六自由度桌面型串聯(lián)關(guān)節(jié)式機器人RBT-6TS01S實驗指導(dǎo)書.doc

RBT 6T S01S 桌面型串聯(lián)關(guān)節(jié)式 機器人實驗指導(dǎo)書 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 I 目 錄 實驗 1機器人的認識 1 1 1實驗?zāi)康?1 1 2實驗設(shè)備 1 1 3實驗原理 1 1 4實驗步驟 5 1 5注意事項 6 實驗 2機器人的機械系統(tǒng) 7 2 1實驗?zāi)康?7 2 2實驗設(shè)備 7 2 3實驗原理 7 2 4實驗步驟 12 2 5注意事項 14 實驗 3機器人的控制系統(tǒng) 15 3 1實驗?zāi)康?15 3 2實驗設(shè)備 15 3 3實驗原理 15 3 4實驗步驟 19 3 5注意事項 21 實驗 4機器人示教編程與再現(xiàn)控制 22 4 1實驗?zāi)康?22 4 2實驗設(shè)備 22 4 3實驗原理 22 4 4實驗步驟 23 4 5思考題 24 4 6注意事項 24 實驗 5機器人坐標系的建立 25 5 1實驗?zāi)康?25 5 2實驗設(shè)備 25 5 3實驗原理 25 5 4實驗步驟 27 5 5思考題 31 實驗 6機器人正運動學(xué)分析 33 6 1實驗?zāi)康?33 6 2實驗設(shè)備 33 6 3實驗原理 33 6 4實驗步驟 33 6 5思考題 36 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 II 實驗 7機器人逆運動學(xué)分析 37 7 1實驗?zāi)康?37 7 2實驗設(shè)備 37 7 3實驗原理 37 7 4實驗步驟 38 7 5思考題 41 實驗 8機器人的搬運裝配實驗 42 8 1實驗?zāi)康?42 8 2實驗設(shè)備 42 8 3實驗原理 42 8 4實驗步驟 42 8 5注意事項 44 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 1 頁 共 52 頁 實驗 1 機器人的認識 1 1實驗?zāi)康?1 了解機器人的機構(gòu)組成 2 掌握機器人的工作原理 3 熟悉機器人的性能指標 4 掌握機器人的基本功能及示教運動過程 1 2實驗設(shè)備 1 RBT 6T S01S 機器人一臺 2 RBT 6T S01S 機器人控制柜一臺 3 裝有運動控制卡和控制軟件的計算機一臺 4 軸和軸套各一個 1 3實驗原理 機器人是一種具有高度靈活性的自動化機器 是一種復(fù)雜的機電一體化設(shè)備 機器 人按技術(shù)層次分為 固定程序控制機器人 示教再現(xiàn)機器人和智能機器人等 本課程所 使用的機器人為 6 自由度串聯(lián)機器人 其軸線相互平行或垂直 能夠在空間內(nèi)進行定位 采用伺服電機和步進電機混合驅(qū)動 主要傳動部件采用可視化設(shè)計 控制簡單 編程方 便 是專為滿足高等院校機電一體化 自動控制等專業(yè)進行機電及控制課程串聯(lián)關(guān)節(jié)式 實驗需要和相關(guān)工業(yè)機器人應(yīng)用培訓(xùn)需要而最新開發(fā)的機器人 它是一個多輸入多輸出 的動力學(xué)復(fù)雜系統(tǒng) 是進行控制系統(tǒng)設(shè)計的理想平臺 它具有高度的能動性和靈活性 具有廣闊的開闊空間 是進行運動規(guī)劃和編程系統(tǒng)設(shè)計的理想對象 整個系統(tǒng)包括機器人 1 臺 電控柜 1 臺 控制卡 2 塊 實驗附件 1 套 包括軸 套 和機器人控制軟件 1 套 實驗設(shè)備用戶可選 機器人采用串聯(lián)式開鏈結(jié)構(gòu) 即機器人各連桿由旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)或移動關(guān)節(jié)串聯(lián)連接 如 圖 1 1 所示 各關(guān)節(jié)軸線相互平行或垂直 連桿的一端裝在固定的支座上 底座 另 一端處于自由狀態(tài) 可安裝各種工具以實現(xiàn)機器人作業(yè) 關(guān)節(jié)的作用是使相互聯(lián)接的兩 個連桿產(chǎn)生相對運動 關(guān)節(jié)的傳動采用模塊化結(jié)構(gòu) 由錐齒輪 同步齒型帶和諧波減速 器等多種傳動結(jié)構(gòu)配合實現(xiàn) 機器人各關(guān)節(jié)采用伺服電機和步進電機混合驅(qū)動 并通過 Windows 環(huán)境下的軟件編 程和運動控制卡實現(xiàn)對機器人的控制 使機器人能夠在工作空間內(nèi)任意位置精確定位 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 2 頁 共 52 頁 圖 1 1 機器人結(jié)構(gòu) 機器人技術(shù)參數(shù)如表 1 1 所示 標 1 1 機器人技術(shù)參數(shù) 結(jié)構(gòu)形式串聯(lián)關(guān)節(jié)式 驅(qū)動方式步進伺服混合驅(qū)動 負載能力 3Kg 重復(fù)定位精度 0 08mm 關(guān)節(jié) 150 150 關(guān)節(jié) 135 45 關(guān)節(jié) 70 50 關(guān)節(jié) 90 90 關(guān)節(jié) 90 90 動作范圍 關(guān)節(jié) 180 180 關(guān)節(jié) 60o S 關(guān)節(jié) 60o S 關(guān)節(jié) 60o S 關(guān)節(jié) 60o S 關(guān)節(jié) 60o S 最大速度 關(guān)節(jié) 120o S 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 3 頁 共 52 頁 最大展開半徑 610 mm 高度 850 mm 本體重 量 40Kg 操作方式示教再現(xiàn) 編程 電源容量單相 220V 50Hz 4A 預(yù)備知識 1 機器人的英文名緣由 機器人是一種具有某種仿人功能的自動機 機器人的國際名叫 羅伯特 ROBOT ROBOT 一詞源于捷克作家卡列爾查培于 1920 年的一部名叫作 羅薩姆的萬能機器人 公司 的幻想劇 羅伯特是該劇主人公的名字 他是既忠誠又勤勞的機器人 2 機器人的定義 我國科學(xué)家的定義 機器人是一種自動化的機器 所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能 能力 如感知能力 規(guī)劃能力 動作能力和協(xié)同能力 是一種具有高度靈活性的自動化 機器 3 機器人的三原則 