【正文】 下“復(fù)位”按鈕，機器人回到零點位置，關(guān)閉對話框； 如果想再做一次裝配動作，把軸放回相應(yīng)位置，按下“再現(xiàn)”按鈕即可； 點擊“機器人復(fù)位”按鈕，使機器人回到零點位置； 按下控制柜上的“停止”按鈕，斷開控制柜電源；1 退出機器人軟件，關(guān)閉計算機。 實驗原理機器人機械系統(tǒng)主要由以下幾大部分組成：原動部件、傳動部件、執(zhí)行部件。Ⅱ關(guān)節(jié)傳動鏈主要由伺服電機、減速器構(gòu)成。Ⅵ關(guān)節(jié)傳動鏈主要由步進電機、減速器構(gòu)成。執(zhí)行部件采用了氣動手爪機構(gòu)，以完成抓取作業(yè)。盡管如此，同步帶傳動不失為一種十分經(jīng)濟的傳動裝置，現(xiàn)已廣泛用于要求精密定位的各種機械傳動中。圖 23 諧波齒輪傳動工作過程波發(fā)生器通常為橢圓形的凸輪，凸輪位于薄壁軸承內(nèi)。這種現(xiàn)象稱之為錯齒運動，正是這一錯齒運動，使減速器可以將輸入的高速轉(zhuǎn)動變?yōu)檩敵龅牡退俎D(zhuǎn)動。柔輪齒和剛輪齒在節(jié)圓處嚙合過程就如同兩個純滾動（無滑動）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。由于其嚙合原理不同于一般齒輪傳動，側(cè)隙很小，甚至可以實現(xiàn)無側(cè)隙傳動；3） 精度高。與一般減速器比較，輸出力矩相同時，通常其體積可減小2/3，重量可減小 1/2；6） 承載能力大。周向速度低，又實現(xiàn)了力的平衡，故噪聲低、振動小；9） 可向密閉空間傳遞運動。非圓齒輪傳動的瞬時傳動比又能按需要的變化規(guī)律設(shè)計；2） 傳動比范圍大，可用于減速或增速；3） 速度（指節(jié)圓圓周速度）和傳動功率的范圍大，可用于高速（v40m/s） 、中速和低速（v25m/s ）的傳動；功率可從小于 1W 到 105Kw；4） 傳動效率高，一對高精度的漸開線圓柱齒輪，效率可達 99%以上；5） 結(jié)構(gòu)緊湊，適用于近距離傳動；6） 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床、刀具和量儀等，故制造工藝復(fù)雜，成本高；7） 精度不高的齒輪，傳動時噪聲、振動和沖擊大，污染環(huán)境；8） 無過載保護作用。 實驗步驟 教師介紹機器人機械系統(tǒng)中原動部分、傳動部分以及執(zhí)行部分的位置及在機器人系統(tǒng)中的工作狀況；哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司第 13 頁 共 44 頁 啟動計算機，運行機器人軟件； 接通控制柜電源，按下“啟動”按鈕；圖 26 關(guān)節(jié)運動界面 點擊主界面“機器人復(fù)位”按鈕，機器人進行回零運動。 實驗設(shè)備 RBT6T/S01S 機器人一臺； RBT6T/S01S 機器人控制柜一臺； 裝有運動控制卡和控制軟件的計算機一臺。其主要功能為：S 形、梯形自動加減速曲線規(guī)劃；輸出控制脈沖到電機驅(qū)動器使電機運動；具有編碼器位置反饋信號接口，監(jiān)控電機實際運行狀態(tài)；能利用零位開關(guān)、減速開關(guān)及編碼器 Z 相信號實現(xiàn)高速高精度原點返回操作；具有伺服驅(qū)動器報警信號 ALM 等伺服驅(qū)動器專用信號接口。下面對本系統(tǒng)中所使用的步進電機及伺服電機系統(tǒng)作以簡要介紹。2） 方向電平信號 DIR ：控制卡發(fā)出此信號用來控制電機的旋轉(zhuǎn)方向。 本書提供兩種伺服控制系統(tǒng)示意圖，如圖 3圖 33 所示。+EL 為電機運行正方向的限位信號，EL 為電機運行負方向的限位信號，當與電機運行相同方向的 EL 信號為“ON ”狀態(tài)時，控制卡立即停止發(fā)出脈沖，電機自動停止運行?？刂乒袂耙晥D如圖 34所示，電氣安裝板布局圖如圖 35 所示，控制柜側(cè)視圖如圖 36 所示。 實驗設(shè)備 RBT6T/S01S 機器人一臺； RBT6T/S01S 機器人控制柜一臺； 裝有運動控制卡和控制軟件的計算機一臺。存儲信息的形式、存儲存量的大小決定機器人能夠進行的操作的復(fù)雜程度。在示教再現(xiàn)這一動作循環(huán)中，示教和記憶是同時進行的；再現(xiàn)和操作也是同時進行的。編程式既是運用上位機進行控制，將示教點以程序的格式輸入到計算機中，當再現(xiàn)時，按照程序語句一條一條的執(zhí)行。哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司第 23 頁 共 44 頁 實驗步驟 啟動計算機，運行機器人軟件； 接通控制柜電源，按下“啟動”按鈕； 點擊主界面“機器人復(fù)位”按鈕，機器人進行回零運動。思考題參考答案 示教，就是人把規(guī)定的動作(包括每個運動部件，每個運動軸的動作) 教給機器人，然后將示教的各種信息存儲起來；再現(xiàn)，便是將上述示教信息再現(xiàn)，即根據(jù)需要，將存儲的信息讀出，向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出具體指令。 