參數(shù)輸入值0i10日2-15d3230445輸出值nxoxaxPxnyoyaypynzozazpz3、運行機器人控制軟件，點擊“正運動學分析”按鈕，出現(xiàn)如圖6

7、-1所示界面，輸入各個關節(jié)的變量值，點擊“計算”按鈕，各個參數(shù)的值顯示在相應的框內；正運動學分析輸入關節(jié)角度 關節(jié)I輸入角度0 1： 關節(jié)II輸入角度日2： 關節(jié)m輸入距離13 關節(jié)【¥輸入角度0 4:0輸入范圉：旳度輸入范圉：'90-50度輸入范圃：'48-2毫米 輸入范圍：-iaa130度NS0Y0ZATAZi 4退出計算圖6-1機器人正運動學分析界面4、將計算的值和控制系統(tǒng)軟件計算出的值相比較，比較結果是否一致，如果不一致請您分析原因。實驗報告：課后每位同學按照要求完成實驗報告。思考題 ：1、對于機器人來說，笛卡爾的坐標原點選擇的不同，會對正運動學運算產生什么樣

8、的影響？注意事項：1、在老師的指導下進行實驗；2、機器人上電后，身體的任何部位不要進入機器人運動可達范圍之內；3、機器人運動不正常時，及時按下控制柜的急停開關；實驗名稱機器人運動學實驗實驗報告實驗內容：1、了解四自由機械臂的開鏈結構2、掌握機械臂運動關節(jié)之間的坐標變換原理3、學會機器人運動方程的正反解方法班 級機電141班姓名劉宗成學號 140212107過程分析：1.根據(jù)機器人坐標系的建立中得出的A矩陣，相乘后得到T矩陣，根據(jù)一一對應的關系,寫出機器人正解的運算公式，并填入表6-1中；實 驗 內 容 與 過 程 分 析參數(shù)計算公式nx“x = GC2C4 S|S2Q GS2S4 S1C2S4

9、nyn=SC2 C4*C1S2 C4 S1S2 S4+C1C2 S4nz0OxOx = C1C2S4 + S1S2S4 C1S2C4 S1 C2C4OyOy = S C2S4 GS2S4 S1S2C4 + G C2C4Oz0ax0ay0az1PxPx =&C2（l2 +1 4） S1S2（l2 +14） + 61PyPy =®C2（l2 +I4） +GS2U2 +14）+ 和1PzPz = l° 丨3 + d3表6-1機器人的正運動學的參數(shù)表6-32將變量日1 =10,日2 = -15,d3 = -23，E =45這組數(shù)據(jù)帶入表6-2中，求出各個分量的值，填入表6-

10、2中;表6-2機器人正運動學輸入和輸出參數(shù)表輸入值011002-15d323日445輸出值nx0.766044ox-0.642788ax0px384.360023ny0.642788oy0.766044ay0py15.736317nz0oz0az1pz1833. 運行機器人控制軟件，點擊“正運動學分析”按鈕，出現(xiàn)如圖6-1所示界面，輸入各個關節(jié)的變量值，點擊“計算”按鈕，各個參數(shù)的值顯示在相應的框內;實 驗 內 容 與 過 程 分 析圖6-1機器人正運動學分析界面4將計算的值和控制系統(tǒng)軟件計算出的值相比較，比較結果是否一致，如果不一致請您分析原因。實驗三 機器人動力學軟件仿真實驗目的 ：1、機

11、器人動力學方程建立2、機器人系統(tǒng)動力性能分析實驗原理：以六自由度工業(yè)機器人為實驗對象， 運用牛頓 -歐拉地推算法對機器人進行動力學分析，通過建立逆運動學方程，并用 ADAMS 軟件建立了機器人的動力學仿真模型，進行 機械手的動力分析。實驗器材：1 、計算機一臺2、 ADAMS 仿真軟件一套實驗步驟：1、按照實驗要求建立運動模型2、進行運動模型分析3、運用牛頓 -歐拉遞推法對機器人進行動力學分析實驗報告思考題：課后每位同學按照要求完成實驗報告。： 1、建立六自由度機械手動力模型過程2、簡述動力分析過程3、試分析各轉動關節(jié)之間動力變化4、試分析末端執(zhí)行器對機械本體動力影響注意事項：1、實驗開始之前

