學(xué)年論文KUKA機(jī)械手臂點(diǎn)運(yùn)動(dòng)分析解析

1、寧 波 工 程 學(xué) 院學(xué)年論文論 文 題 目： 六自由度機(jī)械手臂的定位點(diǎn)實(shí)驗(yàn) 學(xué) 院 名 稱： 電子與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化12-1班 學(xué) 生 姓 名： 楊育新 學(xué)號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師： 廖遠(yuǎn)江 起訖時(shí)間： 2014 年 5月 1日 至 2014年 5月 31 日KUKA六自由度機(jī)械手臂的三點(diǎn)定位實(shí)驗(yàn)楊育新( 寧波工程學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，浙江 寧波 315016 )摘 要：隨著社會(huì)生產(chǎn)生活日新月異的變化,對(duì)機(jī)械手的要求越來越嚴(yán)格和創(chuàng)新。KUKA的六自由度機(jī)械手臂相比于過去的三自由度、四自由度、五自由度有更大的進(jìn)步，可以更好的、更精確地定位，其精確度可以達(dá)到在1ms之內(nèi)

2、劃分出1000等份。本次實(shí)驗(yàn)通過對(duì)KUKA機(jī)械手臂中的smartPAD進(jìn)行執(zhí)行與調(diào)試，手動(dòng)控制smartPAD設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)程序來控制六自由度的機(jī)械手臂，形成三點(diǎn)定位來抓取物品，節(jié)約了人力資源，形成一套完整的自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：機(jī)械手臂；六自由度；精確度；三點(diǎn)定位；實(shí)驗(yàn)程序KUKA three point six degrees of freedom robotic arm positioning experimentsYANG YUXIN( School of Electron and Information Engineering, Ningbo University of Technolog

3、y, Ningbo 315016 , China )Abstract: With the rapid changes in social production and life, the manipulator increasingly stringent requirements and innovation. KUKA six degrees of freedom robotic arm compared to the previous three degrees of freedom, four degrees of freedom, greater progress has five

4、degrees of freedom can be a better, more accurate positioning, its accuracy can be achieved within the divided 1ms 1000 parts. Through this experiment, the KUKA robotic arm for execution and debugging smartPAD manual control smartPAD experimental procedure designed to control the six degrees of free

5、dom robotic arm, forming a three-point positioning to grab items, saving human resources, form a complete automatic operation of the system. Key words: Mechanical arm; six degrees of freedom; precision; three positioning; experimental procedure.引言機(jī)器人這個(gè)詞，最早出現(xiàn)在1921年捷克科幻作家卡雷爾·恰佩克的羅素姆的萬能機(jī)械人（Rossum&

6、#39;s Universal Robots）一書中，原文是Robota。1在當(dāng)時(shí)看來萬能的機(jī)器就是機(jī)器人。 然而，如果要真正的清楚區(qū)分的話，非完全人形機(jī)器的產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化機(jī)械還是應(yīng)該以機(jī)械手臂（robotical arm）或機(jī)械手（manipulator）來稱呼。這些機(jī)械手臂或機(jī)械手隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，慢慢地進(jìn)入了人們的生產(chǎn)生活中。，以此來提高工作效率。過去的自動(dòng)化企業(yè)這一塊，因設(shè)備的過時(shí)和精確度不高,以及機(jī)械手臂工作范圍的限制等原因，長(zhǎng)期阻礙著企業(yè)的發(fā)展。以前的機(jī)械手臂只具備3軸，那個(gè)時(shí)期所研發(fā)出來的機(jī)械手臂多為3個(gè)關(guān)節(jié)軸，而且直到目前為止依然被產(chǎn)業(yè)界廣泛應(yīng)用，尤其對(duì)于簡(jiǎn)單的加工、夾持與搬運(yùn)

7、，成為自動(dòng)化生產(chǎn)制造必備的好伙伴。 然而隨著加工方式的多元與復(fù)雜化，工作范圍進(jìn)行了實(shí)質(zhì)性的擴(kuò)大，機(jī)械手臂也開始朝著更多關(guān)節(jié)軸的技術(shù)發(fā)展。由最初簡(jiǎn)單的三軸，而后出現(xiàn)了四軸、五軸類。在1973年德國(guó)庫(kù)卡機(jī)器人集團(tuán)（KUKA Robot Group）就研發(fā)出第一臺(tái)采用機(jī)電驅(qū)動(dòng)的6軸機(jī)械手臂。 從此開始隨著驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，產(chǎn)業(yè)用機(jī)械手臂也從單點(diǎn)加工，發(fā)展到多點(diǎn)同時(shí)加工、搬運(yùn)，這對(duì)于生產(chǎn)線的自動(dòng)化，乃至于整廠自動(dòng)化的影響都非常大。2機(jī)械手臂在產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，因?yàn)楦鱾€(gè)國(guó)家第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)分布的不同，以及各產(chǎn)業(yè)對(duì)于機(jī)械手臂的需求量也有差異，所以它的發(fā)展和革新也是有差異的。

