六自由度机器人示教编程与再现控制实验

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，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。

图3-1 GRB3016六自由度机器人系统

其机器人技术参数如下： 项 目 第一伸臂（J3到J2） 臂长 第一伸臂偏移（J2到J1） 第二伸臂长（J5到J3） 第二伸臂偏移（J4到J3） 运动半径 运动范围 运动角度 R2（从P点到J1） R3（P点盲区） J1 J2 指 标 720 mm 150 mm 645 mm 150 mm 1537 mm 356 mm ±180 deg -105，+175 deg J3 J4 J5 J6 末端合成速度 J1 J2 运动速度 J3 J4 J5 J6 J1 J2 关节分辨率 J3 J4 J5 J6 运动重复精度 最大许用负载惯量 最大负载 重量 控制轴数 VME控制器 CPU 图像处理卡（可选） 安装方式 安装要求 供8轴伺服/步进控制 X/Y/Z J4 J5 J6 -235，+85 deg ±180 deg -40, +220 deg ±360 deg >8000 mm/s 140 deg/s 180 deg/s 225 deg/s 450 deg/s 450 deg/s 545 deg/s 2048000 pulse /r 1638400 pulse /r 1310720 pulse /r 655360 pulse /r 655360 pulse /r 540672 pulse /r ±0.08 mm 0.3 kg*m2 0.3 kg*m2 0.2 kg*m2 6 kg 140 kg 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 支持两路视频输入，支持PAL、NTSC制式，隔行/逐行扫描 水平地脚螺栓安装 温度：0~45°C 湿度：20~80%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 安装环境

3, 示教再现操作方法 （1）接通主电源

把控制柜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。

窗口4 坐标操作模 式功能区 窗口7 关节状态功能区 窗口8手动控制功能区 窗口6示教列表操作 功能区 窗口9 状态反馈功能区 窗口2 示教盒功能区 窗口5关节参数 功能区 窗口3 机器人坐标显示功能区 窗口1 系统信息与设置功能区

（3）创建示教文件

图3-2 控制软件主界面

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。

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；

各关节运动

沿X、Y轴运动 图3-4 坐标操作模式

沿Z轴运动

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。

1）程序点 1 -- 开始位置

图3-5 示教作业过程示意

A

B

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。

图3-6 示教初始位置点

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。

关节坐标系

直角坐标系

图3-7 不同坐标系下的速度设置

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3-8 轴操作模式

d. 点击“示教列表操作”区的“纪录”按钮，记录该点。

图3-9 记录运动路径节点

2) 程序点 2 -- 抓取位置附近 (抓取前)

图3-10 示教位置点2

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3-11 示教位置点3

a. 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 -- 抓取位置附近 (抓取后的退让位置)

图3-12 示教位置点4

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3-13 示教位置点5

a. 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)

图3-14 示教位置点6

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) 程序点 7 -- 放置辅助位置

图3-15 示教位置点7

a. 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)

图3-17 示教位置点9 图3-16 示教位置点8

a. 用轴操作键把机器人移到放置位置附近。移动时，选择工件和工具不干涉 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；

b. 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”。

图3-19 系统上伺服标识 图3-18 保存示教文件

图3-20 编辑回放次数

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，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？

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/yp02.html