机器人试验指导书.doc

试验1机器人机械系统
一、 试验目标
1、 了解机器人机械系统组成；
2、 了解机器人机械系统各部分原理和作用；
3、 掌握机器人单轴运动方法；
二、 试验设备
1、 RBT-5T/S02S教学机器人一台
2、 RBT-5T/S02S教学机器人控制系统软件一套
3、 装有运动控制卡计算机一台
三、 试验原理
RBT-5T/S02S五自由度教学机器人机械系统关键由以下几大部分组成：原动部件、传动部件、实施部件。基础机械结构连接方法为原动部件——传动部件——实施部件。机器人传动简图图2——1所表示。

图2-1机器人传动简图
Ⅰ关节传动链关键由伺服电机、同时带、减速器组成Ⅱ关节传动链有伺服电机、减速器组成，Ⅲ关节传动链关键由步进电机、同时带、减速器组成，Ⅳ关节传动链关键由步进电机、公布戴、减速器组成，Ⅴ关节传动链关键由步进电机、同时带、锥齿轮、减速器组成在机器人末端还有一个气动夹持器。
本机器人中，远东部件包含步进电机河伺服电机两大类，关节Ⅰ、Ⅱ采取交流伺服电机驱动方法：关节Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ采取步进电机驱动方法。本机器人中采取了带传动、谐波减速传动、锥齿轮传动三种传动方法。实施部件采取了气动手爪机构，以完成抓取作业。
下面对在RBT-5T/S02S五自由度教学机器人中采取多种传动部件工作原理及特点作一简单介绍。
1、 同时齿形带传动
同时齿形带是以钢丝为强力层，外面覆聚氨酯或橡胶，带工作面制成齿形（图2-2）。带轮轮面也制成对应齿形，靠带齿和轮齿啮合实现传动。因为带和轮无相对滑动，能保持两轮圆周速度同时，故称为同时齿形带传动。
同时齿形带传动以下特点：
　　1.平均传动比正确；
　　2.带初拉力较小，轴和轴承上所受载荷较小；
　　3.因为带薄而轻，强力层强度高，故带速可达40m/s,传动比可达10，结构紧凑，传输功率可达200kW，所以应用日益广泛；
　　4.效率较高，约为0.98。
　　5.带及带轮价格较高，对制造安装要求高。
　　同时齿形带常见于要求传动比正确中小功率传动中，其传动能力取决于带强度。带模数 m 及宽度 b 越大则能传输圆周力也越大。

图2-2同时齿形带传动结构
2.谐波传动
谐波齿轮减速器是利用行星齿轮传动原剪发展起来一个新型减速器。谐波齿轮传动（简称谐波传动），它是依靠柔性零件产生弹性机械波来传输动力和运动一个行星齿轮传动。
（一）传动原理

