六自由度中型串聯(lián)關(guān)節(jié)式機(jī)器人實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書樣本

資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除。RBT-6T/S02S中型串聯(lián)關(guān)節(jié)式機(jī)器人實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書蘇州博實(shí)機(jī)器人技術(shù)有限公司目錄TOC\o"1-2"\h\z\u實(shí)驗(yàn)1 機(jī)器人的認(rèn)識 11.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?11.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 11.3 實(shí)驗(yàn)原理 11.4 實(shí)驗(yàn)步驟 51.5 注意事項(xiàng) 6實(shí)驗(yàn)2 機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng) 72.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?72.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 72.3 實(shí)驗(yàn)原理 72.4 實(shí)驗(yàn)步驟 122.5 注意事項(xiàng) 14實(shí)驗(yàn)3 機(jī)器人的控制系統(tǒng) 153.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?153.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 153.3 實(shí)驗(yàn)原理 153.4 實(shí)驗(yàn)步驟 193.5 注意事項(xiàng) 21實(shí)驗(yàn)4 機(jī)器人示教編程與再現(xiàn)控制 224.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?224.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 224.3 實(shí)驗(yàn)原理 224.4 實(shí)驗(yàn)步驟 234.5 思考題 244.6 注意事項(xiàng) 24實(shí)驗(yàn)5 機(jī)器人坐標(biāo)系的建立 255.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?255.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 255.3 實(shí)驗(yàn)原理 255.4 實(shí)驗(yàn)步驟 275.5 思考題 31實(shí)驗(yàn)6 機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 336.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?336.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 336.3 實(shí)驗(yàn)原理 336.4 實(shí)驗(yàn)步驟 336.5 思考題 36實(shí)驗(yàn)7 機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 377.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?377.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 377.3 實(shí)驗(yàn)原理 377.4 實(shí)驗(yàn)步驟 387.5 思考題 41實(shí)驗(yàn)8 機(jī)器人的搬運(yùn)裝配實(shí)驗(yàn) 428.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?428.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 428.3 實(shí)驗(yàn)原理 428.4 實(shí)驗(yàn)步驟 428.5 注意事項(xiàng) 44機(jī)器人的認(rèn)識實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈾C(jī)器人的機(jī)構(gòu)組成;掌握機(jī)器人的工作原理;熟悉機(jī)器人的性能指標(biāo);掌握機(jī)器人的基本功能及示教運(yùn)動(dòng)過程。實(shí)驗(yàn)設(shè)備RBT-6T/S02S機(jī)器人一臺(tái);RBT-6T/S02S機(jī)器人控制柜一臺(tái);裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和控制軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái);軸和軸套各一個(gè)。實(shí)驗(yàn)原理機(jī)器人是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器,是一種復(fù)雜的機(jī)電一體化設(shè)備。機(jī)器人按技術(shù)層次分為:固定程序控制機(jī)器人、示教再現(xiàn)機(jī)器人和智能機(jī)器人等。本課程所使用的機(jī)器人為6自由度串聯(lián)關(guān)節(jié)式機(jī)器人,其軸線相互平行或垂直,能夠在空間內(nèi)進(jìn)行定位,采用伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)混合驅(qū)動(dòng),主要傳動(dòng)部件采用可視化設(shè)計(jì),控制簡單,編程方便,是專為滿足高等院校機(jī)電一體化、自動(dòng)控制等專業(yè)進(jìn)行機(jī)電及控制課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)需要和相關(guān)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用培訓(xùn)需要而最新開發(fā)的機(jī)器人,它是一個(gè)多輸入多輸出的動(dòng)力學(xué)復(fù)雜系統(tǒng),是進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理想平臺(tái)。它具有高度的能動(dòng)性和靈活性,具有廣闊的開闊空間,是進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和編程系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理想對象。整個(gè)系統(tǒng)包括機(jī)器人1臺(tái)、控制柜1臺(tái)、控制卡2塊、實(shí)驗(yàn)附件1套(包括軸、套)和機(jī)器人控制軟件1套(實(shí)驗(yàn)設(shè)備用戶可選)。機(jī)器人采用串聯(lián)式開鏈結(jié)構(gòu),即機(jī)器人各連桿由旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)或移動(dòng)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(shí)現(xiàn)機(jī)器人作業(yè)。關(guān)節(jié)的作用是使相互聯(lián)接的兩個(gè)連桿產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)。關(guān)節(jié)的傳動(dòng)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(dòng)結(jié)構(gòu)配合實(shí)現(xiàn)。機(jī)器人各關(guān)節(jié)采用伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)混合驅(qū)動(dòng),并經(jīng)過Windows環(huán)境下的軟件編程和運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人的控制,使機(jī)器人能夠在工作空間內(nèi)任意位置精確定位。圖1-1機(jī)器人結(jié)構(gòu)機(jī)器人技術(shù)參數(shù)如表1-1所示。