六自由度串联关节式机器人实验指导书.doc

六自由度串联机器人
实验指导书

实验1 机器人的认识
1.1 实验目的
1、 了解机器人的机构组成；
2、 掌握机器人的工作原理；
3、 熟悉机器人的性能指标；
4、 掌握机器人的基本功能及示教运动过程。
1.2 实验设备
1、 RBT-6T/S01S机器人一台；
2、 RBT-6T/S01S机器人控制柜一台。
1.3 实验原理
机器人是一种具有高度灵活性的自动化机器，是一种复杂的机电一体化设备。本程所使用的机器人为6自由度串联机器人，其轴线相互平行或垂直，能够在空间内进行定位，采用交流伺服电机和步进电机混合驱动，主要传动部件采用可视化设计，控制简单，编程方便。
整个系统包括机器人1台、电控柜1台、控制卡2块、实验附件1套（包括轴、套）、喷绘装置1套和机器人控制软件1套（实验设备用户可选）。
机器人采用串联式开链结构，即机器人各连杆由旋转关节或移动关节串联连接，如图1-1所示。各关节轴线相互平行或垂直。连杆的一端装在固定的支座上（底座），另一端处于自由状态，可安装各种工具以实现机器人作业。关节的作用是使相互联接的两个连杆产生相对运动。关节的传动采用模块化结构，由锥齿轮、同步齿型带和谐波减速器等多种传动结构配合实现。
机器人各关节采用伺服电机和步进电机混合驱动，并通过Windows环境下的软件编程和运动控制卡实现对机器人的控制，使机器人能够在工作空间内任意位置精确定位。

图1-1 机器人结构
机器人技术参数如表1-1所示。
表1-1 机器人技术参数
机构形式
串联关节式
驱动方式
步进伺服混合驱动
负载能力
3Kg
重复定位精度
±0.08mm
动作范围
关节Ⅰ转动
-150°～ 150°
关节Ⅱ转动
-135°～ -45°
关节Ⅲ转动
-70°～ 50°
关节Ⅳ转动
-90°～ 90°
关节Ⅴ转动
-90°～ 90°
关节Ⅵ转动
-180°～ 180°
最大速度
关节Ⅰ转动
60o / S
关节Ⅱ转动
60o / S
关节Ⅲ转动
60o / S
关节Ⅳ转动
60o / S
关节Ⅴ转动
60o / S
关节Ⅵ转动
120o / S
最大展开半径
610mm
高度
850 mm
本体重量
≤40Kg
操作方式
示教再现/编程
电源容量
单相220V 50Hz 4A

1.4 实验步骤
1、 接通控制柜电源，待系统启动后，运行机器人软件，出现如图1-3所示主界面；
2、 按下控制柜“启动”按钮；
3、 点击主界面“机器人复位”按钮，机器人进行回零运动。观察机器人的运动，六个关节全部运动完成后，系统会提示复位完成，机器人处于零点位置；

图 1-3 主界面
4、 点击“关节示教”按钮，出现如图1-4所示界面，按下“打开”按钮，在机器人软件安装目录下选择示教文件BANYUN.RBT6，示教数据会在示教列表中显示；
5、 在2个支架的相应位置上分别放置轴和轴套，然后按下“再现”按钮，机器人实现装配动作；
6、 如果想再做一次装配动作，按下“再现”按钮即可；
7、 点击“机器人复位”按钮，使机器人回到零点位置；
8、 按下控制柜的“停止”按钮；
9、 退出机器人软件，关闭计算机；
10、 断开控制柜的电源。

图1-4 关节示教界面
1.5 注意事项
1、 实验前确保机器人各电缆正确连接；
2、 在老师的指导下进行实验；
3、 机器人通电后，身体的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，及时按下控制柜的急停开关；
5、 系统启动顺序是先启动计算机和软件，然后机器人通电，断电时先断开机器人电源，再关闭软件和计算机，否则可能引起机器人误动作，造成人身伤害和设备损坏。

