機電控制實訓報告

1、河南機電高等?？茖W校機電控制實訓實訓報告系 部： 機電工程系 專 業(yè)： 機電一體化 班 級： 機電一體化136 學生姓名： 李冰 學 號： 130212730 指導教師： 實訓成績： 機電控制實訓任務(wù)書一、實訓任務(wù)要求（一）實訓內(nèi)容： 工業(yè)機器人機構(gòu)設(shè)計與制作1、實訓內(nèi)容及要求：（1）拼裝三自由度工業(yè)機器人模型。（2）調(diào)試模型，利用 ROBO PRO 軟件和 ROBO TX 控制器控制模型。（3）掌握軟件編程中馬達（普通馬達、編譯馬達）控制、燈泡、限位開關(guān)的工作原理。（4）熟悉以上模型的傳動方式、動作過程，能夠設(shè)計出多樣的模型，實現(xiàn)多種功能。2、考核方法：提交實訓報告，提出可行性改進方案。（二

2、）實訓內(nèi)容：工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)綜合設(shè)計與實踐1、實訓內(nèi)容及要求：（1）掌握電纜線路、氣路連接及機器人機械系統(tǒng)認識。（2）熟悉步進電機驅(qū)動及伺服電機驅(qū)動使用。（3）掌握PEC6000編程軟件的使用。（4）掌握六自由度機器人的基本控制。（5）掌握工業(yè)機器人的示教與再現(xiàn)。2、考核方法：提交實訓報告，提出可行性改進方案。（三）實訓內(nèi)容：基于FANCU機器人的自動焊接系統(tǒng)實訓1、實訓內(nèi)容及要求：（1）認識FANUC工業(yè)機器人。（2）掌握六自由度工業(yè)機器人的示教編程與運動方式。（3）工業(yè)機器人的示教編程與再現(xiàn)控制。（4）FANCU機器人焊槍動作與編程實驗。2、考核方法：提交實訓報告，提出可行性改進方

3、案。 二、報告格式要求1、實訓報告按照給出格式編寫，按目錄順序裝訂。2、小組合作完成的報告，要附上小組成員具體分工情況。3、報告提交時，將紅色字體部分刪除。目 錄第1部分 慧魚工業(yè)機器人機構(gòu)設(shè)計與制作.21.1引言.21.2實驗?zāi)康?21.3實驗器材.21.4實驗原理分析31.5 實驗程序.7第2部分 工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)綜合設(shè)計與實踐82.1智能小車的意義和作用.82.2方案設(shè)計與論證. .92.3車自動避障的原理和方案 . 10.2.4 電機選擇及驅(qū)動模塊. .122.5 系統(tǒng)設(shè)計. . . .13第3部分 基于FANCU機器人的自動焊接系統(tǒng)實訓. 143.1編程程序走字操作

4、. .14.3.2操作FUNCU機器人編程循環(huán)命令.15致謝. .16參考文獻. 17第1部分 慧魚工業(yè)機器人機構(gòu)設(shè)計與制作1.1引言隨著社會的進步和科技的發(fā)展,機器人產(chǎn)品開始進入到生產(chǎn)過程和日常生活中,各種類型的機器人在特定的工作環(huán)境下發(fā)揮著越來越重要的作用。但是目前對于移動式機器人多采用輪式移動機構(gòu),在適應(yīng)復雜地形時無法滿足路況的要求,由此設(shè)計一種靈活的、行走平穩(wěn)和對路況適應(yīng)性強的機器人成為解決此類問題的關(guān)鍵。根據(jù)昆蟲運動時采用的三角步態(tài)走法設(shè)計了機器人的腿部五連桿行走機構(gòu),并對其進行了占空比、穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)彎狀態(tài)等分析，由程序來控制機器人的動作。1964年，慧魚創(chuàng)意組合模型（fischert

5、echnik）誕生于德國，是技術(shù)含量很高的工程技術(shù)類智趣拼裝模型，是展示科學原和技術(shù)過程的理想教具，也是體現(xiàn)世界最先進教育理念的學具，為創(chuàng)新教育和創(chuàng)新實驗提供了最佳的載體。慧魚創(chuàng)意組合模型的主要部件采用優(yōu)質(zhì)尼龍塑膠制造，尺寸精確，不易磨損，可以保證反復拆裝的同時不影響模型結(jié)合的精確度；構(gòu)件的工業(yè)燕尾槽專利設(shè)計使六面都可拼接，獨特的設(shè)計可實現(xiàn)隨心所欲的組合和擴充。1.2實驗?zāi)康? 認識了解及熟悉運用“慧魚”模型中的各種硬件。2 按照模型拼搭機器人，掌握各個部分的硬件組成原理，理解各部分之間的協(xié)調(diào)和控制。3學會軟件的應(yīng)用，理解編程原理4創(chuàng)新實現(xiàn)自己的思想，用現(xiàn)有零件組成自己的模型，提高創(chuàng)新能力。5

