六自由度桌面型串聯(lián)關(guān)節(jié)式機(jī)器人RBT-6TS01S實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū).doc

RBT 6T S01S 桌面型串聯(lián)關(guān)節(jié)式 機(jī)器人實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 I 目 錄 實(shí)驗(yàn) 1機(jī)器人的認(rèn)識(shí) 1 1 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 1 2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1 1 3實(shí)驗(yàn)原理 1 1 4實(shí)驗(yàn)步驟 5 1 5注意事項(xiàng) 6 實(shí)驗(yàn) 2機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng) 7 2 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?7 2 2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 7 2 3實(shí)驗(yàn)原理 7 2 4實(shí)驗(yàn)步驟 12 2 5注意事項(xiàng) 14 實(shí)驗(yàn) 3機(jī)器人的控制系統(tǒng) 15 3 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?15 3 2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 15 3 3實(shí)驗(yàn)原理 15 3 4實(shí)驗(yàn)步驟 19 3 5注意事項(xiàng) 21 實(shí)驗(yàn) 4機(jī)器人示教編程與再現(xiàn)控制 22 4 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?22 4 2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 22 4 3實(shí)驗(yàn)原理 22 4 4實(shí)驗(yàn)步驟 23 4 5思考題 24 4 6注意事項(xiàng) 24 實(shí)驗(yàn) 5機(jī)器人坐標(biāo)系的建立 25 5 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?25 5 2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 25 5 3實(shí)驗(yàn)原理 25 5 4實(shí)驗(yàn)步驟 27 5 5思考題 31 實(shí)驗(yàn) 6機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 33 6 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?33 6 2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 33 6 3實(shí)驗(yàn)原理 33 6 4實(shí)驗(yàn)步驟 33 6 5思考題 36 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 II 實(shí)驗(yàn) 7機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 37 7 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?37 7 2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 37 7 3實(shí)驗(yàn)原理 37 7 4實(shí)驗(yàn)步驟 38 7 5思考題 41 實(shí)驗(yàn) 8機(jī)器人的搬運(yùn)裝配實(shí)驗(yàn) 42 8 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?42 8 2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 42 8 3實(shí)驗(yàn)原理 42 8 4實(shí)驗(yàn)步驟 42 8 5注意事項(xiàng) 44 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 1 頁(yè) 共 52 頁(yè) 實(shí)驗(yàn) 1 機(jī)器人的認(rèn)識(shí) 1 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 了解機(jī)器人的機(jī)構(gòu)組成 2 掌握機(jī)器人的工作原理 3 熟悉機(jī)器人的性能指標(biāo) 4 掌握機(jī)器人的基本功能及示教運(yùn)動(dòng)過(guò)程 1 2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1 RBT 6T S01S 機(jī)器人一臺(tái) 2 RBT 6T S01S 機(jī)器人控制柜一臺(tái) 3 裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和控制軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái) 4 軸和軸套各一個(gè) 1 3實(shí)驗(yàn)原理 機(jī)器人是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器 是一種復(fù)雜的機(jī)電一體化設(shè)備 機(jī)器 人按技術(shù)層次分為 固定程序控制機(jī)器人 示教再現(xiàn)機(jī)器人和智能機(jī)器人等 本課程所 使用的機(jī)器人為 6 自由度串聯(lián)機(jī)器人 其軸線相互平行或垂直 能夠在空間內(nèi)進(jìn)行定位 采用伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)混合驅(qū)動(dòng) 主要傳動(dòng)部件采用可視化設(shè)計(jì) 控制簡(jiǎn)單 編程方 便 是專(zhuān)為滿足高等院校機(jī)電一體化 自動(dòng)控制等專(zhuān)業(yè)進(jìn)行機(jī)電及控制課程串聯(lián)關(guān)節(jié)式 實(shí)驗(yàn)需要和相關(guān)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用培訓(xùn)需要而最新開(kāi)發(fā)的機(jī)器人 它是一個(gè)多輸入多輸出 的動(dòng)力學(xué)復(fù)雜系統(tǒng) 是進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理想平臺(tái) 它具有高度的能動(dòng)性和靈活性 具有廣闊的開(kāi)闊空間 是進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和編程系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理想對(duì)象 整個(gè)系統(tǒng)包括機(jī)器人 1 臺(tái) 電控柜 1 臺(tái) 控制卡 2 塊 實(shí)驗(yàn)附件 1 套 包括軸 套 和機(jī)器人控制軟件 1 套 實(shí)驗(yàn)設(shè)備用戶可選 機(jī)器人采用串聯(lián)式開(kāi)鏈結(jié)構(gòu) 即機(jī)器人各連桿由旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)或移動(dòng)關(guān)節(jié)串聯(lián)連接 如 圖 1 1 所示 各關(guān)節(jié)軸線相互平行或垂直 連桿的一端裝在固定的支座上 底座 另 一端處于自由狀態(tài) 可安裝各種工具以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人作業(yè) 關(guān)節(jié)的作用是使相互聯(lián)接的兩 個(gè)連桿產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng) 關(guān)節(jié)的傳動(dòng)采用模塊化結(jié)構(gòu) 由錐齒輪 同步齒型帶和諧波減速 器等多種傳動(dòng)結(jié)構(gòu)配合實(shí)現(xiàn) 機(jī)器人各關(guān)節(jié)采用伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)混合驅(qū)動(dòng) 并通過(guò) Windows 環(huán)境下的軟件編 程和運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制 使機(jī)器人能夠在工作空間內(nèi)任意位置精確定位 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 2 頁(yè) 共 52 頁(yè) 圖 1 1 機(jī)器人結(jié)構(gòu) 機(jī)器人技術(shù)參數(shù)如表 1 1 所示 標(biāo) 1 1 機(jī)器人技術(shù)參數(shù) 結(jié)構(gòu)形式串聯(lián)關(guān)節(jié)式 驅(qū)動(dòng)方式步進(jìn)伺服混合驅(qū)動(dòng) 負(fù)載能力 3Kg 重復(fù)定位精度 0 08mm 關(guān)節(jié) 150 150 關(guān)節(jié) 135 45 關(guān)節(jié) 70 50 關(guān)節(jié) 90 90 關(guān)節(jié) 90 90 動(dòng)作范圍 關(guān)節(jié) 180 180 關(guān)節(jié) 60o S 關(guān)節(jié) 60o S 關(guān)節(jié) 60o S 關(guān)節(jié) 60o S 關(guān)節(jié) 60o S 最大速度 關(guān)節(jié) 120o S 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 3 頁(yè) 共 52 