机器人技术实验报告参考.doc

机器人技术实验指导书南昌大学机电工程学院目 录机电一体化和机器人的概念实验1 关节机器人机械结构实验2 机器人控制系统实验3 机器人电路结构实验4 机器人手动和回原点操作实验5 输入、输出信号调试实验6 命令语句实验7 多轴联动和示教编程操作和安全注意事项实验一 机器人系统认识实验一、实验目的1、 学习了解机器人系统基本组成和特点；2、 了解机器人系统各部分的作用及工作原理。二、实验设备1、 珠海市华普自动化科技有限公司AT-Q六轴关节机器人；2、 机器人控制柜一台；三、实验内容1. 机器人的机械结构本实验关节机器人由底座、手臂、手腕、手部等组成六个转动副（图1-1），每部分安装减速机和电机（1-6轴）驱动。图1-1 机器人机械本体外观图2. 谐波传动减速器及工作原理谐波传动减速器（图1-2）主要由刚轮、柔轮、波发生器H等三个基本构件组成。谐波传动（图1-3）通常采用波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出的形式。图1-2 谐波减速器外形图当波发生器装入柔轮后，迫使柔轮的剖面由原先的圆形变成椭圆形，其长轴两端附近的齿与刚轮的齿完全啮合，而短轴两端附近的齿则与刚轮完全脱开。周长上其他区段的齿处于啮合和脱离的过渡状态。当波发生器沿图示方向连续转动时，柔轮的变形不断改变，使柔轮与刚轮的啮合状态也不断改变，由啮入、啮合、啮出、脱开、再啮入，周而复始地进行，从而实现柔轮相对刚轮沿波发生器H相反方向的缓慢旋转。 图1-3谐波传动原理图工作时，固定钢轮，由电机带动波发生器转动，柔轮作为从动轮，输出转动，带动负载运动。谐波减速器可获得很大的传动比，承载能力高，体积小、重量轻，传动效率高、寿命长，传动平稳、无冲击，无噪音，运动精度高，柔轮材料的抗疲劳强度、加工和热处理要求较高，工艺复杂。3. 行星减速器行星减速器（图1-4）有三个行星轮围绕一个太阳轮旋转。该减速器输出扭矩大、承载能力高，速比大、效率高，使用寿命长、运转平稳、安全可靠、噪声低，是一种用途广泛的工业产品，具有功率分流、多齿啮合的特性。通过减速比、级数、齿轮套数、额定扭矩、满载效率、平均寿命、润滑方式、回程间隙等参数来说明行星减速器的规格和性能。 4. 机器人控制系统（图1-5）主要由计算机、伺服/步进电机及驱动器、电源、控制柜、显示屏、操作按键、电气电路等几部分组成。计算机内安装有运动控制芯片和控制软件。其主要特点：图1-4 行星齿轮减速器传动原理图（1）采用多层线路板，32位高性能的CPU和FPGA可编程器件，应用表贴元器件工艺，整套系统较为紧凑；（2）自主研发的AFDX05运动控制芯片；（3）6轴联动，可扩展到24轴；（4）采用8寸彩色液晶屏；（5）执行标准G代码语言，并作了功能补充；（6）标准配置16路输入、16路输出接口；最多支持46路输入40输出接口。（7）全光电耦合隔离，抗干扰强，运行稳定；（8）系统界面简洁大方，提供丰富的显示及监控信息模式；图1-5 机器人本体及控制柜（9）通过键盘对机械手进行在线示教操作，指挥六个步进/伺服电机完成指定的动作；（10）机械手各轴参数可设置，以提高机械手的整机性能。5. 伺服驱动控制机器人控制系统通过程序指挥1-6轴步进/伺服电机运行，1-6轴安装（金属）接近传感器，传感器信号反馈给控制系统，控制系统可以接受外界的输入信号，也可以按程序发出输出信号。交流伺服（图1-6）电动机控制精度高，矩频特性好，具有过载能力。经伺服驱动器（图1-7分频后发送到运动控制卡，用来反馈伺服电机实际运行位置及实现闭环控制。图1-6 交流伺服系统图1-7 伺服驱动器步进电动机必须使用专用的驱动电源（图1-8步进电动机驱动器）。步进电机驱动器将电脉冲转化为角位移，当它接收到一个脉冲信号，就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（步距角），旋转以固定的角度一步一步运行。通过控制脉冲个数来控制角位移量，通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到准确定位和调速的目的。图1-8 步进电机及驱动器6、接近传感器接近传感器工作原理是利用振动器发生的一个交变磁场，当金属目标接近这磁场并达到感应距离时，在金属目标内发生涡流，导致振动衰减，以至接近传感器的振动器停振。接近传感器的振动器振动及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器 图1-9 接近传感器实物元件，达到接近传感器的非接触式之检测的目的。实验二 机器人操作与编程一、实验目的1、了解机器人系统的操作过程；2、了解机器人输入、输出信号调试过程；。二、实验设备3、六轴机器人；4、机器人控制柜一台。三、手动回原点操作1、 接通控制柜电源2、 按文件F1，再按文件F1，打开自动回原点程序27号文件3、 按下 “X+”“X-”“Y+”“Y-”等轴信号按键，指挥电机运动到指定位置按键键盘如图：4、按下 “X+”“X-”“Y+”“Y-”等轴信号按键，指挥电机运动到各轴传感器旁边指定位置，为自动回原点作准备。操作过程中，通过键盘“微动”“低速”“中速”“高速”调整电机运动的速度；从低到高速选择）；5、按按键，电机以C轴B轴A轴Z轴Y轴X轴的顺序，逐个返回机械原点；这是每次系统重新上电和示教前必须操作的。每个轴的原点信号端口的序号通过调试功能里的输入检测，检测到的序号通过参数设置到系统内。电机的复位方向、顺序以及原点信号输入端口，都通过参数功能设置。6、使用结束后，关闭控制柜电源；四、编程操作1、选择打开系统里的一个空白文件后，通过按键切换系统状态，如图：机械手臂关节坐标系与直角坐标系的切换；：在线示教与示教再现的切换；在示教再现状态下，功能命令不能操作；：调节示教过程的运动速度；2、命令类型按按键，切换操作命令，“命令类型”功能如下：G00、G01：为电机轴的快速定位和直线插补命令，如图：通过键盘指挥各个电机轴运动到指定位置，如图：快移速度：移动光标，通过数字键输入一个值；进给速度：移动光标，通过数字键输入一个值；G04：延时命令单位为毫秒；IO输出控制：IO输入控制：G90：绝对坐标，当前的坐标点是从原点坐标位置算起的计算方法；G91：相对坐标，也称增量坐标，由前一个坐标点算起的计算方法；在线示教操作首先，选择命令类型，指挥电机运动只有在G00、G01命令下才可操作，在其它命令类型下按键是无反应的；按下 “X+”“X-”“Y+”“Y-”等轴信号按键，指挥电机运动到指定位置后，按 “JOG”插入一行程序；示教过程中，通过键盘“微动”“低速”“中速”“高速”调整电机运动的速度；在示教程序中插入一行延时命令，按命令类型选择G04命令，通过数字键修改需要延时的时间，单位为毫秒。在示教程序中插入一行输入输出（I/O）控制命令，按命令类型选择输入输出命令，通过键盘按键选择IO端口，如图3、示教再现按键盘“示教再现”键，当系统显示时，按键盘的“启动”键，系统运行一次之前示教轨迹一遍。4、循环加