機械臂控製實驗

實驗一 機械臂控製實驗

一、實驗目的

1．了解機械臂的組成及性能指標；

2．了解機械臂的機械係統和控製係統的組成、工作原理；

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

二、實驗設備

四自由度機械臂及控製櫃，計算機，氣泵，裝配軸、套。

三、實驗原理

本實驗使用的四自由度示教再現式機械臂采用串聯平麵式開鏈結構。機械臂各關(guan) 節采用伺服電機和步進電機混合驅動，並通過Windows 環境下的軟件編程和運動控製卡實現對機械臂的控製，使機械臂能夠在運動範圍內(nei) 任意位置精確定位。

機械臂的示教、再現是示教再現型機械臂實現機械臂作業(ye) 的兩(liang) 個(ge) 過程。在示教過程中，操作者通過示教盒或計算機屏幕上的示教界麵操作機械臂運動，計算機係統內(nei) 安裝的示教軟件將機械臂運動軌跡各段的起點和終點、運動類型、運動速度等信息自動地記錄在計算機存儲(chu) 器中；在再現過程中，重放存儲(chu) 器中存儲(chu) 的各段軌跡的運動類型和運動速度，並通過插補算法計算出各段軌跡的起點和終點中間的各個(ge) 位置點，作為(wei) 電機伺服係統的指令，從(cong) 而再現示教過的作業(ye) 程序。如需更改作業(ye) 程序時，則需重新完成示教和再現的操作。

機械臂按運動軌跡控製方式可分為(wei) 點到點（PTP）運動控製和連續軌跡（CP）運動控製。

四、實驗內(nei) 容

1．機械臂的機械係統認識

本機械臂具有4個(ge) 自由度，即腰關(guan) 節（關(guan) 節1）、臂關(guan) 節（關(guan) 節2）、肘關(guan) 節（關(guan) 節3）、腕關(guan) 節（關(guan) 節4）各自的回轉運動。

圖1-1 機械臂的傳(chuan) 動簡圖

機械臂的夾持功能是通過安裝在手腕前端的手爪來完成的。本機械臂采用氣動手爪機構來完成抓取作業(ye) ，手爪的標稱負載為(wei) 2kg。機械臂的氣動夾持裝置由氣泵、油水分離器、控製閥、手爪及氣管五部分組成。

2．機械臂的控製係統認識

本機械臂的電控係統主要由計算機係統、電機及電機驅動器、傳(chuan) 感器、電源、操作電路、控製櫃等部分組成。

3．機械臂搬運裝配實驗

機械臂的搬運裝配分成示教、再現兩(liang) 個(ge) 過程。機械臂的示教窗口包含關(guan) 節信息、末端坐標信息、示教盒、機械臂狀態信息、示教點信息列表、示教速度控製和示教控製等部分。

五、實驗步驟

1．介紹機械臂的性能指標及機械係統的各組成部分（教師演示）；

2．介紹機械臂的電控係統各組成部分（教師演示）；

3．機械臂搬運裝配實驗

1）連接好控製櫃電源，開啟計算機後，旋轉控製櫃上鑰匙以開啟電源開關(guan) ，等待控製櫃的報警指示燈變灰後，按下控製櫃的“伺服開啟”按鈕，等待變綠後方可操作。

2）運行機械臂教學軟件，進入軟件主界麵，點擊“機械臂複位”按鈕，複位後點擊“機械臂示教”按鈕，彈出示教窗口。

3）在“示教速度控製”內(nei) ，通過移動指針選擇示教速度。

4）在“示教盒”內(nei) ，通過控製各關(guan) 節的運動方向、手爪狀態等按鈕來控製機械臂示教運動。當每個(ge) 關(guan) 節運動到關(guan) 鍵位置處，需按下“記錄”按鈕記錄下示教信息，直至整個(ge) 搬運裝配過程完成。

5）點擊“保存”按鈕，保存示教文件。

6）點擊“複位”按鈕，機械臂回到笛卡爾坐標係的原點位置。

7）點擊“再現”按鈕，機械臂按照記錄的機械臂關(guan) 節信息再現一遍運動軌跡。

8）點擊“清零”按鈕，清除關(guan) 節信息、末端點信息和示教信息列表。

9）點擊“複位”按鈕，機械臂做回零運動。

10）如果想再現第二次，隻需點擊“打開”按鈕，找到相應示教文件，然後點擊“識別示教點”，重複6）、7）、

8）、9） 步驟即可。

11）關(guan) 閉教學機械臂軟件。按下教學機械臂控製櫃的“伺服關(guan) 閉”按鈕，等待變紅後，旋轉控製櫃上鑰匙，關(guan) 閉電源開關(guan) 。

六、思考題

1．指出機械臂各關(guan) 節所采用的執行元件和傳(chuan) 動部件。

2．怎麽(me) 控製氣動手爪的夾持力？怎樣調節氣動手爪的移動速度？

3．通過本實驗總結機械臂示教－再現的概念。

4．機械臂在運動控製過程中，梯形曲線運動和S形曲線運動模式各有什麽(me) 特點？

5．機械臂的PTP運動控製與(yu) CP運動控製方式各有何特點？舉(ju) 出機械臂在工業(ye) 控製中PTP控製和CP控製的實例？