表1-1機(jī)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(dòng)方式步進(jìn)伺服混合驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力6重復(fù)定位精度±0.08mm動(dòng)作范圍關(guān)節(jié)Ⅰ-150°～150°關(guān)節(jié)Ⅱ-150°～-30°關(guān)節(jié)Ⅲ-70°～50°關(guān)節(jié)Ⅳ-150°～150°關(guān)節(jié)Ⅴ-90°～90°關(guān)節(jié)Ⅵ-180°～180°最大速度關(guān)節(jié)Ⅰ60o/S關(guān)節(jié)Ⅱ60o/S關(guān)節(jié)Ⅲ60o/S關(guān)節(jié)Ⅳ60o/S關(guān)節(jié)Ⅴ60o/S關(guān)節(jié)Ⅵ120o/S最大展開半徑870高度1150本體重量≤100操作方式示教再現(xiàn)/編程電源容量單相220V50Hz4A預(yù)備知識:機(jī)器人的英文名緣由機(jī)器人是一種具有某種仿人功能的自動(dòng)機(jī),機(jī)器人的國際名叫”羅伯特”(ROBOT)?！盧OBOT”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(jī)器人公司》的幻想劇,羅伯特是該劇主人公的名字,她是既忠誠又勤勞的機(jī)器人。機(jī)器人的定義(中國科學(xué)家的定義)機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器,所不同的是這種機(jī)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(dòng)作能力和協(xié)同能力,是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器。機(jī)器人的三原則機(jī)器人不能傷害人類;在不違反第一條的情況下,機(jī)器人必須遵守人類的命令;在不違反第一、二條的情況下,機(jī)器人應(yīng)能保護(hù)自己。機(jī)器人發(fā)展史古代機(jī)器人:中國機(jī)關(guān)人——世界最早的機(jī)器人《列子、湯問篇》中記載西周穆王時(shí),有位名叫偃師的能工巧匠就制造了一個(gè)能歌善舞的伶人機(jī)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”。18前的漢代,大科學(xué)家張衡創(chuàng)造的計(jì)里鼓車。計(jì)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(shí)期,諸葛亮成功地創(chuàng)造出了”木牛流馬”,并用其運(yùn)送軍糧,支援前方戰(zhàn)爭?！钤绲能娛聶C(jī)器人西方最早的機(jī)器人,是公元前2世紀(jì)古希臘人創(chuàng)造的最原始的機(jī)器人——自動(dòng)機(jī)。1738年,法國天才技師杰克·戴·瓦克遜創(chuàng)造了一只機(jī)器鴨。……現(xiàn)代機(jī)器人:1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念,并申請了專利。1959年第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人(可編程、圓坐標(biāo))在美國誕生,開創(chuàng)了機(jī)器人發(fā)展的新紀(jì)元。1967年日本成立了人工手研究會(huì)(現(xiàn)改名為仿生機(jī)構(gòu)研究會(huì)),同年召開了日本首屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)。1970年在美國召開了第一屆國際工業(yè)機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議。1980年被稱為”機(jī)器人元年”。機(jī)器人的組成部分機(jī)器人的手——操作系統(tǒng),作用是抓住一個(gè)工作對象使其按工作或作戰(zhàn)要求動(dòng)作。機(jī)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,經(jīng)過收集信息將其反饋給控制中心,作為對機(jī)器人行為控制和協(xié)調(diào)的依據(jù)。機(jī)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(dá),交給各執(zhí)行及其附屬設(shè)備。機(jī)器人的心臟——?jiǎng)恿ο到y(tǒng),作用是負(fù)責(zé)向機(jī)器人提供動(dòng)力,主要設(shè)備有各種發(fā)動(dòng)機(jī),發(fā)電機(jī)及其附屬設(shè)備。機(jī)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(jī)器人的各種行動(dòng)。圖1-2機(jī)器人的種類按技術(shù)層次分為固定程序控制機(jī)器人、示教再現(xiàn)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)器人、遙控機(jī)器人和智能機(jī)器人。按工作自由度分為自主機(jī)器人、半自主機(jī)器人和搖控機(jī)器人。機(jī)器人的用途勤勞忠誠的員工——不計(jì)報(bào)酬;未知世界的使者——不知”天高地厚”;未到戰(zhàn)爭中的圣斗士——不曉得皮肉之苦;保姆、白衣天使和明星——不用包裝炒作。機(jī)器人的未來發(fā)展人性化、智能化、普及化。實(shí)驗(yàn)步驟連接好氣路,啟動(dòng)氣泵到預(yù)定壓力;啟動(dòng)計(jì)算機(jī),運(yùn)行機(jī)器人軟件,出現(xiàn)如圖1-3所示主界面;接通控制柜電源,按下”啟動(dòng)”按鈕;圖1-3主界面點(diǎn)擊主界面”機(jī)器人復(fù)位”按鈕,機(jī)器人進(jìn)行回零運(yùn)動(dòng)。觀察機(jī)器人的運(yùn)動(dòng),六個(gè)關(guān)節(jié)全部運(yùn)動(dòng)完成后,機(jī)器人處于零點(diǎn)位置;點(diǎn)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(jī)器人軟件安裝目錄下選擇示教文件BANYUN.RBT6,示教數(shù)據(jù)會(huì)在示教列表中顯示;裝配操作演示,在2個(gè)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(jī)器人實(shí)現(xiàn)裝配動(dòng)作;運(yùn)動(dòng)完畢后,按下”復(fù)位”按鈕,機(jī)器人回到零點(diǎn)位置,關(guān)閉對話框;如果想再做一次裝配動(dòng)作,把軸放回相應(yīng)位置,按下”再現(xiàn)”按鈕即可;點(diǎn)擊”機(jī)器人復(fù)位”按鈕,使機(jī)器人回到零點(diǎn)位置;按下控制柜上的”停止”按鈕,斷開控制柜電源;退出機(jī)器人軟件,關(guān)閉計(jì)算機(jī)。圖1-4關(guān)節(jié)示教界面注意事項(xiàng)在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn);機(jī)器人通電后,身體的任何部位不要進(jìn)入機(jī)器人運(yùn)動(dòng)可達(dá)范圍之內(nèi);機(jī)器人運(yùn)動(dòng)不正常時(shí),及時(shí)按下控制柜的急停開關(guān)。機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈾C(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的組成;了解機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)各部分的原理及作用;掌握機(jī)器人單軸運(yùn)動(dòng)的方法。實(shí)驗(yàn)設(shè)備RBT-6T/S02S機(jī)器人一臺(tái);RBT-6T/S02S機(jī)器人控制柜一臺(tái);裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和控制軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)。實(shí)驗(yàn)原理機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)主要由以下幾大部分組成:原動(dòng)部件、傳動(dòng)部件、執(zhí)行部件?；緳C(jī)械結(jié)構(gòu)連接方式為原動(dòng)部件→傳動(dòng)部件→執(zhí)行部件。機(jī)器人的傳動(dòng)簡圖如圖2-1所示。