六自由度桌面型串聯(lián)關(guān)節(jié)式機(jī)器人rbt6ts01s實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、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)書哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司目 錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc226888591 實(shí)驗(yàn)1機(jī)器人的認(rèn)識(shí) PAGEREF _Toc226888591 h 1 HYPERLINK l _Toc226888592 1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?PAGEREF _Toc226888592 h 1 HYPERLINK l _Toc226888593 1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 PAGEREF _Toc226888593 h 1 HYPERLINK l _Toc226888594 1.3實(shí)驗(yàn)原理 PAGEREF _Toc226888

2、594 h 1 HYPERLINK l _Toc226888595 1.4實(shí)驗(yàn)步驟 PAGEREF _Toc226888595 h 5 HYPERLINK l _Toc226888596 1.5注意事項(xiàng) PAGEREF _Toc226888596 h 6 HYPERLINK l _Toc226888597 實(shí)驗(yàn)2機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng) PAGEREF _Toc226888597 h 7 HYPERLINK l _Toc226888598 2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?PAGEREF _Toc226888598 h 7 HYPERLINK l _Toc226888599 2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 PAGEREF _Toc22

3、6888599 h 7 HYPERLINK l _Toc226888600 2.3實(shí)驗(yàn)原理 PAGEREF _Toc226888600 h 7 HYPERLINK l _Toc226888601 2.4實(shí)驗(yàn)步驟 PAGEREF _Toc226888601 h 12 HYPERLINK l _Toc226888602 2.5注意事項(xiàng) PAGEREF _Toc226888602 h 14 HYPERLINK l _Toc226888603 實(shí)驗(yàn)3機(jī)器人的控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc226888603 h 15 HYPERLINK l _Toc226888604 3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?PAGEREF

4、 _Toc226888604 h 15 HYPERLINK l _Toc226888605 3.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 PAGEREF _Toc226888605 h 15 HYPERLINK l _Toc226888606 3.3實(shí)驗(yàn)原理 PAGEREF _Toc226888606 h 15 HYPERLINK l _Toc226888607 3.4實(shí)驗(yàn)步驟 PAGEREF _Toc226888607 h 19 HYPERLINK l _Toc226888608 3.5注意事項(xiàng) PAGEREF _Toc226888608 h 21 HYPERLINK l _Toc226888609 實(shí)驗(yàn)4機(jī)器人示教編程

5、與再現(xiàn)控制 PAGEREF _Toc226888609 h 22 HYPERLINK l _Toc226888610 4.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?PAGEREF _Toc226888610 h 22 HYPERLINK l _Toc226888611 4.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 PAGEREF _Toc226888611 h 22 HYPERLINK l _Toc226888612 4.3實(shí)驗(yàn)原理 PAGEREF _Toc226888612 h 22 HYPERLINK l _Toc226888613 4.4實(shí)驗(yàn)步驟 PAGEREF _Toc226888613 h 23 HYPERLINK l _Toc2268886

6、14 4.5思考題 PAGEREF _Toc226888614 h 24 HYPERLINK l _Toc226888615 4.6注意事項(xiàng) PAGEREF _Toc226888615 h 24 HYPERLINK l _Toc226888616 實(shí)驗(yàn)5機(jī)器人坐標(biāo)系的建立 PAGEREF _Toc226888616 h 25 HYPERLINK l _Toc226888617 5.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?PAGEREF _Toc226888617 h 25 HYPERLINK l _Toc226888618 5.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 PAGEREF _Toc226888618 h 25 HYPERLINK l _T

7、oc226888619 5.3實(shí)驗(yàn)原理 PAGEREF _Toc226888619 h 25 HYPERLINK l _Toc226888620 5.4實(shí)驗(yàn)步驟 PAGEREF _Toc226888620 h 27 HYPERLINK l _Toc226888621 5.5思考題 PAGEREF _Toc226888621 h 31 HYPERLINK l _Toc226888622 實(shí)驗(yàn)6機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 PAGEREF _Toc226888622 h 33 HYPERLINK l _Toc226888623 6.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?PAGEREF _Toc226888623 h 33 HYPER