實驗設(shè)備 RBT6T/S01S機器人一臺； RBT6T/S01S機器人控制柜一臺； 裝有運動控制卡和控制軟件的計算機一臺。機器人的每個關(guān)節(jié)坐標系的建立可參照以下的三原則：1） 軸沿著第 n 個關(guān)節(jié)的運動軸；1?nz2） 軸垂直于 軸并指向離開 軸的方向；x1?z1?nz3） 軸的方向按右手定則確定。idi?除第一個和最后一個連桿外，每個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。有兩種連接——轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和棱柱聯(lián)軸節(jié)。如果兩軸線互相平行，那么就選擇原點使對下一連桿（其坐標原點已確定）的距離 為零。繞 軸旋轉(zhuǎn) 角，使 軸轉(zhuǎn)到與 同一平面內(nèi)。1ix?iizi這種關(guān)系可由表示連桿 i 對連桿 i1 相對位置的四個齊次變換來描述，并叫做矩陣。然后， 角的正弦值和余弦值也可計算出來。 02 θ 2(90176。 06 θ 6(0) 82 0 0規(guī)定逆時針為正，順時針為負。 實驗原理機器人運動學(xué)只涉及到物體的運動規(guī)律，不考慮產(chǎn)生運動的力和力矩。 實驗步驟 根據(jù)機器人坐標系的建立中得出的 A 矩陣，相乘后得到 T 矩陣，根據(jù)一一對應(yīng)的關(guān)系，寫出機器人正解的運算公式，并填入下表 61 中；表 61 機器人的正運動學(xué)的參數(shù)哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司第 34 頁 共 44 頁參 數(shù) 計 算 公 式nxnynzoxoyozaxayazpxpypz 將這組數(shù)據(jù)帶入式 61 中，求出各個分量的值，填入表 62 中；表 62 機器人的正運動學(xué)的輸入和輸出參數(shù)1?2?3?4?輸入值 56nx ox ax pxny oy ay py輸出值nz oz az pz 運行機器人控制系統(tǒng)軟件，點擊“空間學(xué)計算”按鈕，出現(xiàn)如圖 61 所示界面 ，在“關(guān)節(jié)角度”中相應(yīng)的位置輸入各個關(guān)節(jié)的變量值，點擊“正解計算”按鈕，各個參數(shù)的值顯示在“末端位姿”相應(yīng)的框內(nèi)； 將計算的值和控制系統(tǒng)軟件計算出的值相比較，比較結(jié)果是否一致，如果不哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司第 35 頁 共 44 頁一致請您分析原因。 實驗原理機器人的運動學(xué)反解存在的區(qū)域稱為機器人的工作空間，求解機器人逆解的目的也在于要求出機器人的工作空間。 2） 可達（工作）空間 指機器人手爪至少在一個方位上能夠到達的目標點集合。求解機器人的過程如下：求解的變量為 。實驗步驟參考答案： 求解 : 由已知（式 71)、( 式 72)可知1?)]/)[(66axdpaydparctgxy ??????? 求解 : 3 設(shè) 為第三節(jié)在大臂坐標系內(nèi)坐標值,可得11,zyx )(23246 casdcaxdp???????311sy szz哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司第 40 頁 共 44 頁令 )(23434232121 sdcadappMzyx ??????令 343 /)]([sdcaN?由倍角公式 /in2??tgt 1/(os22??tgt??可得: 求解:0)/()/()( 334323 ?????aNttg)(][/ 2124adt???即: }/{33413arct? 求解 :2 由 22/1)( cspyx ??34acdz??求解上述方程式可得: )]()()[(/3412342/121 2/ sacdpacsdpstg zyxyx ?????? ??即 )]}()()[( /)](){[ 3412342/121 234134/12 sccs acsparct zyx zyx? 求解 :4?~ 已知 即已知 T1。 實驗原理對裝配操作統(tǒng)計的結(jié)果表明，其中大多數(shù)為抓住零件從上方插人或連接的工作。事實上用一種手爪很難適應(yīng)形狀各異的工件，通常按抓取對象的不同需要設(shè)計其手爪。電動手爪造價比較高，主要用在一些特殊場合。哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司第 44 頁 共 44 頁圖 82 機器人示教路線圖 注意事項 在老師的指導(dǎo)下進行實驗； 機器人通電后，身體的任何部位不要進入機器人運動可達范圍之內(nèi)； 機器人運動不正常時，及時按下控制柜的急停開關(guān)。