1 機器人不能傷害人類 2 在不違反第一條的情況下 機器人必須遵守人類的命令 3 在不違反第一 二條的情況下 機器人應(yīng)能保護自己 4 機器人發(fā)展史 1 古代機器人 1 中國機關(guān)人 世界最早的機器人 列子 湯問篇 中記載西周穆王時 有位名叫偃師的能工巧匠就制造了一個能歌 善舞的伶人機器人 春秋后期 木匠魯班制造的木鳥 能在空中飛行 三日不下 1800 年前的漢代 大科學(xué)家張衡發(fā)明的計里鼓車 計里鼓車每行一里 車上木人 擊鼓一下 每行十里擊鐘一下 后漢三國時期 諸葛亮成功地創(chuàng)造出了 木牛流馬 并用其運送軍糧 支援前方戰(zhàn) 爭 最早的軍事機器人 2 西方最早的機器人 是公元前 2 世紀古希臘人發(fā)明的最原始的機器人 自動機 1738 年 法國天才技師杰克 戴 瓦克遜發(fā)明了一只機器鴨 2 現(xiàn)代機器人 1954 年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機器人的概念 并申請了專利 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 4 頁 共 52 頁 1959 年第一臺工業(yè)機器人 可編程 圓坐標 在美國誕生 開創(chuàng)了機器人發(fā)展的 新紀元 1967 年日本成立了人工手研究會 現(xiàn)改名為仿生機構(gòu)研究會 同年召開了日本首 屆機器人學(xué)術(shù)會 1970 年在美國召開了第一屆國際工業(yè)機器人學(xué)術(shù)會議 1980 年被稱為 機器人元年 5 機器人的組成部分 機器人的手 操作系統(tǒng) 作用是抓住一個工作對象使其按工作或作戰(zhàn)要求動作 機器人的眼 感測系統(tǒng) 作用是觀測工作對象及其周圍環(huán)境的信息 通過收集信 息將其反饋給控制中心 作為對機器人行為控制和協(xié)調(diào)的依據(jù) 機器人神經(jīng)系統(tǒng) 信息傳輸系統(tǒng) 作用是將傳感器和觀測器獲得的各種信息下傳 上達 交給各執(zhí)行及其附屬設(shè)備 機器人的心臟 動力系統(tǒng) 作用是負責(zé)向機器人提供動力 主要設(shè)備有各種發(fā)動 機 發(fā)電機及其附屬設(shè)備 機器人的大腦 指揮控制系統(tǒng) 作用是加工處理各種信息 指揮 控制機器人的 各種行動 圖 1 2 6 機器人的種類 按技術(shù)層次分為固定程序控制機器人 示教再現(xiàn)機器人 數(shù)控機器人 遙控機器人 和智能機器人 按工作自由度分為自主機器人 半自主機器人和搖控機器人 7 機器人的用途 1 勤勞忠誠的員工 不計報酬 2 未知世界的使者 不知 天高地厚 3 未到戰(zhàn)爭中的圣斗士 不曉得皮肉之苦 4 保姆 白衣天使和明星 不用包裝炒作 8 機器人的未來發(fā)展 人性化 智能化 普及化 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 5 頁 共 52 頁 1 4實驗步驟 1 連接好氣路 啟動氣泵到預(yù)定壓力 2 啟動計算機 運行機器人軟件 出現(xiàn)如圖 1 3 所示主界面 3 接通控制柜電源 按下 啟動 按鈕 圖 1 3 主界面 4 點擊主界面 機器人復(fù)位 按鈕 機器人進行回零運動 觀察機器人的運動 六個關(guān)節(jié)全部運動完成后 機器人處于零點位置 5 點擊 關(guān)節(jié)示教 按鈕 出現(xiàn)如圖 1 4 所示界面 按下 打開 按鈕 在機 器人軟件目錄下選擇示教文件 1 RBT 示教數(shù)據(jù)會在示教列表中顯示 6 裝配操作演示 在 2 個支架的相應(yīng)位置上分別放置軸和軸套 然后按下 再 現(xiàn) 按鈕 機器人實現(xiàn)裝配動作 7 運動完畢后 按下 復(fù)位 按鈕 機器人回到零點位置 關(guān)閉對話框 8 如果想再做一次裝配動作 把軸放回相應(yīng)位置 按下 再現(xiàn) 按鈕即可 9 點擊 機器人復(fù)位 按鈕 使機器人回到零點位置 10 按下控制柜上的 停止 按鈕 斷開控制柜電源 11 退出機器人軟件 關(guān)閉計算機 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 6 頁 共 52 頁 圖 1 4 關(guān)節(jié)示教界面 1 5注意事項 1 在老師的指導(dǎo)下進行實驗 2 機器人通電后 身體的任何部位不要進入機器人運動可達范圍之內(nèi) 3 機器人運動不正常時 及時按下控制柜的急停開關(guān) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 7 頁 共 44 頁 實驗 2 機器人的機械系統(tǒng) 2 1實驗?zāi)康?1 了解機器人機械系統(tǒng)的組成 2 了解機器人機械系統(tǒng)各部分的原理及作用 3 掌握機器人單軸運動的方法 2 2實驗設(shè)備 1 RBT 6T S01S 機器人一臺 2 RBT 6T S01S 機器人控制柜一臺 3 裝有運動控制卡和控制軟件的計算機一臺 2 3實驗原理 機器人機械系統(tǒng)主要由以下幾大部分組成 原動部件 傳動部件 執(zhí)行部件 基本 機械結(jié)構(gòu)連接方式為原動部件 傳動部件 執(zhí)行部件 機器人的傳動簡圖如圖 2 1 所示 關(guān)節(jié)傳動鏈主要由伺服 或步進 電機 減速器構(gòu)成 關(guān)節(jié)傳動鏈主要由伺服電機 減速器構(gòu)成 關(guān)節(jié)傳動鏈主要由步進電機 同步帶 減速器構(gòu)成 關(guān)節(jié)傳動鏈主要由步進電機 減速器構(gòu)成 關(guān)節(jié)傳動鏈主要由步進電機 同步帶 減速器構(gòu)成 關(guān)節(jié)傳動鏈主要由步進電機 減速器構(gòu)成 在機器人末端還有一個氣動夾持器 原動部件包括步進電機和伺服電機兩大類 關(guān)節(jié) 采用伺服 或步進 電機驅(qū)動方 式 關(guān)節(jié) 采用伺服電機驅(qū)動方式 關(guān)節(jié) 采用步進電機驅(qū)動方式 本機 器人中采用了同步齒型帶傳動 諧波減速傳動等傳動方式 執(zhí)行部件采用了氣動手爪機 構(gòu) 以完成抓取作業(yè) 下面對機器人中采用的各傳動部件的工作原理及特點作以簡要介紹 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 8 頁 共 44 頁 圖 2 1 機器人傳動簡圖 1 同步齒型帶傳動 同步齒型帶傳動是通過帶齒與輪齒的嚙合傳遞運動和動力 如圖 2 2 所示 與摩擦 型帶傳動相比 同步帶傳動兼有帶傳動 鏈傳動和齒輪傳動的一些特點 與一般帶傳動 