工业机器人实验报告

1、1、八 、，刖言六自由度工业机器人是个较新的课题，虽然其在国外已经具有了 较完善的研究，但是在国内对于它的研究依旧停留在较低的水平上。 机器人技术几种了机械工程、电子技术、计算机技术、自动化控制理 论及人工智能等多学科的最新研究成果，代表机电一体化的最高成 就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一。在传统的制造领域，工 业机器人经过诞生、成长、成熟期后，已成为不可缺少的核心自动化 装备，目前世界上有近百万台工业机器人正在各种生产现场工作。在非制造领域，上至太空舱、宇宙飞船、月球探索，下至极限环境作业、 医疗手术、日常生活服务，机器人技术的应用以拓展到社会经济发展 的诸多领域。一、六自由度机械手臂

2、系统的介绍在本次综合创新型试验中我们用到的是六自由度机械手 ，其是典 型的机电一体化设备，自该试验中我们主要是在对其机械结构和电气 结构进行分析后，在主装好的数控系统利用c语言使六自由度机械手 实现运动;在实验中我们所用的机械手臂简图.六自由度机械手臂是一套具有 6个自由度的典型串联式小型关 节型机械手臂，带有小型手抓式；主要由机械系统和控制系统两大部 分组成,其机械系统的各部分采用模块化结构，每个部分分别由一个 伺服电动机来带动，每个电动机在根据控制要求以及程序的要求来运 动从而实现运动要求；其机械系统主要包括以下六个组件，如图所示 PSCPortO,1,2,3,4,5六个组件也就是底座，臂

3、膀，手腕及夹持手指。每个组件由一个伺服电机驱动关节运动，组件1也就是由PSC PortO构成的底座，其主要作用就是完成整体的水平面转动，转动范围360度；PSC Portl，2，3这三个组件既是臂部，控制手臂在与底座旋转 的垂直平面转动其转动范围为180度也即是控制手臂的俯仰；PSC Port4这个组件也使机械关节，既是手部关节，可完成机械手部的任意转动，确定机械手的夹持方向；PSC Port5机械手钳口，完成对物体的夹持。控制系统，控制系统主要是通过运动要求用 C语言编程然后烧结 到所带的单片机上通电进行控制；此机械手臂没有传感检测器和反馈 线路，该控制系统为开环控制系统。二.六自由度机械手

4、臂的机械系统介绍1下图为机械手臂的机械运动简图：在图中分别标注的是六个伺服电机；伺服电机1固定，此机械手臂的回转自由度归属于底盘， 用师傅 电机1来控制底盘在水平面的360度的回转，实现手臂的整体回转， 底盘与臂部相连；伺服电机2, 3, 4分别为臂部运动的控制电机，能根据要求实现 在与水平面垂直面的俯仰摆动等动作；伺服电机5为手部关节的控制电机，其与电机4相固定，实现在手部 的360度旋转，以便于机械手能夹取不同方向的物件； 同时电机6固 定在手部上，用来控制手爪的伸张程度从而来夹取不同尺寸形状大小 的物体。此六自由度机械手臂的特点：1.手部和手腕连接处可拆卸， 手部和手腕连接处为机械结构。

5、b.手部是机械手臂的末端操作器，只 能抓握一种工件或几种在形状、尺寸、质量等方面相近似的工件，只 能执行一种作业任务。c.手部是决定整个机械手臂作业完成好坏，作 业柔性好坏的关键部件之一。此机械手臂的手爪是机械钳爪式类别中的平行连杆式钳爪。一个交流电动机驱动，一对齿轮啮合传动实现手爪的张开和闭合。2 重要零件的介绍：图7小弹簧是必须的，它可以抵消手臂前向的作用力使关节 3的电机能够 达到提起的最大位置。三控制系统的分析1教学版的介绍在六自由度机械手臂中我们采用的开环控制系统，因为没有反馈线路和传感检测器；主要是通过计算机编程，用AT89S52单片机根据 所编制的程序来控制机械手臂的运动；控制系

6、统主要就是由单片机教 学版和电机控制器组成，我们所用的六自由度机械手臂其电路图如 下;c a I ft * 曲 “pusK to*一串行接口用来连接到计算机下载程序；一ISP接口，为程序下载器与1有区别；一电源接口；一三位开关，用来控制教学版的通断电；一绿色LED电源指示灯；一AT89S52单片机；一“Reset”按钮；一面包板；一专用电机控制接口插座，用来连接到电机控 制器上从而控制电机的运动；连接单片机教学板ISP接口到计算机，以便程序下载；连接单片机教学板串行接口到计算机，以便调试和交互；连接机器人到电池或者是供电电源。2 AT89S52 介绍C51宝贝车机器人采用了 AT89S52不需