頁(yè) 最大展開(kāi)半徑 610 mm 高度 850 mm 本體重 量 40Kg 操作方式示教再現(xiàn) 編程 電源容量單相 220V 50Hz 4A 預(yù)備知識(shí) 1 機(jī)器人的英文名緣由 機(jī)器人是一種具有某種仿人功能的自動(dòng)機(jī) 機(jī)器人的國(guó)際名叫 羅伯特 ROBOT ROBOT 一詞源于捷克作家卡列爾查培于 1920 年的一部名叫作 羅薩姆的萬(wàn)能機(jī)器人 公司 的幻想劇 羅伯特是該劇主人公的名字 他是既忠誠(chéng)又勤勞的機(jī)器人 2 機(jī)器人的定義 我國(guó)科學(xué)家的定義 機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器 所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能 能力 如感知能力 規(guī)劃能力 動(dòng)作能力和協(xié)同能力 是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化 機(jī)器 3 機(jī)器人的三原則 1 機(jī)器人不能傷害人類(lèi) 2 在不違反第一條的情況下 機(jī)器人必須遵守人類(lèi)的命令 3 在不違反第一 二條的情況下 機(jī)器人應(yīng)能保護(hù)自己 4 機(jī)器人發(fā)展史 1 古代機(jī)器人 1 中國(guó)機(jī)關(guān)人 世界最早的機(jī)器人 列子 湯問(wèn)篇 中記載西周穆王時(shí) 有位名叫偃師的能工巧匠就制造了一個(gè)能歌 善舞的伶人機(jī)器人 春秋后期 木匠魯班制造的木鳥(niǎo) 能在空中飛行 三日不下 1800 年前的漢代 大科學(xué)家張衡發(fā)明的計(jì)里鼓車(chē) 計(jì)里鼓車(chē)每行一里 車(chē)上木人 擊鼓一下 每行十里擊鐘一下 后漢三國(guó)時(shí)期 諸葛亮成功地創(chuàng)造出了 木牛流馬 并用其運(yùn)送軍糧 支援前方戰(zhàn) 爭(zhēng) 最早的軍事機(jī)器人 2 西方最早的機(jī)器人 是公元前 2 世紀(jì)古希臘人發(fā)明的最原始的機(jī)器人 自動(dòng)機(jī) 1738 年 法國(guó)天才技師杰克 戴 瓦克遜發(fā)明了一只機(jī)器鴨 2 現(xiàn)代機(jī)器人 1954 年美國(guó)戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念 并申請(qǐng)了專(zhuān)利 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 4 頁(yè) 共 52 頁(yè) 1959 年第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人 可編程 圓坐標(biāo) 在美國(guó)誕生 開(kāi)創(chuàng)了機(jī)器人發(fā)展的 新紀(jì)元 1967 年日本成立了人工手研究會(huì) 現(xiàn)改名為仿生機(jī)構(gòu)研究會(huì) 同年召開(kāi)了日本首 屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì) 1970 年在美國(guó)召開(kāi)了第一屆國(guó)際工業(yè)機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議 1980 年被稱(chēng)為 機(jī)器人元年 5 機(jī)器人的組成部分 機(jī)器人的手 操作系統(tǒng) 作用是抓住一個(gè)工作對(duì)象使其按工作或作戰(zhàn)要求動(dòng)作 機(jī)器人的眼 感測(cè)系統(tǒng) 作用是觀測(cè)工作對(duì)象及其周?chē)h(huán)境的信息 通過(guò)收集信 息將其反饋給控制中心 作為對(duì)機(jī)器人行為控制和協(xié)調(diào)的依據(jù) 機(jī)器人神經(jīng)系統(tǒng) 信息傳輸系統(tǒng) 作用是將傳感器和觀測(cè)器獲得的各種信息下傳 上達(dá) 交給各執(zhí)行及其附屬設(shè)備 機(jī)器人的心臟 動(dòng)力系統(tǒng) 作用是負(fù)責(zé)向機(jī)器人提供動(dòng)力 主要設(shè)備有各種發(fā)動(dòng) 機(jī) 發(fā)電機(jī)及其附屬設(shè)備 機(jī)器人的大腦 指揮控制系統(tǒng) 作用是加工處理各種信息 指揮 控制機(jī)器人的 各種行動(dòng) 圖 1 2 6 機(jī)器人的種類(lèi) 按技術(shù)層次分為固定程序控制機(jī)器人 示教再現(xiàn)機(jī)器人 數(shù)控機(jī)器人 遙控機(jī)器人 和智能機(jī)器人 按工作自由度分為自主機(jī)器人 半自主機(jī)器人和搖控機(jī)器人 7 機(jī)器人的用途 1 勤勞忠誠(chéng)的員工 不計(jì)報(bào)酬 2 未知世界的使者 不知 天高地厚 3 未到戰(zhàn)爭(zhēng)中的圣斗士 不曉得皮肉之苦 4 保姆 白衣天使和明星 不用包裝炒作 8 機(jī)器人的未來(lái)發(fā)展 人性化 智能化 普及化 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 5 頁(yè) 共 52 頁(yè) 1 4實(shí)驗(yàn)步驟 1 連接好氣路 啟動(dòng)氣泵到預(yù)定壓力 2 啟動(dòng)計(jì)算機(jī) 運(yùn)行機(jī)器人軟件 出現(xiàn)如圖 1 3 所示主界面 3 接通控制柜電源 按下 啟動(dòng) 按鈕 圖 1 3 主界面 4 點(diǎn)擊主界面 機(jī)器人復(fù)位 按鈕 機(jī)器人進(jìn)行回零運(yùn)動(dòng) 觀察機(jī)器人的運(yùn)動(dòng) 六個(gè)關(guān)節(jié)全部運(yùn)動(dòng)完成后 機(jī)器人處于零點(diǎn)位置 5 點(diǎn)擊 關(guān)節(jié)示教 按鈕 出現(xiàn)如圖 1 4 所示界面 按下 打開(kāi) 按鈕 在機(jī) 器人軟件目錄下選擇示教文件 1 RBT 示教數(shù)據(jù)會(huì)在示教列表中顯示 6 裝配操作演示 在 2 個(gè)支架的相應(yīng)位置上分別放置軸和軸套 然后按下 再 現(xiàn) 按鈕 機(jī)器人實(shí)現(xiàn)裝配動(dòng)作 7 運(yùn)動(dòng)完畢后 按下 復(fù)位 按鈕 機(jī)器人回到零點(diǎn)位置 關(guān)閉對(duì)話框 8 如果想再做一次裝配動(dòng)作 把軸放回相應(yīng)位置 按下 再現(xiàn) 按鈕即可 9 點(diǎn)擊 機(jī)器人復(fù)位 按鈕 使機(jī)器人回到零點(diǎn)位置 10 按下控制柜上的 停止 按鈕 斷開(kāi)控制柜電源 11 退出機(jī)器人軟件 關(guān)閉計(jì)算機(jī) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 6 頁(yè) 共 52 頁(yè) 圖 1 4 關(guān)節(jié)示教界面 1 5注意事項(xiàng) 1 在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 2 機(jī)器人通電后 身體的任何部位不要進(jìn)入機(jī)器人運(yùn)動(dòng)可達(dá)范圍之內(nèi) 3 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)不正常時(shí) 及時(shí)按下控制柜的急停開(kāi)關(guān) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 7 頁(yè) 共 44 頁(yè) 實(shí)驗(yàn) 2 機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng) 2 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 了解機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的組成 2 了解機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)各部分的原理及作用 3 掌握機(jī)器人單軸運(yùn)動(dòng)的方法 2 2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1 RBT 6T S01S 機(jī)器人一臺(tái) 2 RBT 6T S01S 機(jī)器人控制柜一臺(tái) 3 裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和控制軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái) 2 3實(shí)驗(yàn)原理 機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)主要由以下幾大部分組成 原動(dòng)部件 傳動(dòng)部件 執(zhí)行部件 基本 機(jī)械結(jié)構(gòu)連接方式為原動(dòng)部件 傳動(dòng)部件 執(zhí)行部件 機(jī)器人的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖 2 1 所示 關(guān)節(jié)傳動(dòng)鏈主要由伺服 或步進(jìn) 電機(jī) 減速器構(gòu)成 關(guān)節(jié)傳動(dòng)鏈主要由伺服電機(jī) 減速器構(gòu)成 關(guān)節(jié)傳動(dòng)鏈主要由步進(jìn)電機(jī) 同步帶 減速器構(gòu)成 關(guān)節(jié)傳動(dòng)鏈主要由步進(jìn)電機(jī) 減速器構(gòu)成 關(guān)節(jié)傳動(dòng)鏈主要由步進(jìn)電機(jī) 同步帶 減速器構(gòu)成 關(guān)節(jié)傳動(dòng)鏈主要由步進(jìn)電機(jī) 減速器構(gòu)成 在機(jī)器人末端還有一個(gè)氣動(dòng)夾持器 原動(dòng)部件包括步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)兩大類(lèi) 關(guān)節(jié) 采用伺服 或步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)方 