8、LINK l _Toc226888624 6.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 PAGEREF _Toc226888624 h 33 HYPERLINK l _Toc226888625 6.3實(shí)驗(yàn)原理 PAGEREF _Toc226888625 h 33 HYPERLINK l _Toc226888626 6.4實(shí)驗(yàn)步驟 PAGEREF _Toc226888626 h 33 HYPERLINK l _Toc226888627 6.5思考題 PAGEREF _Toc226888627 h 36 HYPERLINK l _Toc226888628 實(shí)驗(yàn)7機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 PAGEREF _Toc226888628 h

9、 37 HYPERLINK l _Toc226888629 7.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?PAGEREF _Toc226888629 h 37 HYPERLINK l _Toc226888630 7.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 PAGEREF _Toc226888630 h 37 HYPERLINK l _Toc226888631 7.3實(shí)驗(yàn)原理 PAGEREF _Toc226888631 h 37 HYPERLINK l _Toc226888632 7.4實(shí)驗(yàn)步驟 PAGEREF _Toc226888632 h 38 HYPERLINK l _Toc226888633 7.5思考題 PAGEREF _Toc2268886

10、33 h 41 HYPERLINK l _Toc226888634 實(shí)驗(yàn)8機(jī)器人的搬運(yùn)裝配實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc226888634 h 42 HYPERLINK l _Toc226888635 8.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?PAGEREF _Toc226888635 h 42 HYPERLINK l _Toc226888636 8.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 PAGEREF _Toc226888636 h 42 HYPERLINK l _Toc226888637 8.3實(shí)驗(yàn)原理 PAGEREF _Toc226888637 h 42 HYPERLINK l _Toc226888638 8.4實(shí)驗(yàn)步驟 PAGEREF

11、_Toc226888638 h 42 HYPERLINK l _Toc226888639 8.5注意事項(xiàng) PAGEREF _Toc226888639 h 44機(jī)器人的認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈾C(jī)器人的機(jī)構(gòu)組成；掌握機(jī)器人的工作原理；熟悉機(jī)器人的性能指標(biāo)；掌握機(jī)器人的基本功能及示教運(yùn)動(dòng)過程。實(shí)驗(yàn)設(shè)備RBT-6T/S01S機(jī)器人一臺(tái)；RBT-6T/S01S機(jī)器人控制柜一臺(tái)；裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和控制軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)；軸和軸套各一個(gè)。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)

12、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，是專為滿足高等院校機(jī)電一體化、自動(dòng)控制等專業(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，

13、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。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動(dòng)作范圍關(guān)節(jié)-150 150關(guān)節(jié)-

14、135 -45關(guān)節(jié)-70 50關(guān)節(jié)-90 90關(guān)節(jié)-90 90關(guān)節(jié)-180 180最大速度關(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關(guān)節(jié)120o / S最大展開半徑610高度850 mm本體重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)：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)器人的國際名叫“羅伯特”（ROBOT）?！癛OBOT”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，他是既忠誠又勤勞的機(jī)器人。機(jī)器人的定義（我國科學(xué)家的定義）機(jī)器人

15、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。機(jī)器人的三原則機(jī)器人不能傷害人類；在不違反第一條的情況下，機(jī)器人必須遵守人類的命令；在不違反第一、二條的情況下，機(jī)器人應(yīng)能保護(hù)自己。機(jī)器人發(fā)展史古代機(jī)器人：中國機(jī)關(guān)人世界最早的機(jī)器人列子、湯問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，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。計(jì)里鼓車每行一里，車上木人擊鼓一下，每行十里擊鐘一下。后漢三國時(shí)期，諸葛亮成功地

16、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，法國天才技師杰克戴瓦克遜發(fā)明了一只機(jī)器鴨?，F(xiàn)代機(jī)器人：1954 年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請(qǐng)了專利。1959 年第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人（可編程、圓坐標(biāo)）在美國誕生，開創(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)），同年召開了日本首屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)。1970年在美國召開了第一屆國際工業(yè)機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議。1980年被稱為“機(jī)器人元年”。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)

17、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)象及其周圍環(huán)境的信息，通過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 機(jī)器人的種類按技術(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。機(jī)器人的用途勤勞忠誠的員工不計(jì)報(bào)酬