相比具有以下特點 1 傳動比準確 同步帶傳動是嚙合傳動 工作時無滑動 2 傳動效率高 可達 98 以上 節(jié)能效果明顯 3 不需依靠摩擦傳動 預(yù)緊張力小 對軸和軸承的作用力小 帶輪直徑小 所占 空間小 重量輕 結(jié)構(gòu)緊湊 4 傳動平穩(wěn) 動態(tài)特性良好 能吸振 噪音小 5 齒型帶較薄 允許線速度高 可達 50m s 6 使用廣泛 傳遞功率由幾瓦至數(shù)千瓦 速比可達 10 左右 7 使用保養(yǎng)方便 不需要潤滑 耐油 耐磨性和抗老化好 還能在高溫 灰塵 水及腐蝕介質(zhì)等惡劣環(huán)境中工作 8 安裝要求較高 兩帶輪軸心線平行度要高 中心距要求嚴格 9 帶和帶輪的制造工藝復(fù)雜 成本高 盡管如此 同步帶傳動不失為一種十分經(jīng) 濟的傳動裝置 現(xiàn)已廣泛用于要求精密定位的各種機械傳動中 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 9 頁 共 44 頁 圖 2 2 同步齒型帶傳動結(jié)構(gòu) 2 諧波齒輪傳動 諧波齒輪傳動由三個基本構(gòu)件組成 1 諧波發(fā)生器 簡稱波發(fā)生器 是由凸輪 通常為橢圓形 及薄壁軸承組成 隨著凸輪轉(zhuǎn)動 薄壁軸承的外環(huán)作橢圓形變形運動 彈性范圍內(nèi) 2 剛輪 是剛性的內(nèi)齒輪 3 柔輪 是薄殼形元件 具有彈性的外齒輪 以上三個構(gòu)件可以任意固定一個 成為減速傳動及增速傳動 或者發(fā)生器 剛輪主 動 柔輪從動 成為差動機構(gòu) 即轉(zhuǎn)動的代數(shù)合成 諧波傳動工作過程如下圖 2 3 所示 當波發(fā)生器為主動時 凸輪在柔輪內(nèi)轉(zhuǎn)動 使 長軸附近柔輪及薄壁軸承發(fā)生變形 可控的彈性變形 這時柔輪的齒就在變形的過程 中進入 嚙合 或退出 嚙出 剛輪的齒間 在波發(fā)生器的長軸處處于完全嚙合 而短 軸方向的齒就處于完全的脫開狀態(tài) 圖 2 3 諧波齒輪傳動工作過程 波發(fā)生器通常為橢圓形的凸輪 凸輪位于薄壁軸承內(nèi) 薄壁軸承裝在柔輪內(nèi) 此時 柔輪由原來的圓形而變成橢圓形 橢圓長軸兩端的柔輪與之配合的剛輪齒則處于完全嚙 合狀態(tài) 即柔輪的外齒與剛輪的內(nèi)齒沿齒高嚙合 這是嚙合區(qū) 一般有 30 左右的齒 處在嚙合狀態(tài) 橢圓短軸兩端的柔輪齒與剛輪齒處于完全脫開狀態(tài) 簡稱脫開 在波發(fā) 生器長軸和短軸之間的柔輪齒 沿柔輪周長的不同區(qū)段內(nèi) 有的逐漸退出剛輪齒間 處 在半脫開狀態(tài) 稱之為嚙出 有的逐漸進入剛輪齒間 處在半嚙合狀態(tài) 稱之為嚙入 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 10 頁 共 44 頁 波發(fā)生器在柔輪內(nèi)轉(zhuǎn)動時 迫使柔輪產(chǎn)生連續(xù)的彈性變形 此時波發(fā)生器的連續(xù)轉(zhuǎn) 動 就使柔輪齒的嚙入 嚙合 嚙出 脫開這四種狀態(tài)循環(huán)往復(fù)不斷地改變各自原來的 嚙合狀態(tài) 這種現(xiàn)象稱之為錯齒運動 正是這一錯齒運動 使減速器可以將輸入的高速 轉(zhuǎn)動變?yōu)檩敵龅牡退俎D(zhuǎn)動 對于雙波發(fā)生器的諧波齒輪傳動 當波發(fā)生器順時針轉(zhuǎn)動 1 8 周時 柔輪齒與剛輪 齒就由原來的嚙入狀態(tài)而成嚙合狀態(tài) 而原來脫開狀態(tài)就成為嚙入狀態(tài) 同樣道理 嚙 出變?yōu)槊撻_ 嚙合變?yōu)閲С?這樣柔輪相對剛輪轉(zhuǎn)動 角位移 了 1 4 齒 同理 波發(fā) 生器再轉(zhuǎn)動 1 8 周時 重復(fù)上述過程 這時柔輪位移一個齒距 依此類推 波發(fā)生器相 對剛輪轉(zhuǎn)動一周時 柔輪相對剛輪的位移為兩個齒距 柔輪齒和剛輪齒在節(jié)圓處嚙合過程就如同兩個純滾動 無滑動 的圓環(huán)一樣 兩者 在任何瞬間 在節(jié)圓上轉(zhuǎn)過的弧長必須相等 由于柔輪比剛輪在節(jié)圓周長上少了兩個齒 距 所以柔輪在嚙合過程中 就必須相對剛輪轉(zhuǎn)過兩個齒距的角位移 這個角位移正是 減速器輸出軸的轉(zhuǎn)動 從而實現(xiàn)了減速的目的 波發(fā)生器的連續(xù)轉(zhuǎn)動 迫使柔輪上的一點不斷的改變位置 這時在柔輪的節(jié)圓的任 一點 隨著波發(fā)生器角位移的過程 形成一個上下左右相對稱的和諧波 故稱之為 諧波 諧波齒輪傳動的特點 1 傳動比大 單級傳動比為 70 320 2 側(cè)隙小 由于其嚙合原理不同于一般齒輪傳動 側(cè)隙很小 甚至可以實現(xiàn)無側(cè) 隙傳動 3 精度高 同時嚙合齒數(shù)達到總齒數(shù)的 20 左右 在相 180 的兩個對稱方向上 同時嚙合 因此誤差被平均化 從而達到高運動精度 4 零件數(shù)少 安裝方便 僅有三個基本部件 且輸入軸與輸出軸為同軸線 因此 結(jié)構(gòu)簡單 安裝方便 5 體積小 重量輕 與一般減速器比較 輸出力矩相同時 通常其體積可減小 2 3 重量可減小 1 2 6 承載能力大 因同時嚙合齒數(shù)多 柔輪又采用了高疲勞強度的特殊鋼材 從而 獲得了高的承載能力 7 效率高 在齒的嚙合部分滑移量極小 摩擦損失少 即使在高速比情況下 還 能維持高的效率 8 運轉(zhuǎn)平穩(wěn) 周向速度低 又實現(xiàn)了力的平衡 故噪聲低 振動小 9 可向密閉空間傳遞運動 利用其柔性的特點 可向密閉空間傳遞運動 這一點 是其它任何機械傳動無法實現(xiàn)的 3 齒輪傳動 齒輪傳動的分類 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 11 頁 共 44 頁 齒輪傳動的特點 1 瞬時傳動比恒定 非圓齒輪傳動的瞬時傳動比又能按需要的變化規(guī)律設(shè)計 2 傳動比范圍大 可用于減速或增速 3 速度 指節(jié)圓圓周速度 和傳動功率的范圍大 可用于高速 v 40m s 中速 和低速 v 25m s 的傳動 功率可從小于 1W 到 105Kw 4 傳動效率高 一對高精度的漸開線圓柱齒輪 效率可達 99 以上 5 結(jié)構(gòu)緊湊 適用于近距離傳動 6 制造成本較高 某些具有特殊齒形或精度很高的齒輪 因需要專用或高精度的 機床 刀具和量儀等 故制造工藝復(fù)雜 成本高 7 精度不高的齒輪 傳動時噪聲 振動和沖擊大 污染環(huán)境 8 無過載保護作用 4 RV 傳動 圖 2 4 RV 減速器實物圖 RV 傳動是在擺線針輪傳動基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型傳動 它具有體積小 重量 