式 關(guān)節(jié) 采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式 關(guān)節(jié) 采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式 本機(jī) 器人中采用了同步齒型帶傳動(dòng) 諧波減速傳動(dòng)等傳動(dòng)方式 執(zhí)行部件采用了氣動(dòng)手爪機(jī) 構(gòu) 以完成抓取作業(yè) 下面對(duì)機(jī)器人中采用的各傳動(dòng)部件的工作原理及特點(diǎn)作以簡(jiǎn)要介紹 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 8 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 2 1 機(jī)器人傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 1 同步齒型帶傳動(dòng) 同步齒型帶傳動(dòng)是通過(guò)帶齒與輪齒的嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力 如圖 2 2 所示 與摩擦 型帶傳動(dòng)相比 同步帶傳動(dòng)兼有帶傳動(dòng) 鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的一些特點(diǎn) 與一般帶傳動(dòng) 相比具有以下特點(diǎn) 1 傳動(dòng)比準(zhǔn)確 同步帶傳動(dòng)是嚙合傳動(dòng) 工作時(shí)無(wú)滑動(dòng) 2 傳動(dòng)效率高 可達(dá) 98 以上 節(jié)能效果明顯 3 不需依靠摩擦傳動(dòng) 預(yù)緊張力小 對(duì)軸和軸承的作用力小 帶輪直徑小 所占 空間小 重量輕 結(jié)構(gòu)緊湊 4 傳動(dòng)平穩(wěn) 動(dòng)態(tài)特性良好 能吸振 噪音小 5 齒型帶較薄 允許線速度高 可達(dá) 50m s 6 使用廣泛 傳遞功率由幾瓦至數(shù)千瓦 速比可達(dá) 10 左右 7 使用保養(yǎng)方便 不需要潤(rùn)滑 耐油 耐磨性和抗老化好 還能在高溫 灰塵 水及腐蝕介質(zhì)等惡劣環(huán)境中工作 8 安裝要求較高 兩帶輪軸心線平行度要高 中心距要求嚴(yán)格 9 帶和帶輪的制造工藝復(fù)雜 成本高 盡管如此 同步帶傳動(dòng)不失為一種十分經(jīng) 濟(jì)的傳動(dòng)裝置 現(xiàn)已廣泛用于要求精密定位的各種機(jī)械傳動(dòng)中 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 9 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 2 2 同步齒型帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 2 諧波齒輪傳動(dòng) 諧波齒輪傳動(dòng)由三個(gè)基本構(gòu)件組成 1 諧波發(fā)生器 簡(jiǎn)稱(chēng)波發(fā)生器 是由凸輪 通常為橢圓形 及薄壁軸承組成 隨著凸輪轉(zhuǎn)動(dòng) 薄壁軸承的外環(huán)作橢圓形變形運(yùn)動(dòng) 彈性范圍內(nèi) 2 剛輪 是剛性的內(nèi)齒輪 3 柔輪 是薄殼形元件 具有彈性的外齒輪 以上三個(gè)構(gòu)件可以任意固定一個(gè) 成為減速傳動(dòng)及增速傳動(dòng) 或者發(fā)生器 剛輪主 動(dòng) 柔輪從動(dòng) 成為差動(dòng)機(jī)構(gòu) 即轉(zhuǎn)動(dòng)的代數(shù)合成 諧波傳動(dòng)工作過(guò)程如下圖 2 3 所示 當(dāng)波發(fā)生器為主動(dòng)時(shí) 凸輪在柔輪內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng) 使 長(zhǎng)軸附近柔輪及薄壁軸承發(fā)生變形 可控的彈性變形 這時(shí)柔輪的齒就在變形的過(guò)程 中進(jìn)入 嚙合 或退出 嚙出 剛輪的齒間 在波發(fā)生器的長(zhǎng)軸處處于完全嚙合 而短 軸方向的齒就處于完全的脫開(kāi)狀態(tài) 圖 2 3 諧波齒輪傳動(dòng)工作過(guò)程 波發(fā)生器通常為橢圓形的凸輪 凸輪位于薄壁軸承內(nèi) 薄壁軸承裝在柔輪內(nèi) 此時(shí) 柔輪由原來(lái)的圓形而變成橢圓形 橢圓長(zhǎng)軸兩端的柔輪與之配合的剛輪齒則處于完全嚙 合狀態(tài) 即柔輪的外齒與剛輪的內(nèi)齒沿齒高嚙合 這是嚙合區(qū) 一般有 30 左右的齒 處在嚙合狀態(tài) 橢圓短軸兩端的柔輪齒與剛輪齒處于完全脫開(kāi)狀態(tài) 簡(jiǎn)稱(chēng)脫開(kāi) 在波發(fā) 生器長(zhǎng)軸和短軸之間的柔輪齒 沿柔輪周長(zhǎng)的不同區(qū)段內(nèi) 有的逐漸退出剛輪齒間 處 在半脫開(kāi)狀態(tài) 稱(chēng)之為嚙出 有的逐漸進(jìn)入剛輪齒間 處在半嚙合狀態(tài) 稱(chēng)之為嚙入 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 10 頁(yè) 共 44 頁(yè) 波發(fā)生器在柔輪內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 迫使柔輪產(chǎn)生連續(xù)的彈性變形 此時(shí)波發(fā)生器的連續(xù)轉(zhuǎn) 動(dòng) 就使柔輪齒的嚙入 嚙合 嚙出 脫開(kāi)這四種狀態(tài)循環(huán)往復(fù)不斷地改變各自原來(lái)的 嚙合狀態(tài) 這種現(xiàn)象稱(chēng)之為錯(cuò)齒運(yùn)動(dòng) 正是這一錯(cuò)齒運(yùn)動(dòng) 使減速器可以將輸入的高速 轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)檩敵龅牡退俎D(zhuǎn)動(dòng) 對(duì)于雙波發(fā)生器的諧波齒輪傳動(dòng) 當(dāng)波發(fā)生器順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 1 8 周時(shí) 柔輪齒與剛輪 齒就由原來(lái)的嚙入狀態(tài)而成嚙合狀態(tài) 而原來(lái)脫開(kāi)狀態(tài)就成為嚙入狀態(tài) 同樣道理 嚙 出變?yōu)槊撻_(kāi) 嚙合變?yōu)閲С?這樣柔輪相對(duì)剛輪轉(zhuǎn)動(dòng) 角位移 了 1 4 齒 同理 波發(fā) 生器再轉(zhuǎn)動(dòng) 1 8 周時(shí) 重復(fù)上述過(guò)程 這時(shí)柔輪位移一個(gè)齒距 依此類(lèi)推 波發(fā)生器相 對(duì)剛輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí) 柔輪相對(duì)剛輪的位移為兩個(gè)齒距 柔輪齒和剛輪齒在節(jié)圓處嚙合過(guò)程就如同兩個(gè)純滾動(dòng) 無(wú)滑動(dòng) 的圓環(huán)一樣 兩者 在任何瞬間 在節(jié)圓上轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)必須相等 由于柔輪比剛輪在節(jié)圓周長(zhǎng)上少了兩個(gè)齒 距 所以柔輪在嚙合過(guò)程中 就必須相對(duì)剛輪轉(zhuǎn)過(guò)兩個(gè)齒距的角位移 這個(gè)角位移正是 減速器輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng) 從而實(shí)現(xiàn)了減速的目的 波發(fā)生器的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng) 迫使柔輪上的一點(diǎn)不斷的改變位置 這時(shí)在柔輪的節(jié)圓的任 一點(diǎn) 隨著波發(fā)生器角位移的過(guò)程 形成一個(gè)上下左右相對(duì)稱(chēng)的和諧波 故稱(chēng)之為 諧波 諧波齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn) 1 傳動(dòng)比大 單級(jí)傳動(dòng)比為 70 320 2 側(cè)隙小 由于其嚙合原理不同于一般齒輪傳動(dòng) 側(cè)隙很小 甚至可以實(shí)現(xiàn)無(wú)側(cè) 隙傳動(dòng) 3 精度高 同時(shí)嚙合齒數(shù)達(dá)到總齒數(shù)的 20 左右 在相 180 的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)方向上 同時(shí)嚙合 因此誤差被平均化 從而達(dá)到高運(yùn)動(dòng)精度 4 零件數(shù)少 安裝方便 僅有三個(gè)基本部件 且輸入軸與輸出軸為同軸線 因此 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 安裝方便 5 體積小 重量輕 與一般減速器比較 輸出力矩相同時(shí) 通常其體積可減小 2 3 重量可減小 1 2 6 承載能力大 因同時(shí)嚙合齒數(shù)多 柔輪又采用了高疲勞強(qiáng)度的特殊鋼材 從而 獲得了高的承載能力 7 效率高 在齒的嚙合部分滑移量極小 摩擦損失少 即使在高速比情況下 還 能維持高的效率 8 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn) 周向速度低 又實(shí)現(xiàn)了力的平衡 故噪聲低 振動(dòng)小 9 可向密閉空間傳遞運(yùn)動(dòng) 利用其柔性的特點(diǎn) 可向密閉空間傳遞運(yùn)動(dòng) 這一點(diǎn) 是其它任何機(jī)械傳動(dòng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的 3 齒輪傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng)的分類(lèi) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 11 頁(yè) 共 44 頁(yè) 齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn) 