工业机器人实验指导书.docx

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工业机器人实验指导书

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工业机器人现场教学

实验一工业机器人认知部分

1.实验目的

1）了解各种机器人；

2）了解FANUCARCMate100iB机器人系统组成；

3）介绍机器人试教编程，进行机器人动作演示；

2.实验器材

1）日本FANUCARCMate100iB焊接机器人一台，ABB机器人两台，众为兴机器人一台，导管架焊接机器人一台，爬壁式机器人一台

2）工控计算机，ABB公司ROBOTSTUDIO离线编程软件一套

3.实验原理

1）Fanuc机器人简介

✧机器人的主要参数

FANUC机器人本体型号为ARCMateM6iB，控制柜型号为M-6iB。

机器人的具体性能参数如下：

轴数：

6

手部负重（kg）:

6

运动范围：

重复定位精度：

最大运动速度

✧FANUC机器人的安装环境

环境温度:

0-45摄氏度

环境湿度:

普通:

75%RH

短时间:

85%（一个月之内）

振动:

=0.5G（4.9M/s2）

✧FANUC机器人的编程方式

在线编程

离线编程

✧FANUC机器人的特色功能

Highsensitivecollisiondetector高性能碰撞检测机能,机器人无须外加传感器,

各种场合均适用

Softfloat软浮动功能用于机床工件的安装和取出,有弹性的机械手.

动；

ON/OFF开关:

ON：

TP有效；OFF：

TP无效。

当TP无效时，示教、编程及手动不能被使用

DeadMan开关：

当TP有效时，只有DeadMan开关被按到适中位置，机器人才能运动，一旦松开或者按紧，机器人立即停止运动，并出现报警。

✧TP的作用

TP的作业包括：

点动机器人，编写机器人程序，试运行程序，生产运行和查阅机器人的状态（I/O设置，位置，焊接电流）。

✧认识TP上的操作键

TP上各操作键的分布如图6所示。

图6TP上各操作键的分布

具体各个按键的功能如下：

RESET键（复位键）:

按此键清除报警信息。

SHIFT键:

与其他键配合使用执行特定功能。

Jog键:

使用这些键来点动机器人。

COORD键:

用该键来切换机器人运动的坐标系（World,Tool,Joint）。

如图7所示，坐标系有关节坐标系（Joint），直角坐标系（World），工具坐标系（Tool）和其它坐标系。

图7机器人在不同坐标系下示教

速度键:

用这些键来调整机器人的运动速度。

程序键:

用这些键来选择编程时的菜单选项。

SELECT键：

显示程序清单

EDIT键：

显示当前使用或编写的程序

DATA键：

显示weldschedules,weldprocesses,weaveschedules,TorchMatedata等

功能键:

使用这些键根据屏幕显示执行指定的功能和操作。

NEXT键:

按下该键显示更多的对应于F1-F2-F3-F4-F5按键的功能键。

光标键:

使用这些键在屏幕上按一定的方向移动光标。

数字键:

这些键用来输入数值:

0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,减号（-）,小数点（.），逗号（,）

确认键:

使用该键确认一个数值的输入，或者从一个菜单中确认选择一个项目。

STEP键:

在T1或T2模式中,使用该键在以下两种执行模式间切换：

单步模式（每次执行程序中的一行）

连续模式（连续运行程序）

FWD（前进）键:

在STEP开启时使用该键来执行下一个程序语句。

连续运行程序时，使用该键驱使机器人开始执行编好的程序。

BWD（后退）键:

用该键执行排在光标前面的程序语句。

WELDENBL键:

运行一个程序时，使用该键来控制是否开启焊接过程

焊丝运动键:

Wire“+”使焊丝经由焊枪送出，Wire“–”使焊丝经由焊枪回抽。

ITEM键:

用该键在一个列表中选择一个项目

例1:

要在一个TP程序列表中选择一行,按下ITEM,输入要选行的编号后按下ENTER

例2:

要在一个SystemVariables清单中选择一行，按下ITEM键，输入要选行的编号后按下ENTER

BACKSPACE键:

使用该键能依次删除光标前的字母和数字

PREV键:

用该键能显示上一级屏幕界面

MENUS键:

用该键显示菜单屏幕：

下面是按下MENUS后出现的列表:

1.UTILITIES>:

显示提示

2.TESTCYCLE>：

为测试操作指定数据

3.MANUALFCTNS>：

执行宏指令

4.ALARM>：

显示报警历史和详细信息

5.I/O>：

显示和手动设置输出，仿真输入/输出，分配信号

6.SETUP>：

设置系统

7.FILE>：

读取或存储文件

8.USER：

显示用户信息

9.SELECT：

列出和创建程序

10.EDIT：

编辑和执行程序

11.DATA>：

显示寄存器、位置寄存器和堆码寄存器的值

12.STATUS>：

显示系统和弧焊状态

13.POSITION：

显示机器人当前的位置

14.SYSTEM>：

设置系统变量，Mastering

15.BROWSER:

浏览网页，只对iPendant有效

HOLD键:

用该键可停止机器人的运动

FCTN键:

用该键显示补充菜单，按下FCTN键后出现的典型项目：

ABORT（ALL）：

强制中断正在执行或暂停的程序

DisableFWD/BWD：

使用TP执行程序时，选择FWS/BWD是否有效

CHANGEGROUP：

改变组

QUICK/FULLMENUS：

在快速菜单和完整菜单之间选择

SAVE：

保存当前屏幕中相关的数据到软盘中

PRINTSCREEN：

打印当前屏幕的数据

……

4.实验内容与实验步骤（以老师讲解，学生参观为主）

1）开机

✧打开机器人控制柜的断路开关，按住“ON”按钮几秒钟，示教盒的开机画面将会显示出来；

✧手持示教盒，按下并且始终握住“Deadmanswitch”，将示教盒上的开关打到“ON”的位置；

✧在示教盒键盘上找到“STEP”键，按一下并确认左上部的“STEP”状态指示灯亮，此时屏幕顶端右面的蓝色状态行应该为-Joint10%。

2）关节坐标模式（JointCoordinate）下移动机器人

✧按下并保持“SHIFT”，在配合其他方向键移动机器人。

✧通过示教盒上的“+%”和“-%”键进行调节（或同时配合“SHIFT”进行大范围的调节），为了安全起见，在开始的时候尽量以较低的速度移动机器人，并确认不会发生碰撞时，再适当的提高移动速度。

3）直角坐标模式下移动机器人

松开“SHIFT”键，在键盘上找到并按“COORD”键直到蓝色的状态栏显示“World”。

（注意，切换了示教模式之后机器人移动速度会自动降低到10%。

）

此时再移动机器人时,机器人不再单轴（单关节）转动。

而是：

当按前面三组J1，J2，J3键时，机器人的TCP以直线运动；当按后面三组J4，J5，J6键时，机器人的TCP固定不动绕相应的直线坐标轴旋转。

4）认识轴的软件限位

✧一直按住“J3,+Z”键，第三轴提升到一定程度将自动停止继续往上升，此时，在屏幕顶部的信息提示栏中应该有限位或者位置不可达的报警提示，按“RESET”键消除报警；