8、更概括地說，機(jī)械手臂的應(yīng)用和發(fā)展也是體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家的科技技術(shù)水平和社會(huì)的進(jìn)步。人工無法進(jìn)行或者會(huì)耗費(fèi)較多時(shí)間來做的工作，機(jī)械手臂在提高精度與耐用性上可以解決許多不可預(yù)知的問題。自從第一臺(tái)產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人發(fā)明以來，機(jī)械手臂的應(yīng)用也從原本的汽車工業(yè)、模具制造、電子制程等相關(guān)產(chǎn)業(yè)，更拓展到農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)等等。機(jī)械手臂的技術(shù)發(fā)展都是為了讓人類在工作與生活中更加便利。2 現(xiàn)對(duì)六自由度的機(jī)械手臂進(jìn)行介紹。設(shè)備介紹KR 6 R900 sixx 最大負(fù)載能力達(dá) 6 kg，最大工作范圍作用半徑長(zhǎng)達(dá)約 901 mm。 KR AGILUS 專為極高的作業(yè)速度而設(shè)計(jì)。軸數(shù)是6個(gè)，重復(fù)精確是<±0,03

9、mm，重量是52kg, 控制系統(tǒng)是KR C4 compact.,安裝的位置基本上是在地面、天花板、和墻上。機(jī)械手臂是由輕合金鑄造成的六軸機(jī)電設(shè)備。為了便于控制，每個(gè)軸都裝配有制動(dòng)器。為了保護(hù)裝置，防止灰塵和濕氣對(duì)機(jī)器造成損傷，所有的電動(dòng)機(jī)組和載流電纜都是裝在螺紋旋蓋蓋板下的?；A(chǔ)構(gòu)架是機(jī)械手臂的基礎(chǔ)，它由機(jī)械手臂、控制器、能源供給系統(tǒng)之間的連接電纜組成如圖1所示 1、同軸機(jī)械臂手臂 2、手臂 3、連桿臂 4、旋轉(zhuǎn)列 5、電氣裝置 6、基礎(chǔ)構(gòu)架該機(jī)械手屬于垂直多關(guān)節(jié)型,共有六個(gè)自由度, 主要包括轉(zhuǎn)動(dòng)基座 S 軸、下臂傾動(dòng) L軸、上臂傾動(dòng) U 軸、手腕俯仰 B 軸、手腕旋轉(zhuǎn) T 軸、手抓開合 Z

10、軸六個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸, 每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸可在±90°的范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng), 重復(fù)定位精度達(dá)±0.5mm, 手臂的終端配置可靈活張合的機(jī)械鉗,鉗子在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，通過齒輪傳動(dòng)和平行 雙曲柄機(jī)構(gòu)自由張合,使機(jī)械手可以模擬人手抓取物件。該機(jī)械手在抓取過程中是用氣動(dòng)完成的。SmartPADKR C4 compact這三樣產(chǎn)品整體組成了KUKA 的KR 6 R900 sixx產(chǎn)品?，F(xiàn)利用六自由度的機(jī)械手臂對(duì)物品的自動(dòng)化搬運(yùn)過程進(jìn)行編程和執(zhí)行。三、實(shí)驗(yàn)過程以下是Kuka機(jī)械手臂內(nèi)部的程序：1&ACCESS RVP2&REL 53&PARAM EDITMASK=*4&

11、PARAM TEMPLATE=C:KRCRoboterTemplatevorgabe5&PARAM DISKPATH=KRC:R1Program6DEF t1()7INT8PTP HOME VEL=100 % DEFAULT9PTP P1 CONT VEL=50 % PDAT1 TOOL1 BASE010PTP P2 CONT VEL=50 % PDAT2 TOOL1 BASE011PTP HOME VEL=100 % DEFAULT12END下面對(duì)程序做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹：程序完成了兩個(gè)點(diǎn)的移動(dòng)，從已設(shè)置的零點(diǎn)開始移動(dòng)，經(jīng)過兩個(gè)點(diǎn)之后回到原點(diǎn)。運(yùn)動(dòng)中經(jīng)過的兩個(gè)點(diǎn)和零點(diǎn)都是根據(jù)需要、在合適

