機器人實驗指導(dǎo)用書

1、n on j in g inst 11 ule o f technology工地機器人礁咨實臉犒導(dǎo)吊劉極峰 肖增文 邵秋萍 郝飛編機電工程實驗中心機器人實驗室目 錄實驗一慧魚機器人模型組裝綜合實驗1附件1實驗一慧魚機器人模型組裝綜合實驗（實驗報告）5附件2實驗一慧魚機器人模型組裝綜合實驗（實驗預(yù)習(xí)報告）6實驗二motoman機器人認知實驗7實驗三motoman機器人焊槍動作與編程實驗9附錄a工業(yè)機器人課程教學(xué)大綱12附錄b工業(yè)機器人實驗教學(xué)大綱16實驗一慧魚機器人模型組裝綜合實驗一、實驗內(nèi)容學(xué)生運用已學(xué)的機械設(shè)計基礎(chǔ)、工業(yè)機器人、機電傳動控制、電工電子技術(shù) 等課程的相關(guān)知識，閱讀慧魚機器人說明

2、書，根據(jù)教師擬定的一些設(shè)計題目或?qū)W 生自選題目，設(shè)計并組裝一個機電一體化機械系統(tǒng)。進行機械組件和電氣組件與電機的連接，輸入并運行程序，記錄參數(shù)，分析 結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生在機電一體化技術(shù)的工程應(yīng)用方面分析與解決問題的綜合能力。二、實驗?zāi)康募耙螅ㄒ唬嶒災(zāi)康谋緦嶒灥哪康氖鞘箤W(xué)生了解機器人和機電一體化技術(shù)基本原理，w 和掌握 機器人和機電一體化技術(shù)的基本知識，使學(xué)生對機器人和機電一體化技術(shù)有一個 完整的理解。培養(yǎng)學(xué)生機電一體化設(shè)計的能力。（二）實驗要求1. 學(xué)生在實驗課前必須認真預(yù)習(xí)教科書與實驗指導(dǎo)書中的相關(guān)內(nèi)容，為實 驗做好充分準(zhǔn)備。2. 要求學(xué)生綜合利用前期課程及本門課程中所學(xué)的相關(guān)知識點，了解電

3、機 安裝與使用的基本知識，學(xué)習(xí)電機控制技術(shù)、機電傳動控制、電工電子技術(shù)等課 程的相關(guān)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生在機電一體化技術(shù)方面綜合分析與解決實際問題的能 力。三、實驗條件及要求實驗室具有若干成套的慧魚機器人組件、計算機、通信線、連接線、llwe3.0 軟件包等必需設(shè)備和工具，已進行過調(diào)試和試運行，方可進行本實驗項目的實施。圖1慧魚機器人模型方案g*00）（昨“a to” (4>t|* 如孰皿 inashmmsowlfig£ltrl fsat j t釜関尊4311 = ? <0>)g abellwin軟件編程界而四、實驗相關(guān)知識點<-）機器人技術(shù)課程綜合1. 機器人原理

4、；2. 機器人的技術(shù)參數(shù)；3. 機器人的機械部分；4. 機器人的控制部分。（二）機電一體化技術(shù)等課程綜合1. 機械原理；2. 機械元件的選擇；3. 傳感器的選擇4. 電機的運行；5. 控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成，通信連接;6. 基于llwin3.0的程序設(shè)計。五、實驗實施步驟（一）閱讀閱讀慧魚機器人說明書根據(jù)慧魚機器人說明書的內(nèi)容，了解相應(yīng)慧魚機器人的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、 包含的組件等。（二）確定慧魚機器人的組件根據(jù)已有的器材，指定幾種組裝方案，由學(xué)牛利用機電一體化手段，為實現(xiàn) 機器人的動作，確定需要選用的不同的機構(gòu)和傳動裝置（如連桿與凸輪、行星傳 動與蝸桿傳動等）。（三）慧魚機器人的機械和電氣組裝首