7、要仿真机，编程机运用ISP(IN-system programmable )的可反复擦写1000次以上，配置十分灵活，可扩展性特别强。其上的AT89S52的引脚情况如图9所示PDIP(T2) Pt.O C (JZ EX PI r1 匚FM址匚Pi .3 I :P1.4 匚(MOSI) PI 5 C (MISO) PI(；匚 (SCK PI .7 匚AST匚 (RXD P3.O (TXO P3.1 (INTO) P3,2 3 rwro P3.3OCTO) P3.4 匚 P3b (WR) P3.fi 匸 (RD) P3.7 CXTAL2 匚XTAL1EGND :1402393斗37567&91O1

8、 11229132S14271S26162S172418231P222021J vcc二Po o (ADO ZI PO 1 二(A 14)二)Py S (A 13) 口 P.4. P2J3 (A11)Z) P? 2 AlOP2 1 (Aw订:J P2,O (AS)图10 AT89S52引脚图图9是51标准的40引脚双列直插式集成电路芯片:P0.0P0.7, P0 口 8为双向口线（在引脚的 3932号端子）；P1.0P1.7, P1 口 8为准双向口线（在引脚的18号端子）； P2.0P2.7 , P2 口 8为准双向口线（在引脚的 2128号端子）；P3.0P3.7 , P3 口 8为多用途

9、（在引脚的1017号端子）；P0 口有两个功能：当外部扩展存储器时，当做低 8位数据/地址总线 来使用；不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为 输入和输出时应在外部接上拉电阻。P1 口只做I/O 口使用；其内部有上拉电阻。P2 口有两个功能：当扩展外部存储器使用时，当作地址总线高八位 使用；不扩展时做一般I/O 口使用期内部有上拉电阻。P3 口有两个功能：除了作为I/O 口使用外（其内部有上拉电阻），还 有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置。3教学板与电机控制器教学板与电机控制器连接后好，开通电源就可以根据所编制的程 序来控制机械手运动了，其简图如下：教学板上的电机专用接口， W

10、RB三个接口分别与电机控制器上 的WR接口对应连接，电机控制器上的p0p6 口分别与6个电机相连 来分别控制电机的运动。单片机根据所编制的程序控制电机控制器， 点击控制其根据要求来控制各个电机的运动； 然后将三位教学板的电 池装上，将三位开关拔到1,将电机控制器的开关拔到 on我们就可 以看到六自由度机械手能根据要求运动。9I乂説常囂需:I寫-f 口口n口 MnDU 口口 unn 口口口 口口 nna1|口口口|=1口 耳！：口口口 nsHHQnunBH 口口 ezdo 口口口 U 口口 unn 口口口 口 nBraBU 口口口 cn口口口口口口 BnEU 口口 unn 口口口口口 nBnnn

11、unnunn 口口口 口口口 BDSU 口口 口 口LL斗-fll*HI4gl:a,:!:;:匚F5R肓益刖Batteiy 3000 NiMHffsia=电舌dULil.Li LjrruLJL.ULJ-XSB rf -1mllJnl-lnnr* in 一 iwaiynr nr教学板与电机控制器连接图114运动程序根据控制要求编制的程序如下：int code armdata = 750 800,800,540,750,1250,450,800,800,540,750,1250,450.550.650.900.750.1250,450.450.650.950.750.550,450.800.800

12、.540.750.550,450.550.650.950.750.550,450.450.650.990.750.1250,450,800,800,540,750,1250,450,550,630,1000,750,1250,450,450,640,1000,750,550,450, 800,800,540, 750,550,450, 800,800,540, 750,550,450, 450, 640,1000, 750,550,450, 450, 640,950, 750,1250,450, 800, 800,540, 750,1250,0xff;五小结在对工业机器人这门课程的学习后，学校

