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六自由度工業(yè)機器人實驗指導(dǎo)書 2011  前 言 T 6-DOF工業(yè)機器人系統(tǒng)是專門為普通工業(yè)需要設(shè)計，同時也滿足大中專院校、職業(yè)培訓(xùn)技術(shù)機構(gòu)教學(xué)與研究目的而設(shè)計開發(fā)的開放式、高精度、工業(yè)化多自由度機器人系統(tǒng)。它適合低載荷低速度要求的工業(yè)抓取工藝，其開放的設(shè)計形式也滿足機械制造及其自動化、機械電子工程、機械設(shè)計與理論、自動控制等相關(guān)專業(yè)的教學(xué)、研究和培訓(xùn)。 系統(tǒng)特點,結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高, 控制系統(tǒng)軟件平臺采用專用的工業(yè)機器人平臺軟件，機器人語言編程系統(tǒng)全面開放，用戶可根據(jù)需要進行機器人專用系統(tǒng)的開發(fā),工業(yè)化標準設(shè)計，平臺關(guān)鍵零部件全部選用工業(yè)級部件，可同時兼顧教學(xué)和實訓(xùn)。 實驗一 工業(yè)機器人認識 一、實驗?zāi)康? 了解6自由度工業(yè)機器人的機械結(jié)構(gòu)，工作原理，并初步掌握操作。 二、基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí) 工業(yè)機器人是工業(yè)制造及物流自動化中的重要裝置之一，是當今世界新技術(shù)革命的一個重要標志。工業(yè)機器人是一種典型的機電一體化產(chǎn)品，它大體上分解為四個部分：機器人本體、末端執(zhí)行器、傳感器和控制器。 2.1工業(yè)機器人的工作原理 工業(yè)機器人是一種生產(chǎn)裝備。機器人的基本功能是提供其作業(yè)所須的運動和動力?；竟ぷ髟硎峭ㄟ^操作機上的各運動構(gòu)件的運動，自動地實現(xiàn)手部作業(yè)的動作功能及技術(shù)要求，因此在基本功能及基本工作原理上的工業(yè)機器人與機床有相同之處： (1)兩者的末端執(zhí)行器都有位姿變化要求，如機床在加工過程中，刀具相對工件有位姿變化要求，機器人的手部在作業(yè)過程中相對機座也有位姿變化的要求。 (2)二者都是通過坐標運動來實現(xiàn)末端執(zhí)行器的位姿變化要求。 二者的主要不同之處在于：機床以按直角坐標形式運動為主，而機器人以按關(guān)節(jié)形式運動為主；機床對剛度、精度要求很高，其靈活性相對較低；而機器人對靈活性要求很高，其剛度、精度相對要低。 2.2工業(yè)機器人的構(gòu)成 工業(yè)機器人由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動單元、控制裝置、智能系統(tǒng)四部分組成。 2.2.1、執(zhí)行機構(gòu) 操作機是機器人賴以完成工作任務(wù)的實體，通常由桿件相關(guān)節(jié)組成。從功能的角度，執(zhí)行機構(gòu)可分為：手部、腕部、臂部、腰部和基座等。 (1)手部 手部又稱末端執(zhí)行器，是工業(yè)機器人直接進行工作的部分和各種夾持器。有時人們也常把諸如電焊槍、油漆噴頭等劃作機器人的手部。 (2)腕部 腕部與手部相連，通常有3個自由度，多為輪系結(jié)構(gòu)，主要功用是帶動手部完成預(yù)定姿態(tài)，是操作機中結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的部分。 (3)臂部 臂部用以連接腰部和腕部，通常由兩個臂桿(小臂和大臂)組成，用以帶動胸部作平面運動。 (4)腰部 腰部是連接管和基座的部件，通常是回轉(zhuǎn)部件，腰部的回轉(zhuǎn)運動再加上臀部的平面運動，就能使腰部作空間運動。腰部是執(zhí)行機構(gòu)的關(guān)鍵部件，它的制造誤差、運動精度和平穩(wěn)性，對機器人的定位精度有決定性的影響。 (5)基座 基座是整個機器人的支持部分，有固定式和移動式兩種。該部件必須具有足夠的剛度和穩(wěn)定性 2.2.2、驅(qū)動單元 由驅(qū)動裝置（如電動機、液壓或氣壓裝置）、減速器和內(nèi)部檢測元件等組成，為操作機各運動部件提供動力和運動。 2.2.3、控制裝置 由檢測和控制兩部分組成，用來控制驅(qū)動單元，檢測其運動參數(shù)并進行反饋。 2.2.4、智能系統(tǒng) 是目前機器人系統(tǒng)中一個不夠完善但發(fā)展很快的子系統(tǒng)。它可分為兩個部分感知系統(tǒng)和分析—決策智能系統(tǒng)。前者主要靠硬件(各類傳感器)實現(xiàn)；后者主要靠軟件。 三、實驗操作步驟 1、示教前的準備 系統(tǒng)急停 1）、把控制柜右側(cè)的斷路器打開，打開控制柜正面的急停開關(guān)，按啟伺服啟動按鈕，進入機器人控制軟件界面。 伺服驅(qū)動 2)、進入軟件界面后，在單機模式下，首先讓機器人做回零動作，保證它在安全位置。 3)、創(chuàng)建程序名。 （1）點擊文件中帶txt后綴的地方，在彈出的對話框中，把原來的名稱更改成自己想創(chuàng)建的名稱（但名稱只能用數(shù)字或英文字母），后綴請不要改變。 （2）按對話框中的[ 確定] 鍵，程序名已經(jīng)創(chuàng)建，但此時如果想要在此文件名下編輯程序，請點擊旁邊的打開文件。 （3）打開文件后，系統(tǒng)會自動生成一個空的編輯表格，此時就可以在創(chuàng)建的程序名下編輯新的程序。 4)、編程介紹 （1）、在新程序的第一步要用關(guān)節(jié)坐標，最好就用零點位置做為第一點。 （2）、接下來可以移動機器人到另一個位置（移動機器人是速度可以更改），選擇界面上的【記錄】，這時第二點的位置就已經(jīng)記錄好了。 （3）、每移動一個想要的位置后，請做一次【記錄】，在移動位置時可以在關(guān)節(jié)模式和直角模式下做切換。 （4）、如果在某一個位置想要輸出一個夾具夾緊或松開的信號，可以在示教列表操作處點擊夾緊或松開的按鈕，系統(tǒng)會自動記住剛點擊的夾緊或松開信號。 （5）、編程中在某一個位置需要做延時處理時，先把示教列表操作處延時后面的時間數(shù)值更改成您需要的時間，再點擊延時按鈕，這時在此位置已經(jīng)記錄了一個延時時間。 （6）、在編程中某一個位置輸出一個夾緊或松開的信號，在輸出信號前和后都可以插入一個延時時間。插入動作之前的話就是先有延時再有動作，插入動作之后的話就是先有動作再有延時。 （7）、編輯機器人動作時，動作中的最后一點位置要能安全的回到程序的第一位置。 （8）、完成一個動作編程后，可以點擊示教列表操作處的回放，此時機器人就按照剛編輯的程序來運動。 程序是把機器人的作業(yè)內(nèi)容用機器人語言加以描述的作業(yè)程序。 現(xiàn)在我們在機器人的正前方放一個水晶塊（高度和機器人手臂的高度差不多，且把放水晶塊的地方做一個標記），請把水晶塊放在一個平面上，機器人從安全位置走到水晶塊上方，再下降到能用夾具夾緊水晶塊的位置，再抬起來一定的高度，延時10秒后再放回原位，機器人抬起來后安全的回到零點位置。此動作大概需要1-10個點的動作。 程序點 1 就為機器人的零點位置，點擊控制軟件上的回零按鈕讓機器人回到零點位置（點擊回零前請確保機器人能安全回到零點），并點擊【記錄】。 程序點 2 在關(guān)節(jié)模式下（速度設(shè)為5.0），轉(zhuǎn)動機器人的第6軸（J6+或J6-）使機器人的夾具張開位置朝水晶塊的方向，再把速度設(shè)置為（10）并點擊【記錄】 . 程序點 3 把控制模式設(shè)置為直角模式，點擊X+/X-使機器人向水晶塊的方向運動，走到水晶塊的正上方，并點擊【記錄】 程序點 4 還是在直角坐標模式下，點擊Z-使機器人向下走（此時請保證機器人下來時不會碰到水晶塊），機器人向下走到水晶塊的五分子二的位置，在此位置，點擊【記錄】 程序點 5 把控制軟件中的延時時間更改為T#2S，點擊延時按鈕。 程序點 6 再點擊夾緊按鈕——再把延時時間更改為T#3S，再點擊延時。 程序點 7 在直角模式下，點擊Z+使機器人抬高大概20CM的高度的位置，并點擊【記錄】，再把延時時間更改為T#10S，點擊延時按鈕。 