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实验2 机器人的机械系统
2.1 实验目的
1、 了解机器人机械系统的组成；
2、 了解机器人机械系统各部分的原理及作用；
3、 掌握机器人单轴运动的方法。
2.2 实验设备
1、 RBT-6T/S01S机器人一台；
2、 RBT-6T/S01S机器人柜一台。
2.3 实验原理
机器人机械系统主要由以下几大部分组成：原动部件、传动部件、执行部件。基本机械结构连接方式为原动部件→传动部件→执行部件。机器人的传动简图如图2-1所示。
Ⅰ关节传动链主要由伺服（或步进）电机、减速器构成。
Ⅱ关节传动链主要由伺服电机、减速器构成。
Ⅲ关节传动链主要由步进电机、同步带、减速器构成。
Ⅳ关节传动链主要由步进电机、减速器构成。
Ⅴ关节传动链主要由步进电机、同步带、减速器构成。
Ⅵ关节传动链主要由步进电机、同步带、减速器构成。
在机器人末端还有一个气动夹持器。
原动部件包括步进电机和伺服电机两大类，关节Ⅰ采用交流伺服（或步进）电机驱动方式；、Ⅱ采用交流伺服电机驱动方式；关节Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ采用步进电机驱动方式。本机器人中采用了同步齿型带传动、谐波减速传动等传动方式。执行部件采用了气动手爪机构，以完成抓取作业。
下面对在RBT-6T/S01S六自由度机器人中采用的各传动部件的工作原理及特点作以简要介绍。

图2-1 机器人传动简图
2.4 实验步骤
1、 教师介绍机器人机械系统中原动部分、传动部分以及执行部分的位置及在机器人系统中的工作状况；
2、 接通控制柜电源，待系统启动后，运行机器人软件；
3、 按下控制柜“启动”按钮；

图2-6 关节运动界面
4、 点击主界面“机器人复位”按钮，机器人进行回零运动。观察机器人的运动，六个关节全部运动完成后，系统会提示复位完成，机器人处于零点位置；
5、 点击“关节运动”按钮, 出现如图2-6所示界面；
6、 选择“关节Ⅰ”，关节方向选择“正向”，启动方式选择“加速”，运动方式选择“位置模式”，运行速度取默认值，目标位置取-120度，点击“启动”按钮，观察机器人第Ⅰ关节运动情况；
7、 选择“关节Ⅰ”，关节方向选择“反向”，启动方式选择“加速”，运动方式选择“速度模式”，运行速度取默认值，点击“启动”按钮，观察机器人第Ⅰ关节运动情况，然后点击“立即停止”按钮；
8、 选择“关节Ⅱ”，关节方向选择“正向”，启动方式选择“匀速”，运动方式选择“位置模式”，运行速度取默认值，目标位置取-120度，点击“启动”按钮，观察机器人第Ⅱ关节运动情况；
9、 选择“关节Ⅱ”，关节方向选择“反向”，启动方式选择“匀速”，运动方式选择“速度模式”，运行速度取默认值，点击“启动”按钮,观察机器人第Ⅱ关节运动情况，然后点击“立即停止”按钮；
10、 选择“关节Ⅲ”，关节方向选择“正向”，启动方式选择“加速”,运动方式选择“位置模式”，运行速度取默认值，目标位置取30度，点击“启动”按钮,观察机器人第Ⅲ关节运动情况；
11、 选择“关节Ⅲ”，关节方向选择“反向”，启动方式选择“加速”,运动方式选择“速度模式”，运行速度取默认值，点击“启动”按钮观察机器人第Ⅲ关节运动情况，然后点击“立即停止”按钮；
12、 选择“关节Ⅳ”，关节方向选择“正向”，启动方式选择“匀速”,运动方式选择“位置模式”，运行速度取默认值，目标位置取60度，点击“启动”按钮,观察机器人第Ⅳ关节运动情况；
13、 选择“关节Ⅳ”，关节方向选择“反向”，启动方式选择“匀速”，运动方式选择“速度模式”，运行速度取默认值，点击“启动”按钮观察机器人第Ⅳ关节运动情况，然后点击“立即停止”按钮；
14、 选择“关节Ⅴ”，关节方向选择“正向”， 启动方式选择“加速”， 运动方式选择“位置模式”，运行速度取默认值，目标位置取60度，点击“启动”按钮,观察机器人第Ⅴ关节运动情况；
15、 选择“关节Ⅴ”，关节方向选择“反向” ， 启动方式选择“加速”， 运动方式选择“速度模式”，运行速度取默认值，点击“启动”按钮观察机器人第Ⅴ关节运动情况，然后点击“减速停止”按钮；
16、 选择“关节Ⅵ”，关节方向选择“正向”，启动方式选择“加速”，运动方式选择“位置模式”，运行速度取默认值，目标位置取60度，点击“启动”按钮,观察机器人第Ⅵ关节运动情况；
17、 选择“关节Ⅵ”，关节方向选择“反向”，启动方式选择“加速”，运动方式选择“速度模式”，运行速度取默认值，点击“启动”按钮观察机器人第Ⅵ关节运动情况，然后点击“减速停止”按钮；
18、 点击“退出”按钮，退出关节运动界面；
19、 点击“机器人复位”按钮，使机器人回到零点位置；
20、 按下控制柜的“停止”按钮；
21、 退出机器人软件，关闭计算机；
22、 断开控制柜的电源。
2.5 注意事项
1、 实验前确保机器人各电缆正确连接；
2、 在老师的指导下进行实验；
3、 机器人通电后，身体的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，及时按下控制柜的急停开关；
5、 系统启动顺序是先启动计算机和软件，然后机器人通电，断电时先断开机器人电源，再关闭软件和计算机。否则可能引起机器人误动作，造成人身伤害和设备损坏。