13、教学计划开设该实验。我们经过两个星期的实验和探索，并且在老师的讲解以及师兄和同学 的帮助协作下，我们基本完成了实验的要求和目的；通过这次实验我们掌握了六自由度机械手的基本物理结构和运动原理，深入了解了单片机的编程，复习和编写、调试C语言程序；同时掌握相关软件的操 作使得程序能够烧入单片机（我们懂得怎样去操作头文件和文件的操 作，了解和基本熟悉了 keil软件，把C语言程序编译成.hex后缀的 程序，然后再通过烧入软件烧入单片机）。通过调整程序中的不同坐 标值得到不同的运动，这次实验不仅让我们真实地去了解了六自由度 机械手、单片机以及相关软件，更让我们在自己的实践和探索中学到 了怎样去学习，怎样

14、获取我们需要的材料等等，总的来说，这次试验 的收获挺大的。数控机床工作台实验报告一数控机床十字工作台伺服系统结构的介绍在本次实验中我们接触的是数控机床十字工作台也是X-Y工作台,数控十字工作台也主要包括两个部分，机械部分和控制部分，在机械系统部分主要有滚珠丝杆副，导轨副，步进电机，工作台等组成；其 控制系统我们所用的机床是用的是开环伺服系统，主要包括驱动器（缓行脉冲分配器和功率放大器），微机等组成该工作台结构简单通过 微机技术的简单应用，实现对机床工作台的控制，实现了了 X-Y工作 台的自动化，大大的减轻了劳动强度，提高生产效率，其功能也远远高 于普通的工作传统工作台.二工作台机械系统的介绍实

15、验中我们用的工作台机械系统主要包括步进电动机X2,滚珠丝杆副X2,联轴器,导轨,支撑座,轴承,其机械结构简图如下图所示：机械结构简图图中为保证传动精度和平稳性以及结构的紧凑， 我们用的是滚珠 丝杠螺母传动副，而且滚珠丝杠副具有轴向刚度高能通过适当预紧可 消除丝杠与螺母之间的轴向间隙，不易磨损等优点，运动平稳，是用寿 命长等优点；ii支承座采用的是固定支承式用的是深沟球轴承和向心轴承；因为工作台作为实验用运动部件重量和工作载荷都很小载荷几 乎没有,实验台用的是直线滚动导轨副提高运动平稳性和减少工作台 的摩擦系数；在该工作台中分别用两个步进电机控制两个丝杠副运动，分别控 制X方向和丫方向的运动，控

16、制系统根据用户编制的程序的要求，发 出脉冲型号控制两个步进电机，让两个工作台运动，从而实现了 X-Y 一体化的功能。三控制系统的介绍在实验中我们用的数控机床工作台伺服系统所用的是开环伺服 系统；全闭环控制系统，结构复杂技术难度大，成本高；半闭环控制，调 试比开环控制要困难，而其结构也相对复杂；经综合考虑要求经济性， 而且运动精度要求不高，为简化结构和降低成本，所以我们选用的开 环伺服结构；在实验中我们使用的工作台控制系统如下图：#控制系统的实物简图开环控制的系统框图电机x电机丫开环控制的框图丝杠X丝杠丫17控制系统的电器图控制系统电器简图因为开环系统我们采用的是步进电机，步进电机的运行特性与配

17、 套使用的驱动电源（驱动器）有密切关系。驱动电源由脉冲分配器， 功率放大器等组成。驱动电源是将变频信号源（微机）送来的脉冲信 号及方向信号按要求的配电方式自动地循环供给电动机的各相绕组， 以驱动电动机转子的正反向旋转。环行脉冲分配器：步进电机的各相绕组必须按一定的顺序通电才 能正常工作，使电动机绕组的通电顺序按一定规律变化；功率放大器：从计算机输出口或从环行分配器输出的信号脉冲电 流一般只有几个毫安，不能直接驱动步进电动机运转，功率放大器将 脉冲电流进行放大，使其增大到几至十几安培，来驱动电机运转；4程序根据控制要求编制的程序如下：*设置默认初始速度为1000*m_n StartvX =:10

18、00;m_n StartvY =:1000;m_n StartvZ =:1000;m_n StartvA =:1000;/*设置默认驱动速度为2000*m_n SpeedX=2000;m_n SpeedY=2000;m_n SpeedZ=2000;m_n SpeedA=2000;/*设置默认加速度为1500*n_n AddX =:1500;n_n AddY =:1500;n_n AddZ =:1500;n_n AddA =:1500;*设置默认目标位置为100000*n_n PulseX =100000;n_n PulseY =100000;n_n PulseZ =100000;n_n Pul