图2-3谐波传动原理
图2-3示出一个最简单谐波传动工作原理图。
 它关键由三个基础构件组成：
（1）带有内齿圈刚性齿轮（刚轮）2，它相当于行星系中中心轮；
（2）带有外齿圈柔性齿轮（柔轮）1，它相当于行星齿轮；
（3）波发生器H，它相当于行星架。
作为减速器使用，通常采取波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出形式。
（二）特点
1．承载能力高 谐波传动中，齿和齿啮合是面接触，加上同时啮合齿数（重合系数）比较多，所以单位面积载荷小，承载能力较其它传动形式高。
2．传动比大 单级谐波齿轮传动传动比，可达 i=70～500。
3．体积小、重量轻。
4．传动效率高、寿命长。
5．传动平稳、无冲击，无噪音，运动精度高。
6．因为柔轮承受较大交变载荷，所以对柔轮材料抗疲惫强度、加工和热处理要求较高，工艺复杂。
谐波减速器在中国于六七十年代才开始研制，到现在已经有不少厂家专门生产，并形成系列化。广泛应用于电子、航天航空、机器人等行业，因为它独特优点，在化工行业应用也逐步增多。
3、齿轮传动
齿轮传动是机械传动中最关键一个传动型式，历史悠久，应用很广泛。齿轮传动优点关键是：
1. 传动适用功率和传动速度范围广，从极小到10万kW，从极低到40m/s以上。
2. 传动平稳，传动比恒定。
3. 传动效率高，可达99%。
4. 结构紧凑，传动方法多样。
就齿轮传动装置密封形式来说，分为开式、半开式及闭式三种；就使用情况来说，有低速、高速及轻载、中载、重载之别；就齿轮热处理不一样，齿轮又分为硬齿面齿轮（如经整体或渗碳淬火、表面淬火或氮化处理，齿面硬度HRC>55）、中硬齿面（齿轮经过整体淬火或表面淬火，齿面硬度大约载55>HRC>38，HB>350）和软齿面齿轮（如经调质、常化齿轮，齿面硬度HB<350）。
四、 试验步骤
1、 介绍机器人机械系统中原动部分、传动部分和实施部分位置在机器人系统中工作情况。
2、 连好控制柜电源，开启计算机后，旋转控制柜上面钥匙，开启电源开关，等候控制柜报警指示灯变灰后，按下教学机器人控制柜伺服开启按钮，等候变绿后方可操作。
3、 运行RB5T/S02S五自由度教学机器人软件，进入控制主界面；
4、 点击机器人复位按钮，机器人进行回零运动，观察机器人运动，五个关节全部运动完成后，机器人处于零点位置。
5、 点击运动测试按钮，进入运动测试窗口。
6、 分别选择各个关节，关节方向选择正向，运动模式选择相对位置运动，加速曲线选择梯形，点击开启按钮观察机器人关节运动情况。
五、 注意事项
1、 试验前确保机器人各连接电缆正确连接；
2、 应该在老师指导下进行试验；
3、 机器人上电后，请千万注意身体任何部位不要进入机器人运动可达范围之内；
4、 机器人运动不正常时，要立即按下控制柜急停开关。
试验 2 机器人示教编程和再现控制

一、试验目标

l、了解机器人示教和再现原理: 2、掌握RBT系列机器人示教和再现过程操作方法。
二、试验设备

l、RBT-4T/S02S 教学机器人一台
2、RBT-4T/S02S 教学机器人控制系统软件一套
3装有运动控制卡计算机一台
4、气动手爪一套

三、试验原理

机器人示教、再现是示教再现型机器人实现机器人作业两个过程。在示教过程中， 操作者经过示教盒或计算机屏幕上示教界面操作机器人运动，计算机系统内安装示教软 件将机器人运动轨迹各段起点和终点、运动类型、运动速度等信息自动地统计在计算机存 储器中:在再现过程中，重放存放器中存放各段轨迹运动类型和运动速度，并经过插补 算法计算出各段轨迹起点和终点中间各个位置点，作为电机伺服系统指令，从而再现 示教过作业程序。如需更改作业程序时，则需重新完成示教和再现操作。
四、试验步骤

l、连好控制柜电源，开启计算机后，旋转控制柜上面钥匙开启"电源开关"，等候控 制柜报警指示灯变灰后，按下教学机器人控制柜"伺服开启"按钮，等候变绿后方可 操作:
2、运行 RBT-4T/S02S 四自由度教学机器人软件"RBT4TS2S.exe"，进入教学机器人控制软 件主界面，点击机器人示教按钮，弹出示教控制操作界面，图 4-l。
3、在"示教速度控制"内，经过移动指针选择示教速度(分为低速、中速、高速和超高速四 个挡，默认是中速，通常情况下提议选择中速):在"示教盒"内有每个关节正反向运 动、手爪张开和关闭控制按钮，按下对应按钮，机器人各关节会根据您指令运动， 抬起对应按钮，机器人关节会停止运动。
4、在机器人"关节信息"、"末端点信息"和"机器人状态信息"内，能够实时显示机器人 运动状态，当每个关节运动完成一次，必需按下"纪录"按钮，不然影响再现精度，在 示教点信息列表内会统计并显示机器人对应关节运动信息，继续运动其它关节，直到整 个示教程序完成。
5、点击"保留"按钮，您刚刚示教完信息以(*.RBT4)格式保留在示教文件中。
6、点击"复位"按钮，机器人回到笛卡尔坐标系原点位置。

