【正文】 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Ⅴ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況，然后點(diǎn)擊“減速停止”按鈕；1 選擇“關(guān)節(jié)Ⅵ”，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Ⅵ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況；1 選擇“關(guān)節(jié)Ⅵ”，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Ⅵ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況，然后點(diǎn)擊“減速停止”按鈕；1 點(diǎn)擊“退出”按鈕，退出關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)界面；1 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；2 退出機(jī)器人軟件，關(guān)閉計(jì)算機(jī)。 實(shí)驗(yàn)原理RBT6T/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。伺服（步進(jìn)）電機(jī)驅(qū)動(dòng)器用來(lái)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)。 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)示意圖如圖 31 所示。比如說(shuō)，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)。用戶可根據(jù)需要自行選擇閱讀。這個(gè)信號(hào)被鎖存，即使 EL 又恢復(fù)成哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司第 19 頁(yè) 共 44 頁(yè)“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)；5） 驅(qū)動(dòng)器報(bào)警信號(hào) ALM：由驅(qū)動(dòng)器發(fā)出。電氣元件具體說(shuō)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；SB2：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 34 控制柜前視圖哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司第 20 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 35 電氣安裝板布局圖DRV1～DRV6: 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(guò)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 35 控制柜側(cè)視圖CN1~CN4：圓形連接器，位于控制柜后部，用來(lái)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1） 接通控制柜電源；哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司第 21 頁(yè) 共 44 頁(yè)2） 按下“啟動(dòng)”按鈕；3） 使用結(jié)束后，按下“停止”按鈕；4） 斷開控制柜電源。 實(shí)驗(yàn)原理機(jī)器人的示教再現(xiàn)過(guò)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。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。這種方式是的機(jī)器人控制中比較方便和常用的方法之一。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。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 41 所示界面； 在“速度”中選擇示教速度(由左到右從低速到高速 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，在再現(xiàn)時(shí)機(jī)器人將忽略中間過(guò)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 41 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。 機(jī)器人的示教屬于 PTP(點(diǎn)到點(diǎn)) 控制。 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。ny機(jī)器人坐標(biāo)系建立的方法常用的是 DH 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 51。這兩法線間的距離即為 。對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)， 為關(guān)節(jié)變量。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)1id?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。1iz?i?1ix?ix沿 軸平移一距離 ，把 移到與 同一直線上。此關(guān)系式為iA哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司第 27 頁(yè) 共 44 頁(yè) （式 51）(,)(0,)(,0)(,)ii ii iARotzTransdransRotxa??展開上式可得 （式 5????????? 1001111 iiii iiiii dcssscc???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)。這樣，A 矩陣i?1i??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)） 。) 0 0 1973 θ 3(0) 0 90176。C =cos S =sinii?ii?哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司第 29 頁(yè) 共 44 頁(yè) 0A1= A =???????101dCS 12 ???????1022SaCS A = 3A4=23 ???????1033SaCS ???????104dCSA = 5A6=45???????105CS ???????1066dCST1=0A11A22A3= * ???????1011dS ???????10222SaS* = ???????10333SaCS ??????1011zzyyxxpaon321321sx?syz?1oxcy?0z 321321csax?ysz?21321321caspx ?哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司第 30 頁(yè) 共 44 頁(yè)21321321csascsapy ???dzT2=3A44A55A6= * *??????1044CS ???????1055CS = ???????1066dS ??????1022zzyyxxpaon64542sx??sy?6z64542oxcsy??6z542axsycz?5462dpx?syz?T=T1*T2= * =??????1011zzyyxxpaon ??????1022zzyyxxpaon??????10zzyyxxpaon653232645416454321321 )()()()( csscscscsx ????????? 11sy哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司第 31 頁(yè) 共 44 頁(yè)6532645432 )()()( cssscsz ??????? 6532132144111 )(scsox ??? 6564543232 )()()( scsssy 32ccz ?????? 5115111 cax ?4543232 )()( ssssy 532)(cz 121321321 56432132166 )(acsca cdddpx ??? ???????3 3215454 )()(s sacssy 323564321326 )( cadcdsdpz ???????? 思考題根據(jù)圖54某機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，試著用DH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55。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(wèn)題。 圖 61 空間學(xué)計(jì)算界面實(shí)驗(yàn)步驟參考答案：表 63 機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)的參數(shù)參 數(shù) 計(jì) 算 公 式nx 653216451645321 )()()()( cssccscscx ?????????ny ynz 6532645432 )()()( cssscszox 5321451654321) ccx ????????oy 66)()()(( sssssyoz 532465432cozax 115111 )()( cscsscx ???????哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司第 36 頁(yè) 共 44 頁(yè)ay 532132154154321321 )()( cscscscsy ??????az 5azpx 21321321 5643215416546)()()(casca cdcssddx??? ????????py 21321 32156432154165436)()()(csa csadcsscddy?? ????????pz 23235643215436 )()()( ssdsz ?表64 機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)的輸入和輸出參數(shù) 思考題對(duì)于 RBT 機(jī)器人來(lái)說(shuō)，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(lái)說(shuō)，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。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。機(jī)器人操作臂運(yùn) 動(dòng) 學(xué) 反解的數(shù)目決定于關(guān)節(jié)數(shù)目和連桿參數(shù)（對(duì)于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)操作臂指的是 ， ）和關(guān)節(jié)變量的活動(dòng)范圍。654321,??哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司第 38 頁(yè) 共 44 頁(yè)T= (各項(xiàng)公式見正解)??????10zzyyxxpaon整理矩陣各項(xiàng)可得:（式 71）)(232416 csdcaxdpx ????（式 72）ayy(式 73)123246 dzz ?根據(jù)上述已知條件求出相應(yīng)的變量 6541,??注：其中 ,2323CSS??32S?? 實(shí)驗(yàn)步驟 計(jì)算出機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，根據(jù)一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，求解出機(jī)器人逆解的運(yùn)算公式，如果有的變量有兩個(gè)值應(yīng)該全部保留，并填入表71中。T 矩陣 由 T 1*T2=T 可得13 T11*T= T2 與正解 T2矩陣項(xiàng)對(duì)應(yīng)元素相等可有方程 整理得 232313154 sazcsycaxs?????? 解方程 )](/[)]([ 23231231114 sazcsyxtg ????即 }{acysaxrc??? 求解 :5已知 θ4 即已知 3A4 則(T1* 3A4) 1* T=4A55A6 與正解 4A55A6公式對(duì)應(yīng)元素相等可得方程式 42341231412315 )(( csazcsayscaxs ??????? 23zc?求解方程式可知：哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司第 41 頁(yè) 共 44 頁(yè))}( /)]()({[23231231 4123141145 cazsyscax scsaysxzrtg???? ?????? 求解 :6 已知同上，對(duì)應(yīng)元素相等可得方程式為： 42341231412316 )()( snzcsnycsnxs ???? oooc????求解方程式可得: )]}()([ /)]({[ 4123141231423 41234236 csycsxsz csyxzartg??? 思考題如果機(jī)器人逆解有兩組解，請(qǐng)求出另外一組解，如果只取其中一個(gè)解，試分析取哪組解比較合理？答：根據(jù)機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)所走路徑最短原則，應(yīng)該取的一組解是能夠使機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)所走過(guò)角度最小。串聯(lián)關(guān)節(jié)型機(jī)器人就是專門為此而研制的一種成本較低的機(jī)器人。一些機(jī)器人上還可配備各種可換手，以增加通用性。 實(shí)驗(yàn)步驟 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； 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)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司地址: 哈爾濱南崗區(qū)西大直街 92 號(hào)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 7 號(hào)樓 5 層通信地址：哈爾濱工業(yè)大學(xué) 711 信箱郵編:150001電話: 045186402499 傳真：045186402498Email