1 瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定 非圓齒輪傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比又能按需要的變化規(guī)律設(shè)計(jì) 2 傳動(dòng)比范圍大 可用于減速或增速 3 速度 指節(jié)圓圓周速度 和傳動(dòng)功率的范圍大 可用于高速 v 40m s 中速 和低速 v 25m s 的傳動(dòng) 功率可從小于 1W 到 105Kw 4 傳動(dòng)效率高 一對(duì)高精度的漸開(kāi)線圓柱齒輪 效率可達(dá) 99 以上 5 結(jié)構(gòu)緊湊 適用于近距離傳動(dòng) 6 制造成本較高 某些具有特殊齒形或精度很高的齒輪 因需要專(zhuān)用或高精度的 機(jī)床 刀具和量?jī)x等 故制造工藝復(fù)雜 成本高 7 精度不高的齒輪 傳動(dòng)時(shí)噪聲 振動(dòng)和沖擊大 污染環(huán)境 8 無(wú)過(guò)載保護(hù)作用 4 RV 傳動(dòng) 圖 2 4 RV 減速器實(shí)物圖 RV 傳動(dòng)是在擺線針輪傳動(dòng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型傳動(dòng) 它具有體積小 重量 輕 傳動(dòng)比范圍大 傳動(dòng)效率高等一系列優(yōu)點(diǎn) 比單純的擺線針輪行星傳動(dòng)具有更小的 體積和更大的過(guò)載能力 且輸出軸剛度大 因而在國(guó)內(nèi)外受到廣泛重視 在日本機(jī)器人 的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中 已在很大程度上逐漸取代單純的擺線針輪行星傳動(dòng)和諧波傳動(dòng) RV 傳動(dòng)原理如圖 2 5 所示 它由漸開(kāi)線圓柱齒輪行星減速機(jī)構(gòu)和擺線針輪行星減 速機(jī)構(gòu)二部分組成 漸開(kāi)線行星齒輪 2 與曲柄軸 3 連成一體 作為擺線針輪傳動(dòng)部分的 輸入 如果漸開(kāi)線中心齒輪 1 順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn) 那么漸開(kāi)線行星齒輪在公轉(zhuǎn)的同時(shí)還有逆 時(shí)針?lè)较蜃赞D(zhuǎn) 并通過(guò)曲柄軸帶動(dòng)擺線輪做偏心運(yùn)動(dòng) 此時(shí) 擺線輪在其軸線公轉(zhuǎn)的同時(shí) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 12 頁(yè) 共 44 頁(yè) 還將反向自轉(zhuǎn) 即順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 同時(shí)還通過(guò)曲柄軸推動(dòng)鋼架結(jié)構(gòu)的輸出機(jī)構(gòu)順時(shí)針?lè)较?轉(zhuǎn)動(dòng) 按照封閉差動(dòng)輪系求解傳動(dòng)比基本方法 可以計(jì)算出 RV 傳動(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)算公式如 下 i16 1 Z2 Z5 Z1 其中 Z1 漸開(kāi)線中心輪齒數(shù) Z2 漸開(kāi)線行星輪齒數(shù) Z5 針輪齒數(shù) Z5 Z4 1 Z4 擺線輪齒數(shù) 圖 2 5 RV 傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 RV 傳動(dòng)作為一種新型傳動(dòng) 從結(jié)構(gòu)上看 其基本特點(diǎn)可概括如下 1 如果傳動(dòng)機(jī)構(gòu)置于行星架的支撐主軸承內(nèi) 那么這種傳動(dòng)的軸向尺寸可大大縮 小 2 采用二級(jí)減速機(jī)構(gòu) 處于低速極的擺線針輪行星傳動(dòng)更加平穩(wěn) 同時(shí) 由于轉(zhuǎn) 臂軸承個(gè)數(shù)增多且內(nèi)外環(huán)相對(duì)轉(zhuǎn)速下降 其壽命也可大大提高 3 只要設(shè)計(jì)合理 就可以獲得很高的運(yùn)動(dòng)精度和很小的回差 4 RV 傳動(dòng)的輸出機(jī)構(gòu)是采用兩端支承的盡可能大的鋼性圓盤(pán)輸出結(jié)構(gòu) 比一般 擺線減速器的輸出架構(gòu) 懸臂梁結(jié)構(gòu) 具有更大的剛度 且抗沖擊性能也有很大提高 5 傳動(dòng)比范圍大 因?yàn)榧词箶[線輪齒數(shù)不變 只改變漸開(kāi)線齒數(shù) 就可以得到很 多的速比 其傳動(dòng)比為 i 31 171 6 傳動(dòng)效率高 其傳動(dòng)效率為 0 85 0 92 2 4實(shí)驗(yàn)步驟 1 教師介紹機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)中原動(dòng)部分 傳動(dòng)部分以及執(zhí)行部分的位置及在機(jī)器 人系統(tǒng)中的工作狀況 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 13 頁(yè) 共 44 頁(yè) 2 啟動(dòng)計(jì)算機(jī) 運(yùn)行機(jī)器人軟件 3 接通控制柜電源 按下 啟動(dòng) 按鈕 圖 2 6 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)界面 4 點(diǎn)擊主界面 機(jī)器人復(fù)位 按鈕 機(jī)器人進(jìn)行回零運(yùn)動(dòng) 觀察機(jī)器人的運(yùn)動(dòng) 六個(gè)關(guān)節(jié)全部運(yùn)動(dòng)完成后 機(jī)器人處于零點(diǎn)位置 5 點(diǎn)擊主界面 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng) 按鈕 出現(xiàn)如圖 2 6 所示界面 6 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 正向 啟動(dòng)方式選擇 加速 運(yùn)動(dòng)方式選 擇 位置模式 運(yùn)行速度取默認(rèn)值 目標(biāo)位置取 120 度 點(diǎn)擊 啟動(dòng) 按鈕 觀察機(jī) 器人第 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況 7 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 反向 啟動(dòng)方式選擇 加速 運(yùn)動(dòng)方式選 擇 速度模式 運(yùn)行速度取默認(rèn)值 點(diǎn)擊 啟動(dòng) 按鈕 觀察機(jī)器人第 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情 況 然后點(diǎn)擊 立即停止 按鈕 8 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 正向 啟動(dòng)方式選擇 勻速 運(yùn)動(dòng)方式選 擇 位置模式 運(yùn)行速度取默認(rèn)值 目標(biāo)位置取 120 度 點(diǎn)擊 啟動(dòng) 按鈕 觀察機(jī) 器人第 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況 9 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 反向 啟動(dòng)方式選擇 勻速 運(yùn)動(dòng)方式選 擇 速度模式 運(yùn)行速度取默認(rèn)值 點(diǎn)擊 啟動(dòng) 按鈕 觀察機(jī)器人第 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況 然后點(diǎn)擊 立即停止 按鈕 10 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 正向 啟動(dòng)方式選擇 加速 運(yùn)動(dòng)方式選 擇 位置模式 運(yùn)行速度取默認(rèn)值 目標(biāo)位置取 30 度 點(diǎn)擊 啟動(dòng) 按鈕 觀察機(jī)器 人第 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況 11 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 反向 啟動(dòng)方式選擇 加速 運(yùn)動(dòng)方式選 擇 速度模式 運(yùn)行速度取默認(rèn)值 點(diǎn)擊 啟動(dòng) 按鈕觀察機(jī)器人第 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況 然后點(diǎn)擊 立即停止 按鈕 12 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 正向 啟動(dòng)方式選擇 勻速 運(yùn)動(dòng)方式選 擇 位置模式 運(yùn)行速度取默認(rèn)值 目標(biāo)位置取 60 度 點(diǎn)擊 啟動(dòng) 按鈕 觀察機(jī)器 人第 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 14 頁(yè) 共 44 頁(yè) 13 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 反向 啟動(dòng)方式選擇 勻速 運(yùn)動(dòng)方式選 擇 速度模式 運(yùn)行速度取默認(rèn)值 點(diǎn)擊 啟動(dòng) 按鈕觀察機(jī)器人第 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況 然后點(diǎn)擊 立即停止 按鈕 14 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 正向 啟動(dòng)方式選擇 加速 運(yùn)動(dòng)方式 選擇 位置模式 運(yùn)行速度取默認(rèn)值 目標(biāo)位置取 60 度 點(diǎn)擊 啟動(dòng) 按鈕 觀察機(jī) 器人第 