7、点击"再现"按钮，机器人根据纪录机器人关节信息再现一遍运动轨迹。
8、点击"清零"按钮会把关节信息、末端点信息和示教信息列表全部清除。
9、点击"复位"按钮，机器人会做回零运动。
10、假如想再现第二次，只需点击"打开"按钮，找到对应示教文件，然后点击"识别示教点"，反复 7、8、9 步骤即可。
11、关闭 RBT-4T/S02S 四自由度教学机器人软件"RBT4TS2S.exe":
12、按下教学机器人控制柜"伺服关闭"按钮，等候变红后，打开教学机器人控制柜， 关闭"电源开关"。

五、思索题

l、经过试验总结机器人示教-再现概念。
2、试分析 RBT 系列机器人示教属于 PTP(点到点)控制还是输入 cP(连续轨迹)控制。
六、思索题参考答案
l、示教，就是人把要求动作(包含每个运动部件，每个运动轴动作)教给机器人，然后将示教多种信息存放起来:再现，便是将上述示教信息再现，即依据需要，将存放信息读出，向实施机构发出具体指令。
2、RBT 系列机器人示教属于 PTP(点到点)控制。
七、注意事项

1、试验前确保机器人各连接电缆正确连接:
2、应该在老师指导下进行试验:
3、机器人上电后，请千万注意身体任何部位不要进入机器人运动可达范围之内:
4、机器人运动不正常时，要立即按下控制柜急停开关。
试验三 机器人CP（连续）运动控制
一、试验目标
1.了解机器人CP（连续轨迹）运动概念
2.了解机器人CP（连续轨迹）运动控制方法
3.了解机器人用途
4.了解RBT系列教学机器人实现CP（连续轨迹）运动过程
5.掌握机器人直线和圆弧插补控制方法
二、试验原理及方法
在机器人完成部分复杂作业时，除了对机器人运动起点和末端点有位置要求外，还要求机器人在运动过程中对中间点轨迹进行严格控制，如使机器人末端在平面或空间内根据直线和圆弧运动，这类运动控制方法就是CP（连续）运动控制方法。机器人进行切割、弧焊、涂胶等作业常采取这种轨迹模式。
实现机器人平面和空间连续轨迹（直线和圆弧）控制要用到轨迹插补算法和机器人逆向运动学算法。插补算法是独立于机器人结构，而机器人逆运动学算法则随机器人不一样而不一样。
直线插补和圆弧插补是两种基础插补算法。对于非直线和圆弧轨迹，能够采取直线或圆弧迫近方法实现。
空间直线插补是已知该直线始末两点位置和姿态，求各轨迹中间点（插补点）位置和姿态一个算法。图3-1所表示。
已知直线始末两点在基础坐标系中坐标值为P0（x0，y0，z0）、Pe（xe,ye,ze）,v为要求沿直线运动速度，Ts为插补时间间隔，则图3-1直线上各点即是插补运算结果
所谓平面圆弧，是指圆弧平面和基础系三大平面之一重合，以xOy平面圆弧为例。已知不在一条直线上三点p1,p2,p3及这三点对应机器人手端姿态，设v为沿圆弧运动速度，Ts为插补时间间隔，则图3-2和图3-3表示出三点决定圆弧和圆弧插补说明。

