工业机器人实验指导书

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.RemoteTCP2）FANUC机器人的构成FANUC机器人软件系统HandlingTool用于搬运ArcTool用于弧焊SpotTool用于点焊图2电焊机PowerWaveF355iSealingTool用于布胶PaintTool用于油漆LaserTool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。（a）FANUC机器人组成(b)机器人控制柜内部结构图1FANUC机器人硬件系统作为焊接机器人的FanucArcMate100iB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：PowerWaveF355i：如图2适合材料:碳钢/不锈钢/合金钢/铝合金焊接波型:CV/Pulse/RapidArc/PowerMode/PulseonPulse电流范围:5-425A,300A/100%,350A/60%波型控制技术：WaveControlTechnologyTM通讯方式：ArcLink®逆变技术：Inverter（60kHz)全数字焊机:TotalDigital输入电源:380V/50Hz/3Phase/PEPowerFeeder10R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：40VDC送丝速度范围:50-800IPM(1.3-20.3m/min)70-1200IPM(2.0-30.5m/min)实芯焊丝范围:.025-3/32in(0.6-2.4mm).025-1/16in(0.6-1.6mm)图3送丝机PowerFeeder10R药芯焊丝范围：.035-.120in.(0.9-3.0mm).035-5/64in(0.9-2.0mm)ToughGun500A(泰霸）焊丝:碳钢/不锈钢，实芯/药芯,0.1.6mm电流:500A/100%/CO2,350A/100%/Ar混合气焊枪角度：22º，45º,180º3）认识TP(TeachPendant)如图5所示。图5机器人示教盒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。紧急停止按键液晶屏ON/OFF开关TP操作键DeadMan开关图4焊枪ToughGun500A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。TEACH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TEACH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ENTERBACKSPACE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，Mastering15.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-8①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9①两个参数描述连杆iOiYi连杆i-1连杆i连杆i+1关节i关节i+1i+1ZiXi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