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況 15 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 反向 啟動(dòng)方式選擇 加速 運(yùn)動(dòng)方 式選擇 速度模式 運(yùn)行速度取默認(rèn)值 點(diǎn)擊 啟動(dòng) 按鈕觀察機(jī)器人第 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng) 情況 然后點(diǎn)擊 減速停止 按鈕 16 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 正向 啟動(dòng)方式選擇 加速 運(yùn)動(dòng)方式選 擇 位置模式 運(yùn)行速度取默認(rèn)值 目標(biāo)位置取 60 度 點(diǎn)擊 啟動(dòng) 按鈕 觀察機(jī)器 人第 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況 17 選擇 關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)方向選擇 反向 啟動(dòng)方式選擇 加速 運(yùn)動(dòng)方式選 擇 速度模式 運(yùn)行速度取默認(rèn)值 點(diǎn)擊 啟動(dòng) 按鈕觀察機(jī)器人第 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況 然后點(diǎn)擊 減速停止 按鈕 18 點(diǎn)擊 退出 按鈕 退出關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)界面 19 點(diǎn)擊 機(jī)器人復(fù)位 按鈕 使機(jī)器人回到零點(diǎn)位置 20 按下控制柜上的 停止 按鈕 斷開(kāi)控制柜電源 21 退出機(jī)器人軟件 關(guān)閉計(jì)算機(jī) 2 5注意事項(xiàng) 1 在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 2 機(jī)器人通電后 身體的任何部位不要進(jìn)入機(jī)器人運(yùn)動(dòng)可達(dá)范圍之內(nèi) 3 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)不正常時(shí) 及時(shí)按下控制柜的急停開(kāi)關(guān) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 15 頁(yè) 共 44 頁(yè) 實(shí)驗(yàn) 3 機(jī)器人的控制系統(tǒng) 3 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 了解機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成 2 熟悉機(jī)器人控制系統(tǒng)各部分的原理及作用 3 2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1 RBT 6T S01S 機(jī)器人一臺(tái) 2 RBT 6T S01S 機(jī)器人控制柜一臺(tái) 3 裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和控制軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái) 3 3實(shí)驗(yàn)原理 RBT 6T S01S 機(jī)器人控制系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī) 伺服 步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及伺服 步 進(jìn) 電機(jī) 電源 控制柜 操作電路等幾部分組成 計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和機(jī)器人控制軟件 運(yùn)動(dòng)控制卡由高性能 DSP 處理器 CPLD 可編程器件及伺服電機(jī)接口器件等組成 用于實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的位置 速度 加速度的控制及多個(gè)伺服電機(jī)的多軸協(xié)調(diào)控制 其主 要功能為 S 形 梯形自動(dòng)加減速曲線規(guī)劃 輸出控制脈沖到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使電機(jī)運(yùn)動(dòng) 具有編碼器位置反饋信號(hào)接口 監(jiān)控電機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài) 能利用零位開(kāi)關(guān) 減速開(kāi)關(guān)及 編碼器 Z 相信號(hào)實(shí)現(xiàn)高速高精度原點(diǎn)返回操作 具有伺服驅(qū)動(dòng)器報(bào)警信號(hào) ALM 等伺服 驅(qū)動(dòng)器專(zhuān)用信號(hào)接口 伺服 步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器用來(lái)把運(yùn)動(dòng)控制卡提供的低功率的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為能驅(qū)動(dòng) 電機(jī)的大功率電信號(hào) 以驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn) 電源部分用來(lái)給控制柜提供各驅(qū)動(dòng)器的控制用電源 包括相關(guān)保護(hù) 濾波器件等 操作電路提供電氣系統(tǒng)所需的電源開(kāi) 關(guān)順序操作及保護(hù) 報(bào)警 狀態(tài)指示等控制 操作 下面對(duì)本系統(tǒng)中所使用的步進(jìn)電機(jī)及伺服電機(jī)系統(tǒng)作以簡(jiǎn)要介紹 1 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)示意圖如圖 3 1 所示 圖 3 1 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 16 頁(yè) 共 44 頁(yè) 其主要的控制信號(hào)有 1 步進(jìn)脈沖信號(hào) CP 這是最重要的一路信號(hào) 控制卡發(fā)出此信號(hào)用來(lái)控制步 進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn) 驅(qū)動(dòng)器每接受一個(gè)脈沖信號(hào) CP 就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角 CP 的 頻率和步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比 CP 的脈沖個(gè)數(shù)決定了步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度 這樣 控 制系統(tǒng)通過(guò)脈沖信號(hào) CP 就可以達(dá)到控制電機(jī)位置和速度的目的 2 方向電平信號(hào) DIR 控制卡發(fā)出此信號(hào)用來(lái)控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向 比如說(shuō) 此信號(hào)為高電平時(shí)電機(jī)為順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 此信號(hào)為低電平時(shí)電機(jī)則為反方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 3 使能信號(hào) EN 此信號(hào)在不連接時(shí)默認(rèn)為有效狀態(tài) 這時(shí)驅(qū)動(dòng)器正常工作 當(dāng)此信號(hào)回路導(dǎo)通時(shí) 驅(qū)動(dòng)器停止工作 此信號(hào)為選用信號(hào) 2 本書(shū)提供兩種伺服控制系統(tǒng)示意圖 如圖 3 2 圖 3 3 所示 用戶可根據(jù)需要 自行選擇閱讀 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 17 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 3 2 安川 YSKAWA 系列 SGDM 型伺服控制系統(tǒng)示意圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 18 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 3 3 富士 FUJI FALDIC W 系列伺服控制系統(tǒng)示意圖 其主要控制信號(hào)有 1 脈沖信號(hào) PULS 此信號(hào)由運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)出 驅(qū)動(dòng)器接收此信號(hào)驅(qū)動(dòng)伺服電 機(jī)旋轉(zhuǎn) 2 方向信號(hào) SIGN 此信號(hào)由運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)出 用來(lái)控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向 3 原點(diǎn)信號(hào) ORG 由零位開(kāi)關(guān)發(fā)出 ORG 信號(hào)可單獨(dú)用于尋零操作 ORG 信 號(hào)也可與編碼器 Z 相信號(hào)配合得到精度更高的尋零操作 4 限位信號(hào) EL 由限位開(kāi)關(guān)發(fā)出 EL 為電機(jī)運(yùn)行正方向的限位信號(hào) EL 為 電機(jī)運(yùn)行負(fù)方向的限位信號(hào) 當(dāng)與電機(jī)運(yùn)行相同方向的 EL 信號(hào)為 ON 狀態(tài)時(shí) 控 制卡立即停止發(fā)出脈沖 電機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)行 