图3-1直线插补 图3-2由已知三点p1,p2,p3决定圆弧 图3-3 圆弧插补
三、试验仪器设备
1.RBT-4T/S02S教学机器人一台
2. RBT-4T/S02S教学机器人控制系统软件一套
3.装有运动控制卡计算机一台
4.喷绘试验装置一套
四、试验内容及步骤
1.喷绘试验准备：
1）在喷枪（图3-4所表示）内倒入少许墨水，将喷枪装到机器人末端法兰盘上；
连接用M5x12内六角螺钉，注意安装方向，然后检验底座处电磁阀电源接头是否连接在喷笔装置用电磁阀上，如不是需更换电源接头，连接φ4气管到电磁阀出口，喷笔装置已经备好气管接头，只须连接即可。
2）打开喷枪上方储料斗盖子，倒入约1/3容积墨水比较适宜，然后盖紧储料斗盖子。
3）连接气路，打开气泵后，将红色按钮拔起，气泵进入工作状态。气泵工作时，会自动确保气压值在4-8个大气压，所以在试验过程中，需要保持气泵通电开启，将气泵开关打到和出气端平行位置为开，将空气过滤器上圆形按钮拔出，旋转调整压力至0.4MPa，按下按钮锁定气压值。

图3-4 喷枪示意图
4）喷枪调整方法为：松动喷笔支架上方调整片螺母，轻微调动调整片使喷笔中钢针前后位置移动。钢针抽出多则喷绘线条粗，较发散；反之则为细线条。调整位置适宜后锁紧调整片前后螺母。在插入气管时，要注意气管断口处尽可能平，这么能够预防漏气；拔气管时，需要按下管接头外凸缘，不然只会越拉越紧。
5）粘贴画纸。将有机玻璃板固定在试验桌对应位置，在板上夹一张纸。
2.连好控制柜电源，开启计算机后，旋转控制柜上面钥匙，开启“电源开关”，等候控制柜报警指示灯变灰后，按下教学机器人控制柜“开启开关”按钮，等候变绿后方可操作。
3.运行RBT-4T/S02S四自由度教学机器人软件“RBT4TS2S.exe”，出现图3-5界面，点击“开启”按钮，伺服电机开启，制动打开；

图3-5机器人控制软件界面
4.点击“限位开关测试”按钮，当机器人四个关节全部不在极限位置时，对机器人限位开关全部测试，提醒限位开关正常后方可进行下一步操作，图3-6；

图3-6限位开关界面
5.点击“机器人复位”按钮，机器人进行回零运动，四个关节全部运动完成后，机器人处于零点位置；
6.点击手爪“张开”、“闭合”按钮，调整喷绘线条粗细；
7.点击“图形插补控制”，在红色点划线内，鼠标右键画直线，然后校验，验证后图形为红色较粗线条，出现图3-7所表示；

图3-7图形插补
8.点击“运动”按钮，机器人会根据所画图形轨迹实现CP运动控制即机器人会根据所画图形进行喷绘，喷绘过程中，计算机会以绿色粗线实时显示喷绘进度，进行喷绘仿真，运动完成后，系统会提醒您插补运动完成；
9.点击“清零”按钮，对全部数据进行清零；
10.重新画图形，反复步骤4、5、6，观察机器人运动轨迹；
11.关闭“图形插补控制”对话框，点击“机器人复位”按钮，使机器人回到零点位置；
12.点击“伺服关闭”按钮，伺服电机关闭，制动闭合；
13.关闭RBT-4T/S02S四自由度教学机器人软件“RBT4TS2S.exe”；
14.按下教学机器人控制柜“停止开关”按钮，等候变红后，打开教学机器人控制柜，关闭“电源开关”；
15.关闭气泵，取下气管及喷枪；
16.清洗喷枪，打开储料斗盖子，倒掉残余墨水，松开调整片螺母，松开钢针锁紧螺母，抽出钢针，用清水冲洗洁净插回拧紧螺母即可。小心不要弄弯或弄断钢针，注意不要伤人。
五、思索题
1.工业控制过程中，什么场所常常见到机器人CP控制，试列举几例说明？
2.机器人常见插补方法有哪些？
3.机器人机械系统间隙对机器人实现圆弧轨迹有什么影响？
六、注意事项
1.试验前确保机器人各连接电缆正确连接；
2.应该在老师指导下进行试验；
3.机器人上电后，请千万注意身体任何部位不要进入机器人运动可达范围之内；
4.机器人运动不正常时，要立即按下控制柜急停开关。
试验四 机器人搬运装配试验
一、试验目标
1.了解机器人完成搬运作业过程；
2.掌握机器人示教作业方法。
二、试验原理
对装配操作进行统计结果表明，其中大多数为抓住零件改变位置插入或连接工作。串联关节型机器人就是专门为此而研制一个成本较低机器人。它共有4个自由度，四个回转关节，手爪安装在手部前端，相当于人手功效。实际上用一个手爪极难适应形状各异工件，通常按抓取对象不一样需要设计其手爪。部分机器人上还可配置多种可换手，以增加通用性。手爪关键有电动手爪和气动手爪两种形式。气动手爪相对来说比较简单，价格廉价，所以在部分要求不太高场所用得比较多。电动手爪造价比较高，关键用在部分特殊场所。
三、试验设备
1.RBT-4T/S02S教学机器人一台
2. RBT-4T/S02S教学机器人控制系统软件一套
3.装有运动控制卡计算机一台
4.装配轴、孔各一套
四、试验步骤
1.试验准备：
1）将手爪（夹持器）用M5x8内六角螺钉安装到机器人末端法兰盘上；将手爪上所带气管插到电磁阀输出口。连接方法以下图4-1。