实验3 机器人示教编程与再现控制
3.1 实验目的
1、 了解机器人示教与再现的原理；
2、 掌握机器人示教和再现过程的操作方法。
3.2 实验设备
1、 RBT-6T/S01S机器人一台；
2、 RBT-6T/S01S机器人控制柜一台。
3.3 实验原理
机器人的示教-再现过程是分为四个步骤进行的，它包括：
机器人示教(teach programming)，就是操作者把规定的目标动作(包括每个运动部件，每个运动轴的动作)一步一步的教给机器人。示教的简繁，标志着机器人自动化水平的高低。
记忆，即是机器人将操作者所示教的各个点的动作顺序信息、动作速度信息、位姿信息等记录在存储器中。存储信息的形式、存储存量的大小决定机器人能够进行的操作的复杂程度。
再现，便是将示教信息再次浮现，即根据需要，将存储器所存储的信息读出，向执行机构发出具体的指令。至于是根据给定顺序再现，还是根据工作情况，由机器人自动选择相应的程序再现这一功能的不同，标志着机器人对工作环境的适应性。
操作，指机器人以再现信号作为输入指令，使执行机构重复示教过程规定的各种动作。
在示教-再现这一动作循环中，示教和记忆是同时进行的；再现和操作也是同时进行的。这种方式是的机器人控制中比较方便和常用的方法之一。
示教的方法有很多种，有主从式，编程式，示教盒式等多种。
主从式既是由结构相同的大、小两个机器人组成，当操作者对主动小机器人手把手进行操作控制的时候，由于两机器人所对应关节之间装有传感器，所以从动大机器人可以以相同的运动姿态完成所示教操作。
编程式既是运用上位机进行控制，将示教点以程序的格式输入到计算机中，当再现时，按照程序语句一条一条的执行。这种方法除了计算机外，不需要任何其他设备，简单可靠，适用小批量、单件机器人的控制。
示教盒和上位机控制的方法大体一致，只是由示教盒中的单片机代替了电脑，从而使示教过程简单化。这种方法由于成本较高，所以适用在较大批量的成型的产品中。
3.4 实验步骤
1、 接通控制柜电源，待系统启动后，运行机器人软件；
2、 按下“启动”按钮；
3、 点击主界面“机器人复位”按钮，机器人进行回零运动。观察机器人的运动，六个关节全部运动完成后，系统会提示机器人复位完成，机器人处于零点位置；
4、 点击“关节示教”按钮，出现如图4-1所示界面；
5、 在“速度”中选择示教速度(由左到右从低速到高速1.5度/秒、6度/秒、12度/秒、24度/秒共四个挡，默认是6度/秒，一般情况下建议选择12度/秒)；在“关节运动”中有每个关节的正反向运动，持续按下相应关节的按钮，机器人的关节会按照指令运动，松开相应的按钮，机器人的关节会停止运动；
6、 在机器人“各关节状态”和“当前坐标”中，可以实时显示机器人的运动状态，当每运动到一个点，必须按下“记录”按钮，在再现时机器人将忽略中间过程而只再现各个点，在“示教列表”中会记录并显示机器人相应关节运动的信息，继续运动其他关节，直到整个示教程序完成；