輕 傳動比范圍大 傳動效率高等一系列優(yōu)點 比單純的擺線針輪行星傳動具有更小的 體積和更大的過載能力 且輸出軸剛度大 因而在國內(nèi)外受到廣泛重視 在日本機器人 的傳動機構(gòu)中 已在很大程度上逐漸取代單純的擺線針輪行星傳動和諧波傳動 RV 傳動原理如圖 2 5 所示 它由漸開線圓柱齒輪行星減速機構(gòu)和擺線針輪行星減 速機構(gòu)二部分組成 漸開線行星齒輪 2 與曲柄軸 3 連成一體 作為擺線針輪傳動部分的 輸入 如果漸開線中心齒輪 1 順時針方向旋轉(zhuǎn) 那么漸開線行星齒輪在公轉(zhuǎn)的同時還有逆 時針方向自轉(zhuǎn) 并通過曲柄軸帶動擺線輪做偏心運動 此時 擺線輪在其軸線公轉(zhuǎn)的同時 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 12 頁 共 44 頁 還將反向自轉(zhuǎn) 即順時針轉(zhuǎn)動 同時還通過曲柄軸推動鋼架結(jié)構(gòu)的輸出機構(gòu)順時針方向 轉(zhuǎn)動 按照封閉差動輪系求解傳動比基本方法 可以計算出 RV 傳動的傳動比計算公式如 下 i16 1 Z2 Z5 Z1 其中 Z1 漸開線中心輪齒數(shù) Z2 漸開線行星輪齒數(shù) Z5 針輪齒數(shù) Z5 Z4 1 Z4 擺線輪齒數(shù) 圖 2 5 RV 傳動簡圖 RV 傳動作為一種新型傳動 從結(jié)構(gòu)上看 其基本特點可概括如下 1 如果傳動機構(gòu)置于行星架的支撐主軸承內(nèi) 那么這種傳動的軸向尺寸可大大縮 小 2 采用二級減速機構(gòu) 處于低速極的擺線針輪行星傳動更加平穩(wěn) 同時 由于轉(zhuǎn) 臂軸承個數(shù)增多且內(nèi)外環(huán)相對轉(zhuǎn)速下降 其壽命也可大大提高 3 只要設(shè)計合理 就可以獲得很高的運動精度和很小的回差 4 RV 傳動的輸出機構(gòu)是采用兩端支承的盡可能大的鋼性圓盤輸出結(jié)構(gòu) 比一般 擺線減速器的輸出架構(gòu) 懸臂梁結(jié)構(gòu) 具有更大的剛度 且抗沖擊性能也有很大提高 5 傳動比范圍大 因為即使擺線輪齒數(shù)不變 只改變漸開線齒數(shù) 就可以得到很 多的速比 其傳動比為 i 31 171 6 傳動效率高 其傳動效率為 0 85 0 92 2 4實驗步驟 1 教師介紹機器人機械系統(tǒng)中原動部分 傳動部分以及執(zhí)行部分的位置及在機器 人系統(tǒng)中的工作狀況 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 13 頁 共 44 頁 2 啟動計算機 運行機器人軟件 3 接通控制柜電源 按下 啟動 按鈕 圖 2 6 關(guān)節(jié)運動界面 4 點擊主界面 機器人復(fù)位 按鈕 機器人進行回零運動 觀察機器人的運動 六個關(guān)節(jié)全部運動完成后 機器人處于零點位置 5 點擊主界面 關(guān)節(jié)運動 按鈕 出現(xiàn)如圖 2 6 所示界面 6 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 正向 啟動方式選擇 加速 運動方式選 擇 位置模式 運行速度取默認值 目標位置取 120 度 點擊 啟動 按鈕 觀察機 器人第 關(guān)節(jié)運動情況 7 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 反向 啟動方式選擇 加速 運動方式選 擇 速度模式 運行速度取默認值 點擊 啟動 按鈕 觀察機器人第 關(guān)節(jié)運動情 況 然后點擊 立即停止 按鈕 8 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 正向 啟動方式選擇 勻速 運動方式選 擇 位置模式 運行速度取默認值 目標位置取 120 度 點擊 啟動 按鈕 觀察機 器人第 關(guān)節(jié)運動情況 9 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 反向 啟動方式選擇 勻速 運動方式選 擇 速度模式 運行速度取默認值 點擊 啟動 按鈕 觀察機器人第 關(guān)節(jié)運動情況 然后點擊 立即停止 按鈕 10 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 正向 啟動方式選擇 加速 運動方式選 擇 位置模式 運行速度取默認值 目標位置取 30 度 點擊 啟動 按鈕 觀察機器 人第 關(guān)節(jié)運動情況 11 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 反向 啟動方式選擇 加速 運動方式選 擇 速度模式 運行速度取默認值 點擊 啟動 按鈕觀察機器人第 關(guān)節(jié)運動情況 然后點擊 立即停止 按鈕 12 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 正向 啟動方式選擇 勻速 運動方式選 擇 位置模式 運行速度取默認值 目標位置取 60 度 點擊 啟動 按鈕 觀察機器 人第 關(guān)節(jié)運動情況 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 14 頁 共 44 頁 13 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 反向 啟動方式選擇 勻速 運動方式選 擇 速度模式 運行速度取默認值 點擊 啟動 按鈕觀察機器人第 關(guān)節(jié)運動情況 然后點擊 立即停止 按鈕 14 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 正向 啟動方式選擇 加速 運動方式 選擇 位置模式 運行速度取默認值 目標位置取 60 度 點擊 啟動 按鈕 觀察機 器人第 關(guān)節(jié)運動情況 15 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 反向 啟動方式選擇 加速 運動方 式選擇 速度模式 運行速度取默認值 點擊 啟動 按鈕觀察機器人第 關(guān)節(jié)運動 情況 然后點擊 減速停止 按鈕 16 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 正向 啟動方式選擇 加速 運動方式選 擇 位置模式 運行速度取默認值 目標位置取 60 度 點擊 啟動 按鈕 觀察機器 人第 關(guān)節(jié)運動情況 17 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 反向 啟動方式選擇 