這個(gè)信號(hào)被鎖存 即使 EL 又恢復(fù)成 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 19 頁(yè) 共 44 頁(yè) OFF 狀態(tài) 控制卡也不會(huì)再發(fā)出脈沖 可由指令發(fā)出相反方向運(yùn)動(dòng)的脈沖鏈?zhǔn)闺姍C(jī) 反向運(yùn)動(dòng) 解除這一鎖存狀態(tài) 5 驅(qū)動(dòng)器報(bào)警信號(hào) ALM 由驅(qū)動(dòng)器發(fā)出 當(dāng)驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障時(shí) 報(bào)警信號(hào) ALM 為 ON 狀態(tài) 控制卡接收到這個(gè)信號(hào)后立即停止發(fā)出脈沖 電機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)行 6 伺服 ON 信號(hào) 由運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)出 伺服驅(qū)動(dòng)器接收到此信號(hào)后 即處于伺服 狀態(tài) 7 編碼器信號(hào) 編碼器輸出 A B Z 相信號(hào)送到伺服驅(qū)動(dòng)器 經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)器分 頻后發(fā)送到運(yùn)動(dòng)控制卡 用來(lái)反饋伺服電機(jī)實(shí)際運(yùn)行位置及實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制 3 4實(shí)驗(yàn)步驟 1 介紹控制柜各組成部分 教師講解 結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理 介紹 RBT 6T S01S 機(jī)器人的控制系統(tǒng)的組成 電控系統(tǒng)主要由電 機(jī)及驅(qū)動(dòng)器 斷路器 開(kāi)關(guān)電源 按鈕指示燈等其他附件組成 控制柜前視圖如圖 3 4 所示 電氣安裝板布局圖如圖 3 5 所示 控制柜側(cè)視圖如圖 3 6 所示 電氣元件具體說(shuō) 明如下 SA1 電源開(kāi)關(guān) 用于接通和斷開(kāi)控制柜電源 HL1 電源指示燈 HL2 報(bào)警指示燈 SB1 啟動(dòng)按鈕 接通電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主回路電源 SB2 停止按鈕 切斷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主回路電源 SB3 急停按鈕 圖 3 4 控制柜前視圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 20 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 3 5 電氣安裝板布局圖 DRV1 DRV6 驅(qū)動(dòng)器 P1 開(kāi)關(guān)電源 為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器提供 DC24V 電源 AP1 接口板 用于機(jī)器人各軸命令脈沖和限位開(kāi)關(guān)等信號(hào)的轉(zhuǎn)接 XT1 接線端子排 QF1 斷路器 控制系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)電流時(shí) 自動(dòng)切斷電源回路 保護(hù)設(shè)備及人員安全 KM1 交流接觸器 切斷和接通電源主回路 NF1 濾波器 濾除交流電源產(chǎn)生的噪聲 圖 3 5 控制柜側(cè)視圖 CN1 CN4 圓形連接器 位于控制柜后部 用來(lái)連接控制柜和機(jī)器人之間的電纜 XS1 電源插座 2 控制柜的使用 1 接通控制柜電源 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 21 頁(yè) 共 44 頁(yè) 2 按下 啟動(dòng) 按鈕 3 使用結(jié)束后 按下 停止 按鈕 4 斷開(kāi)控制柜電源 3 5注意事項(xiàng) 1 在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 2 機(jī)器人通電后 身體的任何部位不要進(jìn)入機(jī)器人運(yùn)動(dòng)可達(dá)范圍之內(nèi) 3 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)不正常時(shí) 及時(shí)按下控制柜的急停開(kāi)關(guān) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 22 頁(yè) 共 44 頁(yè) 實(shí)驗(yàn) 4 機(jī)器人示教編程與再現(xiàn)控制 4 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 了解機(jī)器人示教與再現(xiàn)的原理 2 掌握機(jī)器人示教和再現(xiàn)過(guò)程的操作方法 4 2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1 RBT 6T S01S 機(jī)器人一臺(tái) 2 RBT 6T S01S 機(jī)器人控制柜一臺(tái) 3 裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和控制軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái) 4 3實(shí)驗(yàn)原理 機(jī)器人的示教 再現(xiàn)過(guò)程是分為四個(gè)步驟進(jìn)行的 它包括 機(jī)器人示教 teach programming 就是操作者把規(guī)定的目標(biāo)動(dòng)作 包括每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件 每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的動(dòng)作 一步一步的教給機(jī)器人 示教的簡(jiǎn)繁 標(biāo)志著機(jī)器人自動(dòng)化水平的 高低 記憶 即是機(jī)器人將操作者所示教的各個(gè)點(diǎn)的動(dòng)作順序信息 動(dòng)作速度信息 位姿信息等記錄在存儲(chǔ)器中 存儲(chǔ)信息的形式 存儲(chǔ)存量的大小決定機(jī)器人能夠進(jìn)行 的操作的復(fù)雜程度 再現(xiàn) 便是將示教信息再次浮現(xiàn) 即根據(jù)需要 將存儲(chǔ)器所存儲(chǔ)的信息讀出 向執(zhí) 行機(jī)構(gòu)發(fā)出具體的指令 至于是根據(jù)給定順序再現(xiàn) 還是根據(jù)工作情況 由機(jī)器人自動(dòng) 選擇相應(yīng)的程序再現(xiàn)這一功能的不同 標(biāo)志著機(jī)器人對(duì)工作環(huán)境的適應(yīng)性 操作 指機(jī)器人以再現(xiàn)信號(hào)作為輸入指令 使執(zhí)行機(jī)構(gòu)重復(fù)示教過(guò)程規(guī)定的各種動(dòng) 作 在示教 再現(xiàn)這一動(dòng)作循環(huán)中 示教和記憶是同時(shí)進(jìn)行的 再現(xiàn)和操作也是同時(shí)進(jìn) 行的 這種方式是的機(jī)器人控制中比較方便和常用的方法之一 示教的方法有很多種 有主從式 編程式 示教盒式等多種 主從式既是由結(jié)構(gòu)相同的大 小兩個(gè)機(jī)器人組成 當(dāng)操作者對(duì)主動(dòng)小機(jī)器人手把手 進(jìn)行操作控制的時(shí)候 由于兩機(jī)器人所對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)之間裝有傳感器 所以從動(dòng)大機(jī)器人可 以以相同的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)完成所示教操作 編程式既是運(yùn)用上位機(jī)進(jìn)行控制 將示教點(diǎn)以程序的格式輸入到計(jì)算機(jī)中 當(dāng)再現(xiàn) 時(shí) 按照程序語(yǔ)句一條一條的執(zhí)行 這種方法除了計(jì)算機(jī)外 不需要任何其他設(shè)備 簡(jiǎn) 單可靠 適用小批量 單件機(jī)器人的控制 示教盒和上位機(jī)控制的方法大體一致 只是由示教盒中的單片機(jī)代替了電腦 從而 使示教過(guò)程簡(jiǎn)單化 這種方法由于成本較高 所以適用在較大批量的成型的產(chǎn)品中 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 23 頁(yè) 共 44 頁(yè) 4 4實(shí)驗(yàn)步驟 1 啟動(dòng)計(jì)算機(jī) 運(yùn)行機(jī)器人軟件 2 接通控制柜電源 按下 啟動(dòng) 按鈕 3 點(diǎn)擊主界面 機(jī)器人復(fù)位 按鈕 機(jī)器人進(jìn)行回零運(yùn)動(dòng) 觀察機(jī)器人的運(yùn)動(dòng) 六個(gè)關(guān)節(jié)全部運(yùn)動(dòng)完成后 機(jī)器人處于零點(diǎn)位置 4 點(diǎn)擊 關(guān)節(jié)示教 按鈕 出現(xiàn)如圖 4 1 所示界面 5 在 速度 中選擇示教速度 由左到右從低速到高速 1 5 度 秒 6 度 秒 12 度 秒 24 度 秒共四個(gè)擋 默認(rèn)是 6 度 秒 一般情況下建議選擇 12 度 秒 在 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng) 中有每個(gè)關(guān)節(jié)的正反向運(yùn)動(dòng) 持續(xù)按下相應(yīng)關(guān)節(jié)的按鈕 機(jī)器人的關(guān)節(jié)會(huì)按照指令運(yùn)動(dòng) 松開(kāi)相應(yīng)的按鈕 機(jī)器人的關(guān)節(jié)會(huì)停止運(yùn)動(dòng) 6 在機(jī)器人 各關(guān)節(jié)狀態(tài) 和 當(dāng)前坐標(biāo) 中 