资源简介

实验1：工业机器人机械基础认知
一、实验目的
1. 熟悉工业机器人结构的组成。
2. 熟练掌握工业机器人的机械安装方式。
3. 了解工业机器人的硬件组成部分。
4. 熟悉常用机器人控制系统组成结构。
5. 熟悉机器人控制系统中各个模块的作用。
二、实验课时
2课时
实验要求
1.熟悉机器人结构及配置组成及各个模块所起的作用。
2.熟悉工业机器人本体的型号、区别、作用；熟练掌握工业机器人的安装过程；了解工业机器人的各个硬件组成及功能作用。
四、实验过程
设备简介
工业机器人本体结构
工业机器人本体结构主要包括三大部分：驱动装置、传动装置、执行机构构成：
实验步骤
工业机器人四大核心部件
1.工业机器人本体
1.1 驱动装置：
驱动装置是机器人的动力系统，类似于人的“心脏”。
根据驱动方式的不同，驱动装置主要包括电驱动、液压驱动、气压驱动三种。
1.1.1电驱动
特点：速度变化范围大，效率高，速度和位置精度控制都很高。
机器人用驱动电机主要有直流(DC)、交流(AC)伺服电机和步进电机。
1.1.2液压驱动
特点：功率大、结构紧凑、刚度好、响应快。但易产生液体泄漏、不适合高温、低温场合。
目前多用于特大功率的机器人。
1.1.3气压驱动
特点：结构简单，清洁，动作灵敏，具有缓冲作用。但功率偏小，刚度差，噪声大，速度不易控制。
多用于精度不高的点位控制机器人。
1.2 传动装置
驱动装置一般通过传动装置与执行机构相连。工业机器人常用传动机构类型包括：谐波传动、RV摆线针轮行星传动、齿轮传动、齿形带传动、滚动螺旋传动等。
工业机器人执行机构的驱动扭矩变化复杂，与实时载荷和位姿有很大关系，因此，机械传动装置要具备以下特性:
1.2.1 结构紧凑，即同比体积小，重量轻；
1.2.2 传动刚度大，即承受力矩作用时变形量要小，以提高整机的固有频率，降低低频振动；
1.2.3 传动回差（或称背隙）小，即由正转到反转时空行程小，以得到较高的位置控制精度；
1.2.4使用寿命长。
1.3 执行机构
工业机器人本体的执行机构多为刚性连杆，通过铰链（或称关节、运动副）连接而成。根据机构特征属于开链还是闭链，可将机器人结构分为串联结构、并联结构、混联结构。
控制柜介绍
正面主要包括旋转开关、主电上电指示灯和调试接口，控制柜的内部结构示意图，主要部分如下图所述：
2.埃斯顿机器人本体结构介绍
2.1垂直关节型机器人-通用六轴机器人示意图
、
2.2同步带
ER6-730机器人J2&3&5轴使用同步带传动。同步带传动即啮合型带传动。传统的大跨距远距离传动多选用V带传动或链条传动，但V带传动的弹性滑动、链条传动中的噪音及震颤抖动 极大影响了机械设备的性能，因而在高速设备、数控机床、 机器人行业、汽车行业、轻纺行业中广泛使用同步带传动。
本体参考示意如下图表：
J2同步带 J3同步带 J5同步带
435-3M-6 500-5M-10 415-5M-10
皮带示意图
2.3伺服电机
ER6-730机器人伺服电机（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。
伺服电机可以控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。
本体产品（J1J2J3轴为EM3A电机系列，J4J5J6轴为多摩川电机系列），参考如下：
J1轴电机 J2轴电机 J3轴电机 J4 J5轴电机 J6轴电机
EM3A-08ALA241-R1 [JZ] EM3A-08ALA231-R1 EM3A-04ALA231 [JZ] EMR-01JASA24-T002 EMJ-A5ASA24[JZ]