6、自己編寫軟件程序并調(diào)試成功，真正實現(xiàn)模型的可實現(xiàn)性。1.3實驗器材慧魚機器人模型組合包，智能板接口，個人計算機及相關(guān)程序，實驗使用手冊。如圖1-1圖1-1 1.4實驗原理分析三自由度機械手能夠?qū)崿F(xiàn)在不同的方向上抓取物體，其運動系統(tǒng)主要由 4 部分組成，分別為： 水平運動、垂直運動、旋轉(zhuǎn)運動和手爪運動。每一個運動系統(tǒng)的控制部分組成都是由一個直流電機、 兩個行程開關(guān)組成。下面以垂直運動為例介紹三自由度機械手的工作原理。垂直運動主要由三個主要部件組成：電機、限位行程開關(guān)和計數(shù)行程開關(guān)。電機為垂直運動提 供動力；這里所選用的電機為直流電機，通以 9V 電壓，則開始旋轉(zhuǎn)。通以-9V 電壓，則反

7、向旋轉(zhuǎn)。 限位行程開關(guān)限制垂直運動的極限位置，也是垂直運動的起始位置；當機械手臂向上運動碰到上面 的限位行程開關(guān)后，機械手臂停止運動。計數(shù)行程開關(guān)是用來計量電機的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的，從而可以精 確的計算垂直運動的距離，起到定位的作用。垂直運動具體的運動過程可分為兩個階段：定位階段和復位階段。定位階段：驅(qū)動電機使手臂 從初始位置開始下降，通過定位行程開關(guān)計數(shù)使手臂到達指定位置停止。復位階段：驅(qū)動電機反轉(zhuǎn) 使手臂上升，直到碰到限位行程開關(guān)結(jié)束。垂直運動的工作原理簡圖如圖 2 所示：垂直運動以“微型計算機”為核心，“智能接口板”為中 介，主要由兩大部分組成，數(shù)字輸出和數(shù)字輸入。一方面，微型計算機發(fā)送指令，通

8、過智能接口板 輸出給電機，使電機運動。另一方面，行程開關(guān)的信號經(jīng)由智能接口板輸入到計算機中，根據(jù)信號 的結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)的動作。限位行程開關(guān)和計數(shù)行程開關(guān)都是同一種行程開關(guān)。行程開關(guān)是一個觸發(fā) 式的開關(guān)，當觸頭被按下時，則電路接地，此時通過智能接口板采集到的信號為低電平，數(shù)字信號 為 0；當觸頭懸置時，則電路斷開，此時輸出的數(shù)字信號為 1。計算機根據(jù)接受到的信號發(fā)出不同的 命令，如使電機旋轉(zhuǎn)或停止。圖1-2 垂直運動原理簡圖圖1-3 定位行程開關(guān)計數(shù)原理圖計數(shù)行程開關(guān)的計數(shù)原理如圖 3 所示。在電機軸上安裝一個四齒轉(zhuǎn)盤，當電機軸旋轉(zhuǎn) 1 周時， 將連續(xù)觸發(fā)行程開關(guān) 4 次。因此只需記錄下行程開關(guān)的

9、觸發(fā)次數(shù)即可知道電機的轉(zhuǎn)數(shù)，從而可控制 手臂在垂直方向的位置。行程開關(guān)觸發(fā)次數(shù)的記錄可由智能接口板的“數(shù)字輸入”功能完成。水平 運動、旋轉(zhuǎn)運動和手抓運動的工作原理與垂直運動相似，都是由電機和兩個行程開關(guān)組成。1.5 實驗程序入口前進L101L201L101后退2S左轉(zhuǎn)后退2S右轉(zhuǎn)后退4S左轉(zhuǎn)L32第2部分 工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)綜合設(shè)計與實踐2.1智能小車的意義和作用  自第一臺工業(yè)機器人誕生以來,機器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機械,電子,冶金,交通,宇航,國防等領(lǐng)域.近年來機器人的智能水平不斷提高,并且迅速地改變著人們的生活方式.人們在不斷探討,改造,認識自然的過程中,由此發(fā)展起

