工業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、工業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場教學(xué)實(shí)驗(yàn)一工業(yè)機(jī)器人認(rèn)知部分1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?) 了解各種機(jī)器人；2) 了解FANUC ARC Mate lOOiB機(jī)器人系統(tǒng)組成：3) 介紹機(jī)器人試教編程，進(jìn)行機(jī)器人動作演示；2. 實(shí)驗(yàn)器材1) 口本FANUC ARC Mate 100迫焊接機(jī)器人一臺，ABB機(jī)器人兩臺，眾為興機(jī)器人一臺，導(dǎo)管架焊 接機(jī)器人一臺，爬壁式機(jī)器人一臺2) 工控計(jì)算機(jī)，ABB公司ROBOTSTUDIO離線編程軟件一套3. 實(shí)驗(yàn)原理1) Fanuc機(jī)器人簡介機(jī)器人的主要參數(shù)FANUC機(jī)器人本體型號為ARC Mate M6iB,控制柜型號為M6iBo機(jī)器人的具體性能參數(shù)如下：軸數(shù)：6手部

2、負(fù)重(kg) :6運(yùn)動范I韋I：重復(fù)定位精度：最大運(yùn)動速度 FANUC機(jī)器人的安裝環(huán)境環(huán)境溫度：0-45攝氏度環(huán)境濕度:普通:75%RH短時(shí)間:85% (個(gè)月之內(nèi))振動：二0. 5G(4. 9M/s2) FANUC機(jī)器人的編程方式在線編程離線編程 FANUC機(jī)器人的特色功能High sensitive collision detector高性能碰撞檢測機(jī)能，機(jī)器人無須外加傳感器，各種場合均適用Soft float軟浮動功能用于機(jī)床工件的安裝和取出，有彈性的機(jī)械手.Remote TCP2) FANUC機(jī)器人的構(gòu)成 FANUC機(jī)器人軟件系統(tǒng)Handling Tool用于搬運(yùn)Arc Tool用于弧焊

3、Spot Tool用于點(diǎn)焊Sealing Tool用于布膠Paint Tool用于油漆Laser Tool用于激光焊接和切割 FANUC機(jī)器人硬件系統(tǒng)如圖15所示，通用FANUC機(jī)器人硬件系統(tǒng)包扌舌：機(jī)器人本體、機(jī)器人控制柜、操縱臺(或變位器)和 示教操作盒。(b)機(jī)器人控制柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)(a) FANUC機(jī)器人組成圖1 FANUC機(jī)器人硬件系統(tǒng)作為焊接機(jī)器人的Fanuc ArcMate 1001B機(jī)器人除了具有通用機(jī)器人的組件外，還包括焊接所需的各個(gè)組件：Power Wave F355I：如圖 2適合材料：碳鋼/不銹鋼/合金鋼/鋁合金 焊接波型：CV/Pulse/Rapid Arc/Power

4、Mode/Pulse on Pulse電流范I韋1: 5-425A, 300A/100%, 350A/60% 波型控制技術(shù):Wave Control Technology TM 通訊方式：ArcLink逆變技術(shù)： Inverter (60kHz)全數(shù)字焊機(jī)：Total Digital輸入電源：380V/50Hz/3Phase/PEPower Feeder 10R適合焊絲:實(shí)芯/藥芯/鋁焊絲 速度反饋裝置，閉壞精確控制。四輪驅(qū)動，更換焊絲不需工具通訊方式：ArcLink輸入：40V DC送絲速度范I韋1:50-800IPMC1. 3-20. 3m/min)70-1200IPM(2. 0-30.

