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机器人技术 实验 指导书 南昌大学机电工程学院 目 录 机电一体化和机器人的概念 实验1 关节机器人机械结构 实验2 机器人控制系统 实验3 机器人电路结构 实验4 机器人手动和回原点操作 实验5 输入、输出信号调试 实验6 命令语句 实验7 多轴联动和示教编程 操作和安全注意事项 实验一 机器人系统认识实验 一、实验目的 学习了解机器人系统基本组成和特点； 了解机器人系统各部分的作用及工作原理。 二、实验设备 珠海市华普自动化科技有限公司AT-Q六轴关节机器人； 机器人控制柜一台； 三、实验内容 1. 机器人的机械结构 本实验关节机器人由底座、手臂、手腕、手部等组成六个转动副（图1-1），每部分安装减速机和电机（1-6轴）驱动。 图1-1 机器人机械本体外观图 2. 谐波传动减速器及工作原理 谐波传动减速器（图1-2）主要由刚轮、柔轮、波发生器H等三个基本构件组成。谐波传动（图1-3）通常采用波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出的形式。 图1-2 谐波减速器外形图 当波发生器装入柔轮后，迫使柔轮的剖面由原先的圆形变成椭圆形，其长轴两端附近的齿与刚轮的齿完全啮合，而短轴两端附近的齿则与刚轮完全脱开。周长上其他区段的齿处于啮合和脱离的过渡状态。当波发生器沿图示方向连续转动时，柔轮的变形不断改变，使柔轮与刚轮的啮合状态也不断改变，由啮入、啮合、啮出、脱开、再啮入，周而复始地进行，从而实现柔轮相对刚轮沿波发生器H相反方向的缓慢旋转。 图1-3谐波传动原理图 工作时，固定钢轮，由电机带动波发生器转动，柔轮作为从动轮，输出转动，带动负载运动。谐波减速器可获得很大的传动比，承载能力高，体积小、重量轻，传动效率高、寿命长，传动平稳、无冲击，无噪音，运动精度高，柔轮材料的抗疲劳强度、加工和热处理要求较高，工艺复杂。 3. 行星减速器 行星减速器（图1-4）有三个行星轮围绕一个太阳轮旋转。该减速器输出扭矩大、承载能力高，速比大、效率高，使用寿命长、运转平稳、安全可靠、噪声低，是一种用途广泛的工业产品，具有功率分流、多齿啮合的特性。通过减速比、级数、齿轮套数、额定扭矩、满载效率、平均寿命、润滑方式、回程间隙等参数来说明行星减速器的规格和性能。 4. 机器人控制系统（图1-5） 主要由计算机、伺服/步进电机及驱动器、电源、控制柜、显示屏、操作按键、电气电路等几部分组成。计算机内安装有运动控制芯片和控制软件。 其主要特点： 图1-4 行星齿轮减速器传动原理图 （1）采用多层线路板，32位高性能的CPU和FPGA可编程器件，应用表贴元器件工艺，整套系统较为紧凑； （2）自主研发的AFDX05运动控制芯片； （3）6轴联动，可扩展到24轴； （4）采用8寸彩色液晶屏； （5）执行标准G代码语言，并作了功能补充； （6）标准配置16路输入、16路输出接口；最多支持46路输入40输出接口。 （7）全光电耦合隔离，抗干扰强，运行稳定； （8）系统界面简洁大方，提供丰富的显示及监控信息模式； 图1-5 机器人本体及控制柜 （9）通过键盘对机械手进行在线示教操作，指挥六个步进/伺服电机完成指定的动作； （10）机械手各轴参数可设置，以提高机械手的整机性能。 5. 伺服驱动控制 机器人控制系统通过程序指挥1-6轴步进/伺服电机运行，1-6轴安装（金属）接近传感器，传感器信号反馈给控制系统，控制系统可以接受外界的输入信号，也可以按程序发出输出信号。 交流伺服（图1-6）电动机控制精度高，矩频特性好，具有过载能力。经伺服驱动器（图1-7分频后发送到运动控制卡，用来反馈伺服电机实际运行位置及实现闭环控制。 图1-6 交流伺服系统 图1-7 伺服驱动器 步进电动机必须使用专用的驱动电源（图1-8步进电动机驱动器）。步进电机驱动器将电脉冲转化为角位移，当它接收到一个脉冲信号，就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（步距角），旋转以固定的角度一步一步运行。通过控制脉冲个数来控制角位移量，通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到准确定位和调速的目的。 图1-8 步进电机及驱动器 6、接近传感器 接近传感器工作原理是利用振动器发生的一个交变磁场，当金属目标接近这磁场并达到感应距离时，在金属目标内发生涡流，导致振动衰减，以至接近传感器的振动器停振。接近传感器的振动器振动及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器 图1-9 接近传感器实物 元件，达到接近传感器的非接触式之检测的目的。 实验二 机器人操作与编程 一、实验目的 1、了解机器人系统的操作过程； 2、了