程序點 8 在直角模式下，點擊Z-使機器人下降到水晶塊離桌面很近的位置，并點擊【記錄】。 程序點 9 在直角模式下，點擊Z+使機器人抬高大概20CM的高度的位置，并做【記錄】，再把延時時間更改為T#5S，點擊延時按鈕。 程序點 10 切換到關(guān)節(jié)模式下，點擊回零使機器人回到零點的位置（請確保機器人能安全回到零點），并點擊【記錄】。 四、實驗報告要求 通過接觸實際工業(yè)機器人，根據(jù)所學(xué)的知識請詳細描述，該6自由度工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)，工作原理，手部的設(shè)計，并說明自己在進行實際操作時的步驟及遇到的問題以及自己的想法。 實驗二 機器人示教編程與再現(xiàn)控制 一、實驗?zāi)康? 通過本次試驗，掌握6自由度工業(yè)機器人的示教編程與再現(xiàn)控制。 二、實驗內(nèi)容 2.1 示教的基本步驟 2.1.1 示教前的準備工作 開始示教前，請做以下準備： 開啟電源，進入機器人控制程序； 輸入程序名。 1．進入機器人控制程 序。 2．點擊示教列表操作 區(qū)的“文件”后面的編 輯框，在屏幕軟件盤 上，輸入一個未曾示教 過的文件名稱。 3．此時示教盒功能區(qū) 會顯示一個未曾被紀 錄的空文件命令列表。 2.1.2 示教的基本步驟 為了使機器人能夠進行再現(xiàn)，就必須把機器人運動命令編成程序。 控制機器人運動的命令 就是移動命令。在移動命令中，記錄有移動到的位置、插補方式、再現(xiàn)速度等。 上述命令解釋如下： 2.1.2.1 示教一個程序 在示教從上一程序點到下一個程序點的過程中，不能切換不同的坐標系進行。否則記錄會造成機器人運動異常。 程序是把機器人的作業(yè)內(nèi)容用機器人語言加以描述的作業(yè)程序。 現(xiàn)在我們來為機器人輸入以下從工件A 點到B 點的加工程序，此程序由1 至6 的6 個程序 點組成。 確保自己和機器人之間的安全距離 在這里，沒有進行抓取或者焊接等實際操作。 2.1.2.2 程序點 1 -- 開始位置 把機器人移動到完全離開周邊物體的位置，輸入程序點 1。 (一般情況下可以讓機器人在此位置選擇為機器人的“回零”操作位)。 也就是程序啟動后，伺服準備好。點擊“手動操作”功能區(qū)的“回零 按鈕”。 1. 點擊“回零”按鈕，確保機器人回零就緒，記錄此位置。 2．設(shè)置機器人運行速度。不論在關(guān)節(jié)坐標系還是在直角坐標系模式下面，均可以通過設(shè)置“關(guān) 節(jié)參數(shù)”功能區(qū)的步長及速度指令進行運行步長和速度設(shè)置。 關(guān)節(jié)坐標系下的步長和速度設(shè)置 直角坐標系下的速度設(shè)置 3．用軸操作鍵把機器人移動到開始位置，開始位置請設(shè)置在安全并適合作業(yè)準備的位置。 4．點擊“示教列表操作”區(qū)的“紀錄”按鈕，記錄該點。 2.1.2.3 程序點 2 -- 抓取位置附近 (抓取前) 決定抓取姿態(tài)。 用軸操作鍵設(shè)置機器人可以抓取工件的姿態(tài)，必須選取機器人接近工件時不與工件發(fā)生干涉的方向、位置。（通常在抓取位置的正上方。） 1. 點擊“示教列表操作”區(qū)的“紀錄”按鈕，記錄該點。 2.1.2.4 程序點 3 -- 抓取位置 保持程序點 2 的姿態(tài)，移到抓取位置，點擊“夾緊”。 1. 設(shè)置運行速度，接近抓取位置可以選擇較低速度。 關(guān)節(jié)坐標系下的步長和速度設(shè)置 直角坐標系下的速度設(shè)置 2．用軸操作鍵， 接近夾取點過程中，建議采用直角坐標模式。 3．在從程序2點到程序3點的過程中，為了保證空間直線運動，可以采用直角坐標系來示教該過程， 并在記錄程序4點的時候采用直角坐標模式。 3．點擊“示教列表操作”區(qū)的“紀錄”按鈕，記錄該點。 2.1.2.5 程序點 4 -- 抓取位置附近 (抓取后) 決定抓取后的退讓等待位置。 1．設(shè)置運行速度，接近抓取位置可以選擇較低速度。 