18、；未知世界的使者不知“天高地厚”；未到戰(zhàn)爭(zhēng)中的圣斗士不曉得皮肉之苦；保姆、白衣天使和明星不用包裝炒作。機(jī)器人的未來發(fā)展人性化、智能化、普及化。實(shí)驗(yàn)步驟連接好氣路，啟動(dòng)氣泵到預(yù)定壓力；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；接通控制柜電源，按下“啟動(dòng)”按鈕；圖 1-3 主界面點(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；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”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；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

19、現(xiàn)”按鈕，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)裝配動(dòng)作；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；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；點(diǎn)擊“機(jī)器人復(fù)位”按鈕，使機(jī)器人回到零點(diǎn)位置；按下控制柜上的“停止”按鈕，斷開控制柜電源；退出機(jī)器人軟件，關(guān)閉計(jì)算機(jī)。圖1-4 關(guān)節(jié)示教界面注意事項(xiàng)在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；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)；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關(guān)。 機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈾C(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的組成；了解機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)各部分的原理及作用； 掌握機(jī)器人單軸運(yùn)動(dòng)的方法。實(shí)驗(yàn)設(shè)備RBT-6T/S01S機(jī)器人一臺(tái)；RBT

20、-6T/S01S機(jī)器人控制柜一臺(tái)；裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和控制軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)。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，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

21、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。圖2-1 機(jī)器人傳動(dòng)簡(jiǎn)圖同步齒型帶傳動(dòng)同步齒型帶傳動(dòng)是通過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)：傳動(dòng)比準(zhǔn)確，同步帶傳動(dòng)是嚙合傳動(dòng)，工作時(shí)無滑動(dòng)；傳動(dòng)效率高，可達(dá)98%以上，節(jié)能效果明顯；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；傳動(dòng)平穩(wěn)

22、，動(dòng)態(tài)特性良好，能吸振，噪音?。积X型帶較薄，允許線速度高，可達(dá)50m/s；使用廣泛，傳遞功率由幾瓦至數(shù)千瓦，速比可達(dá)10左右；使用保養(yǎng)方便，不需要潤滑，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；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；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。圖 2-2 同步齒型帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)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：諧波發(fā)生器（簡(jiǎn)稱波發(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)）

23、；剛輪是剛性的內(nèi)齒輪；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)生器的長軸處處于完全嚙合，而短軸方向的齒就處于完全的脫開狀態(tài)。圖2-3 諧波齒輪傳動(dòng)工作過程波發(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)柔輪由原來的圓形而變成橢圓形，橢圓長軸兩端的柔輪與之配合的剛輪

24、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狀態(tài)，簡(jiǎn)稱脫開；在波發(fā)生器長軸和短軸之間的柔輪齒，沿柔輪周長的不同區(qū)段內(nèi)，有的逐漸退出剛輪齒間，處在半脫開狀態(tài)，稱之為嚙出；有的逐漸進(jìn)入剛輪齒間，處在半嚙合狀態(tài)，稱之為嚙入。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這四種狀態(tài)循環(huán)往復(fù)不斷地改變各自原來的嚙合狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱之為錯(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

25、順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)1/8周時(shí)，柔輪齒與剛輪齒就由原來的嚙入狀態(tài)而成嚙合狀態(tài)，而原來脫開狀態(tài)就成為嚙入狀態(tài)。同樣道理，嚙出變?yōu)槊撻_，嚙合變?yōu)閲С觯@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)上述過程，這時(shí)柔輪位移一個(gè)齒距。依此類推，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)圓處嚙合過程就如同兩個(gè)純滾動(dòng)（無滑動(dòng)）的圓環(huán)一樣，兩者在任何瞬間，在節(jié)圓上轉(zhuǎn)過的弧長必須相等。由于柔輪比剛輪在節(jié)圓周長上少了兩個(gè)齒距，所以柔輪在嚙合過程中，就必須相對(duì)剛輪轉(zhuǎn)過兩個(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)，

26、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)生器角位移的過程，形成一個(gè)上下左右相對(duì)稱的和諧波，故稱之為：“諧波”。諧波齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)：傳動(dòng)比大、單級(jí)傳動(dòng)比為70320；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)無側(cè)隙傳動(dòng)；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；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；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；承載能力大。因同時(shí)嚙合齒數(shù)多，柔輪又