Ⅰ關(guān)節(jié)傳動(dòng)鏈主要由伺服電機(jī)、減速器構(gòu)成。Ⅱ關(guān)節(jié)傳動(dòng)鏈主要由伺服電機(jī)、減速器構(gòu)成。Ⅲ關(guān)節(jié)傳動(dòng)鏈主要由步進(jìn)電機(jī)、同步帶、減速器構(gòu)成。Ⅳ關(guān)節(jié)傳動(dòng)鏈主要由步進(jìn)電機(jī)、減速器構(gòu)成。Ⅴ關(guān)節(jié)傳動(dòng)鏈主要由步進(jìn)電機(jī)、同步帶、減速器構(gòu)成。Ⅵ關(guān)節(jié)傳動(dòng)鏈主要由步進(jìn)電機(jī)、同步帶、減速器構(gòu)成。在機(jī)器人末端還有一個(gè)氣動(dòng)夾持器。原動(dòng)部件包括步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)兩大類,關(guān)節(jié)Ⅰ、Ⅱ采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式;關(guān)節(jié)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式。本機(jī)器人中采用了同步齒型帶傳動(dòng)、RV減速器、諧波減速傳動(dòng)等傳動(dòng)方式。執(zhí)行部件采用了氣動(dòng)手爪機(jī)構(gòu),以完成抓取作業(yè)。下面對RBT-6T/S02S機(jī)器人中采用的各傳動(dòng)部件的工作原理及特點(diǎn)作以簡要介紹。圖2-1機(jī)器人傳動(dòng)簡圖同步齒型帶傳動(dòng)同步齒型帶傳動(dòng)是經(jīng)過帶齒與輪齒的嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力,如圖2-2所示。與摩擦型帶傳動(dòng)相比,同步帶傳動(dòng)兼有帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的一些特點(diǎn),與一般帶傳動(dòng)相比具有以下特點(diǎn):傳動(dòng)比準(zhǔn)確,同步帶傳動(dòng)是嚙合傳動(dòng),工作時(shí)無滑動(dòng);傳動(dòng)效率高,可達(dá)98%以上,節(jié)能效果明顯;不需依靠摩擦傳動(dòng),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;傳動(dòng)平穩(wěn),動(dòng)態(tài)特性良好,能吸振,噪音小;齒型帶較薄,允許線速度高,可達(dá)50m/s;使用廣泛,傳遞功率由幾瓦至數(shù)千瓦,速比可達(dá)10左右;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;安裝要求較高,兩帶輪軸心線平行度要高,中心距要求嚴(yán)格;帶和帶輪的制造工藝復(fù)雜、成本高。盡管如此,同步帶傳動(dòng)不失為一種十分經(jīng)濟(jì)的傳動(dòng)裝置,現(xiàn)已廣泛用于要求精密定位的各種機(jī)械傳動(dòng)中。圖2-2同步齒型帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)諧波齒輪傳動(dòng)諧波齒輪傳動(dòng)由三個(gè)基本構(gòu)件組成:諧波發(fā)生器(簡稱波發(fā)生器)——是由凸輪(一般為橢圓形)及薄壁軸承組成,隨著凸輪轉(zhuǎn)動(dòng),薄壁軸承的外環(huán)作橢圓形變形運(yùn)動(dòng)(彈性范圍內(nèi));剛輪——是剛性的內(nèi)齒輪;柔輪——是薄殼形元件,具有彈性的外齒輪。以上三個(gè)構(gòu)件能夠任意固定一個(gè),成為減速傳動(dòng)及增速傳動(dòng);或者發(fā)生器、剛輪主動(dòng),柔輪從動(dòng),成為差動(dòng)機(jī)構(gòu)(即轉(zhuǎn)動(dòng)的代數(shù)合成)。諧波傳動(dòng)工作過程如下圖2-3所示,當(dāng)波發(fā)生器為主動(dòng)時(shí),凸輪在柔輪內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),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(shí)柔輪的齒就在變形的過程中進(jìn)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(dòng)工作過程波發(fā)生器一般為橢圓形的凸輪,凸輪位于薄壁軸承內(nèi)。薄壁軸承裝在柔輪內(nèi),此時(shí)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(jìn)入剛輪齒間,處在半嚙合狀態(tài),稱之為嚙入。波發(fā)生器在柔輪內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),迫使柔輪產(chǎn)生連續(xù)的彈性變形,此時(shí)波發(fā)生器的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),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(cuò)齒運(yùn)動(dòng),正是這一錯(cuò)齒運(yùn)動(dòng),使減速器能夠?qū)⑤斎氲母咚俎D(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)檩敵龅牡退俎D(zhuǎn)動(dòng)。對于雙波發(fā)生器的諧波齒輪傳動(dòng),當(dāng)波發(fā)生器順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)1/8周時(shí),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(dòng)(角位移)了1/4齒;同理,波發(fā)生器再轉(zhuǎn)動(dòng)1/8周時(shí),重復(fù)上述過程,這時(shí)柔輪位移一個(gè)齒距。依此類推,波發(fā)生器相對剛輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí),柔輪相對剛輪的位移為兩個(gè)齒距。柔輪齒和剛輪齒在節(jié)圓處嚙合過程就如同兩個(gè)純滾動(dòng)(無滑動(dòng))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(gè)齒距,因此柔輪在嚙合過程中,就必須相對剛輪轉(zhuǎn)過兩個(gè)齒距的角位移,這個(gè)角位移正是減速器輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)了減速的目的。波發(fā)生器的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),迫使柔輪上的一點(diǎn)不斷的改變位置,這時(shí)在柔輪的節(jié)圓的任一點(diǎn),隨著波發(fā)生器角位移的過程,形成一個(gè)上下左右相對稱的和諧波,故稱之為:”諧波”。諧波齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn):傳動(dòng)比大、單級傳動(dòng)比為70～320;側(cè)隙小。由于其嚙合原理不同于一般齒輪傳動(dòng),側(cè)隙很小,甚至能夠?qū)崿F(xiàn)無側(cè)隙傳動(dòng);精度高。同時(shí)嚙合齒數(shù)達(dá)到總齒數(shù)的20%左右,在相180°的兩個(gè)對稱方向上同時(shí)嚙合,因此誤差被平均化,從而達(dá)到高運(yùn)動(dòng)精度;零件數(shù)少、安裝方便。僅有三個(gè)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;體積小、重量輕。與一般減速器比較,輸出力矩相同時(shí),一般其體積可減小2/3,重量可減小1/2;承載能力大。因同時(shí)嚙合齒數(shù)多,柔輪又采用了高疲勞強(qiáng)度的特殊鋼材,從而獲得了高的承載能力;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;運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。周向速度低,又實(shí)現(xiàn)了力的平衡,故噪聲低、振動(dòng)小;可向密閉空間傳遞運(yùn)動(dòng)。利用其柔性的特點(diǎn),可向密閉空間傳遞運(yùn)動(dòng)。這一點(diǎn)是其它任何機(jī)械傳動(dòng)無法實(shí)現(xiàn)的。齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)的分類:齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn):瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定。非圓齒輪傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比又能按需要的變化規(guī)律設(shè)計(jì);傳動(dòng)比范圍大,可用于減速或增速;速度(指節(jié)圓圓周速度)和傳動(dòng)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(dòng);功率可從小于1W到105Kw;傳動(dòng)效率高,一對高精度的漸開線圓柱齒輪,效率可達(dá)99%以上;結(jié)構(gòu)緊湊,適用于近距離傳動(dòng);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(jī)床、刀具和量儀等,故制造工藝復(fù)雜,成本高;精度不高的齒輪,傳動(dòng)時(shí)噪聲、振動(dòng)和沖擊大,污染環(huán)境;無過載保護(hù)作用。RV傳動(dòng)圖2-4RV減速器實(shí)物圖RV傳動(dòng)是在擺線針輪傳動(dòng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型傳動(dòng),它具有體積小,重量輕,傳動(dòng)比范圍大,傳動(dòng)效率高等一系列優(yōu)點(diǎn),比單純的擺線針輪行星傳動(dòng)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(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)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(dòng)和諧波傳動(dòng)。RV傳動(dòng)原理如圖2-5所示,它由漸開線圓柱齒輪行星減速機(jī)構(gòu)和擺線針輪行星減速機(jī)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(dòng)部分的輸入,如果漸開線中心齒輪1順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn),那么漸開線行星齒輪在公轉(zhuǎn)的同時(shí)還有逆時(shí)針方向自轉(zhuǎn),并經(jīng)過曲柄軸帶動(dòng)擺線輪做偏心運(yùn)動(dòng),此時(shí),擺線輪在其軸線公轉(zhuǎn)的同時(shí),還將反向自轉(zhuǎn),即順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).同時(shí)還經(jīng)過曲柄軸推動(dòng)鋼架結(jié)構(gòu)的輸出機(jī)構(gòu)順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng).按照封閉差動(dòng)輪系求解傳動(dòng)比基本方法,能夠計(jì)算出RV傳動(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)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+1Z4擺線輪齒數(shù)圖2-5RV傳動(dòng)簡圖RV傳動(dòng)作為一種新型傳動(dòng),從結(jié)構(gòu)上看,其基本特點(diǎn)可概括如下:如果傳動(dòng)機(jī)構(gòu)置于行星架的支撐主軸承內(nèi),那么這種傳動(dòng)的軸向尺寸可大大縮小;采用二級減速機(jī)構(gòu),處于低速極的擺線針輪行星傳動(dòng)更加平穩(wěn),同時(shí),由于轉(zhuǎn)臂軸承個(gè)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;只要設(shè)計(jì)合理,就能夠獲得很高的運(yùn)動(dòng)精度和很小的回差;RV傳動(dòng)的輸出機(jī)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;傳動(dòng)比范圍大,因?yàn)榧词箶[線輪齒數(shù)不變,只改變漸開線齒數(shù),就能夠得到很多的速比。其傳動(dòng)比為i=31～171;傳動(dòng)效率高,其傳動(dòng)效率為η=0.85～0.92。實(shí)驗(yàn)步驟教師介紹機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)中原動(dòng)部分、傳動(dòng)部分以及執(zhí)行部分的位置及在機(jī)器人系統(tǒng)中的工作狀況;啟動(dòng)計(jì)算機(jī),運(yùn)行機(jī)器人軟件;接通控制柜電源,按下”啟動(dòng)”按鈕;圖2-6關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)界面點(diǎn)擊主界面”機(jī)器人復(fù)位”按鈕,機(jī)器人進(jìn)行回零運(yùn)動(dòng)。觀察機(jī)器人的運(yùn)動(dòng),六個(gè)關(guān)節(jié)全部運(yùn)動(dòng)完成后,機(jī)器人處于零點(diǎn)位置;點(diǎn)擊”關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)”按鈕,出現(xiàn)如圖2-6所示界面;選擇”關(guān)節(jié)Ⅰ”,關(guān)節(jié)方向選擇”正向”,啟動(dòng)方式選擇”加速”,運(yùn)動(dòng)方式選擇”位置模式”,運(yùn)行速度取默認(rèn)值,目標(biāo)位置取-120度,點(diǎn)擊”啟動(dòng)”按鈕,觀察機(jī)器人第Ⅰ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況;選擇”關(guān)節(jié)Ⅰ”,關(guān)節(jié)方向選擇”反向”,啟動(dòng)方式選擇”加速”,運(yùn)動(dòng)方式選擇”速度模式”,運(yùn)行速度取默認(rèn)值,點(diǎn)擊”啟動(dòng)”按鈕,觀察機(jī)器人第Ⅰ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況,然后點(diǎn)擊”立即停止”按鈕;選擇”關(guān)節(jié)Ⅱ”,關(guān)節(jié)方向選擇”正向”,啟動(dòng)方式選擇”勻速”,運(yùn)動(dòng)方式選擇”位置模式”,運(yùn)行速度取默認(rèn)值,目標(biāo)位置取-120度,點(diǎn)擊”啟動(dòng)”按鈕,觀察機(jī)器人第Ⅱ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況;選擇”關(guān)節(jié)Ⅱ”,關(guān)節(jié)方向選擇”反向”,啟動(dòng)方式選擇”勻速”,運(yùn)動(dòng)方式選擇”速度模式”,運(yùn)行速度取默認(rèn)值,點(diǎn)擊”啟動(dòng)”按鈕,觀察機(jī)器人第Ⅱ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況,然后點(diǎn)擊”立即停止”按鈕;選擇”關(guān)節(jié)Ⅲ”,關(guān)節(jié)方向選擇”正向”,啟動(dòng)方式選擇”加速”,運(yùn)動(dòng)方式選擇”位置模式”,運(yùn)行速度取默認(rèn)值,目標(biāo)位置取30度,點(diǎn)擊”啟動(dòng)”按鈕,觀察機(jī)器人第Ⅲ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況;選擇”關(guān)節(jié)Ⅲ”,關(guān)節(jié)方向選擇”反向”,啟動(dòng)方式選擇”加速”,運(yùn)動(dòng)方式選擇”速度模式”,運(yùn)行速度取默認(rèn)值,點(diǎn)擊”啟動(dòng)”按鈕觀察機(jī)器人第Ⅲ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況,然后點(diǎn)擊”立即停止”按鈕;選擇”關(guān)節(jié)Ⅳ”,關(guān)節(jié)方向選擇”正向”,啟動(dòng)方式選擇”勻速”,運(yùn)動(dòng)方式選擇”位置模式”,運(yùn)行速度取默認(rèn)值,目標(biāo)位置取60度,點(diǎn)擊”啟動(dòng)”按鈕,觀察機(jī)器人第Ⅳ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況;選擇”關(guān)節(jié)Ⅳ”,關(guān)節(jié)方向選擇”反向”,啟動(dòng)方式選擇”勻速”,運(yùn)動(dòng)方式選擇”速度模式”,運(