✧按住“J3,-Z”键使第三轴往回运动。

5）认识Dead-Man/E-Stop开关作用

✧当释放“Dead-Man”开关，状态信息栏中就会有报警信息，要消除报警只要重新按住并保持住，报警信息将自动消失。

✧“Dead-Man”开关是个3位开关，按压力太大也会导致报警。

6）急停按钮的使用

✧按一下示教盒右上方红色的“E-STOP”急停按钮，在屏幕的状态信息显示栏中会有急停报警。

✧要复位该信息，只需顺时针旋转使按钮复位，再按“RESET”键复位即可。

✧注意：

在进行急停或复位急停操作时，除了可以听得到第二轴和第三轴的抱闸声音，还可以听到机器人控制柜内部断路器的跳闸声音。

5.思考题（选作）

1）简述工业机器人的定义，说明FANUC机器人的的主要特点是什么？

2）机器人为几自由度机器人？

主要有哪几个关节？

分别可作什么样的运动？

3）工业机器人与数控机床有什么区别？

4）说明工业机器人的基本组成与主要特点。

实验二工业机器人运动学模型

实验一工业机器人认知部分

1.实验目的

1）了解FANUCARCMate100iB机器人本体结构；

2）了解FANUCARCMate100iB机器人各关节运动动作；

3）复习右手螺旋定则和右手坐标系；

4）复习机器人杆件坐标系建立方法；

2.实验器材

1）日本FANUCARCMate100iB焊接机器人

3.实验原理

1）D-H模型

※机器人杆件坐标系建立方法不唯一，可以有多种定义方式，DH模型仅是最常见、最常用的一种。

※同一机器人在建立DH模型过程中，杆件坐标系也不尽相同。

首先DH模型本身可分为坐标系前置型（我们学习的DH模型）和坐标系后置型（也叫DHM，不做深入学习，有兴趣以后自学）；其次即使同种DH模型也会因为机器人初始位型的不同DH参数表也不同；最后即使同种位型，各坐标系Z轴的选择也会引起DH模型参数表不同。

2）转动关节DH模型的建立，见图-8

①连杆i坐标系的Zi轴，位于连杆i与连杆i+1的转动关节轴上

②连杆i两端轴线的公垂线为连杆坐标系的Xi轴

③Xi轴与Zi轴交点为Oi点

④Yi轴由右手定则决定

图8DH模型的建立

3）连杆参数，见图9

①两个参数描述连杆i

两关节（关节i和i+1）轴线的公垂线长度ai（连杆长度）

两关节（关节i和i+1）轴线夹角αi（连杆扭角）

②两个参数描述相邻两个连杆间关系（连杆i-1和连杆i关系）

沿关节i轴线两个公垂线的距离di（连杆距离）

垂直于关节i轴线的平面内两公垂线夹角θi（连杆夹角

图9连杆参数

4）A变换矩阵

将机器人每一个连杆建立一个坐标系，并用齐次变换来描述这些坐标系间的相对关系，也叫相对位姿

通常把描述一个连杆坐标系与下一个连杆坐标系间相对关系的齐次变换矩阵叫做A变换矩阵或A矩阵。

A1矩阵表示第一个连杆坐标系相对于固定坐标系的位姿

A2矩阵表示第二个连杆坐标系相对于第一个连杆坐标系的位姿

……………………

An矩阵表示第n个连杆坐标系相对于第n-1个连杆坐标系的位姿

5）坐标系i-1与i之间的转换矩阵

一旦全部连杆规定坐标系后，就能按照下列的步骤建立相邻连杆i-1与i之间的相对关系。

即坐标系i-1与i之间的转换矩阵。

（1）绕Zi-1轴旋转θi角，使Xi-1转到与Xi同一平面内

记做：

Rot（Zi-1,θi）

（2）沿Zi-1轴平移一距离di，把Xi-1转到与Xi同一直线上

记做：

Trans（0,0,di）

（3）沿Xi轴平移一距离ai，把连杆i-1的坐标系移动到使其原点与连杆i坐标系原点重合的地方

记做：

Trans（ai,0,0）

（4）绕Xi轴旋转αi角，使Zi-1转到与Zi同直线上

记做：

Rot（Xi,αi）

4.实验内容与实验步骤

1）根据右手螺旋定则确定机器人关节值方向，以及机器人各杆件运动方向。

2）练习机器人杆件坐标系的建立方法，通过右手定则判断各杆件坐标系坐标轴方向。

（a）我的描述方法（b）教科书上的方法

图10右手坐标系的建立

图11右手螺旋定则

5.大作业

1）试寻找FANUCARCMate100iB机器人初始位型

2）建立FANUCARCMate100iB6自由度关节型机器人杆件坐标系，绘制机器人杆件坐标系图

3）制作DH参数表。

i

θ

d

a

α