5、5m/min)實(shí)芯焊絲范I韋1： 025-3/32 in (0. 6-2. 4mm) 025-1/16 in (0. 61. 6mm)圖2 電焊機(jī)Power Wave F355i圖3 送絲機(jī)Power Feeder 10R藥芯焊絲范|韋: 035-. 120 in. (0. 9-3 0mm)035-5/64 in (0. 9-2. 0mm)Tough Gun 500A （泰焊絲：碳鋼/不銹鋼，實(shí)芯/藥芯，0.1.6mm電流：500A/100%/C02,350A/100%/Ar 混合氣焊槍角度：22, 45,180Tough Gun 500A3)認(rèn)識TP (Teach Pendant)如圖5所示

6、。Dead Man開關(guān)GTON/OFFTP操作鍵緊急停液晶屏開關(guān)止按鍵圖5機(jī)器人示教盒其上的主要按鍵和開關(guān)的功能如下：緊急停止按鍵：此按鈕被按下時(shí)，機(jī)器人立刻停止運(yùn)動；ON/OFF開關(guān):ON： TP有效；OFF： TP無效。當(dāng)TP無效時(shí)，示教、編程及手動不能被使用Dead Man開關(guān)：當(dāng)TP有效時(shí)，只有Dead Man開關(guān)被按到適中位置，機(jī)器人才能運(yùn)動，一旦松開 或者按緊，機(jī)器人立即停止運(yùn)動，并出現(xiàn)報(bào)警。 TP的作用TP的作業(yè)包括：點(diǎn)動機(jī)器人，編寫機(jī)器人程序，試運(yùn)行程序，生產(chǎn)運(yùn)行和查閱機(jī)器人的狀態(tài)（1/0設(shè) 置，位置，焊接電流）。認(rèn)識TP上的操作鍵TP上各操作鍵的分布如圖6所示。1SHIFTF

7、1F2F3F4F5SHIFT-丄TEACHPlV廠JsaicrEDTTDATAJFCTNWEXT -X(JI)+ XUDBACKspac230IMAN FCTN具體各個(gè)按鍵的功能如下:SHIFTWIRE96WIRE +_Y(J2)+ Y(J2)MOVE MENU圖6 TP上各操作鍵的分布RESET鍵(復(fù)位鍵):按此鍵清除報(bào)警信息。SHIFT鍵:與其他鍵配合使用執(zhí)行特定功能。Jog鍵：使用這些鍵來點(diǎn)動機(jī)器人。+X (J1)+Z (J3)一z(J3)(J4)+z(J3)+ 丫(J5)(J6)|co:顯示提示2. TEST CYCLE 3. MANUAL FCTNS:為測試操作指定數(shù)據(jù):執(zhí)行宏指令4

8、. ALARM 5. I/O :顯示報(bào)警歷史和詳細(xì)信息:顯示和手動設(shè)置輸出，仿真輸入/輸出，分配信號6. SETUP :設(shè)置系統(tǒng)例1：要在一個(gè)TP程序列表中選擇一行，按下ITEM,輸入要選行的編號后按下ENTER例2：要在一個(gè)System Variables清單中選擇一行，按下ITEM鍵，輸入要選行的編號后按下ENTERBACKSPACE7. FILE :讀取或存儲文件& USER:顯示用戶信息9. SELECT10. EDIT:列出和創(chuàng)建程序:編輯和執(zhí)行程序1LDATA 12.STATUS 13. POSITION:顯示寄存器.位置寄存器和堆碼寄存器的值:顯示系統(tǒng)和弧焊狀態(tài):顯示機(jī)器人當(dāng)前的

9、位置14. SYSTEM :設(shè)置系統(tǒng)變量，Mastering:瀏覽網(wǎng)頁，只對iPendant有效15.BROWSER用該鍵可停止機(jī)器人的運(yùn)動用該鍵顯示補(bǔ)充菜單，按下FCTN鍵后出現(xiàn)的典型項(xiàng)目:HOLD 鍵：FCTN 鍵：ABORT (ALL)：強(qiáng)制中斯正在執(zhí)行或暫停的程序Disable FVVD/BVVD：使用TP執(zhí)行程序時(shí)，選擇FWS/BWD是否有效CHANGE GROUP：改變組QUICK/FULL MENUS：在快速菜單和完整菜單之間選擇SAVE：保存當(dāng)前屏幕中相關(guān)的數(shù)據(jù)到軟盤中PRINT SCREEN：打印當(dāng)前屏幕的數(shù)據(jù)4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)步驟(以老師講解，學(xué)生參觀為主)1) 開機(jī) 打開