12、的位置設(shè)置的。程序中的PTP(點(diǎn)到點(diǎn))命令是三個(gè)常用的移動(dòng)命令之一，三個(gè)命令的用法和區(qū)別見表 51：表 Error! No text of specified style in document.1 移動(dòng)命令標(biāo)準(zhǔn)移動(dòng)PTP（點(diǎn)到點(diǎn)）工具沿著最快的軌跡運(yùn)行至目標(biāo)點(diǎn)LIN（線形）工具以設(shè)定的速度沿一條直線移動(dòng)CIRC（圓周）工具以設(shè)定的速度沿圓周軌跡移動(dòng)VEL：設(shè)置運(yùn)動(dòng)的速度。其余指令為系統(tǒng)自動(dòng)生成。下面對(duì)設(shè)計(jì)的程序進(jìn)行分析：8PTP HOME VEL=100 % DEFAULT該點(diǎn)是對(duì)系統(tǒng)按照要求設(shè)置的零點(diǎn)位置，經(jīng)過該點(diǎn)時(shí)機(jī)械手臂以最快的速度運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)行過。9PTP P1 CONT VEL=50

13、 % PDAT1 TOOL1 BASE0該點(diǎn)是對(duì)系統(tǒng)要求設(shè)置的第一點(diǎn)位置，經(jīng)過該點(diǎn)時(shí)機(jī)械手臂是以最快的速度運(yùn)行至目標(biāo)點(diǎn)，直接是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式。10PTP P2 CONT VEL=50 % PDAT2 TOOL1 BASE0該點(diǎn)是對(duì)系統(tǒng)要求設(shè)置的第二點(diǎn)位置，經(jīng)過該點(diǎn)時(shí)機(jī)械手臂是以最快的速度運(yùn)行至目標(biāo)點(diǎn)，直接是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式。 11PTP HOME VEL=100 % DEFAULT 該點(diǎn)是對(duì)系統(tǒng)要求設(shè)置的最后的也是原來的零點(diǎn)位置，經(jīng)過該點(diǎn)時(shí)機(jī)械手臂是以最快的速度運(yùn)行至目標(biāo)點(diǎn)，直接是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式。 應(yīng)用自從機(jī)器手臂技術(shù)開始發(fā)展，在1980年代機(jī)器手臂已成功的應(yīng)用于汽車制造業(yè)等產(chǎn)業(yè)，在機(jī)械人技術(shù)領(lǐng)域是應(yīng)

14、用范圍最廣泛的自動(dòng)化機(jī)械裝置，而許多工業(yè)危險(xiǎn)之組裝、噴漆、焊接、高溫鑄鍛等繁重工作，皆能以機(jī)器手臂取代人工操作。4目前機(jī)械手臂在機(jī)械人技術(shù)領(lǐng)域中得到最廣泛實(shí)際應(yīng)用的自動(dòng)化機(jī)械裝置，除了主要用于工業(yè)制造上， 商業(yè)農(nóng)業(yè)、醫(yī)療救援、娛樂服務(wù)、軍事保全甚至在太空探索等領(lǐng)域都可以發(fā)現(xiàn)其應(yīng)用裝置。3 多軸機(jī)械手臂研發(fā)方面，多軸式機(jī)械手臂廣泛應(yīng)用于汽車制造商、汽車零組件與電子相關(guān)產(chǎn)業(yè)。機(jī)械手臂可以提升產(chǎn)品技術(shù)與質(zhì)量，而這些初期工作大多可以藉由機(jī)械手臂來完成。機(jī)械手臂的精準(zhǔn)、零誤差，對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量掌握自然擁有其優(yōu)勢(shì)，減少品管所花費(fèi)的時(shí)間與人力。 工業(yè)應(yīng)用上，以裝配、加工、熔接、切削、加壓、貨物搬運(yùn)、檢測(cè)等，全

15、球目前產(chǎn)業(yè)使用量是以汽車、汽車零組件、化工、橡膠和塑料等最大。結(jié)論隨著社會(huì)生產(chǎn)生活日新月異的變化,對(duì)機(jī)械手的要求越來越嚴(yán)格和創(chuàng)新。KUKA的六自由度機(jī)械手臂相比于過去的三自由度、四自由度、五自由度有更大的進(jìn)步，可以更好的、更精確地定位，本次實(shí)驗(yàn)通過對(duì)KUKA機(jī)械手臂中的smartPAD進(jìn)行執(zhí)行與調(diào)試，手動(dòng)控制smartPAD來控制六自由度的機(jī)械手臂，形成三點(diǎn)定位來抓取物品，節(jié)約了人力資源，形成一套完整的自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)。 參考文獻(xiàn)1 機(jī)器人發(fā)展簡(jiǎn)史. 環(huán)球科學(xué). 2007年02月01日 （中文（臺(tái)灣）2 盧世元. 機(jī)械手臂揮灑出自動(dòng)化的愿景. MM機(jī)械技術(shù)雜志. 2009/05/01, 291期: 3639. ISSN 1029-6298（中文（臺(tái)灣）.3 3.0 3.1 3.2 和田忠太/作; 劉明成/譯. 機(jī)械構(gòu)造解剖圖鑒. 世茂出版. 1999年08月25日出版: 186P187. ISBN 9575298543 （中文（臺(tái)灣）.4 臧若蘭. 雙臂移動(dòng)機(jī)器