yùn)行速度取默認(rèn)值,點(diǎn)擊”啟動(dòng)”按鈕觀察機(jī)器人第Ⅳ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況,然后點(diǎn)擊”立即停止”按鈕;選擇”關(guān)節(jié)Ⅴ”,關(guān)節(jié)方向選擇”正向”,啟動(dòng)方式選擇”加速”,運(yùn)動(dòng)方式選擇”位置模式”,運(yùn)行速度取默認(rèn)值,目標(biāo)位置取60度,點(diǎn)擊”啟動(dòng)”按鈕,觀察機(jī)器人第Ⅴ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況;選擇”關(guān)節(jié)Ⅴ”,關(guān)節(jié)方向選擇”反向”,啟動(dòng)方式選擇”加速”,運(yùn)動(dòng)方式選擇”速度模式”,運(yùn)行速度取默認(rèn)值,點(diǎn)擊”啟動(dòng)”按鈕觀察機(jī)器人第Ⅴ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況,然后點(diǎn)擊”減速停止”按鈕;選擇”關(guān)節(jié)Ⅵ”,關(guān)節(jié)方向選擇”正向”,啟動(dòng)方式選擇”加速”,運(yùn)動(dòng)方式選擇”位置模式”,運(yùn)行速度取默認(rèn)值,目標(biāo)位置取60度,點(diǎn)擊”啟動(dòng)”按鈕,觀察機(jī)器人第Ⅵ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況;選擇”關(guān)節(jié)Ⅵ”,關(guān)節(jié)方向選擇”反向”,啟動(dòng)方式選擇”加速”,運(yùn)動(dòng)方式選擇”速度模式”,運(yùn)行速度取默認(rèn)值,點(diǎn)擊”啟動(dòng)”按鈕觀察機(jī)器人第Ⅵ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況,然后點(diǎn)擊”減速停止”按鈕;點(diǎn)擊”退出”按鈕,退出關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)界面;點(diǎn)擊”機(jī)器人復(fù)位”按鈕,使機(jī)器人回到零點(diǎn)位置;按下控制柜上的”停止”按鈕,斷開控制柜電源;退出機(jī)器人軟件,關(guān)閉計(jì)算機(jī)。注意事項(xiàng)在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn);機(jī)器人通電后,身體的任何部位不要進(jìn)入機(jī)器人運(yùn)動(dòng)可達(dá)范圍之內(nèi);機(jī)器人運(yùn)動(dòng)不正常時(shí),及時(shí)按下控制柜的急停開關(guān)。

機(jī)器人的控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈾C(jī)器人控制系統(tǒng)的組成。熟悉機(jī)器人控制系統(tǒng)各部分的原理及作用。實(shí)驗(yàn)設(shè)備RBT-6T/S02S機(jī)器人一臺(tái);RBT-6T/S02S機(jī)器人控制柜一臺(tái);裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和控制軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)。實(shí)驗(yàn)原理RBT-6T/S02S機(jī)器人電控系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、伺服(步進(jìn))電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及伺服(步進(jìn))電機(jī)、電源、控制柜、操作電路等幾部分組成。計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和人機(jī)器人控制軟件。運(yùn)動(dòng)控制卡由高性能DSP處理器、CPLD可編程器件及伺服電機(jī)接口器件等組成,用于實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的位置、速度、加速度的控制及多個(gè)伺服電機(jī)的多軸協(xié)調(diào)控制。其主要功能為:S形、梯形自動(dòng)加減速曲線規(guī)劃;輸出控制脈沖到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使電機(jī)運(yùn)動(dòng);具有編碼器位置反饋信號接口,監(jiān)控電機(jī)實(shí)際運(yùn)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(shí)現(xiàn)高速高精度原點(diǎn)返回操作;具有伺服驅(qū)動(dòng)器報(bào)警信號ALM等伺服驅(qū)動(dòng)器專用信號接口。伺服(步進(jìn))電機(jī)驅(qū)動(dòng)器用來把運(yùn)動(dòng)控制卡提供的低功率的脈沖信號轉(zhuǎn)換為能驅(qū)動(dòng)電機(jī)的大功率電信號,以驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)。電源部分用來給控制柜提供各驅(qū)動(dòng)器的控制用電源,包括相關(guān)保護(hù)、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(hù)、報(bào)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(jìn)電機(jī)及伺服電機(jī)系統(tǒng)作以簡要介紹。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)示意圖如圖3-1所示。圖3-1步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)其主要的控制信號有:步進(jìn)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(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn),驅(qū)動(dòng)器每接受一個(gè)脈沖信號CP,就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角,CP的頻率和步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比,CP的脈沖個(gè)數(shù)決定了步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度。這樣,控制系統(tǒng)經(jīng)過脈沖信號CP就能夠達(dá)到控制電機(jī)位置和速度的目的。方向電平信號DIR:控制卡發(fā)出此信號用來控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。比如說,此信號為高電平時(shí)電機(jī)為順時(shí)針旋轉(zhuǎn),此信號為低電平時(shí)電機(jī)則為反方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。使能信號EN:此信號在不連接時(shí)默認(rèn)為有效狀態(tài),這時(shí)驅(qū)動(dòng)器正常工作。當(dāng)此信號回路導(dǎo)通時(shí),驅(qū)動(dòng)器停止工作,此信號為選用信號。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。圖3-2安川YSKAWA∑-Ⅱ系列SGDM型伺服控制系統(tǒng)示意圖圖3-3富士FUJIFALDIC-W系列伺服控制系統(tǒng)示意圖其主要控制信號有:脈沖信號PULS:此信號由運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)出,驅(qū)動(dòng)器接收此信號驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn);方向信號SIGN:此信號由運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)出,用來控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向;原點(diǎn)信號ORG:由零位開關(guān)發(fā)出。ORG信號可單獨(dú)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;限位信號EL:由限位開關(guān)發(fā)出。