可以實(shí)時(shí)顯示機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 當(dāng)每運(yùn)動(dòng)到一個(gè)點(diǎn) 必須按下 記錄 按鈕 在再現(xiàn)時(shí)機(jī)器人將忽略中間過(guò)程而只再現(xiàn) 各個(gè)點(diǎn) 在 示教列表 中會(huì)記錄并顯示機(jī)器人相應(yīng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的信息 繼續(xù)運(yùn)動(dòng)其他關(guān) 節(jié) 直到整個(gè)示教程序完成 圖 4 1 關(guān)節(jié)示教界面 7 點(diǎn)擊 保存 按鈕 示教完的信息以 RBT 格式保存在示教文件中 8 點(diǎn)擊 再現(xiàn) 按鈕 機(jī)器人按照記錄的機(jī)器人關(guān)節(jié)信息再現(xiàn)一遍運(yùn)動(dòng)軌跡 9 點(diǎn)擊 清空 按鈕會(huì)把示教列表全部清除 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 24 頁(yè) 共 44 頁(yè) 10 點(diǎn)擊 退出 按鈕 退出當(dāng)前界面 11 點(diǎn)擊 機(jī)器人復(fù)位 按鈕 使機(jī)器人回到零點(diǎn)位置 12 按下控制柜上的 停止 按鈕 斷開(kāi)控制柜電源 13 退出機(jī)器人軟件 關(guān)閉計(jì)算機(jī) 4 5思考題 1 通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)機(jī)器人示教 再現(xiàn)的概念 2 試分析機(jī)器人的示教屬于PTP 點(diǎn)到點(diǎn) 控制還是輸入CP 連續(xù)軌跡 控制 思考題參考答案 1 示教 就是人把規(guī)定的動(dòng)作 包括每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件 每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的動(dòng)作 教給機(jī)器 人 然后將示教的各種信息存儲(chǔ)起來(lái) 再現(xiàn) 便是將上述示教信息再現(xiàn) 即根據(jù)需要 將存儲(chǔ)的信息讀出 向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出具體指令 2 機(jī)器人的示教屬于 PTP 點(diǎn)到點(diǎn) 控制 4 6注意事項(xiàng) 1 在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 2 機(jī)器人通電后 身體的任何部位不要進(jìn)入機(jī)器人運(yùn)動(dòng)可達(dá)范圍之內(nèi) 3 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)不正常時(shí) 及時(shí)按下控制柜的急停開(kāi)關(guān) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 25 頁(yè) 共 44 頁(yè) 實(shí)驗(yàn) 5 機(jī)器人坐標(biāo)系的建立 5 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 了解機(jī)器人建立坐標(biāo)系的意義 2 了解機(jī)器人坐標(biāo)系的類(lèi)型 3 掌握用D H方法建立機(jī)器人坐標(biāo)系的步驟 5 2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1 RBT 6T S01S機(jī)器人一臺(tái) 2 RBT 6T S01S機(jī)器人控制柜一臺(tái) 3 裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和控制軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái) 5 3實(shí)驗(yàn)原理 機(jī)器人通常是由一系列連桿和相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)副組合而成的空間開(kāi)式鏈 實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn) 動(dòng) 完成規(guī)定的操作 因此 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)描述的第一步 自然是描述這些連桿之間以 及它們和操作對(duì)象 工件或工具 之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系 假定這些連桿和運(yùn)動(dòng)副都是剛性 的 描述剛體的位置和姿態(tài) 簡(jiǎn)稱(chēng)位姿 的方法是這樣的 首先規(guī)定一個(gè)直角坐標(biāo)系 相 對(duì)于該坐標(biāo)系 點(diǎn)的位置可以用 3 維列向量表示 剛體的方位可用 3 3 的旋轉(zhuǎn)矩陣來(lái) 表示 而 4 4 的齊次變換矩陣則可將剛體位置和姿態(tài) 位姿 的描述統(tǒng)一起來(lái) 機(jī)器人的每個(gè)關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的建立可參照以下的三原則 1 軸沿著第 n 個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軸 1 n z 2 軸垂直于軸并指向離開(kāi)軸的方向 n x 1 n z 1 n z 3 軸的方向按右手定則確定 n y 機(jī)器人坐標(biāo)系建立的方法常用的是 D H 方法 這種方法嚴(yán)格定義了每個(gè)關(guān)節(jié)的坐 標(biāo)系 并對(duì)連桿和關(guān)節(jié)定義了 4 個(gè)參數(shù) 如圖 5 1 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 26 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 5 1 轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)連桿四參數(shù)示意圖 機(jī)器人機(jī)械手是由一系列連接在一起的連桿 桿件 構(gòu)成的 需要用兩個(gè)參數(shù)來(lái)描 述一個(gè)連桿 即公共法線距離和垂直于所在平面內(nèi)兩軸的夾角 需要另外兩個(gè) i a i a i 參數(shù)來(lái)表示相鄰兩桿的關(guān)系 即兩連桿的相對(duì)位置和兩連桿法線的夾角 i d i 除第一個(gè)和最后一個(gè)連桿外 每個(gè)連桿兩端的軸線各有一條法線 分別為前 后相 鄰連桿的公共法線 這兩法線間的距離即為 我們稱(chēng)為連桿長(zhǎng)度 為連桿扭角 i d i a i 為兩連桿距離 為兩連桿夾角 i d i 機(jī)器人機(jī)械手上坐標(biāo)系的配置取決于機(jī)械手連桿連接的類(lèi)型 有兩種連接 轉(zhuǎn)動(dòng) 關(guān)節(jié)和棱柱聯(lián)軸節(jié) 對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié) 為關(guān)節(jié)變量 連桿 i 的坐標(biāo)系原點(diǎn)位于關(guān)節(jié) i 和 i i 1 的公共法線與關(guān)節(jié) i 1 軸線的交點(diǎn)上 如果兩相鄰連桿的軸線相交于一點(diǎn) 那么原 點(diǎn)就在這一交點(diǎn)上 如果兩軸線互相平行 那么就選擇原點(diǎn)使對(duì)下一連桿 其坐標(biāo)原點(diǎn) 已確定 的距離為零 連桿 i 的 z 軸與關(guān)節(jié) i 1 的軸線在一直線上 而 x 軸則在關(guān) 1i d 節(jié) i 和 i 1 的公共法線上 其方向從 i 指向 i 1 當(dāng)兩關(guān)節(jié)軸線相交時(shí) x 軸的方向與兩 矢量的交積平行或反向平行 x 軸的方向總是沿著公共法線從轉(zhuǎn)軸 n 指向 i 1 1ii zz 當(dāng)兩軸和平行且同向時(shí) 第 i 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的為零 1i x i x i 一旦對(duì)全部連桿規(guī)定坐標(biāo)系之后 我們就能夠按照下列順序由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)和兩個(gè)平移 來(lái)建立相鄰兩連桿 i 1 與 i 之間的相對(duì)關(guān)系 繞軸旋轉(zhuǎn)角 使軸轉(zhuǎn)到與同一平面內(nèi) 1i z i 1i x i x 沿軸平移一距離 把移到與同一直線上 1i z i d 1i x i x 沿 i 軸平移距離 把連桿 i l 的坐標(biāo)系移到使其原點(diǎn)與連桿 n 的坐標(biāo)系原點(diǎn)重 1i a 合的地方 繞軸旋轉(zhuǎn)角 使轉(zhuǎn)到與同一直線上 1i x 1i a 1i z i z 這種關(guān)系可由表示連桿 i 對(duì)連桿 i 1 相對(duì)位置的四個(gè)齊次變換來(lái)描述 并叫做 矩陣 此關(guān)系式為 i A 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 27 頁(yè) 共 44 頁(yè) 式 5 1 0 0 0 0 iiiii ARot zTransd Trans aRot x a 展開(kāi)上式可得 式 5 1000 0 11 111 111 1 iii iiiiiii iiiiiii i i dcs sascccs casscsc A 2 當(dāng)機(jī)械手各連桿的坐標(biāo)系被規(guī)定之后 就能夠列出各連桿的常量參數(shù) 對(duì)于跟在 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) i 后的連桿 這些參數(shù)為 和 對(duì)于跟在棱柱聯(lián)軸節(jié) i 后的連桿來(lái) i d 1i a 1i 說(shuō) 這些參數(shù)為和 然后 角的正弦值和余弦值也可計(jì)算出來(lái) 