關(guān)節(jié)坐標系下的步長和速度設(shè)置 直角坐標系下的速度設(shè)置 1． 用軸操作鍵把機器人移到抓取位置附近。移動時，選擇與周邊設(shè)備和工具不發(fā)生干涉的方向、 位置。（通常在抓取位置的正上方。和程序點2 在同一位置也沒關(guān)系）。 3．在從程序3點到程序4點的過程中，為了保證空間直線運動，可以采用直角坐標系來示教該過程， 并在記錄程序4點的時候采用直角坐標模式。 4．點擊“示教列表操作”區(qū)的“紀錄”按鈕，記錄該點。 2.1.2.6 程序點 5 -- 同程序點 1 按照程序點 1 進行操作。 點擊“回零”按鈕，并記錄回零位置。 2.1.2.7 程序點 6 -- 放置位置附近 (放置前) 決定放置姿態(tài)。 1．在從程序 4 點到程序 5 點的過程中可以采用較高速度。 關(guān)節(jié)坐標系下的步長和速度設(shè)置 直角坐標系下的速度設(shè)置 2. 用軸操作鍵設(shè)定機器人能夠放置工件的姿態(tài)。在機器人接近工作臺時，要選擇把持的工件和 堆積的工件不干涉的場所，并決定位置（通常，在放置輔助位置的正上方）。 3．點擊“示教列表操作”區(qū)的“紀錄”按鈕，記錄該點。 2.1.2.8 程序點 7 -- 放置輔助位置 決定為了進行放置的輔助位置。 1. 在從程序 4 點到程序 5 點的過程中采用較底速度。 關(guān)節(jié)坐標系下的步長和速度設(shè)置 直角坐標系下的速度設(shè)置 2．從程序點6 直接移到放置位置，已經(jīng)放置的工件和把持著的工件可能發(fā)生干涉，這時為了避開干涉，要設(shè)一個輔助位置，姿態(tài)和程序點6 相同。 3．點擊“示教列表操作”區(qū)的“紀錄”按鈕，記錄該點。 2.1.2.9 程序點 8 -- 放置位置 保持程序點 7 的姿態(tài)移到放置位置，點擊“松開”按鈕，釋放工件。 1. 在從程序 7 點到程序 8 點的過程中采用較低速度。 關(guān)節(jié)坐標系下的步長和速度設(shè)置 直角坐標系下的速度設(shè)置 2． 移動到程序點 8 之后，點擊“松開”按鈕，釋放工件。 3． 用軸操作鍵把機器人移到放置位置，這時請保持程序點7 的姿態(tài)不變。 4．點擊“示教列表操作”區(qū)的“紀錄”按鈕，記錄該點。 2.1.2.10 程序點 9 -- 放置位置附近 (放置后) 決定放置后的退讓等待位置。 1. 在從程序 8 點到程序 9 點的過程中可以采用中等速度。 關(guān)節(jié)坐標系下的步長和速度設(shè)置 直角坐標系下的速度設(shè)置 2．用軸操作鍵把機器人移到放置位置附近。移動時，選擇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．點擊“示教列表操作”區(qū)的“紀錄”按鈕，記錄該點。 2.1.2.11 最初的程序點和最后的程序點重合 現(xiàn)在，機器人停在程序點 1 附近的程序點 6 處。 如果能從焊接結(jié)束位置的程序點5 直接移動到程序點1 的位置，就可以立刻開始下一個工 件的抓取，從而提高工作效率。 下面，我們就試著把最終位置的程序點6 與最初位置的程序點1 設(shè)在同一個位置。 由于在實驗一中我們建議選擇“回零”位置作為第一個程序點，在此，只需要 點擊“手動操作”功能區(qū)的“回零”按鈕，機器人就可以自動返回程序一點，然后做一 次記錄即可。 2.1.2.12 保存示教文件 點擊“示教列表”操作功能區(qū)的“保存”按鈕，保存當前文件。 2.1.2.13 軌跡確認 3.1 再現(xiàn)回放操作 3.1.1 回放前的準備操作 為了從程序頭開始運行，請務(wù)必先進行以下操作。 先點擊“回零”操作，讓機器人回到程序 1 點位置。再現(xiàn)時，機器人從程序 1 點開始操作。 3.1.2 再現(xiàn)步驟 那么，讓我們試著操作一次請先確認機器人附近沒人再開始操作。 1．點擊“伺服使能”確保機器人準備就緒。 2．編輯“示教列表操作”功能區(qū)“回放”按鈕后面編輯框中的回放次數(shù)，初次示教修改為“1”。 3．點擊“回放”。機器人將會按照示教好的軌跡進行運動。