+EL為電機(jī)運(yùn)行正方向的限位信號,-EL為電機(jī)運(yùn)行負(fù)方向的限位信號,當(dāng)與電機(jī)運(yùn)行相同方向的EL信號為”O(jiān)N”狀態(tài)時(shí),控制卡立即停止發(fā)出脈沖,電機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)行。這個(gè)信號被鎖存,即使EL又恢復(fù)成”O(jiān)FF”狀態(tài),控制卡也不會(huì)再發(fā)出脈沖,可由指令發(fā)出相反方向運(yùn)動(dòng)的脈沖鏈?zhǔn)闺姍C(jī)反向運(yùn)動(dòng),解除這一鎖存狀態(tài);驅(qū)動(dòng)器報(bào)警信號ALM:由驅(qū)動(dòng)器發(fā)出。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障時(shí),報(bào)警信號ALM為”O(jiān)N”狀態(tài),控制卡接收到這個(gè)信號后立即停止發(fā)出脈沖,電機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)行;伺服ON信號:由運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)出,伺服驅(qū)動(dòng)器接收到此信號后,即處于伺服狀態(tài);編碼器信號:編碼器輸出A、B、Z相信號送到伺服驅(qū)動(dòng)器,經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)器分頻后發(fā)送到運(yùn)動(dòng)控制卡,用來反饋伺服電機(jī)實(shí)際運(yùn)行位置及實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。實(shí)驗(yàn)步驟介紹控制柜各組成部分(教師講解)結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理,介紹RBT-6T/S02S機(jī)器人的控制系統(tǒng)的組成,電控系統(tǒng)主要由電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、斷路器、開關(guān)電源、按鈕指示燈等其它附件組成?？刂乒袂耙晥D如圖3-4所示,立式電氣安裝板布局圖如圖3-5所示,控制柜后視圖如圖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(bào)警指示燈;SB1:啟動(dòng)按鈕,接通電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主回路電源;SB2:停止按鈕,切斷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主回路電源;SB3:急停按鈕;圖3-4控制柜前視圖圖3-5立式電氣安裝板布局圖DRV1～DRV6:驅(qū)動(dòng)器;P1:開關(guān)電源,為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器提供DC24V電源;AP1:接口電路板,用于機(jī)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(shí),自動(dòng)切斷電源回路,保護(hù)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控制柜后視圖XS1:電源插座;CN1~CN4:圓形連接器,位于控制柜后部,用來連接控制柜和機(jī)器人之間的電纜;控制柜的使用接通控制柜電源;按下”啟動(dòng)”按鈕;使用結(jié)束后,按下”停止”按鈕;斷開控制柜電源。注意事項(xiàng)在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn);機(jī)器人通電后,身體的任何部位不要進(jìn)入機(jī)器人運(yùn)動(dòng)可達(dá)范圍之內(nèi);機(jī)器人運(yùn)動(dòng)不正常時(shí),及時(shí)按下控制柜的急停開關(guān)。

機(jī)器人示教編程與再現(xiàn)控制實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈾C(jī)器人示教與再現(xiàn)的原理;掌握機(jī)器人示教和再現(xiàn)過程的操作方法。實(shí)驗(yàn)設(shè)備RBT-6T/S02S機(jī)器人一臺(tái);RBT-6T/S02S機(jī)器人控制柜一臺(tái);裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和控制軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)。實(shí)驗(yàn)原理機(jī)器人的示教-再現(xiàn)過程是分為四個(gè)步驟進(jìn)行的,它包括:機(jī)器人示教(teachprogramming),就是操作者把規(guī)定的目標(biāo)動(dòng)作(包括每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件,每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的動(dòng)作)一步一步的教給機(jī)器人。示教的簡繁,標(biāo)志著機(jī)器人自動(dòng)化水平的高低。記憶,即是機(jī)器人將操作者所示教的各個(gè)點(diǎn)的動(dòng)作順序信息、動(dòng)作速度信息、位姿信息等記錄在存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)信息的形式、存儲(chǔ)存量的大小決定機(jī)器人能夠進(jìn)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(chǔ)器所存儲(chǔ)的信息讀出,向執(zhí)行機(jī)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(jī)器人自動(dòng)選擇相應(yīng)的程序再現(xiàn)這一功能的不同,標(biāo)志著機(jī)器人對工作環(huán)境的適應(yīng)性。操作,指機(jī)器人以再現(xiàn)信號作為輸入指令,使執(zhí)行機(jī)構(gòu)重復(fù)示教過程規(guī)定的各種動(dòng)作。在示教-再現(xiàn)這一動(dòng)作循環(huán)中,示教和記憶是同時(shí)進(jìn)行的;再現(xiàn)和操作也是同時(shí)進(jìn)行的。這種方式是的機(jī)器人控制中比較方便和常見的方法之一。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(gè)機(jī)器人組成,當(dāng)操作者對主動(dòng)小機(jī)器人手把手進(jìn)行操作控制的時(shí)候,由于兩機(jī)器人所對應(yīng)關(guān)節(jié)之間裝有傳感器,因此從動(dòng)大機(jī)器人能夠以相同的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)完成所示教操作。編程式既是運(yùn)用上位機(jī)進(jìn)行控制,將示教點(diǎn)以程序的格式輸入到計(jì)算機(jī)中,當(dāng)再現(xiàn)時(shí),按照程序語句一條一條的執(zhí)行。這種方法除了計(jì)算機(jī)外,不需要任何其它設(shè)備,簡單可靠,適用小批量、單件機(jī)器人的控制。示教盒和上位機(jī)控制的方法大致一致,只是由示教盒中的單片機(jī)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,因此適用在較大批量的成型的產(chǎn)品中。實(shí)驗(yàn)步驟啟動(dòng)計(jì)算機(jī),運(yùn)行機(jī)器人軟件;接通控制柜電源,按下”啟動(dòng)”按鈕;點(diǎn)擊主界面”機(jī)器人復(fù)位”按鈕,機(jī)器人進(jìn)行回零運(yùn)動(dòng)。