5、先進行機械構(gòu)件的組裝，機械構(gòu)件裝配時要確保構(gòu)件到位，不滑動；然后 進行電子構(gòu)件的裝配，電子構(gòu)件裝配時要注意電子元件的正負極性，接線穩(wěn)定可 靠，沒有松動；最后，對整個模型進行整體布線調(diào)整，整個模型完成后還要考慮 模型的美觀，整體布線要規(guī)范。（四）慧魚機器人運動程序的編制由教師給定組裝后不同慧魚機器人要實現(xiàn)的動作，及其運動速度和軌跡等參 數(shù)，利用llwin3.0軟件編制相應(yīng)程序，通過rs232串口把控制程序下載到慧魚 機器人上的單片機中。（五）運行程序，記錄參數(shù)，分析結(jié)果根據(jù)試運行情況，反復(fù)進行調(diào)試，直到達到教師給定的相應(yīng)參數(shù)，無誤后進 行相應(yīng)數(shù)據(jù)的記錄，并分析結(jié)果。六、思考問題1. 機器人的主要

6、技術(shù)參數(shù)有哪些？2. 慧魚機器人組裝與調(diào)試過程中應(yīng)注意哪些問題？3. 慧魚機器人中單片機選擇注意事項有哪些？4. 簡述機器人的基本組成。七、實驗成績評定辦法實驗成績評定比例為：考勤20%,安裝操作20%,編制程序20%,實驗報 告40%。最終成績按優(yōu)秀(90-1 ()()良好(8089)、中等(7079)、及格(60-69) 和不及格(60以下)五級記分制評報。附件1實驗一慧魚機器人模型組裝綜合實驗實驗報告班級指導(dǎo)教師評語姓名實驗地點實驗名稱實驗日期設(shè)備、工具、材料實驗?zāi)康呐c要求設(shè)備名稱慧魚機器人組件輔助設(shè)備計算機、llwin軟件輔助材料電纜線工量具螺絲刀、鉗子、萬用表實驗總結(jié)：附件2實驗慧魚

7、機器人模型組裝綜合實驗實驗預(yù)習(xí)報告班級指導(dǎo)教師評語姓名實驗地點實驗名稱預(yù)習(xí)日期主要內(nèi)容提要:1.機器人的組成：2.機器人的基本參數(shù)：3.用llwin軟件編制控制程序：實驗二motoman機器人認知實驗一、實驗?zāi)康?、了解motoman機器人基本原理及motoman機器人氣動手爪動作原 理；2、理解直角坐標(biāo)下機器人手部的位置與速度實驗；3、理解關(guān)節(jié)坐標(biāo)下機器人手部的位置與速度實驗。二、實驗設(shè)備1、motoman yasnac xrc up6 機器人一臺；2、機器人控制柜一臺；3、pc電腦一臺；三、注意事項1、進行機器人示教作業(yè)前耍檢查以下事項，有異常則應(yīng)及時修理或采取其 它必要措施：機器人動作有

8、無異常外部電線遮蓋物及外包裝有無破損2、示教編程器用完后須放回原處；不要強迫機器人移動，更不要吊在機器 人上或站在機器人上；3、不要依靠在xrc控制柜上，不要隨意按開關(guān)、按鈕；4、通電過程中，除專職的操作人員外，其他人員均不得觸摸xrc柜和示教 編程器。5、注意安全，聽從老師的安排，操作機器人時不要進入機器人工作范圍內(nèi)。6、著裝耍求操作機器人時請不要戴手套；請不要佩服帶特別人的耳環(huán)、飾物等；請務(wù)必穿戴安全鞋、安全帽。四、實驗內(nèi)容及步驟工業(yè)機器人是用來進行搬運物料、零件、工具等可再編程的多功能機械手， 或通過不同程序的調(diào)用來完成各種工業(yè)作業(yè)任務(wù)的特種裝置。一臺數(shù)控機床有若干個獨立的坐標(biāo)軸運動，也