10、機(jī)器人控制柜的斷路開關(guān)，按住“ON”按鈕幾秒鐘，示教盒的開機(jī)畫面將會顯示出來；0 手持示教盒，按下并且始終握住“Dead man switch,將示教盒上的開關(guān)打到“ON”的位置:0 在示教盒鍵盤上找到“STEP”鍵，按一下并確認(rèn)左上部的“STEP”狀態(tài)指示燈亮，此時(shí)屏幕頂 端右面的藍(lán)色狀態(tài)行應(yīng)該為-Joint 10%o2) 關(guān)節(jié)坐標(biāo)模式(Joint Coordinate) K移動機(jī)器人 按下并保持“SHIFT” ,在配合其他方向鍵移動機(jī)器人。BACK SPACE鍵：使用該鍵能依次刪除光標(biāo)前的字母和數(shù)字 通過示教盒上的“+%”和“-%”鍵進(jìn)行調(diào)節(jié)（或同時(shí)配合“SHIFT”進(jìn)行大范圍的調(diào)節(jié)），為

11、 了安全起見，在開始的時(shí)候盡量以較低的速度移動機(jī)器人，并確認(rèn)不會發(fā)生碰撞時(shí)，再適當(dāng)?shù)?提高移動速度。3）直角坐標(biāo)模式下移動機(jī)器人松開“SHIFT”鍵，在鍵盤上找到并按“COORD”鍵直到藍(lán)色的狀態(tài)欄顯示“World”。（注意， 切換了示教模式之后機(jī)器人移動速度會自動降低到10%。）此時(shí)再移動機(jī)器人時(shí)，機(jī)器人不再單軸（單關(guān)節(jié)）轉(zhuǎn)動。而是：當(dāng)按前面三組JI, J2, J3鍵時(shí)，機(jī) 器人的TCP以直線運(yùn)動：當(dāng)按后面三組J4, J5, J6鍵時(shí)，機(jī)器人的TCP固定不動繞相應(yīng)的直線坐標(biāo)軸旋 轉(zhuǎn)。4）認(rèn)識軸的軟件限位 一直按住“J3, +Z”鍵，第三軸提升到一定程度將自動停止繼續(xù)往上升，此時(shí)，在屏幕頂部

12、的信息提示欄中應(yīng)該有限位或者位置不可達(dá)的報(bào)警提示，按“RESET”鍵消除報(bào)警； 按住“J3, -Z”鍵使第三軸往回運(yùn)動。5 ）認(rèn)識Dead-ManZE-Stop開關(guān)作用 當(dāng)釋放“Dead-Man”開關(guān)，狀態(tài)信息欄中就會有報(bào)瞥信息，要消除報(bào)警只要重新按住并保持住, 報(bào)警信息將自動消失。 “Dead-Man”開關(guān)是個(gè)3位開關(guān)，按壓力太大也會導(dǎo)致報(bào)警。6）急停按鈕的使用 按一下示教盒右上方紅色的“E-STOP”急停按鈕，在屏幕的狀態(tài)信息顯示欄中會有急停報(bào)警。 要復(fù)位該信息，只需順時(shí)針旋轉(zhuǎn)使按鈕復(fù)位，再按“RESET”鍵復(fù)位即可。 注意：在進(jìn)行急停或復(fù)位急停操作時(shí)，除了可以聽得到第二軸和第三軸的抱閘聲

13、音，還可以聽 到機(jī)器人控制柜內(nèi)部斷路器的跳閘聲音。5.思考題（選作）1）簡述工業(yè)機(jī)器人的定義，說明FANUC機(jī)器人的的主要特點(diǎn)是什么？2）機(jī)器人為幾自由度機(jī)器人？主要有哪幾個(gè)關(guān)節(jié)？分別可作什么樣的運(yùn)動？3）工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床有什么區(qū)別？4）說明工業(yè)機(jī)器人的基本組成與主要特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)二工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)模型實(shí)驗(yàn)一工業(yè)機(jī)器人認(rèn)知部分1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）了解FANUC ARC MatelOOiB機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)；2）了解FANUC ARC MatelOOiB機(jī)器人各關(guān)節(jié)運(yùn)動動作：3）復(fù)習(xí)右手螺旋定則和右手坐標(biāo)系；4）復(fù)習(xí)機(jī)器人桿件坐標(biāo)系建立方法；2. 實(shí)驗(yàn)器材1）口本FANUC ARC Mate 1001