图4-1关节示教界面
7、 点击“保存”按钮，示教完的信息以(*.RBT6)格式保存在示教文件中；
8、 点击“复位”按钮，机器人回到笛卡尔坐标系的原点位置；
9、 点击“再现”按钮，机器人按照记录的机器人关节信息再现一遍运动轨迹；
10、 点击“清空”按钮会把示教列表全部清除。
11、 点击“复位”按钮，机器人会做复位运动。
12、 点击“退出”按钮，退出当前界面；
13、 点击“机器人复位”按钮，使机器人回到零点位置；
14、 按下控制柜的“停止”按钮；
15、 退出机器人软件和关闭计算机；
16、 断开控制柜的电源。
3.5 注意事项
1、 实验前确保机器人各电缆正确连接；
2、 在老师的指导下进行实验；
3、 机器人通电后，身体的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，及时按下控制柜的急停开关；；
5、 系统启动顺序是先启动计算机和软件，然后机器人通电，断电时先断开机器人电源，再关闭软件和计算机，否则可能引起机器人误动作，造成人身伤害和设备损坏。
实验4 机器人的搬运装配实验
4.1 实验目的
1、 了解机器人完成搬运作业的过程；
2、 掌握机器人示教作业的方法。
4.2 实验设备
1、 RBT-6T/S01S机器人一台；
2、 RBT-6T/S01S机器人控制柜一台；
4.3 实验原理
对装配操作统计的结果表明，其中大多数为抓住零件从上方插人或连接的工作。串联关节型机器人就是专门为此而研制的一种成本较低的机器人。它共有6个自由度，六个回转关节。
手爪安装在手部前端，相当于人手的功能。事实上用一种手爪很难适应形状各异的工件，通常按抓取对象的不同需要设计其手爪。一些机器人上还可配备各种可换手，以增加通用性。手爪主要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，价格便宜，因而在一些要求不太高的场合用得比较多。电动手爪造价比较高，主要用在一些特殊场合。
4.4 实验步骤
1、 接通控制柜电源，待系统启动后，运行机器人软件；
2、 按下控制柜“启动”按钮；
3、 点击主界面“机器人复位”按钮，机器人进行回零运动。观察机器人的运动，六个关节全部运动完成后，系统会提示机器人复位完成，机器人处于零点位置；
4、 点击“关节示教”按钮，出现如图8-1所示界面；
5、 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。

图8-1关节示教界面
6、 将支架1、2用螺栓固定到实验桌的相应位置；
7、 将套放入实验架1对应的孔里，将轴摆放到实验架2对应的孔里；
8、 在关节示教界面中将机器人运动到与轴比较接近位置，每示教一步都要记录；
9、 比较精确的将手爪移动到轴的正上方；
10、 手爪下降至轴高度一半的位置（下降方法为3轴小幅度缓慢下降）；
11、 闭合手爪；
12、 向上提升手爪一定高度（大约比套稍高）；
13、 移动轴至支架1套的上方；
14、 缓缓放下轴到预定位置；
15、 松开手爪；
16、 竖直向上方向撤离手爪；
17、 机器人远离工作区域，进行复位；
18、 取回轴，放回原处，再现该程序；
整体示教过程如图8-2所示。

图8-2 机器人示教路线图
19、 点击“机器人复位”按钮，使机器人回到零点位置；
20、 按下控制柜的“停止”按钮；
21、 退出机器人软件，关闭计算机；
22、 断开控制柜的电源。
4.5 注意事项
1、 实验前确保机器人各电缆正确连接；
2、 在老师的指导下进行实验；
3、 机器人通电后，身体的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，及时按下控制柜的急停开关；
5、 系统启动顺序是先启动计算机和软件，然后机器人通电，断电时先断开机器人电源，再关闭软件和计算机，否则可能引起机器人误动作，造成人身伤害和设备损坏。

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