9、可再編程，能完成不同程序的 加工作業(yè)，因此工業(yè)機器人和數(shù)控機床在運動控制上和可編程上是很相似的，盡 管復(fù)雜一些的數(shù)控機床也能把裝載工件的托盤移動到床身上從而實現(xiàn)工件搬運 和定位，但是工業(yè)機器人通常在抓握、操縱、定位對象物的過程中比傳統(tǒng)的數(shù)控 機床更靈巧，在諸多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域里具有更廣泛的用途。工業(yè)機器人最顯著的特點有：可編程、擬人化、通用性、機電一體化。常用的工業(yè)機器人有焊接機器人：汽車制造廠己廣泛應(yīng)用焊接機器人進行承重大梁和車身結(jié)構(gòu)的 焊接。搬運機器人：材料搬運機器人可用來上料、碼垛、卸貨以及抓取零件重新定 向等作業(yè)。其它工業(yè)作業(yè)機器人如檢測機器人、裝配機器人、噴漆和噴涂機器人等。五、操作步驟

10、：1、了解motoman up6機器人的基本組成與主要特點；2、根據(jù)注意事項1進行檢查；3、打開空氣壓縮機；4、利用示教編程器對機器人進行各個關(guān)節(jié)的運動實驗、不同坐標(biāo)下的手部 位置與速度實驗、點位控制實驗；5、輸入程序?qū)C器人進行連續(xù)軌跡控制；6、觀看機器人手爪對工件的抓住、握持、釋放的動作。六、問答題1、何謂e/p?為什么機器人結(jié)構(gòu)件要選用e/p較大的材料？2、簡述工業(yè)機器人的定義，說明motoman up6機器人的的主要特點是 什么？3、機器人為兒自由度機器人？主要有哪兒個關(guān)節(jié)？分別可作什么樣的運 動？4、工業(yè)機器人與數(shù)控機床有什么區(qū)別？5、說明工業(yè)機器人的基本組成與主要特點。實驗三 mo

11、toman機器人焊槍動作與編程實驗一、實驗?zāi)康?. 了解自動控制單循環(huán)實驗；2. 了解自動控制及程序循環(huán)實驗；3. 理解焊槍動作的位姿變換。二、實驗設(shè)備motoman yasnac xrc up6 機器人一臺；機器人控制柜一臺；三、注意事項1、機器人示教作業(yè)前要檢查以下事項，有異常則應(yīng)及時修理或采取其它必 要措施：機器人動作有無界常；外部電線遮蓋物及外包裝有無破損。2、示教編程器用完后須放回原處；3、不要強迫機器人移動，更不要用手扒機器人或站在機器人上；4、不要依靠xrc和其他控制柜，不要隨意按開關(guān)、按鈕；5、通電過程中，除專職的操作人員外，其他人員均不得觸摸xrc和示教編 程器；6、注意安全

12、，聽從老師的安排，不要停留在機器人工作范圍；7、著裝要求操作機器人進時請不要戴手套；請不要佩服帶特別大的耳環(huán)、飾物等；請務(wù)必穿戴安全鞋、安全帽。四、實驗步驟機器人是一個在三維空間中具有較多自由度的，并能實現(xiàn)擬人動作和功能的 機器；而工業(yè)機器人(industrial robot)則是在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的機器人，是用 來進行搬運材料、零件、工具等可再編程的多功能機械手，或通過不同程序的調(diào) 用來完成各種工作任務(wù)的特種裝置。機器人焊槍動作，首先歸原點，然后機器人根據(jù)原先編好的程序運動，到達 工件部位，推動執(zhí)行機構(gòu)，焊槍按照程序運動，機器人復(fù)位，工作完畢。五、操作步驟：1、根據(jù)注意事項1進行檢查；2、將程

