机器人技术实验指导书

指导书

汕头大学机械电子工程系

实验一 关节机器人的结构与控制

1．1  实验目的

熟悉机器人系统及主要零器件原理

1．2  实验设备

1、RBT－4T/S02S教学机器人一套

2、典型机械臂模型两套

1．3  实验原理

机器人是一种具有高度灵活性的自动化机器，是一种复杂的机电一体化设备。机器人按控制层次分为：固定程序控制机器人，示教再现机器人，智能机器人等，按机械结构层次分有：串联式机器人、并联式机器人等。

图1-1教学机器人结构

如图1-1所示的两种教学机器人都采用串联式开链结构，即机器人各连杆由旋转关节或移动关节串联连接。各关节轴线相互平行或垂直。连杆的一端装在固定的支座上（底座），另一端处于自由状态，可安装各种工具以实现机器人作业。关节的作用是使相互联接的两个连杆产生相对运动，每个关节都有一个的电机控制。

在机器人末端还有一个夹持器。手爪安装在手部前端，相当于人手的功能。事实上用一种手爪很难适应形状各异的工件，通常按抓取对象的不同需要设计其手爪。一些机器人上还可配备各种可换手，以增加通用性。手爪主要有电动手爪和气动手爪两种形式。

1．4  实验内容步骤

完成典型机械臂模型的机构传动简图。

1．5  思考题

概括两种教学机器人机构传动方案设计的异同，并比较优缺点。

实验二 关节机器人的示教与再现

2．1  实验目的

1、了解机器人完成搬运作业的过程；

2、掌握机器人示教作业的操作方法；

3、掌握机器人示教的工作原理及基本概念；

2．2  实验设备

1、RBT－4T/S02S教学机器人一套

2、实验附件：轴及套

2．3  实验原理

机器人的示教-再现过程是分为四个步骤进行的，它包括：

机器人示教(teach programming)，就是操作者把规定的目标动作(包括每个运动部件，每个运动轴的动作)一步一步的教给机器人。示教的简繁，标志着机器人自动化水平的高低。

记忆，即是机器人将操作者所示教的各个点的动作顺序信息、动作速度信息、位姿信息等记录在存储器中。存储信息的形式、存储存量的大小决定机器人能够进行的操作的复杂程度。

再现，便是将示教信息再次浮现，即根据需要，将存储器所存储的信息读出，向执行机构发出具体的指令。至于是根据给定顺序再现，还是根据工作情况，由机器人自动选择相应的程序再现这一功能的不同，标志着机器人对工作环境的适应性。

操作，指机器人以再现信号为输入指令，使执行机构重复示教过程规定的各种动作。

在示教-再现这一动作循环中，示教和记忆是同时进行的；再现和操作也是同时进行的。这种方式是的机器人控制中比较方便和常用的方法之一。

示教的方法有很多种，有主从式，编程式，示教盒式等多种。

主从式既是由结构相同的大、小两个机器人组成，当操作者对主动小机器人手把手进行操作控制的时候，由于两机器人所对应关节之间装有传感器，所以从动大机器人可以以相同的运动姿态完成所示教操作。

编程式既是运用上位机进行控制，将示教点以程序的格式输入到计算机中，当再现时，按照程序语句一条一条的执行。这种方法除了计算机外，不需要任何其他设备，简单可靠，适用小批量、单件机器人的控制。

示教盒和上位机控制的方法大体一致，只是由示教盒中的单片机代替了电脑，从而使示教过程简单化。这种方法由于成本较高，所以适用在较大批量的成型的产品中。

2．4  实验内容步骤

（1）实验内容

完成一次机器人完成搬运作业的过程。要求两位同学一组，相互协调完成一次机器人示教再现作业（包括搬运及装配两种功能）。

绘制出机器人搬运作业的最佳路径，说明理由，要求配有图示说明(提示，根据关节尺寸计算)。

（2）实验步骤

1）试验准备；

①连接好机器人的电源，打开控制柜，合上断路器，关闭控制柜门，开启“电源开关”，机器人的控制柜的电源指示灯会点亮；

②运行RBT-4T/S02S六自由度教学机器人软件“RBT4TS2S.exe”，进入控制主界面；

③连接气路，打开气泵，点击手爪“张开”、“闭合”按钮，测试手爪气路部分连接状态。

2）完成上位机示教装配实验：

①布置实验架；

将实验架1、2用M3螺栓或双面胶固定到实验桌的对应位置。

②摆放轴与套；

将套放入实验架1对应的孔里，将轴摆放到实验架2对应的孔里。

③进行示教：

因为本次实验是同时完成搬运及装配两种功能。所以在示教时需要注意的是，在记录时手爪的张开和闭合一定要单独记录。当机器人运动到关键点时需要记录示教点，也可以多记录几个示教点来提高程序点位置准确性，但是示教点数不能超过1000。

④整体再现：

3）进行示教参考步骤：

①利用轴操作方式将机器人运动到与轴比较接近位置；（尽量不要做往复的位置调整，以免在再现时位置产生累计偏差）

②比较精确的将手爪移动到轴的正上方； 

③手爪下降至轴高度一半的位置；（下降方法为3轴小幅度缓慢下降）

④关闭手爪；

⑤向上提升手爪一定高度（大约比套稍高）；（方法与下降时相反，目的是为了躲开可能存在的障碍物）；

⑥移动轴至支架1的套上方；

⑦缓缓放下轴到预定范围；

⑧松开手爪；

⑨竖直向上方向撤离手爪；

⑩机器人远离工作区域，进行复位。

整体示教过程如图2－1所示：

图2－1 机器人示教路线图

2．5  思考题

说明PTP(点到点)控制与CP(连续轨迹)控制概念，分析机器人的示教属于哪种控制。

2．6  注意事项

1）实验前确保机器人各连接电缆正确连接；

2）应该在老师的指导下进行实验；

3）机器人上电后，注意身体的任何部位不要进入机器人运动范围之内；

4）机器人运动不正常时，要及时按下控制柜的急停开关。

附一：机器人技术参数