《工业机器人》实验指导书.doc

六自由度工业机器人实验指导书2011前 言T 6-DOF工业机器人系统是专门为普通工业需要设计，同时也满足大中专院校、职业培训技术机构教学与研究目的而设计开发的开放式、高精度、工业化多自由度机器人系统。它适合低载荷低速度要求的工业抓取工艺，其开放的设计形式也满足机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计与理论、自动控制等相关专业的教学、研究和培训。系统特点,结构紧凑，可靠性高, 控制系统软件平台采用专用的工业机器人平台软件，机器人语言编程系统全面开放，用户可根据需要进行机器人专用系统的开发,工业化标准设计，平台关键零部件全部选用工业级部件，可同时兼顾教学和实训。实验一 工业机器人认识一、实验目的了解6自由度工业机器人的机械结构，工作原理，并初步掌握操作。二、基础知识学习工业机器人是工业制造及物流自动化中的重要装置之一，是当今世界新技术革命的一个重要标志。工业机器人是一种典型的机电一体化产品，它大体上分解为四个部分：机器人本体、末端执行器、传感器和控制器。2.1工业机器人的工作原理工业机器人是一种生产装备。机器人的基本功能是提供其作业所须的运动和动力。基本工作原理是通过操作机上的各运动构件的运动，自动地实现手部作业的动作功能及技术要求，因此在基本功能及基本工作原理上的工业机器人与机床有相同之处： (1)两者的末端执行器都有位姿变化要求，如机床在加工过程中，刀具相对工件有位姿变化要求，机器人的手部在作业过程中相对机座也有位姿变化的要求。 (2)二者都是通过坐标运动来实现末端执行器的位姿变化要求。二者的主要不同之处在于：机床以按直角坐标形式运动为主，而机器人以按关节形式运动为主；机床对刚度、精度要求很高，其灵活性相对较低；而机器人对灵活性要求很高，其刚度、精度相对要低。2.2工业机器人的构成工业机器人由执行机构、驱动单元、控制装置、智能系统四部分组成。2.2.1、执行机构 操作机是机器人赖以完成工作任务的实体，通常由杆件相关节组成。从功能的角度，执行机构可分为：手部、腕部、臂部、腰部和基座等。(1)手部 手部又称末端执行器，是工业机器人直接进行工作的部分和各种夹持器。有时人们也常把诸如电焊枪、油漆喷头等划作机器人的手部。(2)腕部 腕部与手部相连，通常有3个自由度，多为轮系结构，主要功用是带动手部完成预定姿态，是操作机中结构较为复杂的部分。(3)臂部 臂部用以连接腰部和腕部，通常由两个臂杆(小臂和大臂)组成，用以带动胸部作平面运动。(4)腰部 腰部是连接管和基座的部件，通常是回转部件，腰部的回转运动再加上臀部的平面运动，就能使腰部作空间运动。腰部是执行机构的关键部件，它的制造误差、运动精度和平稳性，对机器人的定位精度有决定性的影响。(5)基座 基座是整个机器人的支持部分，有固定式和移动式两种。该部件必须具有足够的刚度和稳定性2.2.2、驱动单元 由驱动装置（如电动机、液压或气压装置）、减速器和内部检测元件等组成，为操作机各运动部件提供动力和运动。2.2.3、控制装置 由检测和控制两部分组成，用来控制驱动单元，检测其运动参数并进行反馈。2.2.4、智能系统 是目前机器人系统中一个不够完善但发展很快的子系统。它可分为两个部分感知系统和分析决策智能系统。前者主要靠硬件(各类传感器)实现；后者主要靠软件。三、实验操作步骤1、示教前的准备系统急停1）、把控制柜右侧的断路器打开，打开控制柜正面的急停开关，按启伺服启动按钮，进入机器人控制软件界面。伺服驱动 2)、进入软件界面后，在单机模式下，首先让机器人做回零动作，保证它在安全位置。3)、创建程序名。（1）点击文件中带txt后缀的地方，在弹出的对话框中，把原来的名称更改成自己想创建的名称（但名称只能用数字或英文字母），后缀请不要改变。（2）按对话框中的 确定 键，程序名已经创建，但此时如果想要在此文件名下编辑程序，请点击旁边的打开文件。（3）打开文件后，系统会自动生成一个空的编辑表格，此时就可以在创建的程序名下编辑新的程序。4)、编程介绍 （1）、在新程序的第一步要用关节坐标，最好就用零点位置做为第一点。 （2）、接下来可以移动机器人到另一个位置（移动机器人是速度可以更改），选择界面上的【记录】，这时第二点的位置就已经记录好了。 （3）、每移动一个想要的位置后，请做一次【记录】，在移动位置时可以在关节模式和直角模式下做切换。 （4）、如果在某一个位置想要输出一个夹具夹紧或松开的信号，可以在示教列表操作处点击夹紧或松开的按钮，系统会自动记住刚点击的夹紧或松开信号。 （5）、编程中在某一个位置需要做延时处理时，先把示教列表操作处延时后面的时间数值更改成您需要的时间，再点击延时按钮，这时在此位置已经记录了一个延时时间。（6）、在编程中某一个位置输出一个夹紧或松开的信号，在输出信号前和后都可以插入一个延时时间。插入动作之前的话就是先有延时再有动作，插入动作之后的话就是先有动作再有延时。（7）、编辑机器人动作时，动作中的最后一点位置要能安全的回到程序的第一位置。（8）、完成一个动作编程后，可以点击示教列表操作处的回放，此时机器人就按照刚编辑的程序来运动。程序是把机器人的作业内容用机器人语言加以描述的作业程序。现在我们在机器人的正前方放一个水晶块（高度和机器人手臂的高度差不多，且把放水晶块的地方做一个标记），请把水晶块放在一个平面上，机器人从安全位置走到水晶块上方，再下降到能用夹具夹紧水晶块的位置，再抬起来一定的高度，延时10秒后再放回原位，机器人抬起来后安全的回到零点位置。此动作大概需要1-10个点的动作。程序点 1 就为机器人的零点位置，点击控制软件上的回零按钮让机器人回到零点位置（点击回零前请确保机器人能安全回到零点），并点击【记录】。程序点 2 在关节模式下（速度设为5.0），转动机器人的第6轴（J6+或J6-）使机器人的夹具张开位置朝水晶块的方向，再把速度设置为（10）并点击【记录】 . 程序点 3 把控制模式设置为直角模式，点击X+/X-使机器人向水晶块的方向运动，走到水晶块的正上方，并点击【记录】 程序点 4还是在直角坐标模式下，点击Z-使机器人向下走（此时请保证机器人下来时不会碰到水晶块），机器人向下走到水晶块的五分子二的位置，在此位置，点击【记录】程序点 5把控制软件中的延时时间更改为T#2S，点击延时按钮。 程序点 6再点击夹紧按钮再把延时时间更改为T#3S，再点击延时。 程序点 7在直角模式下，点击Z+使机器人抬高大概20CM的高度的位置，并点击【记录】，再把延时时间更改为T#10S，点击延时按钮。程序点 8在直角模式下，点击Z-使机器人下降到水晶块离桌面很近的位置，并点击【记录】。程序点 9在直角模式下，点击Z+使机器人抬高大概20CM的高度的位置，并做【记录】，再把延时时间更改为T#5S，点击延时按钮。程序点 10切换到关节模式下，点击回零使机器人回到零点的位置（请确保机器人能安全回到零点），并点击【记录】。四、实验报告要求 通过接触实际工业机器人，根据所学的知识请详细描述，该6自由度工业机器人的结构，工作原理，手部的设计，并说明自己在进行实际操作时的步骤及遇到的问题以及自己的想法。实验二 机器人示教编程与再现控制一、实验目的通过本次试验，掌握6自由度工业机器人的示教编程与再现控制。二、实验内容2.1 示教的基本步骤2.1.1 示教前的准备工作开始示教前，请做以下准备：开启电源，进入机器人控制程序；输入程序名。1进入机器人控制程 序。2点击示教列表操作 区的“文件”后面的编 辑框，在屏幕软件盘 上，输入一个未曾示教 过的文件名称。3此时示教盒功能区 会显示一个未曾被纪 录的空文件命令列表。2.1.2 示教的基本步骤为了使机器人能够进行再现，就必须把机器人运动命令编成程序。 控制机器人运动的命令 就是移动命令。在移动命令中，记录有移动到的位置、插补方式、再现速度等。上述命令解释如下：2.1.2.1 示教一个程序在示教从上一程序点到下一个程序点的过程中，不能切换不同的坐标系进行。否则记录会造成机器人运动异常。程序是把机器人的作业内容用机器人语言加以描述的作业程序。现在我们来为机器人输入以下从工件A 点到B 点的加工程序，此程序由1 至6 的6 个程序 点组成。确保自己和机器人之间的安全距离在这里，没有进行抓取或者焊接等实际操作。2.1.2.2 程序点 1 - 开始位置把机器人移动到完全离开周边物体的位置，输入程序点 1。 (一般情况下可以让机器人在此位置选择为机器人的“回零”操作位)。 也就是程序启动后，伺服准备好。点击“手动操作”功能区的“回零 按钮”。1. 点击“回零”按钮，确保机器人回零就绪，记录此位置。2设置机器人运行速度。不论在关节坐标系还是在直角坐标系模式下面，均可以通过设置“关 节参数”功能区的步长及速度指令进行运行步长和速度设置。关节坐标系下的步长和速度设置直角坐标系下的速度设置3用轴操作键把机器人移动到开始位置，开始位置请设置在安全并适合作业准备的位置。4点击“示教列表操作”区的“纪录”按钮，记录该点。