电机示意图
2.4谐波减速机
谐波传动减速器是利用柔性元件可控制的弹性变形来传递运动和动力的机械传动装置。 它具有传动比大并且范围广、精度高、空回小、承载能力大、效率高、体积小、重量轻、传动平稳、噪声小、可向密封空间传递运动等特点。 由于谐波传动减速器具有许多优点，现已广泛应用于空间技术、能源、电子工业、石油化工、军事工业、机器人、假肢、机床、仪器仪表、纺织机械、印刷机械、包装机械、起重运输机械、医疗器械、食品加工机械等领域。
ER6-730机器人各轴谐波减速机
J1谐波减速机 J2谐波减速机 J3谐波减速机 J4谐波减速机 J5谐波减速机 J6谐波减速机
WPU-63-100-SNH WPU-63-100-SNH WPU-50-80-SNH WPSZ-50-50-SD-1093 WPSZ-50-50-SD-1094 WPSZ-42-50-SD-1092
正面示意图
背面示意图
示意图示意图
工业机器人系统概览
1） 工业机器人
2） 机器人控制柜
3） 手持式示教器
4） 标准线缆套件
下图为一个标准机器人系统的部件连接示意图。
实验步骤
硬件连接
机器人本体、控制器、示教器、安全及I/O系统连接参考如下：
指示灯说明
控制柜共有4 个工作指示灯，它们能够表示了系统的工作状态，如下表所示。
控制柜电源
控制柜使用单相AC 220V 电源，请按照如下示意图进行电源线的制作，并正确接线。
ESTUN 已经为控制柜配有相应的线缆，请用户自行配备插头。如师生自选线缆，需符合安全规范，额定电流为16A。
示教器的连接方法
本产品可配备ERT72 示教器，进行机器人示教和编程。接线图如下，示教器的详细操作请参见示教器的编程手册。
以上是主要部件的连接说明，详细可参见埃斯顿紧凑型控制柜的产品手册。
控制器的安装
2.1 环境要求：
在请将机器人系统设置在符合下述条件的环境中。
操作期间其环境温度应在-5℃至55℃之间；搬运及维修期间应为-20℃至85℃。
相对湿度不超过95%RH，无结露。
灰尘、粉尘、油烟、水较少的场所。
作业区内不允许有易燃品及腐蚀性液体和气体。
对控制柜的振动或冲击能量小的场所（振动在0.5G 以下）。
附近没有电气干扰源（如气体保护焊TIG 设备等）。
没有与移动设备（如叉车）碰撞的潜在危险。
2.2 安装方位及预留空间
标准的安装场景，台面稳定放置即可，要求台面平整，不得倾斜、变形。
安装空间要求如下图所示，需保证足够的散热空间。
安装方式
在进行安装前，请准备如下工具。
准备物品 说明
十字 螺 丝刀 PH2（刀 头直 径 约 6.5mm）
橡 胶 地 脚（含 M5 螺 钉） 控 制 柜 的 产 品 附 件，共 4个 。出 厂 时 已 安 装 至 控 制 柜 底 部 。
安 装 支 架（推 荐：L 型）及 必 要 的 螺 钉 固 定 控 制 柜 的 零 部 件 ，用 户 需 自 备 ( 至 少 4 个 ) 。
卧式安装步骤
请按如下指导步骤进行控制柜的卧式安装。
步骤 1 将4 个橡胶地脚安装至控制柜的底部并使用十字螺丝刀拧紧，如下图所示。 【说明】控制柜出厂时已将橡胶地脚安装至控制柜底部，用户可跳过该步骤。
步骤 2 将控制柜按照如下图所示的方向平稳放置于台面上，即可完成卧式安装。
步骤 3 （可选）若工况较为恶劣（如易产生振动），可使用自备的安装支架（推荐：L 型）及必要的螺钉，以固定控制柜。
至此，控制柜的卧式安装已完成。
实验2 学会点动机器人
一、实验目的
1.熟悉机器人的关节坐标系、工具坐标系、世界坐标系。