14、B 焊接機(jī)器人3. 實(shí)驗(yàn)原理1）D-H模型機(jī)器人桿件坐標(biāo)系建立方法不唯一，可以有多種定義方式，DH模型僅是最常見、最常用的一種。同一機(jī)器人在建立DH模型過程中，桿件坐標(biāo)系也不盡相同。首先DH模型本身可分為坐標(biāo)系前置 型（我們學(xué)習(xí)的DH模型）和坐標(biāo)系后置型（也叫DHM,不做深入學(xué)習(xí)，有興趣以后自學(xué)）；其次即使 同種DH模型也會因?yàn)闄C(jī)器人初始位型的不同DH參數(shù)表也不同；最后即使同種位型，各坐標(biāo)系Z軸的 選擇也會引起DH模型參數(shù)表不同。2）轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)DH模型的建立，見圖-8 連桿i坐標(biāo)系的Zi軸，位于連桿i與連桿i+1的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)軸上 連桿i兩端軸線的公垂線為連桿坐標(biāo)系的凡軸 X軸與乙軸交點(diǎn)為Q點(diǎn) 軸由

15、右手定則決定圖8 DH模型的建立3）連桿參數(shù)，見圖9兩個(gè)參數(shù)描述連桿1 兩關(guān)節(jié)（關(guān)節(jié)1和1+1）軸線的公垂線長度比（連桿長度） 兩關(guān)節(jié)（關(guān)節(jié)1和1+1）軸線夾角a i （連桿扭角）兩個(gè)參數(shù)描述相鄰兩個(gè)連桿間關(guān)系（連桿1-1和連桿1關(guān)系） 沿關(guān)節(jié)1軸線兩個(gè)公垂線的距離山（連桿距離） 垂直于關(guān)節(jié)1軸線的平面內(nèi)兩公垂線夾角Oi （連桿夾角關(guān)節(jié)i圖9連桿參數(shù)4）A變換矩陣將機(jī)器人每一個(gè)連桿建立一個(gè)坐標(biāo)系，并用齊次變換來描述這些坐標(biāo)系間的相對關(guān)系，也叫相對位 姿通常把描述一個(gè)連桿坐標(biāo)系與下一個(gè)連桿坐標(biāo)系間相對關(guān)系的齊次變換矩陣叫做A變換矩陣或A矩 陣。知矩陣表示第一個(gè)連桿坐標(biāo)系相對于固定坐標(biāo)系的位姿A,

16、矩陣表示第二個(gè)連桿坐標(biāo)系相對于第一個(gè)連桿坐標(biāo)系的位姿An矩陣表示第n個(gè)連桿坐標(biāo)系相對于第n-1個(gè)連桿坐標(biāo)系的位姿4 = 4 = 5）坐標(biāo)系1-1與i之間的轉(zhuǎn)換矩陣一旦全部連桿規(guī)定坐標(biāo)系后，就能按照下列的步驟建立相鄰連桿口與之間的相對關(guān)系。即坐 標(biāo)系口與1之間的轉(zhuǎn)換矩陣。（1）繞乙一軸旋轉(zhuǎn)0 i角，使X轉(zhuǎn)到與X】同一平面內(nèi)記做：Rot （Zu, 0 i ）（2）沿Zi-1軸平移一距離山，把Xx轉(zhuǎn)到與&同一直線上記做：Tians （0,0.di ）（3）沿Xi軸平移一距離卸 把連桿口的坐標(biāo)系移動到使其原點(diǎn)與連桿1坐標(biāo)系原點(diǎn)重合的地方記做：Tians （ai,0.0 ）（4）繞Xi軸旋轉(zhuǎn)5角，使Zx轉(zhuǎn)到與乙同直線上記做：Ro