機(jī)械臂控制實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)一 機(jī)械臂控制實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/P>

1．了解機(jī)械臂的組成及性能指標(biāo)；

2．了解機(jī)械臂的機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的組成、工作原理；

3．了解機(jī)械臂完成搬運(yùn)裝配作業(yè)的過程，掌握機(jī)械臂示教作業(yè)的方法。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

四自由度機(jī)械臂及控制柜，計(jì)算機(jī)，氣泵，裝配軸、套。

三、實(shí)驗(yàn)原理

本實(shí)驗(yàn)使用的四自由度示教再現(xiàn)式機(jī)械臂采用串聯(lián)平面式開鏈結(jié)構(gòu)。機(jī)械臂各關(guān)節(jié)采用伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)混合驅(qū)動(dòng)，并通過Windows 環(huán)境下的軟件編程和運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械臂的控制，使機(jī)械臂能夠在運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意位置精確定位。

機(jī)械臂的示教、再現(xiàn)是示教再現(xiàn)型機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂作業(yè)的兩個(gè)過程。在示教過程中，操作者通過示教盒或計(jì)算機(jī)屏幕上的示教界面操作機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)安裝的示教軟件將機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)軌跡各段的起點(diǎn)和終點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)類型、運(yùn)動(dòng)速度等信息自動(dòng)地記錄在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中；在再現(xiàn)過程中，重放存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的各段軌跡的運(yùn)動(dòng)類型和運(yùn)動(dòng)速度，并通過插補(bǔ)算法計(jì)算出各段軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)中間的各個(gè)位置點(diǎn)，作為電機(jī)伺服系統(tǒng)的指令，從而再現(xiàn)示教過的作業(yè)程序。如需更改作業(yè)程序時(shí)，則需重新完成示教和再現(xiàn)的操作。

機(jī)械臂按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)到點(diǎn)（PTP）運(yùn)動(dòng)控制和連續(xù)軌跡（CP）運(yùn)動(dòng)控制。

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1．機(jī)械臂的機(jī)械系統(tǒng)認(rèn)識(shí)

本機(jī)械臂具有4個(gè)自由度，即腰關(guān)節(jié)（關(guān)節(jié)1）、臂關(guān)節(jié)（關(guān)節(jié)2）、肘關(guān)節(jié)（關(guān)節(jié)3）、腕關(guān)節(jié)（關(guān)節(jié)4）各自的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

圖1-1 機(jī)械臂的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖

機(jī)械臂的夾持功能是通過安裝在手腕前端的手爪來完成的。本機(jī)械臂采用氣動(dòng)手爪機(jī)構(gòu)來完成抓取作業(yè)，手爪的標(biāo)稱負(fù)載為2kg。機(jī)械臂的氣動(dòng)夾持裝置由氣泵、油水分離器、控制閥、手爪及氣管五部分組成。

2．機(jī)械臂的控制系統(tǒng)認(rèn)識(shí)

本機(jī)械臂的電控系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、傳感器、電源、操作電路、控制柜等部分組成。

3．機(jī)械臂搬運(yùn)裝配實(shí)驗(yàn)

機(jī)械臂的搬運(yùn)裝配分成示教、再現(xiàn)兩個(gè)過程。機(jī)械臂的示教窗口包含關(guān)節(jié)信息、末端坐標(biāo)信息、示教盒、機(jī)械臂狀態(tài)信息、示教點(diǎn)信息列表、示教速度控制和示教控制等部分。

五、實(shí)驗(yàn)步驟

1．介紹機(jī)械臂的性能指標(biāo)及機(jī)械系統(tǒng)的各組成部分（教師演示）；

2．介紹機(jī)械臂的電控系統(tǒng)各組成部分（教師演示）；

3．機(jī)械臂搬運(yùn)裝配實(shí)驗(yàn)

1）連接好控制柜電源，開啟計(jì)算機(jī)后，旋轉(zhuǎn)控制柜上鑰匙以開啟電源開關(guān)，等待控制柜的報(bào)警指示燈變灰后，按下控制柜的“伺服開啟”按鈕，等待變綠后方可操作。

2）運(yùn)行機(jī)械臂教學(xué)軟件，進(jìn)入軟件主界面，點(diǎn)擊“機(jī)械臂復(fù)位”按鈕，復(fù)位后點(diǎn)擊“機(jī)械臂示教”按鈕，彈出示教窗口。

3）在“示教速度控制”內(nèi)，通過移動(dòng)指針選擇示教速度。

4）在“示教盒”內(nèi)，通過控制各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)方向、手爪狀態(tài)等按鈕來控制機(jī)械臂示教運(yùn)動(dòng)。當(dāng)每個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)到關(guān)鍵位置處，需按下“記錄”按鈕記錄下示教信息，直至整個(gè)搬運(yùn)裝配過程完成。

5）點(diǎn)擊“保存”按鈕，保存示教文件。

6）點(diǎn)擊“復(fù)位”按鈕，機(jī)械臂回到笛卡爾坐標(biāo)系的原點(diǎn)位置。

7）點(diǎn)擊“再現(xiàn)”按鈕，機(jī)械臂按照記錄的機(jī)械臂關(guān)節(jié)信息再現(xiàn)一遍運(yùn)動(dòng)軌跡。

8）點(diǎn)擊“清零”按鈕，清除關(guān)節(jié)信息、末端點(diǎn)信息和示教信息列表。

9）點(diǎn)擊“復(fù)位”按鈕，機(jī)械臂做回零運(yùn)動(dòng)。

10）如果想再現(xiàn)第二次，只需點(diǎn)擊“打開”按鈕，找到相應(yīng)示教文件，然后點(diǎn)擊“識(shí)別示教點(diǎn)”，重復(fù)6）、7）、

8）、9） 步驟即可。

11）關(guān)閉教學(xué)機(jī)械臂軟件。按下教學(xué)機(jī)械臂控制柜的“伺服關(guān)閉”按鈕，等待變紅后，旋轉(zhuǎn)控制柜上鑰匙，關(guān)閉電源開關(guān)。

六、思考題

1．指出機(jī)械臂各關(guān)節(jié)所采用的執(zhí)行元件和傳動(dòng)部件。

2．怎么控制氣動(dòng)手爪的夾持力？怎樣調(diào)節(jié)氣動(dòng)手爪的移動(dòng)速度？

3．通過本實(shí)驗(yàn)總結(jié)機(jī)械臂示教－再現(xiàn)的概念。

4．機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)控制過程中，梯形曲線運(yùn)動(dòng)和S形曲線運(yùn)動(dòng)模式各有什么特點(diǎn)？

5．機(jī)械臂的PTP運(yùn)動(dòng)控制與CP運(yùn)動(dòng)控制方式各有何特點(diǎn)？舉出機(jī)械臂在工業(yè)控制中PTP控制和CP控制的實(shí)例？