机器人技术及应用实验指导书 - 修改16.3.5精要.doc

《机器人技术及应用》 实 验 指 导 书 机电工程系 二零一四年二月实验一：机器人运动分析实验 一．实验目的 通过观察圆柱坐标机器人，了解工业机器人的系统结构、几何结构、坐标类型和运动控制原理。 分析其机械传动及驱动系统结构，绘制工业机器人基本结构简图，关节配置及运动示意图。 描述其基本结构及传动过程，建立机器人末端的运动坐标。 二．实验设备 教学机器人本体； 教学机器人电控柜； 计算机及PLC、触摸屏下载线。 三．实验原理 工业机器人主要的种类有：直角坐标机器人、圆柱坐标机器人、球坐标机器人、关节型工业机器人、并联机器人、以及其它类型的工业机器人。本实验所使用的工业机器人属于圆柱坐标机器人。本圆柱坐标机器人属于示教再现型机器人，即先由手动操作机器人实现一定的动作，机器人通过控制系统“记住”该动作，然后再重复地实现该动作。 1关于圆柱坐标 圆柱坐标的数学公式，并配以简单的示意图 图示P点为圆柱坐标上的任意点，P点的坐标为（Z，R，）。 2 圆柱坐标机械手的结构（如下图） 详见附图一。 如图所示，圆柱坐标机械手由如下部分构成：实现坐标旋转的底座（由伺服电机1驱动）、实现R向坐标移动的移动臂（由伺服电机2驱动）、实现Z向坐标移动的移动臂（由伺服电机3驱动）、实现坐标旋转的手腕、以及实现抓取物块的手部（气动手指）。 3机械手抓取物块的坐标范围 如图所示，本教学机械手的抓取范围为一个圆环柱，圆环柱的高度450毫米，R臂的运动范围为300毫米至750毫米。 4各坐标轴的运动实现 （1）各坐标轴实现传动的基本过程（其中气动手指用气动系统实现开合）；（2）各坐标轴运动距离或转动角度的控制（需要具体的数据，如丝杠导程，齿轮传动比）等。 （1）坐标旋转由伺服电机1驱动减速齿轮系实现精确的旋转角度坐标，齿轮系由一对相互啮合的直齿圆柱齿轮组成，其传动比i=1:7。伺服电机1的旋转运动通过机械结构先传递给小齿轮1，小齿轮1与大尺寸啮合进一步将旋转运动减速传递给大齿轮2。实现R坐标移动、Z坐标移动、坐标旋转的机构整体一起固结于大齿轮2的顶面。的精确度依靠伺服电机的旋转精度来保证。 （2） R向坐标直线移动由伺服电机2驱动，伺服电机2通过联轴器与滚珠丝杠联接，R向移动臂通过滑块置于直线导轨上。如此，就将伺服电机2的旋转运动转化成R移动臂的直线运动。滚珠丝杠的导成为5毫米，即伺服电机2旋转1圈，通过滚珠丝杠使移动臂前进或后退5毫米。 （3） Z向坐标由伺服电机3驱动，伺服电机3通过联轴器与滚珠丝杠联接，滚珠丝杠上的螺母与安装R向移动臂导轨的基准板固结，同时将移动臂导轨的基准板与Z向的2个直线轴承固结在一起。由此即可将伺服电机3的旋转运动转化为Z向的直线运动。滚珠丝杠的导成为5毫米，即伺服电机2旋转1圈，通过滚珠丝杠使移动臂前进或后退5毫米。 （4） 实现坐标旋转由伺服电机4驱动，该电机直接与安装气动手指的旋转轴通过联轴器联接，即将电机的旋转运动直接传递给气动手指。其旋转精度直接由伺服电机的旋转精度来保证。 （5） 气动手指是一种气动原件，该原件通过与气动电磁阀的进出气口联通，可实现气动手指的的张开与闭合，从而实现物块的抓取。 5实现抓取物块 将机械手置于一初始位置，并将被抓取的物块置于圆柱坐标的一位置，人工操作机械手进行抓取，然后再由机械手自动实现抓取。 三．实验步骤 1．介绍圆柱坐标（教师讲解）。 2，介绍机械系统各大组成部分（教师演示）。 结合实验原理，介绍教学机器人的机械系统的组成。 3. 分析机器人机械各具体部分的结构原理。 4．介绍控制界面的各组成部分（教师演示） 打开控制系统，由教师演示各操作界面。教师提示学生注意安全，防止机械手在转动过程中伤人。 5．介绍机械手人工示教实现抓取物块的过程与机械手自动重复实现抓取的过程（教师演示）； 6．学生完成机械手人工示教实现抓取物块的过程与机械手自动重复实现抓取的过程（教师演示）； 四．实验报告 1. 绘制机械手实现R坐标运动的机械设计图； 2．回答如下各问题： （1）说明工业机器人各基本组成及各部分之间的关系？ （2）机器人机械部分主要包括哪几个组成部分？ （3）简述工业机器人的控制方式及其特点？ （4）回忆本次实验过程，你从中学到哪些知识？ 实验二：机器人电气控制系统实验 一．实验目的 了解机器人控制系统的组成。 了解机器人控制、驱动系统各部分的原理及作用。 二．实验设备 教学机器人本体； 教学机器人电控柜； 计算机及PLC、触摸屏下载线； PLC编程软件：WinProladder V3.11和触摸屏软件：EB8000。 三．实验原理 机器人电气系统主要由PLC、电源、交流伺服电机及其驱动器、传