27、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；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；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；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)無法實(shí)現(xiàn)的。齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)的分類：齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)：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)；傳動(dòng)比范圍大，可用于減速或增速；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（v40m/s）、中速和低速（v25m/s）的傳動(dòng)；功率可從小于1W到105Kw；傳動(dòng)效率高，一對(duì)高精度的漸開線圓柱齒

28、輪，效率可達(dá)99%以上；結(jié)構(gòu)緊湊，適用于近距離傳動(dòng)；制造成本較高，某些具有特殊齒形或精度很高的齒輪，因需要專用或高精度的機(jī)床、刀具和量儀等，故制造工藝復(fù)雜，成本高；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；無過載保護(hù)作用。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載能力，且輸出軸剛度大，因而在國內(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，它由漸開線

29、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,如果漸開線中心齒輪1順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn),那么漸開線行星齒輪在公轉(zhuǎn)的同時(shí)還有逆時(shí)針方向自轉(zhuǎn), 并通過曲柄軸帶動(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),還將反向自轉(zhuǎn), 即順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng). 同時(shí)還通過曲柄軸推動(dòng)鋼架結(jié)構(gòu)的輸出機(jī)構(gòu)順時(shí)針方向轉(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漸開線中心輪齒數(shù) Z2漸開線行星輪齒數(shù) Z5針輪齒數(shù)，Z5Z4+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

30、新型傳動(dòng)，從結(jié)構(gòu)上看，其基本特點(diǎn)可概括如下：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；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；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；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；傳動(dòng)比范圍大，因?yàn)榧词箶[線輪齒數(shù)不變，只改變漸開線齒數(shù)，就可以得到很多的速比。其傳動(dòng)比為i=31171；傳動(dòng)效率高，其傳動(dòng)效率為=0.850.92。實(shí)驗(yàn)步驟教師介紹

31、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；啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行機(jī)器人軟件；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；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；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；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，

32、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；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；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；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；選擇“關(guān)節(jié)”，關(guān)節(jié)方向選擇

33、“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；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；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；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

34、，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；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；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；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；點(diǎn)擊“退出”按鈕，退出關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)界面；點(diǎn)擊“機(jī)

35、器人復(fù)位”按鈕，使機(jī)器人回到零點(diǎn)位置；按下控制柜上的“停止”按鈕，斷開控制柜電源；退出機(jī)器人軟件，關(guān)閉計(jì)算機(jī)。注意事項(xiàng)在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；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)；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關(guān)。機(jī)器人的控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈾C(jī)器人控制系統(tǒng)的組成；熟悉機(jī)器人控制系統(tǒng)各部分的原理及作用。實(shí)驗(yàn)設(shè)備RBT-6T/S01S機(jī)器人一臺(tái)；RBT-6T/S01S機(jī)器人控制柜一臺(tái)；裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和控制軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)。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)

36、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)；能利用零位開關(guān)、減速開關(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)器專用信號(hào)接口。伺服（步進(jìn)）電機(jī)驅(qū)動(dòng)器用來把運(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)。電源部分用來給控制柜提供各驅(qū)動(dòng)器的控制用電源，包

37、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、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。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)其主要的控制信號(hào)有：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。方向電平信號(hào) DIR ：控制卡發(fā)出此信號(hào)用來控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。比如說，

38、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)。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)。本書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。圖3-2 安川 YSKAWA -系列SGDM型伺服控制系統(tǒng)示意圖 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：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)；方向信號(hào)SIGN ：此信號(hào)由運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)出，用來控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向；原點(diǎn)信號(hào) ORG ：由

39、零位開關(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；限位信號(hào) EL ：由限位開關(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“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)；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；伺服ON信號(hào)：由運(yùn)動(dòng)控制

40、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)；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。實(shí)驗(yàn)步驟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、開關(guān)電源、按鈕指示燈等其他附件組成?？刂乒袂耙晥D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。電氣元件具體說明如下：SA1：電源開關(guān)，用于接通和斷開控制柜電源；HL1：電源指示燈；HL2：報(bào)警指示燈；SB1：?jiǎn)?dòng)按鈕，接通電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主回路電源；S

41、B2：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 圖3-5 電氣安裝板布局圖DRV1DRV6: 驅(qū)動(dòng)器；P1：開關(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CN1CN4：圓形連接器，位于控制柜后部，用來連接控制柜和機(jī)器人之間的電纜；XS1：電源插座；控制柜的使用接通控制柜電源；按下“啟動(dòng)”按鈕；使用結(jié)束