這樣 A 矩陣 i 1i 就成為關(guān)節(jié)變量的函數(shù) 對(duì)于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 或變量 d 的函數(shù) 對(duì)于棱柱聯(lián)軸節(jié) 一旦 求得這些數(shù)據(jù)之后 就能夠確定六個(gè)變換矩陣的值 i A 5 4實(shí)驗(yàn)步驟 1 參照機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖5 2所示 根據(jù)D H方法建立機(jī)器人的笛卡爾坐 標(biāo)系 并且標(biāo)出每個(gè)關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的原點(diǎn) 圖 5 2 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 2 建好坐標(biāo)系后填寫(xiě)表 5 1 的各個(gè)變量的值 表 5 1 機(jī)器人的參數(shù) 桿件變量為轉(zhuǎn)角 n偏距 dn mm 扭角 n桿長(zhǎng) an mm 1 2 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 28 頁(yè) 共 44 頁(yè) 3 4 5 6 3 根據(jù)表5 1的各個(gè)變量的值以及各桿件之間關(guān)系 寫(xiě)出相應(yīng)的矩陣 i i A 1 4 根據(jù)A矩陣和T矩陣之間的關(guān)系 寫(xiě)出T矩陣 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 0 6 0 AAAAAAT 實(shí)驗(yàn)步驟參考答案 圖 5 3 D H 坐標(biāo)系的建立 表 5 2 機(jī)器人的參數(shù) 桿件變量為轉(zhuǎn)角 n偏距 dn mm 扭角 n桿長(zhǎng) an mm 1 1 0 200 90 0 2 2 90 00197 3 3 0 0 90 90 4 4 0 8390 0 5 5 0 0 90 0 6 6 0 8200 規(guī)定逆時(shí)針為正 順時(shí)針為負(fù) C cos S sin ii ii 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 29 頁(yè) 共 44 頁(yè) 0A1 A 1000 010 00 00 1 11 11 d CS SC 1 2 1000 0100 0 0 2222 2222 SaCS CaSC A 3A4 2 3 1000 0010 0 0 3333 3333 SaCS CaSC 1000 010 00 00 4 44 44 d CS SC A 5A6 4 5 1000 0010 00 00 55 55 CS SC 1000 100 00 00 6 66 66 d CS SC T1 0A11A22A3 1000 010 00 00 1 11 11 d CS SC 1000 0010 0 0 2222 2222 SaCS CaSC 1000 0010 0 0 3333 3333 SaCS CaSC 1000 1111 1111 1111 zzzz yyyy xxxx paon paon paon 3213211 ssccccnx 3213211 sssccsny 32321 sccsnz 11 sox 11 coy 0 1 z o 3213211 cscsccax 3213211 cssscsay 32321 ccssaz 212321332131 ccasscacccapx 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 30 頁(yè) 共 44 頁(yè) 212321332131 csasssaccsapy 2213233231 sadscacsapz T2 3A44A55A6 1000 010 00 00 4 44 44 d CS SC 1000 0010 00 00 55 55 CS SC 1000 100 00 00 6 66 66 d CS SC 1000 2222 2222 2222 zzzz yyyy xxxx paon paon paon 646542 sscccnx 646542 scccsny 652 csnz 646542 cssccox 646542 ccscsoy 652 ssoz 542 scax 542 ssay 52 caz 5462 scdpx 5462 ssdpy 5642 cddpz T T1 T2 1000 1111 1111 1111 zzzz yyyy xxxx paon paon paon 1000 2222 2222 2222 zzzz yyyy xxxx paon paon paon 1000 zzzz yyyy xxxx paon paon paon 6532132164654164654321321 cscscsccscccsssscccssccccnx 6532132164654164654321321 cscssscsscccscsscccsssccsny 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 31 頁(yè) 共 44 頁(yè) 653232646543232 csccsssscccsccsnz 6532132164654164654321321 sssscsccccscsscssccssccccox 6532132164654164654321321 sssssscsccscsccssccsssccsoy 653232646543232 ssccsscssccsccsoz 532132154154321321 ccscsccsssscssccccax 532132154154321321 ccssscssscscsssccsay 53232543232 cccssscsccsaz 1121232133213 5643213215416543213216 caccasscaccca cddcscsccsssdscssccccdpx 112123213 32135643213215416543213216 sacsasssa ccsacddcssscssscdscsssccsdpy 22323323564323215432326 sascacsacddccssdscsccsdpz 5 5思考題 根據(jù)圖5 4某機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 試著用D H坐標(biāo)法建立其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 并畫(huà)出坐 標(biāo)系 答案見(jiàn)圖5 5 圖 5 4 某機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 32 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 5 5 某機(jī)器人 D H 坐標(biāo)系的建立 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 33 頁(yè) 共 44 頁(yè) 實(shí)驗(yàn) 6 機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 6 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 了解齊次變換矩陣的概念 2 掌握機(jī)器人笛卡爾坐標(biāo)系建立的過(guò)程 3 掌握運(yùn)用齊次變換矩陣求解機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)的方法 6 2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1 RBT 6T S01S機(jī)器人一臺(tái) 2 RBT 6T S01S機(jī)器人控制柜一臺(tái) 3 裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和控制軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái) 6 3實(shí)驗(yàn)原理 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)只涉及到物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 不考慮產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力和力矩 機(jī)器人正運(yùn) 動(dòng)學(xué)所研究的內(nèi)容是 給定機(jī)器人各關(guān)節(jié)的角度或位移 求解計(jì)算機(jī)器人末端執(zhí)行器相 對(duì)于參考坐標(biāo)系的位置和姿態(tài)問(wèn)題 各連桿變換矩陣相乘 可得到機(jī)器人末端執(zhí)行器的位姿方程 正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 為 式 6 1 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 0 6 0 AAAAAAT 1000 zzzz yyyy xxxx paon paon paon 其中 向矢量處于手爪入物體的方向上 稱(chēng)之為接近矢量 y 向矢量的方向從za 一個(gè)指尖指向另一個(gè)指尖 處于規(guī)定手爪方向上 稱(chēng)為方向矢量 最后一個(gè)矢量叫法o 線矢量 它與矢量和矢量一起構(gòu)成一個(gè)右手矢量集合 并由矢量的叉乘所規(guī)定 n o a aon 式 6 1 表示了機(jī)器人變換矩陣 它描述了末端連桿坐標(biāo)系 4 相對(duì)基坐標(biāo)系 0 4 0T 的位姿 是機(jī)械手運(yùn)動(dòng)分析和綜合的基礎(chǔ) 6 4實(shí)驗(yàn)步驟 1 根據(jù)機(jī)器人坐標(biāo)系的建立中得出的 A 矩陣 相乘后得到 T 矩陣 根據(jù)一一對(duì) 應(yīng)的關(guān)系 寫(xiě)出機(jī)器人正解的運(yùn)算公式 并填入下表 6 1 中 表 6 1 機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)的參數(shù) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司 第 34 頁(yè) 共 44 頁(yè)