19、seA =100000;/*设置加速时间 *n_dTaccX = 0.1; n_dTaccY = 0.1; m_dTaccZ = 0.1; m_dTaccA = 0.1;19*设置延时时间为o*#n_n DelayTime = 0;UpdateData(FALSE);/*启动定时器*SetTimer(MAINTIMER,100,NULL);return TRUE; / return TRUE uni ess you set the focus to a control void CDEMODIg:O nSysComma nd(UINT nID, LPARAM iParam) i f (nID

20、& OxFFFO) = IDM_ABOUTBOX) CAboutDig digAbout; dlgAbout.DoModal();elseCDialog:O nSysComma nd( nID, IParam);/ If you add a mini mize butt on to your dialog, you will n eed the code below / to draw the icon. For MFC applicati ons using the docume nt/view model, / this is automatically done for you by t

21、he framework.void CDEMODlg:O nPai nt()i f (IsIconic()CPain tDC dc(this); / device con text for paintingSen dMessage(WMCONERASEBKGND, (WPARAM) dc.GetSafeHdc(), 0);/ Cen ter icon in clie nt recta ngleint cxIcon = GetSystemMetrics(SM_CXICON);int cyIcon = GetSystemMetrics(SM_CYICON);CRect rect;GetClie n

22、tRect(&rect);int x = (rect.Width() - cxIcon + 1) / 2;int y = (rect.Height() - cyIco n + 1) / 2;/ Draw the icondc.DrawIc on (x, y, m_hIc on);elseCDialog:O nPai nt();/ The system calls this to obtai n the cursor to display while the user drags/ the mi ni mized win dow.HCURSOR CDEMODIg:O nQueryDraglco

23、n()retur n (HCURSOR) m_hIco n;21*联动按钮动作*/void CDEMODIg:O nButto nPmove()UpdateData(TRUE);#I ong Startv=m_nStartvX,m_nStartvY,m_nStartvZ,m_nStartvA; /I ong Speed=m_nSpeedX,m_nSpeedY,m_nSpeedZ,m_nSpeedA;/I ong Add =m_nAddX,m_nAddY,m_nAddZ,m_nAddA;/初始速度驱动速度加速度i f(m_bX)/ /*速度设定*/#g_CtrlCard.Setup_Speed(

24、1, m_n StartvX, m_n SpeedX, m_n AddX);/*X轴驱动*/#g_CtrlCard.Axis_Pmove(1, m_nPulseX);i f(m_bY )/ /*速度设定*/#g_CtrlCard.Setup_Speed(2, m_n StartvY, m_n SpeedY, m_n AddY);#/*Y轴驱动*/23#g_CtrlCard.Axis_Pmove(2, m_nPulseY);i f(m_bZ )*g_CtrlCard.Setup_Speed(3, m_n StartvZ, m_nSpeed Z, m_n AddZ);/*Z轴驱动*/#g_Ctrl

25、Card.Axis_Pmove(3, m_nPulseZ);i f(m_bA )/*速度设定*/#g_CtrlCard.Setup_Speed(4, m_n StartvA, m_n SpeedA, m_n AddA);/*A轴驱动*/#g_CtrlCard.Axis_Pmove(4, m_nPulseA);/*插补按钮动作*/void CDEMODIg:O nButto nln pmove()UpdateData();I ong Startv=m_nStartvX,m_nStartvY,m_nStartvZ,m_nStartvA;/初始速度I ong Speed=m_nSpeedX,m_nS

26、peedY,m_nSpeedZ,m_nSpeedA;/驱动速度I ong Add =m_nAddX,m_nAddY,m_nAddZ,m_nAddA;/加速度I ong Pulse=m_nPulseX,m_nPulseY,m_nPulseZ,m_nPulseA;/轴的驱动脉冲数/ double Tacc=m_dTaccX,m_dTaccY,m_dTaccZ,m_dTaccA;/ 力口速时间#*两轴插补 */#两轴插补i f(m_bX & m_bY & !m_bZ & !m_bA)XYg_CtrlCard.Setup_Speed(1, StartvO, SpeedO, AddO); g_CtrlCard.l nterp_Move2(1,2, PulseO, Pulse1);两轴插补else if(m_bX & !m_bY & m_bZ & !m_bA)/XZg_CtrlCard.Setup_Speed(1, Startv0, Speed0, Add0); g_CtrlCard.I nterp_Move2(1