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1、六自由度机器人示教编程与再现控制实验一实验目的1. 了解机器人示教与再现的原理；2. 掌握机器人示教和再现过程的操作方法。二实验设备和工具1、 GRB3016六自由度机器人一台；2、 GRB3016六自由度机器人控制柜一台；3、 基于 OtoStudio开发平台的控制软件一套；4、 机器人气动手爪一套。三实验原理与方法1, 示教再现原理机器人的示教-再现过程是分为四个步骤进行的，它包括：示教，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
2、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作为输入指令，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，
3、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, GRB3016六自由度机器人GRB3016六自由度机器人采用六关节串联结构，各个关节以“绝对编码器电机+精密谐波减速器”为传
4、动。控制方面采用集成了 PC技术、图像技术、逻辑控制及专业运动控制技术的 VME运动控制器。其控制软件是基于 OtoStudio开发平台编制，除了支持 PLC编程，还支持总线接口、驱动设备（特别是伺服、数控） 、显示设备、IO 设备等的编程。其机器人技术参数如下：项 目 指 标第一伸臂（J3 到 J2） 720 mm第一伸臂偏移（J2 到 J1） 150 mm第二伸臂长（J5 到 J3） 645 mm臂长第二伸臂偏移（J4 到 J3） 150 mmR2（从 P 点到J1） 1537 mm运动半径R3（P 点盲区） 356 mm运动范围运动角度 J1 180 deg图 3-1 GRB3016六自
5、由度机器人系统J2 -105，+175 degJ3 -235，+85 degJ4 180 degJ5 -40, +220 degJ6 360 deg末端合成速度 8000 mm/sJ1 140 deg/sJ2 180 deg/sJ3 225 deg/sJ4 450 deg/sJ5 450 deg/s运动速度J6 545 deg/sJ1 2048000 pulse /rJ2 1638400 pulse /rJ3 1310720 pulse /rJ4 655360 pulse /rJ5 655360 pulse /r关节分辨率J6 540672 pulse /r运动重复精度 X/Y/Z 0.08
6、mmJ4 0.3 kg*m2J5 0.3 kg*m2最大许用负载 惯量J6 0.2 kg*m2最大负载 6 kg重量 140 kg控制轴数 供 8 轴伺服/步进控制CPU X86 架构 CPU 板，赛扬 1.6GCPU，提供 USB2.0、10M/100M以太网、键盘、鼠标、VGA、CF 卡标准接口VME 控制器图像处理卡（可选） 支持两路视频输入，支持 PAL、NTSC 制式，隔行/逐行扫描安装方式 水平地脚螺栓安装安装要求 安装环境温度：045 C湿度：2080%RH (不能结露)震动：0.5G 以下避免接触易燃腐蚀性液体或气体，远离电气噪声源3, 示教再现操作方法（1）接通主电源把控制柜
7、侧板上的主电源开关扳转到接通(ON) 的位置，此时主电源接通，接下来按下控制柜面板上的绿色启动按钮，则进行初始化操作，并进入WinCE系统。（2）接通伺服电源伺服电源需要在进入机器人控制程序后通过软件开启。进入机器人控制软件，软件打开后系统会自动上伺服。（3）创建示教文件点击示教列表操作区的“文件”后面的编辑框，在屏幕软件盘上，输入一个未曾示教过的文件名称。窗口 1 系统信息与设置功能区窗口 2 示教盒功能区窗口 3 机器人坐标显示功能区窗口 4 坐标操作模 式功能区窗口 5 关节参数功能区窗口 7 关节状态功能区窗口 8 手动控制功能区窗口 9 状态反馈功能区窗口 6 示教列表操作功能区图
8、3-2 控制软件主界面图 3-3 示教文件名输入界面此时示教盒功能区会显示一个未曾被纪录的空文件命令列表。其中Operater：是机器人运动语言的助记符，有如下几个类型：JMOVE 表示机器人运动到该点时是通过关节运动实现的；SMOVE 表示机器人运动到该点时是通过直角坐标运动实现的；Delay 表示机器人在此条语句时，需要延时“Delay ”值这么长时间；注意：在进行同一条语句的示教过程中，不能切换坐标系；（4），示教点的设置现在我们来为机器人输入以下从工件A 点到B 点的加工程序，此程序由1 至10个程序点组成。各关节运动 沿 X、Y 轴运动 沿 Z 轴运动图 3-4 坐标操作模式A B图