13、序用示教編程器輸入控制柜；3、檢查焊槍安裝正確與否；4、運行程序；5、觀看機器人各關(guān)節(jié)部位運動過程。motoman-up6機器人用于焊接作業(yè)時的示教編程的例子（其軌跡見圖3 所示），經(jīng)過示教自動產(chǎn)生的一個作業(yè)程序，見表1所示：圖3 m0t0man-up6機器人焊接示教要焊接圖3所示焊縫，motoman-up6機器人首先在示教狀態(tài)下走岀圖示 軌跡。說明如下：點1、6為待機位置，兩點重合，選取時需處于工件、夾具不 干涉的位置，程序點5在向程序點6移動時，也需處于與工件、夾具不干涉的位 置。從點1到點2到點3和從點4到點5再回到點6為空行程，對軌跡無要求， 所以選擇工作狀態(tài)佳、效率高的關(guān)節(jié)插補，生成

14、的代碼為movjo空行程中在接 近焊接的軌跡段選擇慢速。程序中關(guān)節(jié)插補的速度用vj表示，數(shù)值代表最高關(guān) 節(jié)速度的百分比，如vj=25表示以關(guān)節(jié)最高運行速度的25%運動。從點3到點4為焊接軌跡段，以焊接軌跡的要求（這里為直線）走過，生成 的代碼為movl,以要求的焊接速度前進，速度用v表示，單位為mm/so程序 中arcon為引弧指令，arcof為熄弧指令，分別用于引弧的開始和結(jié)束，也 是在示教過程中通過按下上示教盒上的功能鍵自動產(chǎn)生的。nop表示程序的開 始，end表示程序的結(jié)束。六、在表1中填寫焊接程序各行的內(nèi)容說明，對各行的內(nèi)容進行解釋。表1焊接程序行命令內(nèi)容說明程序點0000nop000

15、1movj vj=25.000002movj vj=25.000003movj vj=12.50004arcon0005movl v=500006arcof0007movj vj=25.000008movj vj=25.000009end七、問答題1、手爪的開合為什么常用氣動？2、機器人編程方式有哪幾種？3、什么是機器人離線編程？4、何謂軌跡規(guī)劃？5、何謂點位控制和連續(xù)軌跡控制？6、機器人轉(zhuǎn)動件定位方法有哪兒種？各適應(yīng)什么定位場合?附錄a工業(yè)機器人課程教學(xué)大綱課程編號：0803701002課程名稱：工業(yè)機器人英文名稱：industrial robot課程類型：專業(yè)任選課總學(xué)時：32 講課學(xué)時：

16、24實驗學(xué)時：8學(xué) 分：2適用對彖：四年制機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)（機械設(shè)計方向、制造技術(shù)方向、機械 電子工程方向）先修課程：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、工程制圖、機械工程材料、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機 械原理、機械設(shè)計、電子技術(shù)、電工技術(shù)、機械制造基礎(chǔ)、互換性與技術(shù)測 暈、液壓與氣壓傳動、機電傳動控制、單片機原理及應(yīng)用、自動控制原理等。一、課程性質(zhì)、目的和任務(wù)工業(yè)機器人課程是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)各專業(yè)方向的一門主要專業(yè)技術(shù)課， 是一門多學(xué)科的綜合性技術(shù)，它涉及自動控制、計算機、傳感器、人工智能、電子技術(shù)和機 械工程等多學(xué)科的內(nèi)容。其目的是使學(xué)生了解工業(yè)機器人的基木結(jié)構(gòu)，了解和學(xué)握工業(yè)機器 人的

17、基本知識，使學(xué)生對機器人及其控制系統(tǒng)有一個完整的理解。培養(yǎng)學(xué)生在機器人技術(shù)方 而分析與解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生在機器人技術(shù)方而具有一定的動手能力，為畢業(yè)后從事 專業(yè)工作打下必要的機器人技術(shù)基礎(chǔ)。二、教學(xué)基本要求本課程以機器人為研究對彖，以工業(yè)機器人為重點。學(xué)完本課程應(yīng)達到以下基本要求：1. 了解機器人的由來與發(fā)展、組成與技術(shù)參數(shù)，掌握機器人分類與應(yīng)用，對各類機器 人有較系統(tǒng)地完整認識。2. 了解機器人運動學(xué)、動力學(xué)的基本概念，能進行簡單機器人的位姿分析和運動分析。3. 了解機器人本體基本結(jié)構(gòu)，包括機身及臂部結(jié)構(gòu)、腕部及手部結(jié)構(gòu)、傳動及行走機 構(gòu)等。4. 了解機器人軌跡規(guī)劃和關(guān)節(jié)插補的基本概念和