42、后，按下“停止”按鈕；斷開控制柜電源。注意事項(xiàng)在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；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)；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關(guān)。機(jī)器人示教編程與再現(xiàn)控制 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈾C(jī)器人示教與再現(xiàn)的原理；掌握機(jī)器人示教和再現(xiàn)過程的操作方法。實(shí)驗(yàn)設(shè)備RBT-6T/S01S機(jī)器人一臺(tái)；RBT-6T/S01S機(jī)器人控制柜一臺(tái)；裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和控制軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)。實(shí)驗(yàn)原理機(jī)器人的示教-再現(xiàn)過程是分為四個(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

43、，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

44、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。實(shí)驗(yàn)步驟啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，運(yùn)

45、行機(jī)器人軟件；接通控制柜電源，按下“啟動(dòng)”按鈕；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；點(diǎn)擊“關(guān)節(jié)示教”按鈕，出現(xiàn)如圖4-1所示界面；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)，松開相應(yīng)的按鈕，機(jī)器人的關(guān)節(jié)會(huì)停止運(yùn)動(dòng)；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

46、再現(xiàn)時(shí)機(jī)器人將忽略中間過程而只再現(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；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；點(diǎn)擊“清空”按鈕會(huì)把示教列表全部清除。點(diǎn)擊“退出”按鈕，退出當(dāng)前界面；點(diǎn)擊“機(jī)器人復(fù)位”按鈕，使機(jī)器人回到零點(diǎn)位置；按下控制柜上的“停止”按鈕，斷開控制柜電源；退出機(jī)器人軟件，關(guān)閉計(jì)算機(jī)。思考題通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)機(jī)器人示教再現(xiàn)的概念；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

47、答案示教，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；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。機(jī)器人的示教屬于PTP(點(diǎn)到點(diǎn))控制。注意事項(xiàng)在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；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)；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關(guān)。機(jī)器人坐標(biāo)系的建立實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈾C(jī)器人建立坐標(biāo)系的意義；了解機(jī)器人坐標(biāo)系的類型；掌握用D-H方法建立機(jī)器人坐標(biāo)系的步驟。實(shí)驗(yàn)設(shè)備RBT-6T/S01S機(jī)器人一臺(tái)；RBT-6T/S01S機(jī)器人控制柜一臺(tái)；裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和控制軟件的計(jì)算機(jī)

48、一臺(tái)。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33的旋轉(zhuǎn)矩陣來表示，而44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。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：軸沿著第n個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軸；軸垂直于軸并指向離開軸的方向；軸的方向按右手定則確定。機(jī)器人坐標(biāo)

49、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。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)參數(shù)來表示相鄰兩桿的關(guān)系，即兩連桿的相對(duì)位置和兩連桿法線的夾角。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。我們稱為連桿長度，為連桿扭角，為兩連桿距離，為兩連桿夾角。機(jī)器人機(jī)械手上坐標(biāo)系的配置取決于機(jī)械手連桿連接的類型。有兩種連接轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和棱柱聯(lián)軸

50、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+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)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。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。 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)平移來建立相鄰兩連桿i-1與i之間的相對(duì)關(guān)

51、系。繞軸旋轉(zhuǎn)角，使軸轉(zhuǎn)到與同一平面內(nèi)。沿軸平移一距離，把移到與同一直線上。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)重合的地方。繞軸旋轉(zhuǎn)角，使轉(zhuǎn)到與同一直線上。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)齊次變換來描述，并叫做矩陣。此關(guān)系式為 （式5-1）展開上式可得 （式5-2）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后的連桿來說，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。這樣，A矩陣就成為關(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

52、數(shù)據(jù)之后，就能夠確定六個(gè)變換矩陣的值。實(shí)驗(yàn)步驟參照機(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)圖建好坐標(biāo)系后填寫表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an(mm)123456根據(jù)表5-1的各個(gè)變量的值以及各桿件之間關(guān)系，寫出相應(yīng)的矩陣；根據(jù)A矩陣和T矩陣之間的關(guān)系，寫出T矩陣；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an(mm)11(0)200-90022(-90)0019733(0)0