加速 運動方式選 擇 速度模式 運行速度取默認值 點擊 啟動 按鈕觀察機器人第 關(guān)節(jié)運動情況 然后點擊 減速停止 按鈕 18 點擊 退出 按鈕 退出關(guān)節(jié)運動界面 19 點擊 機器人復(fù)位 按鈕 使機器人回到零點位置 20 按下控制柜上的 停止 按鈕 斷開控制柜電源 21 退出機器人軟件 關(guān)閉計算機 2 5注意事項 1 在老師的指導(dǎo)下進行實驗 2 機器人通電后 身體的任何部位不要進入機器人運動可達范圍之內(nèi) 3 機器人運動不正常時 及時按下控制柜的急停開關(guān) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 15 頁 共 44 頁 實驗 3 機器人的控制系統(tǒng) 3 1實驗?zāi)康?1 了解機器人控制系統(tǒng)的組成 2 熟悉機器人控制系統(tǒng)各部分的原理及作用 3 2實驗設(shè)備 1 RBT 6T S01S 機器人一臺 2 RBT 6T S01S 機器人控制柜一臺 3 裝有運動控制卡和控制軟件的計算機一臺 3 3實驗原理 RBT 6T S01S 機器人控制系統(tǒng)主要由計算機 伺服 步進 電機驅(qū)動器及伺服 步 進 電機 電源 控制柜 操作電路等幾部分組成 計算機內(nèi)安裝有運動控制卡和機器人控制軟件 運動控制卡由高性能 DSP 處理器 CPLD 可編程器件及伺服電機接口器件等組成 用于實現(xiàn)伺服電機的位置 速度 加速度的控制及多個伺服電機的多軸協(xié)調(diào)控制 其主 要功能為 S 形 梯形自動加減速曲線規(guī)劃 輸出控制脈沖到電機驅(qū)動器使電機運動 具有編碼器位置反饋信號接口 監(jiān)控電機實際運行狀態(tài) 能利用零位開關(guān) 減速開關(guān)及 編碼器 Z 相信號實現(xiàn)高速高精度原點返回操作 具有伺服驅(qū)動器報警信號 ALM 等伺服 驅(qū)動器專用信號接口 伺服 步進 電機驅(qū)動器用來把運動控制卡提供的低功率的脈沖信號轉(zhuǎn)換為能驅(qū)動 電機的大功率電信號 以驅(qū)動電機帶動負載旋轉(zhuǎn) 電源部分用來給控制柜提供各驅(qū)動器的控制用電源 包括相關(guān)保護 濾波器件等 操作電路提供電氣系統(tǒng)所需的電源開 關(guān)順序操作及保護 報警 狀態(tài)指示等控制 操作 下面對本系統(tǒng)中所使用的步進電機及伺服電機系統(tǒng)作以簡要介紹 1 步進電機控制系統(tǒng)示意圖如圖 3 1 所示 圖 3 1 步進電機控制系統(tǒng) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 16 頁 共 44 頁 其主要的控制信號有 1 步進脈沖信號 CP 這是最重要的一路信號 控制卡發(fā)出此信號用來控制步 進電機旋轉(zhuǎn) 驅(qū)動器每接受一個脈沖信號 CP 就驅(qū)動步進電機旋轉(zhuǎn)一個步距角 CP 的 頻率和步進電機的轉(zhuǎn)速成正比 CP 的脈沖個數(shù)決定了步進電機旋轉(zhuǎn)的角度 這樣 控 制系統(tǒng)通過脈沖信號 CP 就可以達到控制電機位置和速度的目的 2 方向電平信號 DIR 控制卡發(fā)出此信號用來控制電機的旋轉(zhuǎn)方向 比如說 此信號為高電平時電機為順時針旋轉(zhuǎn) 此信號為低電平時電機則為反方向逆時針旋轉(zhuǎn) 3 使能信號 EN 此信號在不連接時默認為有效狀態(tài) 這時驅(qū)動器正常工作 當此信號回路導(dǎo)通時 驅(qū)動器停止工作 此信號為選用信號 2 本書提供兩種伺服控制系統(tǒng)示意圖 如圖 3 2 圖 3 3 所示 用戶可根據(jù)需要 自行選擇閱讀 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 17 頁 共 44 頁 圖 3 2 安川 YSKAWA 系列 SGDM 型伺服控制系統(tǒng)示意圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 18 頁 共 44 頁 圖 3 3 富士 FUJI FALDIC W 系列伺服控制系統(tǒng)示意圖 其主要控制信號有 1 脈沖信號 PULS 此信號由運動控制卡發(fā)出 驅(qū)動器接收此信號驅(qū)動伺服電 機旋轉(zhuǎn) 2 方向信號 SIGN 此信號由運動控制卡發(fā)出 用來控制電機旋轉(zhuǎn)方向 3 原點信號 ORG 由零位開關(guān)發(fā)出 ORG 信號可單獨用于尋零操作 ORG 信 號也可與編碼器 Z 相信號配合得到精度更高的尋零操作 4 限位信號 EL 由限位開關(guān)發(fā)出 EL 為電機運行正方向的限位信號 EL 為 電機運行負方向的限位信號 當與電機運行相同方向的 EL 信號為 ON 狀態(tài)時 控 制卡立即停止發(fā)出脈沖 電機自動停止運行 這個信號被鎖存 即使 EL 又恢復(fù)成 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 19 頁 共 44 頁 OFF 狀態(tài) 控制卡也不會再發(fā)出脈沖 可由指令發(fā)出相反方向運動的脈沖鏈使電機 反向運動 解除這一鎖存狀態(tài) 5 驅(qū)動器報警信號 ALM 由驅(qū)動器發(fā)出 當驅(qū)動器發(fā)生故障時 報警信號 ALM 為 ON 狀態(tài) 控制卡接收到這個信號后立即停止發(fā)出脈沖 電機自動停止運行 6 伺服 ON 信號 由運動控制卡發(fā)出 伺服驅(qū)動器接收到此信號后 即處于伺服 狀態(tài) 7 編碼器信號 編碼器輸出 A B Z 相信號送到伺服驅(qū)動器 經(jīng)伺服驅(qū)動器分 頻后發(fā)送到運動控制卡 用來反饋伺服電機實際運行位置及實現(xiàn)閉環(huán)控制 3 4實驗步驟 1 介紹控制柜各組成部分 教師講解 結(jié)合實驗原理 介紹 RBT 6T S01S 機器人的控制系統(tǒng)的組成 電控系統(tǒng)主要由電 機及驅(qū)動器 斷路器 開關(guān)電源 按鈕指示燈等其他附件組成 控制柜前視圖如圖 3 4 所示 電氣安裝板布局圖如圖 3 5 所示 控制柜側(cè)視圖如圖 3 6 所示 電氣元件具體說 明如下 SA1 電源開關(guān) 用于接通和斷開控制柜電源 HL1 電源指示燈 HL2 報警指示燈 SB1 啟動按鈕 接通電機驅(qū)動器主回路電源 SB2 停止按鈕 切斷電機驅(qū)動器主回路電源 SB3 急停按鈕 圖 3 4 控制柜前視圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 20 頁 共 44 頁 圖 3 5 