18、特點。5. 了解機器人控制系統(tǒng)的構(gòu)成、編程語言與編程特點。6. 了解工業(yè)機器人工作站及生產(chǎn)線的基本組成和特點。7. 對操縱型機器人、智能機器人有一般的了解。三、教學(xué)內(nèi)容及要求緒論0.1概述0.1.1機器人的由來與發(fā)展0. 1.2機器人的定義0. 1. 3機器人技術(shù)的研究領(lǐng)域與學(xué)科范圍0. 2機器人的分類0.2.1按機器人的開發(fā)內(nèi)容與應(yīng)用分類0. 2. 2按機器人的發(fā)展程度分類0. 2. 3按機器人的性能指標(biāo)分類0. 2. 4按機器人的結(jié)構(gòu)形式分類0. 2. 5按坐標(biāo)形式分類0.2.6按控制方式分類0. 2. 7按驅(qū)動方式分類0. 2.8按機器人工作吋的機座可動性分類0.3機器人的應(yīng)用0. 3.

19、 1工業(yè)機器人的應(yīng)用0.3.2操縱型機器人的應(yīng)用0.3.3智能機器人的應(yīng)用0.4機器人的組成與技術(shù)參數(shù)0. 4. 1機器人的基本組成0.4.2機器人主要技術(shù)參數(shù)0. 4. 3 motoman up6型通用工業(yè)機器人技術(shù)參數(shù)0. 4. 4 motoman ea1400型弧焊機器人技術(shù)參數(shù) 第一章機器人運動學(xué)1.1齊次坐標(biāo)與動系位姿矩陣1.1.1齊次坐標(biāo)1. 1. 2動系的位姿表示1.2齊次變換1.2. 1旋轉(zhuǎn)的齊次變換1.2.2平移的齊次變換1.2.3復(fù)合變換1.3機器人的位姿分析1.3. 1桿件坐標(biāo)系的建立1.3.2連桿坐標(biāo)系間的變換矩陣1.4機器人正向運動學(xué)1.4.1斯坦福機器人運動方程1.

20、4.2 pl'ma-560機器人運動學(xué)方程1.5機器人逆向運動學(xué)1. 5. 1逆向運動學(xué)的解1.5.2逆向運動學(xué)求解實例第二章機器人動力學(xué)2.1機器人雅可比的定義2. 2機器人速度分析第三章機器人軌跡規(guī)劃3.1機器人軌跡規(guī)劃概述3. 1. 1機器人軌跡的概念3.1.2軌跡規(guī)劃的一般性問題3. 1. 3軌跡的生成方式3.1.4軌跡規(guī)劃涉及的主要問題3. 2插補方式分類與軌跡控制3. 2. 1插補方式分類3. 2. 2機器人軌跡控制過程3.3機器人軌跡插值計算3. 3. 1直線插補3. 3. 2圓弧插補3. 3. 3定時插補與定距插補3. 3.4.關(guān)節(jié)空間插補3. 4機器人手部路徑的軌跡規(guī)