53、-909044(0)8390055(0)0-90066(0)8200規(guī)定逆時(shí)針為正，順時(shí)針為負(fù)。C=cos S=sin 0A1= A= A= 3A4=A= 5A6=T1=0A11A22A3= = T2=3A44A55A6=*T=T1*T2=*= 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，并畫出坐標(biāo)系，答案見圖5-5。圖5-4 某機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖5-5某機(jī)器人D-H坐標(biāo)系的建立機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私恺R次變換矩陣的概念；掌握機(jī)器人笛卡爾坐標(biāo)系建立的過程；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。實(shí)驗(yàn)設(shè)備RBT-6T/S01S機(jī)器人一臺(tái)；RBT-6

54、T/S01S機(jī)器人控制柜一臺(tái)；裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和控制軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)。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）其中：向矢量處于手爪入物體的方向上，稱之為接近矢量，y向矢量的方向從一個(gè)指尖指向另一個(gè)指尖，處于規(guī)定手爪方向上，稱為方向矢量；最后一個(gè)矢量叫法線矢量，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：。式6-1表示了機(jī)器人變換矩陣，它描述了末

55、端連桿坐標(biāo)系4相對(duì)基坐標(biāo)系0的位姿，是機(jī)械手運(yùn)動(dòng)分析和綜合的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)步驟根據(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)參數(shù)計(jì)算公式nxnynzoxoyozaxayazpxpypz將這組數(shù)據(jù)帶入式6-1中，求出各個(gè)分量的值，填入表6-2中；表6-2 機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)的輸入和輸出參數(shù)輸入值輸出值nxoxaxpxnyoyaypynzozazpz運(yùn)行機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件，點(diǎn)擊“空間學(xué)計(jì)算”按鈕，出現(xiàn)如圖6-1所示界面 ，在“關(guān)節(jié)角度”中相應(yīng)的位置輸入各個(gè)關(guān)節(jié)的變量值，點(diǎn)擊“正解計(jì)算”按鈕，各個(gè)參

56、數(shù)的值顯示在“末端位姿”相應(yīng)的框內(nèi)；將計(jì)算的值和控制系統(tǒng)軟件計(jì)算出的值相比較，比較結(jié)果是否一致，如果不一致請(qǐng)您分析原因。 圖 6-1 空間學(xué)計(jì)算界面實(shí)驗(yàn)步驟參考答案：表6-3 機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)的參數(shù)參數(shù)計(jì)算公式nxnynzoxoyozaxayazpxpypz表6-4 機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)的輸入和輸出參數(shù)輸入值輸出值nxoxaxpxnyoyaypynzozazpz思考題對(duì)于RBT機(jī)器人來說，笛卡爾的坐標(biāo)原點(diǎn)選擇的不同，會(huì)對(duì)正運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)算產(chǎn)生什么樣的影響？思考題參考答案對(duì)于機(jī)器人來說，笛卡爾的坐標(biāo)原點(diǎn)選擇的不同，正運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)算的位置點(diǎn)的z坐標(biāo)值會(huì)有不同。機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私恺R次變換矩陣的概念；了

57、解機(jī)器人工作空間的概念；掌握機(jī)器人笛卡爾坐標(biāo)系建立的過程；掌握運(yùn)用齊次變換矩陣求解機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的方法。實(shí)驗(yàn)設(shè)備RBT-6T/S01S機(jī)器人一臺(tái)；RBT-6T/S01S機(jī)器人控制柜一臺(tái)；裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和控制軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)。實(shí)驗(yàn)原理機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)反解存在的區(qū)域稱為機(jī)器人的工作空間，求解機(jī)器人逆解的目的也在于要求出機(jī)器人的工作空間。工作空間是操作臂的末端能夠到達(dá)的空間范圍，即末端能夠到達(dá)的目標(biāo)點(diǎn)集合。值得指出的是，工作空間應(yīng)該嚴(yán)格地區(qū)分為兩類：靈活（工作）空間 指機(jī)器人手爪能夠以任意方位到達(dá)的目標(biāo)點(diǎn)集合。因此，在靈活空間的每個(gè)點(diǎn)上，手爪的指向可任意規(guī)定。 可達(dá)（工作）空間 指機(jī)器人手爪至少在一個(gè)方位上能夠到達(dá)的目