電氣安裝板布局圖 DRV1 DRV6 驅(qū)動器 P1 開關(guān)電源 為電機驅(qū)動器提供 DC24V 電源 AP1 接口板 用于機器人各軸命令脈沖和限位開關(guān)等信號的轉(zhuǎn)接 XT1 接線端子排 QF1 斷路器 控制系統(tǒng)出現(xiàn)過電流時 自動切斷電源回路 保護設(shè)備及人員安全 KM1 交流接觸器 切斷和接通電源主回路 NF1 濾波器 濾除交流電源產(chǎn)生的噪聲 圖 3 5 控制柜側(cè)視圖 CN1 CN4 圓形連接器 位于控制柜后部 用來連接控制柜和機器人之間的電纜 XS1 電源插座 2 控制柜的使用 1 接通控制柜電源 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 21 頁 共 44 頁 2 按下 啟動 按鈕 3 使用結(jié)束后 按下 停止 按鈕 4 斷開控制柜電源 3 5注意事項 1 在老師的指導(dǎo)下進行實驗 2 機器人通電后 身體的任何部位不要進入機器人運動可達范圍之內(nèi) 3 機器人運動不正常時 及時按下控制柜的急停開關(guān) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 22 頁 共 44 頁 實驗 4 機器人示教編程與再現(xiàn)控制 4 1實驗?zāi)康?1 了解機器人示教與再現(xiàn)的原理 2 掌握機器人示教和再現(xiàn)過程的操作方法 4 2實驗設(shè)備 1 RBT 6T S01S 機器人一臺 2 RBT 6T S01S 機器人控制柜一臺 3 裝有運動控制卡和控制軟件的計算機一臺 4 3實驗原理 機器人的示教 再現(xiàn)過程是分為四個步驟進行的 它包括 機器人示教 teach programming 就是操作者把規(guī)定的目標動作 包括每個運動部件 每個運動軸的動作 一步一步的教給機器人 示教的簡繁 標志著機器人自動化水平的 高低 記憶 即是機器人將操作者所示教的各個點的動作順序信息 動作速度信息 位姿信息等記錄在存儲器中 存儲信息的形式 存儲存量的大小決定機器人能夠進行 的操作的復(fù)雜程度 再現(xiàn) 便是將示教信息再次浮現(xiàn) 即根據(jù)需要 將存儲器所存儲的信息讀出 向執(zhí) 行機構(gòu)發(fā)出具體的指令 至于是根據(jù)給定順序再現(xiàn) 還是根據(jù)工作情況 由機器人自動 選擇相應(yīng)的程序再現(xiàn)這一功能的不同 標志著機器人對工作環(huán)境的適應(yīng)性 操作 指機器人以再現(xiàn)信號作為輸入指令 使執(zhí)行機構(gòu)重復(fù)示教過程規(guī)定的各種動 作 在示教 再現(xiàn)這一動作循環(huán)中 示教和記憶是同時進行的 再現(xiàn)和操作也是同時進 行的 這種方式是的機器人控制中比較方便和常用的方法之一 示教的方法有很多種 有主從式 編程式 示教盒式等多種 主從式既是由結(jié)構(gòu)相同的大 小兩個機器人組成 當操作者對主動小機器人手把手 進行操作控制的時候 由于兩機器人所對應(yīng)關(guān)節(jié)之間裝有傳感器 所以從動大機器人可 以以相同的運動姿態(tài)完成所示教操作 編程式既是運用上位機進行控制 將示教點以程序的格式輸入到計算機中 當再現(xiàn) 時 按照程序語句一條一條的執(zhí)行 這種方法除了計算機外 不需要任何其他設(shè)備 簡 單可靠 適用小批量 單件機器人的控制 示教盒和上位機控制的方法大體一致 只是由示教盒中的單片機代替了電腦 從而 使示教過程簡單化 這種方法由于成本較高 所以適用在較大批量的成型的產(chǎn)品中 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 23 頁 共 44 頁 4 4實驗步驟 1 啟動計算機 運行機器人軟件 2 接通控制柜電源 按下 啟動 按鈕 3 點擊主界面 機器人復(fù)位 按鈕 機器人進行回零運動 觀察機器人的運動 六個關(guān)節(jié)全部運動完成后 機器人處于零點位置 4 點擊 關(guān)節(jié)示教 按鈕 出現(xiàn)如圖 4 1 所示界面 5 在 速度 中選擇示教速度 由左到右從低速到高速 1 5 度 秒 6 度 秒 12 度 秒 24 度 秒共四個擋 默認是 6 度 秒 一般情況下建議選擇 12 度 秒 在 關(guān)節(jié)運動 中有每個關(guān)節(jié)的正反向運動 持續(xù)按下相應(yīng)關(guān)節(jié)的按鈕 機器人的關(guān)節(jié)會按照指令運動 松開相應(yīng)的按鈕 機器人的關(guān)節(jié)會停止運動 6 在機器人 各關(guān)節(jié)狀態(tài) 和 當前坐標 中 可以實時顯示機器人的運動狀態(tài) 當每運動到一個點 必須按下 記錄 按鈕 在再現(xiàn)時機器人將忽略中間過程而只再現(xiàn) 各個點 在 示教列表 中會記錄并顯示機器人相應(yīng)關(guān)節(jié)運動的信息 繼續(xù)運動其他關(guān) 節(jié) 直到整個示教程序完成 圖 4 1 關(guān)節(jié)示教界面 7 點擊 保存 按鈕 示教完的信息以 RBT 格式保存在示教文件中 8 點擊 再現(xiàn) 按鈕 機器人按照記錄的機器人關(guān)節(jié)信息再現(xiàn)一遍運動軌跡 9 點擊 清空 按鈕會把示教列表全部清除 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 24 頁 共 44 頁 10 點擊 退出 按鈕 退出當前界面 11 點擊 機器人復(fù)位 按鈕 使機器人回到零點位置 12 按下控制柜上的 停止 按鈕 斷開控制柜電源 13 退出機器人軟件 關(guān)閉計算機 4 5思考題 1 通過實驗總結(jié)機器人示教 再現(xiàn)的概念 2 試分析機器人的示教屬于PTP 點到點 控制還是輸入CP 連續(xù)軌跡 控制 思考題參考答案 1 示教 就是人把規(guī)定的動作 包括每個運動部件 每個運動軸的動作 教給機器 人 然后將示教的各種信息存儲起來 再現(xiàn) 便是將上述示教信息再現(xiàn) 即根據(jù)需要 將存儲的信息讀出 向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出具體指令 2 機器人的示教屬于 PTP 點到點 控制 4 6注意事項 1 在老師的指導(dǎo)下進行實驗 2 機器人通電后 身體的任何部位不要進入機器人運動可達范圍之內(nèi) 3 機器人運動不正常時 及時按下控制柜的急停開關(guān) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 25 頁 共 44 頁 實驗 5 機器人坐標系的建立 5 