觀察機(jī)器人的運(yùn)動(dòng),六個(gè)關(guān)節(jié)全部運(yùn)動(dòng)完成后,機(jī)器人處于零點(diǎn)位置;點(diǎn)擊”關(guān)節(jié)示教”按鈕,出現(xiàn)如圖4-1所示界面;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(gè)擋,默認(rèn)是6度/秒,一般情況下建議選擇12度/秒);在”關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)”中有每個(gè)關(guān)節(jié)的正反向運(yùn)動(dòng),持續(xù)按下相應(yīng)關(guān)節(jié)的按鈕,機(jī)器人的關(guān)節(jié)會(huì)按照指令運(yùn)動(dòng),松開相應(yīng)的按鈕,機(jī)器人的關(guān)節(jié)會(huì)停止運(yùn)動(dòng);在機(jī)器人”各關(guān)節(jié)狀態(tài)”和”當(dāng)前坐標(biāo)”中,能夠?qū)崟r(shí)顯示機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),當(dāng)每運(yùn)動(dòng)到一個(gè)點(diǎn),必須按下”記錄”按鈕,在再現(xiàn)時(shí)機(jī)器人將忽略中間過程而只再現(xiàn)各個(gè)點(diǎn),在”示教列表”中會(huì)記錄并顯示機(jī)器人相應(yīng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的信息,繼續(xù)運(yùn)動(dòng)其它關(guān)節(jié),直到整個(gè)示教程序完成;圖4-1關(guān)節(jié)示教界面點(diǎn)擊”保存”按鈕,示教完的信息以(*.RBT6)格式保存在示教文件中;點(diǎn)擊”再現(xiàn)”按鈕,機(jī)器人按照記錄的機(jī)器人關(guān)節(jié)信息再現(xiàn)一遍運(yùn)動(dòng)軌跡;點(diǎn)擊”清空”按鈕會(huì)把示教列表全部清除。點(diǎn)擊”退出”按鈕,退出當(dāng)前界面;點(diǎn)擊”機(jī)器人復(fù)位”按鈕,使機(jī)器人回到零點(diǎn)位置;按下控制柜上的”停止”按鈕,斷開控制柜電源;退出機(jī)器人軟件,關(guān)閉計(jì)算機(jī)。思考題經(jīng)過實(shí)驗(yàn)總結(jié)機(jī)器人示教－再現(xiàn)的概念;試分析機(jī)器人的示教屬于PTP(點(diǎn)到點(diǎn))控制還是輸入CP(連續(xù)軌跡)控制。思考題參考答案示教,就是人把規(guī)定的動(dòng)作(包括每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件,每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的動(dòng)作)教給機(jī)器人,然后將示教的各種信息存儲(chǔ)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(chǔ)的信息讀出,向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出具體指令。機(jī)器人的示教屬于PTP(點(diǎn)到點(diǎn))控制。注意事項(xiàng)在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn);機(jī)器人通電后,身體的任何部位不要進(jìn)入機(jī)器人運(yùn)動(dòng)可達(dá)范圍之內(nèi);機(jī)器人運(yùn)動(dòng)不正常時(shí),及時(shí)按下控制柜的急停開關(guān)。機(jī)器人坐標(biāo)系的建立實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈾C(jī)器人建立坐標(biāo)系的意義;了解機(jī)器人坐標(biāo)系的類型;掌握用D-H方法建立機(jī)器人坐標(biāo)系的步驟。實(shí)驗(yàn)設(shè)備RBT-6T/S02S機(jī)器人一臺(tái);RBT-6T/S02S機(jī)器人控制柜一臺(tái);裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和控制軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)。實(shí)驗(yàn)原理機(jī)器人一般是由一系列連桿和相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)副組合而成的空間開式鏈,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng),完成規(guī)定的操作。因此,機(jī)器人運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)關(guān)系。假定這些連桿和運(yùn)動(dòng)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(gè)直角坐標(biāo)系,相對于該坐標(biāo)系,點(diǎn)的位置能夠用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(jī)器人的每個(gè)關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的建立可參照以下的三原則:軸沿著第n個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軸;軸垂直于軸并指向離開軸的方向;軸的方向按右手定則確定。機(jī)器人坐標(biāo)系建立的方法常見的是D-H方法,這種方法嚴(yán)格定義了每個(gè)關(guān)節(jié)的坐標(biāo)系,并對連桿和關(guān)節(jié)定義了4個(gè)參數(shù),如圖5-1。圖5-1轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)連桿四參數(shù)示意圖機(jī)器人機(jī)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(gè)參數(shù)來描述一個(gè)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(gè)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。除第一個(gè)和最后一個(gè)連桿外,每個(gè)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,為兩連桿距離,為兩連桿夾角。機(jī)器人機(jī)械手上坐標(biāo)系的配置取決于機(jī)械手連桿連接的類型。有兩種連接——轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和棱柱聯(lián)軸節(jié)。對于轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié),為關(guān)節(jié)變量。連桿i的坐標(biāo)系原點(diǎn)位于關(guān)節(jié)i和i+1的公共法線與關(guān)節(jié)i+1軸線的交點(diǎn)上。如果兩相鄰連桿的軸線相交于一點(diǎn),那么原點(diǎn)就在這一交點(diǎn)上。如果兩軸線互相平行,那么就選擇原點(diǎn)使對下一連桿(其坐標(biāo)原點(diǎn)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)節(jié)i和i+1的公共法線上,其方向從i指向i+1,當(dāng)兩關(guān)節(jié)軸線相交時(shí),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。當(dāng)兩軸和平行且同向時(shí),第i個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的為零。一旦對全部連桿規(guī)定坐標(biāo)系之后,我們就能夠按照下列順序由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)和兩個(gè)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)。沿軸平移一距離,把移到與同一直線上。沿i軸平移距離,把連桿i-l的坐標(biāo)系移到使其原點(diǎn)與連桿n的坐標(biāo)系原點(diǎn)重合的地方。繞軸旋轉(zhuǎn)角,使轉(zhuǎn)到與同一直線上。這種關(guān)系可由表示連桿i對連桿i-1相對位置的四個(gè)齊次變換來描述,并叫做矩陣。此關(guān)系式為(式5-1)展開上式可得(式5-2)當(dāng)機(jī)械手各連桿的坐標(biāo)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后的連桿來說,這些參數(shù)為和。然后,角的正弦值和余弦值也可計(jì)算出來。這樣,A矩陣就成為關(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(gè)變換矩陣的值。