机械臂控制实验

实验一 机械臂控制实验

一、实验目的

1．了解机械臂的组成及性能指标；

2．了解机械臂的机械系统和控制系统的组成、工作原理；

3．了解机械臂完成搬运装配作业的过程，掌握机械臂示教作业的方法。

二、实验设备

四自由度机械臂及控制柜，计算机，气泵，装配轴、套。

三、实验原理

本实验使用的四自由度示教再现式机械臂采用串联平面式开链结构。机械臂各关节采用伺服电机和步进电机混合驱动，并通过Windows 环境下的软件编程和运动控制卡实现对机械臂的控制，使机械臂能够在运动范围内任意位置精确定位。

机械臂的示教、再现是示教再现型机械臂实现机械臂作业的两个过程。在示教过程中，操作者通过示教盒或计算机屏幕上的示教界面操作机械臂运动，计算机系统内安装的示教软件将机械臂运动轨迹各段的起点和终点、运动类型、运动速度等信息自动地记录在计算机存储器中；在再现过程中，重放存储器中存储的各段轨迹的运动类型和运动速度，并通过插补算法计算出各段轨迹的起点和终点中间的各个位置点，作为电机伺服系统的指令，从而再现示教过的作业程序。如需更改作业程序时，则需重新完成示教和再现的操作。

机械臂按运动轨迹控制方式可分为点到点（PTP）运动控制和连续轨迹（CP）运动控制。

四、实验内容

1．机械臂的机械系统认识

本机械臂具有4个自由度，即腰关节（关节1）、臂关节（关节2）、肘关节（关节3）、腕关节（关节4）各自的回转运动。

图1-1 机械臂的传动简图

机械臂的夹持功能是通过安装在手腕前端的手爪来完成的。本机械臂采用气动手爪机构来完成抓取作业，手爪的标称负载为2kg。机械臂的气动夹持装置由气泵、油水分离器、控制阀、手爪及气管五部分组成。

2．机械臂的控制系统认识

本机械臂的电控系统主要由计算机系统、电机及电机驱动器、传感器、电源、操作电路、控制柜等部分组成。

3．机械臂搬运装配实验

机械臂的搬运装配分成示教、再现两个过程。机械臂的示教窗口包含关节信息、末端坐标信息、示教盒、机械臂状态信息、示教点信息列表、示教速度控制和示教控制等部分。

五、实验步骤

1．介绍机械臂的性能指标及机械系统的各组成部分（教师演示）；

2．介绍机械臂的电控系统各组成部分（教师演示）；

3．机械臂搬运装配实验

1）连接好控制柜电源，开启计算机后，旋转控制柜上钥匙以开启电源开关，等待控制柜的报警指示灯变灰后，按下控制柜的“伺服开启”按钮，等待变绿后方可操作。

2）运行机械臂教学软件，进入软件主界面，点击“机械臂复位”按钮，复位后点击“机械臂示教”按钮，弹出示教窗口。

3）在“示教速度控制”内，通过移动指针选择示教速度。

4）在“示教盒”内，通过控制各关节的运动方向、手爪状态等按钮来控制机械臂示教运动。当每个关节运动到关键位置处，需按下“记录”按钮记录下示教信息，直至整个搬运装配过程完成。

5）点击“保存”按钮，保存示教文件。

6）点击“复位”按钮，机械臂回到笛卡尔坐标系的原点位置。

7）点击“再现”按钮，机械臂按照记录的机械臂关节信息再现一遍运动轨迹。

8）点击“清零”按钮，清除关节信息、末端点信息和示教信息列表。

9）点击“复位”按钮，机械臂做回零运动。

10）如果想再现第二次，只需点击“打开”按钮，找到相应示教文件，然后点击“识别示教点”，重复6）、7）、

8）、9） 步骤即可。

11）关闭教学机械臂软件。按下教学机械臂控制柜的“伺服关闭”按钮，等待变红后，旋转控制柜上钥匙，关闭电源开关。

六、思考题

1．指出机械臂各关节所采用的执行元件和传动部件。

2．怎么控制气动手爪的夹持力？怎样调节气动手爪的移动速度？

3．通过本实验总结机械臂示教－再现的概念。

4．机械臂在运动控制过程中，梯形曲线运动和S形曲线运动模式各有什么特点？

5．机械臂的PTP运动控制与CP运动控制方式各有何特点？举出机械臂在工业控制中PTP控制和CP控制的实例？