10、來的智能小車引起了眾多學者的廣泛關(guān)注和極大的興趣。智能小車，也就是輪式機器人，最適合在那些人類無法工作的環(huán)境中工作，該技術(shù)可以應(yīng)用于無人駕駛機動車，無人生產(chǎn)線，倉庫，服務(wù)機器人，航空航天等領(lǐng)域。作為20世紀自動化領(lǐng)域的重大成就，機器人已經(jīng)和人類社會的生產(chǎn)、生活密不可分。因此為了使智能小車工作在最佳狀態(tài)，進一步研究及完善其速度和方向的控制是非常有必要的。 智能小車要實現(xiàn)自動尋跡功能和避障功能就必須要感知導引線和障礙物,感知導引線相當給機器人一個視覺功能.避障控制系統(tǒng)是基于自動導引小車(avgauto-guide vehicle)系統(tǒng),基于它的智能小車實現(xiàn)自動識別路線,判斷并自

11、動避開障礙,選擇正確的行進路線.使用傳感器感知路線和障礙并作出判斷和相應(yīng)的執(zhí)行動作該智能小車可以作為機器人的典型代表.它可以分為三大組成部分:傳感器檢測部分,執(zhí)行部分,cpu.機器人要實現(xiàn)自動避障功能,還可以擴展循跡等功能,感知導引線和障礙物.可以實現(xiàn)小車自動識別路線,選擇正確的行進路線,并檢測到障礙物自動躲避.考慮使用價廉物美的紅外反射式傳感器來充當.智能小車的執(zhí)行部分,是由直流電機來充當?shù)?主要控制小車的行進方向和速度.單片機驅(qū)動直流電機一般有兩種方案:第一,勿需占用單片機資源,直接選擇有pwm功能的單片機,這樣可以實現(xiàn)精確調(diào)速;第二,可以由軟件模擬pwm輸出調(diào)制,需要占用單片機資源,難以

12、精確調(diào)速,但單片機型號的選擇余地較大.考慮到實際情況, cpu使用AT89c52單片機,配合軟件編程實現(xiàn)2.2方案設(shè)計與論證 根據(jù)題目的要求，確定如下方案：首先設(shè)計出小車的基本模形以及傳動方案，并在車上加裝光電檢測器，實現(xiàn)對電動車的速度、位置、運行狀況的實時測量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機進行處理，然后由單片機根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電動車的智能控制。 這種方案能實現(xiàn)對電動車的運動狀態(tài)進行實時控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項要求。2.2.1 模塊方案比較及論證 根據(jù)設(shè)計要求，我們的自動避障小車主要由六個模塊構(gòu)成：車體框架、電源及穩(wěn)壓模塊、主控模塊、

13、探測模塊、電機驅(qū)動模塊組成。 各模塊分述如圖2-1。圖2-12.2.2 車體設(shè)計 用現(xiàn)有的小車改裝 ，實驗室有慧魚拼裝模塊就行組裝。2.2.3 電源及穩(wěn)壓模塊采用蓄電池供電  蓄電池具有較強的電流驅(qū)動能力和較好的電壓穩(wěn)定性能，且成本低廉?？刹捎眯铍姵亟?jīng)7812芯片穩(wěn)壓后給電機供電，再經(jīng)過降壓接7805芯片給單片機及其他邏輯單元供電。但蓄電池體積相對龐大，且重量過大，造成電機負載過大，不適合我們采用的小車車架（玩具電動車車架）。故我們放棄了這一方案。  方案三：采用干電池組進行供電采用四節(jié)干電池降壓至5V后給單片機及其他邏輯單

14、元供電，另取六節(jié)干電池為電機及光電開關(guān)供電。這樣電機啟動及制動時的短暫電壓干擾不會影響到邏輯單元和單片機的工作。干電池用電池盒封裝，體積和重量較小，同時玩具車底座可以安裝四節(jié)干電池，正好可為單片機及其他邏輯單元供電。在穩(wěn)壓方面，起始時考慮使用7805芯片對6V的電池電壓進行降壓穩(wěn)壓。但考慮到這樣使得7805芯片消耗大量能量，降低電池壽命；同時，由于at89c52、光電開關(guān)、小車電機對于供電電壓要求并不苛刻，故我們將6V電池電壓接一個二極管降壓后直接給單片機及其他邏輯單元供電。而電機和光電開關(guān)的電源不做穩(wěn)壓處理。這樣只需在小車遙控上加兩個調(diào)速按鈕，根據(jù)電池電量選擇合適功率即可，甚至于可直接在軟件