2.能够使用示教器切换坐标系，并在不同坐标系下点动机器人运动。
二、实验要求
分别在不同坐标系下，手动运行机器人，观察机器人的移动轨迹及坐标数值的变化。
三、实验原理
3.1 坐标系种类
对机器人进行轴操作时，可以使用以下几种坐标系：
关节坐标系 ：机器人各轴进行单独动作，称关节坐标系。
直角坐标系 ：机器人末端点均可沿直角坐标系下设定的 X 轴、Y 轴、Z 轴平行移动和旋转。
工具坐标系 ：工具坐标系把机器人腕部法兰盘所持工具的有效方向作为 Z 轴，并把坐标定义在工具的尖端点。
3.2 机器人坐标系的介绍
关节坐标系
设定关节坐标系时，机器人的 A1、A2、A3、A4、A5、A6 各轴分别运动，关节坐标系下各轴运动方向如图 3-1 所示。
图3-1 关节坐标系下各轴的运动方向
设定关节坐标系时，机器人的 A1、 A2、 A3、 A4、 A5、 A6 各轴分别运动 。
表3-1 关节坐标系下各轴的运动方向
轴名称 动作
A1 本体左右旋转
A2 大臂前后运动
A3 小臂上下旋转
A4 小臂上下旋转
A5 手腕上下运动
A6 法兰左右旋转
直角坐标系
设定为直角坐标系时，机器人控制点沿 X、Y、Z 轴平行移动，直角坐标系下各轴运动方向如图 3-2 所示。
图3-2 直角坐标系下各轴的运动方向
按住轴操作键时，各轴的动作如表 3-2 所示。
表3-2 直角坐标系下轴操作键对应各轴的运动方向
轴名称 动作
X 沿直角坐标系X方向运动
Y 沿直角坐标系Y方向运动
Z 沿直角坐标系Z方向运动
A 绕直角坐标系X方向运动
B 绕直角坐标系Y方向运动
C 绕直角坐标系Z方向运动
工具坐标系
工具坐标系把机器人腕部法兰盘所持工具的有效方向作为 Z 轴，并把坐标定义在工具的尖端点。
图3-3 工具坐标系方向定义
设定为工具坐标系时，机器人控制点沿设定在工具尖端点的 X，Y，Z 轴做平行移动，按住轴操作键时，各轴的动作如表 3-3 所示。
表3-3 工具坐标系下轴操作键对应的运动说明
轴名称 动作
TX 沿工具坐标系X方向运动
TY 沿工具坐标系Y方向运动
TZ 沿工具坐标系Z方向运动
TA 绕工具坐标系X方向运动
TB 绕工具坐标系Y方向运动
TC 绕工具坐标系Z方向运动
工具坐标的移动，以工具的有效方向为基准，与机器人的位置、姿势无关，所以进行相对于工件不改变工具 姿势的平行移动操作时最为适宜。
图3-4 工具坐标系下的平行移动操作
四、实验步骤
4.1 手动运行机器人
按照如下操作步骤在不同的坐标系下运行机器人。
步骤 1：将示教器旋转开关切换至手动模式，状态栏中显示手动状态图标则手动状态切换完成。
步骤 2：点击菜单按钮键，再点击点动管理界面。
步骤 3：点击位置管理界面，或者前面三个步骤都不用操作，直接点击手动快捷键，也可直接进入手动界面。
步骤 4：新建工具tool1详细参考实验3内容。选择工具TOOL1,点击jog按钮，在点动坐标系区域切换关节坐标系，世界坐标系，工具坐标系。
步骤 5：点击V+和V-是增加和减少机器人全局移动速度，在状态栏上观察当前全局速度。
步骤 6：这里加减按钮就是对在不同的坐标系下控制机器人运动速度，不同的坐标系，机器人运动的姿态不一样。
步骤 7：这里1区域是切换坐标系的显示类型，2区域是显示具体的数值。
步骤 8：按下机器人这里的使能键，调整好合适的速度及坐标系，再通过加和减按键就可以控制机器人运动。最后观察机器人TCP在不同的坐标系下机器人的动作及坐标数值的变化。

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