1實驗?zāi)康?1 了解機器人建立坐標系的意義 2 了解機器人坐標系的類型 3 掌握用D H方法建立機器人坐標系的步驟 5 2實驗設(shè)備 1 RBT 6T S01S機器人一臺 2 RBT 6T S01S機器人控制柜一臺 3 裝有運動控制卡和控制軟件的計算機一臺 5 3實驗原理 機器人通常是由一系列連桿和相應(yīng)的運動副組合而成的空間開式鏈 實現(xiàn)復(fù)雜的運 動 完成規(guī)定的操作 因此 機器人運動學(xué)描述的第一步 自然是描述這些連桿之間以 及它們和操作對象 工件或工具 之間的相對運動關(guān)系 假定這些連桿和運動副都是剛性 的 描述剛體的位置和姿態(tài) 簡稱位姿 的方法是這樣的 首先規(guī)定一個直角坐標系 相 對于該坐標系 點的位置可以用 3 維列向量表示 剛體的方位可用 3 3 的旋轉(zhuǎn)矩陣來 表示 而 4 4 的齊次變換矩陣則可將剛體位置和姿態(tài) 位姿 的描述統(tǒng)一起來 機器人的每個關(guān)節(jié)坐標系的建立可參照以下的三原則 1 軸沿著第 n 個關(guān)節(jié)的運動軸 1 n z 2 軸垂直于軸并指向離開軸的方向 n x 1 n z 1 n z 3 軸的方向按右手定則確定 n y 機器人坐標系建立的方法常用的是 D H 方法 這種方法嚴格定義了每個關(guān)節(jié)的坐 標系 并對連桿和關(guān)節(jié)定義了 4 個參數(shù) 如圖 5 1 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 26 頁 共 44 頁 圖 5 1 轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)連桿四參數(shù)示意圖 機器人機械手是由一系列連接在一起的連桿 桿件 構(gòu)成的 需要用兩個參數(shù)來描 述一個連桿 即公共法線距離和垂直于所在平面內(nèi)兩軸的夾角 需要另外兩個 i a i a i 參數(shù)來表示相鄰兩桿的關(guān)系 即兩連桿的相對位置和兩連桿法線的夾角 i d i 除第一個和最后一個連桿外 每個連桿兩端的軸線各有一條法線 分別為前 后相 鄰連桿的公共法線 這兩法線間的距離即為 我們稱為連桿長度 為連桿扭角 i d i a i 為兩連桿距離 為兩連桿夾角 i d i 機器人機械手上坐標系的配置取決于機械手連桿連接的類型 有兩種連接 轉(zhuǎn)動 關(guān)節(jié)和棱柱聯(lián)軸節(jié) 對于轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié) 為關(guān)節(jié)變量 連桿 i 的坐標系原點位于關(guān)節(jié) i 和 i i 1 的公共法線與關(guān)節(jié) i 1 軸線的交點上 如果兩相鄰連桿的軸線相交于一點 那么原 點就在這一交點上 如果兩軸線互相平行 那么就選擇原點使對下一連桿 其坐標原點 已確定 的距離為零 連桿 i 的 z 軸與關(guān)節(jié) i 1 的軸線在一直線上 而 x 軸則在關(guān) 1i d 節(jié) i 和 i 1 的公共法線上 其方向從 i 指向 i 1 當兩關(guān)節(jié)軸線相交時 x 軸的方向與兩 矢量的交積平行或反向平行 x 軸的方向總是沿著公共法線從轉(zhuǎn)軸 n 指向 i 1 1ii zz 當兩軸和平行且同向時 第 i 個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的為零 1i x i x i 一旦對全部連桿規(guī)定坐標系之后 我們就能夠按照下列順序由兩個旋轉(zhuǎn)和兩個平移 來建立相鄰兩連桿 i 1 與 i 之間的相對關(guān)系 繞軸旋轉(zhuǎn)角 使軸轉(zhuǎn)到與同一平面內(nèi) 1i z i 1i x i x 沿軸平移一距離 把移到與同一直線上 1i z i d 1i x i x 沿 i 軸平移距離 把連桿 i l 的坐標系移到使其原點與連桿 n 的坐標系原點重 1i a 合的地方 繞軸旋轉(zhuǎn)角 使轉(zhuǎn)到與同一直線上 1i x 1i a 1i z i z 這種關(guān)系可由表示連桿 i 對連桿 i 1 相對位置的四個齊次變換來描述 并叫做 矩陣 此關(guān)系式為 i A 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 27 頁 共 44 頁 式 5 1 0 0 0 0 iiiii ARot zTransd Trans aRot x a 展開上式可得 式 5 1000 0 11 111 111 1 iii iiiiiii iiiiiii i i dcs sascccs casscsc A 2 當機械手各連桿的坐標系被規(guī)定之后 就能夠列出各連桿的常量參數(shù) 對于跟在 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) i 后的連桿 這些參數(shù)為 和 對于跟在棱柱聯(lián)軸節(jié) i 后的連桿來 i d 1i a 1i 說 這些參數(shù)為和 然后 角的正弦值和余弦值也可計算出來 這樣 A 矩陣 i 1i 就成為關(guān)節(jié)變量的函數(shù) 對于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 或變量 d 的函數(shù) 對于棱柱聯(lián)軸節(jié) 一旦 求得這些數(shù)據(jù)之后 就能夠確定六個變換矩陣的值 i A 5 4實驗步驟 1 參照機器人的運動機構(gòu)簡圖 圖5 2所示 根據(jù)D H方法建立機器人的笛卡爾坐 標系 并且標出每個關(guān)節(jié)坐標系的原點 圖 5 2 機器人運動機構(gòu)簡圖 2 建好坐標系后填寫表 5 1 的各個變量的值 表 5 1 機器人的參數(shù) 桿件變量為轉(zhuǎn)角 n偏距 dn mm 扭角 n桿長 an mm 1 2 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 28 頁 共 44 頁 3 4 5 6 3 根據(jù)表5 1的各個變量的值以及各桿件之間關(guān)系 寫出相應(yīng)的矩陣 i i A 1 4 根據(jù)A矩陣和T矩陣之間的關(guān)系 寫出T矩陣 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 0 6 0 AAAAAAT 實驗步驟參考答案 圖 5 3 D H 坐標系的建立 表 5 2 機器人的參數(shù) 桿件變量為轉(zhuǎn)角 n偏距 dn mm 扭角 n桿長 an mm 1 1 0 200 90 0 2 2 90 00197 