12、認真學習相關軟件。2、實驗過程中注意模型建立及時與指導老師交流。3、實驗結束后正確關閉相關軟件和計算機并清理使用的實驗工位實驗報告實驗名稱機器人動力學軟件仿真成績班級機電141班姓名劉宗成學號140212107日期實 驗 內容與 過 程分 析ADAMS軟件建立了機器人的動力學仿真設計步驟（1）創(chuàng)建優(yōu)化變量，每次選用一個關節(jié)驅動力矩作為優(yōu)化變量，如求解的關節(jié)的驅動力矩（2） 在模型中對各個關節(jié)施加運動驅動，利用設計變量修改驅動函數(shù)（3）建立驅動力矩測量圖表（4）進行設計研究、DOE實驗和變量的敏感性研究,確定合理的優(yōu)化設計初始值（5）修改設計變量，給定初始值后，限制各變量范圍，使得各關節(jié)的角速度

13、和加速度滿足表 中取值要求（6） 確定搜索某個目標函數(shù)的情況 ，決定是否搜索目標函數(shù)的最大值或者最小值，此處為 搜索該關節(jié)驅動力矩的最大值（7）選擇最大重復次數(shù)和求解精度（8）開始對這個目標進行搜索（9）若結果滿意，則搜索下一目標本研究從機器人動力學參數(shù)設計角度出發(fā)，利用動力學仿真軟件 ADAMS!立了一套完整的設計過程的方法，在進行動力學仿真過程中，采用無路徑的搜索方法，在全部的機器人 工作空間內進行搜索，最終求取機器人關節(jié)的力矩極限值。與以往的簡化設計方法相比，提高了機器人系統(tǒng)的設計精度，很好地解決了機器人本體設計中參數(shù)無法精確確定的難題，因此對于快速、準確地開發(fā)機器人本體、提高機器人性能

14、具有重要意義實驗四機器人傳感器實驗實驗目的：1、掌握機器人各種傳感器工作原理。2、熟練傳感器安裝。3、熟練掌握傳感器使用方法。實驗原理：各種傳感器的工作原理。實驗器材：1、工業(yè)機器人組裝套件一套2、紅外傳感器二對3、碰撞傳感器4個4、五金工具一套5、萬用表1只實驗步驟：1、紅外傳感器工作原理分析2、紅外傳感器安裝，紅外傳感器的插針是有方向性的，安裝時應注意方向。3、進行傳感器控制編程編4、連接電腦和控制器進行機器人調試5、實驗觀察6、碰撞傳感器工作原理。7、碰撞傳感器安裝8、實驗觀察實驗報告：課后每位同學按照要求完成實驗報告。思考題 ：1、工業(yè)機器人套件安裝順序2、傳感器在機電控制系統(tǒng)中的作用

15、3、在實驗過程中傳感器對機器人影響注意事項：1、運行前充飽電，能使機器人運行效果更好。2、輕拿輕放機器人，防止摔落地面。3、免提持、拉扯、捧托碰撞環(huán)。4、實驗報告實驗名稱機器人傳感器實驗成績班級機電141班姓名劉宗成學號140212107日期實 驗 內 容 與 過 程 分 析1、紅外傳感器工作原理分析紅外線傳感器是利用紅外線的物理性質來進行測量的傳感器。紅外線具有反 射、折射、散射、干涉、吸收等性質。任何物質，只要它本身具有一定 度（咼于絕對零度），都能輻射紅外線。2、紅外傳感器安裝，紅外傳感器的插針是有方向性的，安裝時應注意方向。3、工業(yè)機器人套件安裝順序（1）手部機構與活塞（2）旋轉機構（

16、3）俯仰機構（4）搖擺機構（5）液壓泵俯仰機構4、傳感器為推動機器人產業(yè)快速有序發(fā)展立下了汗馬功勞。傳感器是用來檢 測機器人自身的工作狀態(tài)，以及機器人智能探測外部工作環(huán)境和對象狀態(tài)的 核心部件。能感受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號。 傳感器使得機器人更具有感知功能，能夠實現(xiàn)更加復雜的分析和更好的完成工 作,大大改善機器人工作狀況。實驗五電機控制實驗實驗目的：1、掌握步進電機工作原理2、熟悉對步進電機轉向、速度、行程進行控制的方法3、了解常見的微型步進電機驅動器實驗原理：PQ1/AD1XTAL2P0 3ZADGPO 4ZAD4RSTP07/WP2.倔P2 2/A1DPSENPJ

17、STAIILEP2.47A12EAP2.S/A13 陀紳P2.7/A15P1.0ra.cmcDP1 1P3J/TXDP1.2P3.2nmP1.3P3.31NT1Pt4P9SPUP3.5)T1P1.EP3.EWRP1.7P3.7 価1牛 丄idd 亠士丄丄丄厶耳電動機正反轉互鎖控制電氣原理圖實驗器材：1、計算機一臺2、proteus仿真軟件一套3、keil軟件一套實驗步驟：1、分析步進電機（四相四線）工作原理2、在proteus中繪制步進電機（四相四線）控制原理電路圖3、 根據(jù)控制原理電路圖在keil中編寫相關控制程序4、使用proteus進行程序和電路原理仿真5、觀察系統(tǒng)運行仿真結果6、對比步