图4-1机器人手爪连接图
（图中粗线表示以气管相连接，细线表示以电线相连接）
2）连好控制柜电源，开启计算机后，旋转控制柜上面钥匙，开启控制柜“电源开关”，等候控制柜报警指示灯变灰后，按下教学机器人控制柜“开启开关”按钮，等候变绿后方可操作；
3）运行四自由度教学机器人软件；
4）连接气路，打开气泵，点击手爪“张开”、“闭合”按钮，测试手爪气路部分连接状态。
2.完成上位机示教装配试验：
1）部署试验架：将试验架1、2用M3螺栓固定到试验桌对应位置。
2）摆放轴和套：将套放入试验架1对应孔里，将轴摆放到试验架2对应孔里。
3）进行示教：因为此次试验是同时完成搬运及装配两种功效。所以在示教时需要注意是，在示教时应尽可能避免往返往复运动，以确保机器人示教定位精度。
4）整体再现：首次再现时，一定要注意准备按急停开关，以防再现过程中因为程序设置失误而产生意外。经过试运行结果来调整时间差，在以后再现时作改善。
3.机器人搬运、装配试验：
以下每个关节运动一次，全部必需统计一次，不然再现时存在误差
以下每个步骤完成后均需要统计示教点，也能够多统计多个示教点来提升程序点位置正确性，不过示教点数不能超出1000.
在完成准备工作后，用机器人开始示教程序输入。
1）利用轴操作方法将机器人运动到和轴比较靠近位置；（尽可能不要做往复位置调整，以避免在再现时位置产生累计偏差）
2）比较正确将手爪移动到轴正上方；（注意事项同上）
3）手爪下降至轴高度二分之一位置；（下降方法伟3轴小幅度缓慢下降）
4）关闭手爪
5）向上提升手爪一定高度（大约比套稍高）；（方法和下降时相反，目标是为了躲开可能存在障碍物）
6）移动轴至支架1套上方；
7）缓缓放下轴到预定范围；
8）松开手爪；
9）竖直向上方向撤离手爪；
10）机器人远离工作区域，进行复位。
在完成以上步骤以后，取回轴，放回原处，慢速再现该程序。看是否有位置不准等问题出现，注意安全。假如没有问题了，则可开始进行正常速度搬运装配示教。整体示教过程图4-2所表示：

图4-2 机器人示教路线图
五、注意事项
严格根据试验步骤中次序进行试验准备；
假如在机器人运动过程中出现意外或异常情况、声响，必需立即按下控制柜上急停开关，待检验排除故障意外后再重新开启机器人；
应该在老师指导下进行试验；
机器人上电后，请千万注意身体任何部位不要进入机器人运动可达范围之内。