工业机器人实验指导书

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1、工业机器人实验指导书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FANUC ARC Mate lOOiB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F ANUC ARC Mate lOOiB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ROBOTSTUDI0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ARC Mate M6iB，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

2、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High sensitive collision detector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Soft float软浮动功能用于机床工件的安装和取出，有弹性的机械手.Remote TCP2）FANUC机器人的构成FANUC机器人软件系统Handling Tool用于搬运Arc Tool用于弧焊Spot To

3、ol用于点焊Sealing Tool用于布胶Paint Tool用于油漆Laser Tool用于激光焊接和切割FANUC机器人硬件系统如图15所示，通用FANUC机器人硬件系统包括：机器人本体、机器人控制柜、操纵台(或变位器)和 示教操作盒。(b) 机器人控制柜内部结构a) FANUC 机器人组成-IDOIDODOIODOIDODOIOOOt图1 FANUC 机器人硬件系统作为焊接机器人的Fanuc ArcMa te 100iB机器人除了具有通用机器人的组件外，还包括焊接所需的各 个组件：Power WaveF355i：如图 2适合材料:碳钢/不锈钢/合金钢/铝合金焊接波型:CV/Pulse/

4、Rapid Arc/Power Mode/Pulse on Pulse电流范围:5-425A, 300A/100%, 350A/60%波型控制技术：Wave Control Technology TM通讯方式： ArcLink逆变技术： Inverter(60kHz)全数字焊机: Total Digital输入电源:380V/50Hz/3Phase/PEPower Feeder 10R适合焊丝: 实芯/药芯/铝焊丝 速度反馈装置，闭环精确控制。 四轮驱动，更换焊丝不需工具通讯方式： ArcLink输入： 40V DC送丝速度范围:50-800IPM(1.3-20.3m/min)70-1200I

5、PM(2.0-30.5m/min)实芯焊丝范围:.025-3/32 in (0.6-2.4mm).025-1/16 in (0.6-1.6mm)图2 电焊机Power Wave F355i图3 送丝机Power Feeder 10R药芯焊丝范围： .035-.120 in. (0.9-3.0mm).035-5/64 in (0.9-2.0mm)Tough Gun 500A (泰霸)焊丝: 碳钢/不锈钢，实芯/药芯, 0.1.6mm电流：500A/100%/C02,350A/100%/Ar混合气焊枪角度：22，45,1803）认识TP（Teach Pendant）如图5所示。ON/OFF开关止按

6、键紧急停液晶屏TP操作键BBB陌阿SrasDDQPsaEI 曰Dead Man开关其上的主要按键和开关的功能如下： 紧急停止按键：此按钮被按下时，机器人立刻停止运动；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 Dead Man开关：当TP有效时，只有Dead Man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。WIREWIR

7、EMANFCTNMOVE MENU图6 TP 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。_z (J3)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（Join t）,直角坐标系（World），工具坐标系（Tool）和其它坐标系。关节坐标示教工具坐标示教直角坐标示教图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。-TEACH :程序键:用这些键来选择编程时的菜单选项SELEC

8、T 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weld schedules, weld processes, weave schedules, TorchMate data 等F3 F4 F5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

9、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。WELD ENBL键:运行一个程序时，使用该键来控制是否开启焊接过程WELD ENBL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2. TEST CYCLE 3. MANUAL FCTNS 4. ALARM 5.I/O 6.SET

10、UP 7. FILE 8. USER9.SELECT10. EDIT11. DATA 12.STATUS 13.POSITION14.SYSTEM HOLD 键:FCTN 键:用该键可停止机器人的运动用该键显示补充菜单，按下FCTN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System Variables清单中选择一行，按下ITEM键，输入要选行的编号后按下ENTERBACK SPACE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.

11、UTILITIES :显示提示：为测试操作指定数据：执行宏指令：显示报警历史和详细信息：显示和手动设置输出，仿真输入/输出，分配信号 ：设置系统：读取或存储文件：显示用户信息：列出和创建程序：编辑和执行程序：显示寄存器、位置寄存器和堆码寄存器的值 ：显示系统和弧焊状态：显示机器人当前的位置:设置系统变量，Mastering15.BROWSER:浏览网页，只对iPendant有效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Disable FWD/BWD :使用TP执行程序时，选择FWS/BWD是否有效CHANGE GROUP ：改变组QUICK/FULL MENUS

12、 ：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PRINT SCREEN ：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“Dead man switch”，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-Joint 10%。2）关节坐标模式（Joint Coordinate下移动机器人按下并保持“SHIFT”，在配合其他

13、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JI, 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）

14、认识轴的软件限位直按住“ 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，

15、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F ANUC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FANUC ARC MatelOOiB机器人本体结构；2）了解FANUC ARC MatelOOiB机器人各关节运动动作;3）复习右手螺旋定则和

16、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F ANUC ARC Mate 100iB 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 连杆i坐标系的乙

17、轴，位于连杆i与连杆i+1的转动关节轴上 连杆i两端轴线的公垂线为连杆坐标系的Xi轴 乂轴与乙轴交点为0点图8 DH模型的建立3）连杆参数，见图9两个参数描述连杆i 两关节关节i和 i+1轴线的公垂线长度aj （连杆长度）两关节关节i和i+1)轴线夹角a i (连杆扭角)关节i-1连杆i-1关节i宅m连杆i关节i+1i+1连杆i-2连杆i+1aiZidiS -1X. 1Xi两个参数描述相邻两个连杆间关系(连杆iT和连杆i关系) 沿关节i轴线两个公垂线的距离小(连杆距离) 垂直于关节i轴线的平面内两公垂线夹角e i (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

18、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。A 1矩阵表示第一个连杆坐标系相对于固定坐标系的位姿A 2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A n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Z-轴旋转ei角，使转到与x.同一平面内记做：Rot (Zi-i0i)(2) 沿Zi-1轴平移一距离d；把X-转到与X.同一

19、直线上记做： Trans (0,0,id )(3) 沿Xi轴平移一距离a； 巴连杆i-1的坐标系移动到使其原点与连杆1坐标系原点重合的地方记做：Trans (a# 0,0)绕Xi轴旋转a，使Z-转到与Z；同直线上记做：Rot (X a；)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FANUC ARC Mate lOOiB机器人初始位型2）建立FANUC ARC Mate 100iB6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。150145172153R1373(150. 1673)(355, -737)