18、進電機四相四拍和四項八拍運行方式的仿真結果7、整理實驗資料，正確填寫實驗報告 實驗報告：課后每位同學按照要求完成實驗報告。思考題 ：1、畫出完整電氣原理圖3、簡述步進電機工作原理4、繪制四相四線步進電機控制時序圖（四相四拍）5、試分析步進電機的運行速度、行程和脈沖頻率、數(shù)量、工作方式之間的關系注意事項：1、實驗開始之前認真檢查相關軟件是否正確安裝，運行情況是否正常。2、實驗過程中認真記錄、觀察相關實驗現(xiàn)象。3、實驗結束后正確關閉相關軟件和計算機并清理使用的實驗工位實驗報告實驗名稱電機控制實驗成績班級機電141班姓名劉宗成學號140212107日期實驗內容：1、掌握步進電機工作原理2、熟悉對步進

19、電機轉向、速度、行程進行控制的方法3、了解常見的微型步進電機驅動器過程分析：1、分析步進電機（四相四線）工作原理2、在proteus中繪制步進電機（四相四線）控制原理電路圖3、 根據(jù)控制原理電路圖在keil中編寫相關控制程序4、使用proteus進行程序和電路原理仿真5、觀察系統(tǒng)運行仿真結果6、對比步進電機四相四拍和四項八拍運行方式的仿真結果7、整理實驗資料，正確填寫實驗報告點擊進入 proteus81 KB81 步迸電機仿真實驗Lt? -r9/ 10 12:05 Schematic Design實 驗 內 容 與 過 程 分 析Ik| II第一個是開始運行，最后一個是停止U1189>X

20、TAL1PD.DZSOOP0.1/O1 叩3如2卩 J.4/O4 PD.«?/S05P0.7；/O7PSENALE EAP2J026PL諛 P2/A10 P2/A11 卩 2 4/A12 P2A/A13 P2.ft/A14 P2.7/A1JFIDP1.1PI.2PI.3PI.4Fl.5Fl.6F1.7P3.0/RXD P3.irpri P3.2/M ps.s/TunP3.4/1D Fs.srnF3.0/P3.7JRD雙擊上圖可以得到元件蜃者回元件備凹；|AT89C51PC 6 PdGkngerDIL40Hide AllProgram File:Clock Fr 亡 quenc/Adv

21、anced Prapeities:Ewbk logging口 | Hide All歩逬電機實驗加Other Properties:廠本元件不逬行仿貢宜本元件不用于FTB制版也） 廠使用文不方式漏輜所有屬性回廠PfliJdS次檯決脛） 廠'隱藏通用引腳91Program Fife;|步進電機頭驗用”臨11這 里 面 選 擇 編 譯 好 的Jigitjl OKilloscopcit08髯IInvertChiimiel CPoa*onHdrizontalChaiiiilBChannel D步進電機實驗.hex這是四通道示波器，可以觀察各點的波形如果要更改脈沖頻率來調整步進電機的速度，可以打開

22、2016/9/10 12:09膜Bond Project13 KE白 t q Source Group 1 占因步逬電仇匚Q reg 52.hmytype.h找至U mytype.hndef+defme ir.yrype ntdefine cycle 5定 值x的璇值芒IS和意 為x-Sms (l<x<250/#define COUNTER 1-endif修改cycle后面的值即可更改脈沖周期。修改過后要重新編譯程序點擊第三個如果要想調整步進電機的轉動方向改變方法如下 單擊各個標號變紅,delete即可然后找到里面的LBL即可重新添加，在相對應得位置單擊即可實驗六 機器人綜合應用實

23、驗目的 ：1、四自由度機械手臂軟硬聯(lián)調。2、掌握四自由度機械手臂機械本體結構設計與控制系統(tǒng)設計。3、了解四自由度機械手臂控制程序編寫。4、四自由度機械手臂編程及其自運行控制。實驗原理：根據(jù)機械結構和控制原理進行創(chuàng)意設計。實驗器材： 1、計算機一臺2、創(chuàng)意之星套件一套3、氣動機械夾一個4、創(chuàng)意之星控制器一個5、創(chuàng)意之星舵機調試器一個6、五金工具一套實驗步驟： 1、使用創(chuàng)意之星舵機調試器進行舵機調試，并且進行ID 設置2、使用創(chuàng)意之星套件搭建四自由度機械手臂機械結構3、連接電腦和控制器進行機器人調試4、編寫四自由度機械手臂控制程序程序5、觀察系統(tǒng)運行結果6、進行程序下載，進行四自由度機械手自運行控制7、