9、 3-5 示教作业过程示意1）程序点 1 - 开始位置一般情况下，可以将机器人操作开始位置选择在机器人的“回零”位置。也就是程序启动后，伺服准备好。点击“手动操作”功能区的“回零”按钮。a. 点击“回零”按钮，确保机器人回零就绪，记录此位置b. 设置机器人运行速度。不论在关节坐标系还是在直角坐标系模式下面，均可以通过设置“关节参数”功能区的步长及速度指令进行运行步长和速度设置。c. 用轴操作键把机器人移动到开始位置，开始位置请设置在安全并适合作业准备的位置。图 3-6 示教初始位置点关节坐标系 直角坐标系图 3-7 不同坐标系下的速度设置图 3-8 轴操作模式d. 点击“示教列表操作”区的“纪
10、录”按钮，记录该点。2) 程序点 2 - 抓取位置附近 (抓取前)a. 用轴操作键设置机器人可以抓取工件的姿态，必须选取机器人接近工件时不与工件发生干涉的方向、位置。（通常在抓取位置的正上方。）b. 点击“示教列表操作”区的“纪录”按钮，记录该点。3） 程序点 3 - 抓取位置图 3-9 记录运动路径节点图 3-10 示教位置点 2图 3-11 示教位置点 3a. 设置操作模式为直角坐标系，设置运行速度为较低速度；b. 保持程序点 2 的姿态不变，用轴操作键将机器人移动到夹取点 3位置；c. 点击“夹紧”，抓取工件；d. 点击“示教列表操作”区的“纪录”按钮，记录该点。4）程序点 4 - 抓取
11、位置附近 (抓取后的退让位置)a. 用轴操作键把抓住工件的机器人移到抓取位置附近。移动时，选择与周边设备和工具不发生干涉的方向、位置。（通常在抓取位置的正上方。和程序点2 在同一位置也可）。b. 点击“示教列表操作”区的“纪录”按钮，记录该点。5）程序点 5 - 同程序点1图 3-12 示教位置点 4a. 点击“回零”按钮，并记录回零位置。6） 程序点 6 - 放置位置附近 (放置前)a. 用轴操作键设定机器人能够放置工件的姿态。在机器人接近工作台时，要选择把持的工件和堆积的工件不干涉的场所，并决定位置（通常，在放置辅助位置的正上方）。b. 点击“示教列表操作”区的“纪录”按钮，记录该点。7)
12、 程序点 7 - 放置辅助位置图 3-13 示教位置点 5图 3-14 示教位置点 6图 3-15 示教位置点 7a. 从程序点6 直接移到放置位置，已经放置的工件和夹持着的工件可能发生干涉，这时为了避开干涉，要用轴操作键设定一个辅助位置，姿态和程序点6 相同。b. 点击“示教列表操作”区的“纪录”按钮，记录该点。8） 程序点 8 - 放置位置a. 用轴操作键把机器人移到放置位置，这时请保持程序点7 的姿态不变。b. 点击“松开”按钮，释放工件。c. 点击“示教列表操作”区的“纪录”按钮，记录该点。9) 程序点 9 - 放置位置附近 (放置后的退让位置)a. 用轴操作键把机器人移到放置位置附近
13、。移动时，选择工件和工具不干涉图 3-16 示教位置点 8图 3-17 示教位置点 9的方向、位置。（通常是在放置位置的正上方）b. 点击“示教列表操作”区的“纪录”按钮，记录该点。10) 程序点 10 -最初的程序点和最后的程序点重合点击“手动操作”功能区的“回零”按钮，机器人就可以自动返回程序1点，然后点击“示教列表操作”区的“纪录”按钮，记录该点。（5），保存示教文件点击“示教列表”操作功能区的“保存”按钮，保存当前文件。（6）再现回放示教动作a. 在确保机器人上伺服准备就绪的前提下。点击“回零”操作，让机器人回到程序1点位置；图 3-18 保存示教文件图 3-19 系统上伺服标识b.
14、编辑“示教列表操作”功能区“回放”按钮后面编辑框中的回放次数，初次示教修改为“1”。c. 点击“回放”。机器人将会按照示教好的轨迹进行运动。注意事项1、 实验前确保机器人各电缆正确连接；2、 在老师的指导下进行实验；3、 机器人通电后，身体的任何部位不要进入机器人运动可达范围之内；4、 机器人运动不正常时，及时按下控制柜的急停开关5、 绝不要强制地扳动机器人的轴。四实验内容与要求1. 调用一个已有的示教程序，观察任务执行过程中机器人各轴运动情况、操作模式改变情况、速度改变情况及末端执行器动作情况。2. 创建一个新的示教再现任务，要求运动路径中的节点个数不少于 5个，各关节至少动作一次、操作模式至少改变一次、运动速度至少改变一次，图 3-20 编辑回放次数末端执行器至少动作一次。示教完成后，自动回放一次。五思考题1，通过实验总结机器人示教再现的概念。2，试分析机器人的示教属于PTP(点到点)控制还是输入CP(连续轨迹)控制？