觀察機器人的運動，六個關(guān)節(jié)全部運動完成后，機器人處于零點位置； 點擊“關(guān)節(jié)示教”按鈕，出現(xiàn)如圖 81 所示界面； 打開氣泵，點擊手爪“張開” 、 “閉合”按鈕，測試手爪氣路部分連接狀態(tài)；哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司第 43 頁 共 44 頁圖 81 關(guān)節(jié)示教界面 將軸和軸套放入實驗架對應(yīng)的位置； 在關(guān)節(jié)示教界面中將機器人運動到與軸比較接近位置，每示教一步都要記錄； 比較精確的將手爪移動到軸的正上方； 手爪下降至軸高度一半的位置（下降方法為 3 軸小幅度緩慢下降） ； 閉合手爪；1 向上提升手爪一定高度（大約比套稍高） ；1 移動軸至軸套的上方；1 緩緩放下，將軸放到軸套里；1 松開手爪；1 豎直向上方向撤離手爪；1 保存示教文件；1 將軸放回原處，再現(xiàn)該示教文件；1 點擊“機器人復(fù)位”按鈕，使機器人回到零點位置；1 按下控制柜上的“停止”按鈕，斷開控制柜電源； 退出機器人軟件，關(guān)閉計算機。手爪主要有電動手爪和氣動手爪兩種形式。它共有 6 個自由度，六個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司第 42 頁 共 44 頁實驗 8 機器人的搬運裝配實驗 實驗?zāi)康?了解機器人完成搬運作業(yè)的過程； 掌握機器人示教作業(yè)的方法。表 71 機器人的逆運動學(xué)求解公式關(guān) 節(jié) 變 量 求 解 公 式1?234?56 機器人的基坐標系建立的不同，求解出來的變量值也不相同。iaiid和在解運動學(xué)方程時，碰到的另一問題是解不唯一（稱為多重解） 。值得指出的是，工作空間應(yīng)該嚴格地區(qū)分為兩類：1） 靈活（工作）空間 指機器人手爪能夠以任意方位到達的目標點集合。1?2?3?4?輸入值 56nx ox ax pxny oy ay py輸出值nz oz az pz哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司第 37 頁 共 44 頁實驗 7 機器人逆運動學(xué)分析 實驗?zāi)康?了解齊次變換矩陣的概念； 了解機器人工作空間的概念； 掌握機器人笛卡爾坐標系建立的過程； 掌握運用齊次變換矩陣求解機器人逆運動學(xué)的方法。各連桿變換矩陣相乘，可得到機器人末端執(zhí)行器的位姿方程（正運動學(xué)方程）為 ：= （ 式 61）65432106AAT???????0zzyyxxpaon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z ?一個指尖指向另一個指尖，處于規(guī)定手爪方向上，稱為方向矢量 ；最后一個矢量叫法o線矢量 ，它與矢量 和矢量 一起構(gòu)成一個右手矢量集合，并由矢量的叉乘所規(guī)定：n?o?a。圖 54 某機器人運動機構(gòu)簡圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司第 32 頁 共 44 頁 圖 55 某機器人 DH 坐標系的建立哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司第 33 頁 共 44 頁實驗 6 機器人正運動學(xué)分析 實驗?zāi)康?了解齊次變換矩陣的概念； 掌握機器人笛卡爾坐標系建立的過程； 掌握運用齊次變換矩陣求解機器人正運動學(xué)的方法。 904 θ 4(0) 83 90176。一旦求得這些數(shù)據(jù)之后，就能夠確定六個 變換矩陣的值。 對于跟在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) i 后的連桿，這些參數(shù)為 ， 和 。i idii沿 i 軸平移距離 ，把連桿 il 的坐標系移到使其原點與連桿 n 的坐標系原點重1ia?合的地方。iiz??當兩軸 和 平行且同向時，第 i 個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的 為零。連桿 i 的坐標系原點位于關(guān)節(jié) i 和i?i+1 的公共法線與關(guān)節(jié) i+1 軸線的交點上。我們稱 為連桿長度， 為連桿扭角，iiai為兩連桿距離， 為兩連桿夾角。哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司第 26 頁 共 44 頁圖 51 轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)連桿四參數(shù)示意圖機器人機械手是由一系列連接在一起的連桿（桿件）構(gòu)成的。因此，機器人運動學(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象(工件或工具 )之間的相對運動關(guān)系。 注意事項 在老師的指導(dǎo)下進行實驗； 機器人通電后，身體的任何部位不要進入機器人運動可達范圍之內(nèi)； 機器人運動不正常時，及時按下控制柜的急停開關(guān)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實精密測控有限責(zé)任公司第 24 頁 共 44 頁 點擊“退出”按鈕，退出當前界面；1 點擊“機器人復(fù)位”按鈕，使機器人回到零點位置；1 按下控制柜上的“停止”按