21、劃3.4. 1操作對象的描述3. 4. 2作業(yè)的描述第四章機器人本體基本結(jié)構(gòu)4.1概述4. 1. 1機器人本體的基本結(jié)構(gòu)形式4. 1. 2機器人本體材料的選擇4. 2機身及臂部結(jié)構(gòu)4. 2.1機器人機身結(jié)構(gòu)基本形式和特點4.2.2機器人臂部結(jié)構(gòu)基本形式和特點4. 2. 3機器人的平穩(wěn)性和臂桿平衡方法4. 3腕部及手部結(jié)構(gòu)4. 3. 1機器人腕部結(jié)構(gòu)基本形式和特點4. 3. 2機器人手部結(jié)構(gòu)基本形式和特點4. 4傳動及行走機構(gòu)4. 4. 1機器人傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)基本形式和特點4. 4. 2機器人行走機構(gòu)結(jié)構(gòu)基本形式和特點第五章機器人控制系統(tǒng)51機器人傳感器5.2驅(qū)動與運動控制系統(tǒng)5.3控制理論與算法

22、第六章機器人編程語言與離線編程第七章工業(yè)機器人工作站及生產(chǎn)線7.1焊接機器人7. 2搬運碼垛機器人7. 3噴涂機器人7. 4裝配機器人第八章操縱型機器人簡介第九章智能機器人簡介四、實踐環(huán)節(jié)（一）課內(nèi)實驗工業(yè)機器人實驗安排在課程內(nèi)，開設(shè)3個實驗:2學(xué)時2學(xué)時4學(xué)時1. 慧魚機器人模型組裝綜合實驗2. motoman機器人認知實驗3. motoman機器人焊槍動作與編程實驗（二）選作實驗1. 機器人關(guān)節(jié)控制與循壞實驗；2.慧魚機器人創(chuàng)新實驗。五、課外習(xí)題及課程討論為達到本課程的教學(xué)基本要求，課外習(xí)題不應(yīng)少于8題。六、教學(xué)方法與手段本課程采用板書與多媒體課件結(jié)合的方式進行課堂教學(xué)。七、各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時

23、分配章節(jié)（或內(nèi)容）講課習(xí)題課討論課實驗其它合計緒論4機器人運動學(xué)、動力學(xué)5機器人本體結(jié)構(gòu)6機器人軌跡規(guī)劃32控制系統(tǒng)與編程語言32工業(yè)機器人、操縱型、智能機器人簡介34合計24832八、考核方式本課程為考核課程，期末考試可為閉卷筆試，也可為課程大作業(yè)。學(xué)生的課程總評成績由平時成績（占10%）、實驗成績占（占20%）和期末考試成績（占70%）三部分構(gòu)成，平時 成績?yōu)槌銮凇⒆鳂I(yè)、課堂測驗、學(xué)習(xí)主動性等。九、推薦教材和教學(xué)參考書教材：機器人技術(shù)基礎(chǔ)，劉極峰主編，高等教育出版社，2006參考書：1. 機器人技術(shù)基礎(chǔ).熊有倫編武漢：華中理工大學(xué)出版社,19962. 工業(yè)機器人應(yīng)用工程，余達太，馬香峰等著

24、.北京：冶金工業(yè)出版社,19993. 關(guān)節(jié)型機器人.殷際英，何廣平編著.北京：化工工業(yè)出版社,1994十、說明任課教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)人綱的要求，認真研究和精選教學(xué)內(nèi)容，組織好課堂教學(xué)及實踐環(huán) 節(jié)，確保教學(xué)大綱得以貫徹執(zhí)行。大綱制訂人：劉極峰大綱審定人：閆華制訂日期：2006年12月課程編號：0803701002課程名稱：工業(yè)機器人英文名稱：industrial robot課程類型：專業(yè)任選課課程屬性：課內(nèi)實驗總學(xué)時：32 總學(xué)分:2 實驗學(xué)時：8開設(shè)學(xué)期：第7學(xué)期適用專業(yè)：四年制機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)（制造技術(shù)方向、機械電子工程方向）一、實驗教學(xué)目標(biāo)與基本要求工業(yè)機器人課程實驗是工業(yè)機器人課程的實踐環(huán)節(jié)。它涉及自動控制、計算機、 傳感器、人工智能、電子技術(shù)和機械工程等多種學(xué)科的內(nèi)容，是機電專業(yè)本科生的一門專業(yè) 必修課程