15、里設(shè)置自動換擋。綜合考慮，我們采用方案三，示意圖如圖2-2所示圖2-2 2.3車自動避障的原理和方案 小車車頭處裝有二個光電開關(guān)，一個光電開關(guān)對向左前方，一個光電開關(guān)向右前方，（如右圖所示）。小車在行進過程中由光電開關(guān)向前方發(fā)射出紅外線，當紅外線遇到障礙物時發(fā)生漫反射，反射光被光電開關(guān)接收。小車根據(jù)二個光電開關(guān)接受信號的情況來判斷前方障礙物的分布并做出相應(yīng)的動作。光電開關(guān)的平均探測距離為30cm，使用光電開關(guān)進行障礙物信息采集。 使用三只E3F-DS30C4光電開關(guān)，分別探測正前方，前右側(cè)，前左側(cè)障礙物信息，在特殊地形（如障礙物密集地形）可將正前方的光電開關(guān)移置后

16、方進行探測。E3F-DS30C4光電開關(guān)平均有效探測距離030cm可調(diào)，且抗外界背景光干擾能力強，可在日光下正常工作（理論上應(yīng)避免日光和強光源的直接照射）。我們小車換檔調(diào)速后的最大制動距離不超過30cm，一般在1020cm左右，因而探測距離滿足我們的小車需求圖2-32.3.1小車循跡的原理 這里的循跡是指小車在黑色地板上循白線行走，通常采取的方法是紅外探測法。 紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到紅外光

17、。單片機就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來確定黑線的位置和小車的行走路線。紅外探測器探測距離有限，一般最大不應(yīng)超過3cm。2.3.2用反射型光電探測器RPR220 RPR220是一種一體化反射型光電探測器，其發(fā)射器是一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個高靈敏度，硅平面光電三極管。 RPR220采用DIP4封裝，其具有如下特點： l(1)塑料透鏡可以提高靈敏度。 (2)內(nèi)置可見光過濾器能減小離散光的影響。 l(3)體積小，結(jié)構(gòu)緊湊(4)當發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來時，三極管導通輸出低電平。此光電對管調(diào)理電路簡單，工作性能穩(wěn)定2.4 電機選擇及

18、驅(qū)動模塊 本系統(tǒng)為智能小車，對于智能小車來說，其驅(qū)動輪的驅(qū)動電機的選擇就顯得十分重要。由于本實驗要實現(xiàn)對路徑控制定位和速度測量不是要求太高，精度也不是太高，所以我們綜合考慮了一下兩種方案。采用直流電機。直流減速電機轉(zhuǎn)動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便。遙控車馬達/小直流電機電機 RF-500TB-ZD供電電壓 ：直流DC3-9V，轉(zhuǎn)速2400r/m是自制玩具車等模型理想選擇電機驅(qū)動框圖MultiFLEX2-PXA270控制器的功能概述MultiFLEX2-PXA270控制器純粹就是為智能機器人控制而存在的。它有以下特點：(1)高運算能力、低功耗、體積小。

19、MultiFLEX2-PXA270控制器具備520MHz，32位的高性能嵌入式處理器和Linux操作系統(tǒng)，運算處理能力強大，而功耗不在2W；體積小巧，可以直接放入放機器人體內(nèi)。(2)控制接口豐富?？梢钥刂浦绷麟姍C（需配合BDMC系列伺服驅(qū)動器）；可以控制各種信號的舵機；可以對機器人舵機進行調(diào)速、位置控制、力矩控制；可以同時控制多個回路的舵機/電機。(3)數(shù)據(jù)接口豐富?？刂破骶哂?2路雙向可設(shè)置通用IO接口，8路10位精度的AD接口；還有RS-422總線、RS232接口，足夠滿足絕大多數(shù)運用場合。感知的豐富性是機器人區(qū)別于其它機器人的重要因素之一，要讓機器人具有與眾不同的功能，對各種外界刺激有合

20、理的反應(yīng)，需要給它添加各種各樣的傳感器。溫度、光照、聲強、距離等傳感器可以通過IO和AD接口接入，姿態(tài)、語音、視覺傳感器可以通過RS-232總線、RS-232接口、USB接口接入。MultiFLEX2-PXA270控制器的詳細功能如下所示：2.5 系統(tǒng)設(shè)計 本系統(tǒng)采用5路黑線檢測裝置，通過反射式紅外發(fā)光二極管檢測地面黑線，判斷黑線位置，當只有中間的檢測到黑線時小車直行，當中間和右側(cè)臨近中間的檢測到時，說明小車偏離黑線向左，小車右轉(zhuǎn)調(diào)整。當最右側(cè)的檢測到時，說明小車脫離黑線，小車右輪反轉(zhuǎn)，左輪正轉(zhuǎn)。并且記憶小車脫離黑線。直到中間的檢測到黑線時才小車正常行駛。左側(cè)檢測到黑線時反之。當小車行駛時，定時器開始計時，并顯示時間，當小車停止行駛時，定時器停止計時。并記憶小車行駛的時間。第3部分 基于FANCU機器人的自動焊接