2.1.2.3 程序点 2 - 抓取位置附近 (抓取前)决定抓取姿态。用轴操作键设置机器人可以抓取工件的姿态，必须选取机器人接近工件时不与工件发生干涉的方向、位置。（通常在抓取位置的正上方。）1. 点击“示教列表操作”区的“纪录”按钮，记录该点。2.1.2.4 程序点 3 - 抓取位置保持程序点 2 的姿态，移到抓取位置，点击“夹紧”。1. 设置运行速度，接近抓取位置可以选择较低速度。关节坐标系下的步长和速度设置直角坐标系下的速度设置2用轴操作键， 接近夹取点过程中，建议采用直角坐标模式。3在从程序2点到程序3点的过程中，为了保证空间直线运动，可以采用直角坐标系来示教该过程，并在记录程序4点的时候采用直角坐标模式。3点击“示教列表操作”区的“纪录”按钮，记录该点。2.1.2.5 程序点 4 - 抓取位置附近 (抓取后)决定抓取后的退让等待位置。1设置运行速度，接近抓取位置可以选择较低速度。关节坐标系下的步长和速度设置 直角坐标系下的速度设置1 用轴操作键把机器人移到抓取位置附近。移动时，选择与周边设备和工具不发生干涉的方向、 位置。（通常在抓取位置的正上方。和程序点2 在同一位置也没关系）。3在从程序3点到程序4点的过程中，为了保证空间直线运动，可以采用直角坐标系来示教该过程， 并在记录程序4点的时候采用直角坐标模式。4点击“示教列表操作”区的“纪录”按钮，记录该点。2.1.2.6 程序点 5 - 同程序点 1按照程序点 1 进行操作。 点击“回零”按钮，并记录回零位置。2.1.2.7 程序点 6 - 放置位置附近 (放置前)决定放置姿态。1在从程序 4 点到程序 5 点的过程中可以采用较高速度。关节坐标系下的步长和速度设置直角坐标系下的速度设置2. 用轴操作键设定机器人能够放置工件的姿态。在机器人接近工作台时，要选择把持的工件和 堆积的工件不干涉的场所，并决定位置（通常，在放置辅助位置的正上方）。3点击“示教列表操作”区的“纪录”按钮，记录该点。2.1.2.8 程序点 7 - 放置辅助位置决定为了进行放置的辅助位置。1. 在从程序 4 点到程序 5 点的过程中采用较底速度。关节坐标系下的步长和速度设置直角坐标系下的速度设置2从程序点6 直接移到放置位置，已经放置的工件和把持着的工件可能发生干涉，这时为了避开干涉，要设一个辅助位置，姿态和程序点6 相同。3点击“示教列表操作”区的“纪录”按钮，记录该点。2.1.2.9 程序点 8 - 放置位置保持程序点 7 的姿态移到放置位置，点击“松开”按钮，释放工件。1. 在从程序 7 点到程序 8 点的过程中采用较低速度。关节坐标系下的步长和速度设置直角坐标系下的速度设置2 移动到程序点 8 之后，点击“松开”按钮，释放工件。3 用轴操作键把机器人移到放置位置，这时请保持程序点7 的姿态不变。4点击“示教列表操作”区的“纪录”按钮，记录该点。2.1.2.10 程序点 9 - 放置位置附近 (放置后)决定放置后的退让等待位置。1. 在从程序 8 点到程序 9 点的过程中可以采用中等速度。关节坐标系下的步长和速度设置直角坐标系下的速度设置2用轴操作键把机器人移到放置位置附近。移动时，选择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点击“示教列表操作”区的“纪录”按钮，记录该点。2.1.2.11 最初的程序点和最后的程序点重合现在，机器人停在程序点 1 附近的程序点 6 处。如果能从焊接结束位置的程序点5 直接移动到程序点1 的位置，就可以立刻开始下一个工 件的抓取，从而提高工作效率。下面，我们就试着把最终位置的程序点6 与最初位置的程序点1 设在同一个位置。由于在实验一中我们建议选择“回零”位置作为第一个程序点，在此，只需要 点击“手动操作”功能区的“回零”按钮，机器人就可以自动返回程序一点，然后做一 次记录即可。2.1.2.12 保存示教文件点击“示教列表”操作功能区的“保存”按钮，保存当前文件。2.1.2.13 轨迹确认3.1 再现回放操作3.1.1 回放前的准备操作为了从程序头开始运行，请务必先进行以下操作。 先点击“回零”操作，让机器人回到程序 1 点位置。再现时，机器人从程序 1 点开始操作。3.1.2 再现步骤那么，让我们试着操作一次请先确认机器人附近没人再开始操作。1点击“伺服使能”确保机器人准备就绪。2编辑“示教列表操作”功能区“回放”按钮后面编辑框中的回放次数，初次示教修改为“1”。3点击“回放”。机器人将会按照示教好的轨迹进行运动。