3 3 0 0 90 90 4 4 0 8390 0 5 5 0 0 90 0 6 6 0 8200 規(guī)定逆時針為正 順時針為負 C cos S sin ii ii 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 29 頁 共 44 頁 0A1 A 1000 010 00 00 1 11 11 d CS SC 1 2 1000 0100 0 0 2222 2222 SaCS CaSC A 3A4 2 3 1000 0010 0 0 3333 3333 SaCS CaSC 1000 010 00 00 4 44 44 d CS SC A 5A6 4 5 1000 0010 00 00 55 55 CS SC 1000 100 00 00 6 66 66 d CS SC T1 0A11A22A3 1000 010 00 00 1 11 11 d CS SC 1000 0010 0 0 2222 2222 SaCS CaSC 1000 0010 0 0 3333 3333 SaCS CaSC 1000 1111 1111 1111 zzzz yyyy xxxx paon paon paon 3213211 ssccccnx 3213211 sssccsny 32321 sccsnz 11 sox 11 coy 0 1 z o 3213211 cscsccax 3213211 cssscsay 32321 ccssaz 212321332131 ccasscacccapx 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 30 頁 共 44 頁 212321332131 csasssaccsapy 2213233231 sadscacsapz T2 3A44A55A6 1000 010 00 00 4 44 44 d CS SC 1000 0010 00 00 55 55 CS SC 1000 100 00 00 6 66 66 d CS SC 1000 2222 2222 2222 zzzz yyyy xxxx paon paon paon 646542 sscccnx 646542 scccsny 652 csnz 646542 cssccox 646542 ccscsoy 652 ssoz 542 scax 542 ssay 52 caz 5462 scdpx 5462 ssdpy 5642 cddpz T T1 T2 1000 1111 1111 1111 zzzz yyyy xxxx paon paon paon 1000 2222 2222 2222 zzzz yyyy xxxx paon paon paon 1000 zzzz yyyy xxxx paon paon paon 6532132164654164654321321 cscscsccscccsssscccssccccnx 6532132164654164654321321 cscssscsscccscsscccsssccsny 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 31 頁 共 44 頁 653232646543232 csccsssscccsccsnz 6532132164654164654321321 sssscsccccscsscssccssccccox 6532132164654164654321321 sssssscsccscsccssccsssccsoy 653232646543232 ssccsscssccsccsoz 532132154154321321 ccscsccsssscssccccax 532132154154321321 ccssscssscscsssccsay 53232543232 cccssscsccsaz 1121232133213 5643213215416543213216 caccasscaccca cddcscsccsssdscssccccdpx 112123213 32135643213215416543213216 sacsasssa ccsacddcssscssscdscsssccsdpy 22323323564323215432326 sascacsacddccssdscsccsdpz 5 5思考題 根據(jù)圖5 4某機器人運動機構(gòu)簡圖 試著用D H坐標法建立其運動學(xué)模型 并畫出坐 標系 答案見圖5 5 圖 5 4 某機器人運動機構(gòu)簡圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 32 頁 共 44 頁 圖 5 5 某機器人 D H 坐標系的建立 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 33 頁 共 44 頁 實驗 6 機器人正運動學(xué)分析 6 1實驗?zāi)康?1 了解齊次變換矩陣的概念 2 掌握機器人笛卡爾坐標系建立的過程 3 掌握運用齊次變換矩陣求解機器人正運動學(xué)的方法 6 2實驗設(shè)備 1 RBT 6T S01S機器人一臺 2 RBT 6T S01S機器人控制柜一臺 3 裝有運動控制卡和控制軟件的計算機一臺 6 3實驗原理 機器人運動學(xué)只涉及到物體的運動規(guī)律 不考慮產(chǎn)生運動的力和力矩 機器人正運 動學(xué)所研究的內(nèi)容是 給定機器人各關(guān)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 可得到機器人末端執(zhí)行器的位姿方程 正運動學(xué)方程 為 式 6 1 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 0 6 0 AAAAAAT 1000 zzzz yyyy xxxx paon paon paon 其中 向矢量處于手爪入物體的方向上 稱之為接近矢量 y 向矢量的方向從za 一個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 最后一個矢量叫法o 線矢量 它與矢量和矢量一起構(gòu)成一個右手矢量集合 并由矢量的叉乘所規(guī)定 n o a aon 式 6 1 表示了機器人變換矩陣 它描述了末端連桿坐標系 4 相對基坐標系 0 4 0T 的位姿 是機械手運動分析和綜合的基礎(chǔ) 6 4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(yīng)的關(guān)系 寫出機器人正解的運算公式 并填入下表 6 1 中 表 6 1 機器人的正運動學(xué)的參數(shù) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司 第 34 頁 共 44 頁