實(shí)驗(yàn)步驟參照機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡圖(圖5-2所示),根據(jù)D-H方法建立機(jī)器人的笛卡爾坐標(biāo)系,而且標(biāo)出每個(gè)關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的原點(diǎn);圖5-2機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡圖建好坐標(biāo)系后填寫表5-1的各個(gè)變量的值;表5-1機(jī)器人的參數(shù)桿件變量為轉(zhuǎn)角θn偏距dn(mm)扭角αn桿長an(mm)123456根據(jù)表5-1的各個(gè)變量的值以及各桿件之間關(guān)系,寫出相應(yīng)的矩陣;根據(jù)A矩陣和T矩陣之間的關(guān)系,寫出T矩陣;實(shí)驗(yàn)步驟參考答案:圖5-3D-H坐標(biāo)系的建立表5-2機(jī)器人的參數(shù)桿件變量為轉(zhuǎn)角θn偏距dn(mm)扭角αn桿長an(mm)1θ1(0)387.5-90°02θ2(-90°)002303θ3(0)0-90°1074θ4(0)26890°05θ5(0)0-90°06θ6(0)165.500規(guī)定逆時(shí)針為正,順時(shí)針為負(fù)。C=cosS=sin0A1=A=A=3A4=A=5A6=T1=0A11A22A3==T2=3A44A55A6=**T=T1*T2=*=思考題根據(jù)圖5-4某機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡圖,試著用D-H坐標(biāo)法建立其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,并畫出坐標(biāo)系,答案見圖5-5。圖5-4某機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡圖圖5-5某機(jī)器人D-H坐標(biāo)系的建立

機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私恺R次變換矩陣的概念;掌握機(jī)器人笛卡爾坐標(biāo)系建立的過程;掌握運(yùn)用齊次變換矩陣求解機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)的方法。實(shí)驗(yàn)設(shè)備RBT-6T/S02S機(jī)器人一臺(tái);RBT-6T/S02S機(jī)器人控制柜一臺(tái);裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和控制軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)。實(shí)驗(yàn)原理機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)只涉及到物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,不考慮產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力和力矩。機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)所研究的內(nèi)容是:給定機(jī)器人各關(guān)節(jié)的角度或位移,求解計(jì)算機(jī)器人末端執(zhí)行器相對于參考坐標(biāo)系的位置和姿態(tài)問題。各連桿變換矩陣相乘,可得到機(jī)器人末端執(zhí)行器的位姿方程(正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程)為:=(式6-1)其中:向矢量處于手爪入物體的方向上,稱之為接近矢量,y向矢量的方向從一個(gè)指尖指向另一個(gè)指尖,處于規(guī)定手爪方向上,稱為方向矢量;最后一個(gè)矢量叫法線矢量,它與矢量和矢量一起構(gòu)成一個(gè)右手矢量集合,并由矢量的叉乘所規(guī)定:。式6-1表示了機(jī)器人變換矩陣,它描述了末端連桿坐標(biāo)系{4}相對基坐標(biāo)系{0}的位姿,是機(jī)械手運(yùn)動(dòng)分析和綜合的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)步驟根據(jù)機(jī)器人坐標(biāo)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(jī)器人正解的運(yùn)算公式,并填入下表6-1中;表6-1機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)的參數(shù)參數(shù)計(jì)算公式nxnynzoxoyozaxayazpxpypz將這組數(shù)據(jù)帶入式6-1中,求出各個(gè)分量的值,填入表6-2中;表6-2機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)的輸入和輸出參數(shù)輸入值輸出值nxoxaxpxnyoyaypynzozazpz運(yùn)行機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件,點(diǎn)擊”空間學(xué)計(jì)算”按鈕,出現(xiàn)如圖6-1所示界面,在”關(guān)節(jié)角度”中相應(yīng)的位置輸入各個(gè)關(guān)節(jié)的變量值,點(diǎn)擊”正解計(jì)算”按鈕,各個(gè)參數(shù)的值顯示在”末端位姿”相應(yīng)的框內(nèi);將計(jì)算的值和控制系統(tǒng)軟件計(jì)算出的值相比較,比較結(jié)果是否一致,如果不一致請您分析原因。圖6-1空間學(xué)計(jì)算界面實(shí)驗(yàn)步驟參考答案:表6-3機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)的參數(shù)參數(shù)計(jì)算公式nxnynzoxoyozaxayazpxpypz表6-4機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)的輸入和輸出參數(shù)輸入值輸出值nxoxaxpxnyoyaypynzozazpz思考題對于RBT機(jī)器人來說,笛卡爾的坐標(biāo)原點(diǎn)選擇的不同,會(huì)對正運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)算產(chǎn)生什么樣的影響?思考題參考答案對于機(jī)器人來說,笛卡爾的坐標(biāo)原點(diǎn)選擇的不同,正運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)算的位置點(diǎn)的z坐標(biāo)值會(huì)有不同。

機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私恺R次變換矩陣的概念;了解機(jī)器人工作空間的概念;掌握機(jī)器人笛卡爾坐標(biāo)系建立的過程;掌握運(yùn)用齊次變換矩陣求解機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的方法。實(shí)驗(yàn)設(shè)備RBT-6T/S02S機(jī)器人一臺(tái);RBT-6T/S02S機(jī)器人控制柜一臺(tái);裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和控制軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)。實(shí)驗(yàn)原理機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)反解存在的區(qū)域稱為機(jī)器人的工作空間,求解機(jī)器人逆解的目的也在于要求出機(jī)器人的工作空間。工作空間是操作臂的末端能夠到達(dá)的空間范圍,即末端能夠到達(dá)的目標(biāo)點(diǎn)集合。值得指出的是,工作空間應(yīng)該嚴(yán)格地區(qū)分為兩類:靈活(工作)空間指機(jī)器人手爪能夠以任意方位到達(dá)的目標(biāo)點(diǎn)集合。因此,在靈活空間的每個(gè)點(diǎn)上,手爪的指向可任意規(guī)定?？蛇_(dá)(工作)空間指機(jī)器人手爪至少在一個(gè)方位上能夠到達(dá)的目標(biāo)點(diǎn)集合。機(jī)器人操作臂運(yùn)動(dòng)學(xué)反解的數(shù)目決定于關(guān)節(jié)數(shù)目和連桿參數(shù)(對于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)操作臂指的是,)和關(guān)節(jié)變量的活動(dòng)范圍。在解運(yùn)動(dòng)學(xué)方程時(shí),碰到的