2019年IRB1400机器人的运动控制实验指导书

机器人技术基础实验指导书机电一体化实验室2009年6月学生实验规则1、实验前，学生要认真阅读实验指导书中内容，以求对实验目的、内容、方法和步骤有初步的了解。

2、遵守实验室的各项规章制度，听从教师的指导，实验时必须严肃、认真、细致。

3、要求在教师指导下，独立按时完成规定的实验内容。

4、实验过程中，学生不得无故迟到、早退、旷课、有事须请假批准。

5、遵守操作规则，注意安全。

6、爱护实验中用到的相关设备与工具，丢失损失东西，及时报告，照价赔偿。

7、实验结束，应将设备、仪器、工具清理干净，搞好当天卫生。

第一章HNC-IR型教学机器人简介HNC-IR型教学机器人的总体结构为立式关节形式，具有五个自由度，各关节均采用步进电机经谐波减速器和绳轮驱动，绳轮轮系具有消除间隙机构，因此定位精度较高。

机器人的各关节结构实现了部件化，便于更换不同形式的驱动电机，根据教学、科研和工业的需要可以在各关节的驱动轴上安装力或位置检测元件，更换不同手爪非常简便。

1.1 HNC-IR教学机器人基本配置HNC-IR教学机器人由控制单元、示教操作盒、控制电柜和机器人主体等部分组成，通过连接电缆连成一体，如图1.1所示。

1.1.1 控制单元HNC-IR教学机器人的控制单元实际上就是一台工控PC机或商用PC机。

它包括主机、彩色CRT显示器、标准键盘等几部分，通过打印机接口(并行接口)由打印电缆与控制电柜侧面的“计算机接口”插座相连。

PC机键盘和CRT是人机交互的主要设备，负责编程及系统管理操作。

1.1.2 示教操作盒HNC-IR教学机器人的示教操作盒如图1.2所示，通过连接电缆直接连于控制电柜后面的“示教盒互连”插头上。

示教操作盒用于直接控制机器人的动作及获取示教编程位姿。

示教操作盒的使用介绍1.4节。

1.1.3 控制电柜控制电柜通过“220V电源”插头由连接电缆连到交流220V电源上，为机器人的控制提供强电，它把控制单元和示教操作盒送来的命令和操作转换为控制机器人动作的信号，送到固定在机器人主体上的步进电机，经谐波减速器和绳轮驱动带动机器人关节转动。

机器人实验指导书主编王俊于洋洋贺莹天津大学仁爱学院专用教材2017年6月实验须知1. 实验是学习现代制造技术课程不可缺少的组成部分，这对加深理解基本概念，巩固课堂上所学的知识都很重要，每次实验必须认真对待。

2.做实验前，必须认真预习有关课程内容和阅读实验指导书，熟悉实验内容和步骤。

3. 做实验时要严格按照实验指导书的内容，步骤进行，认真操作，做好实验记录。

4. 做完实验，请指导教师看实验结果，教师确认实验通过后．应将实验台恢复原状，经指导教师同意后才能离开实验室。

5. 每次实验后，按实验指导书的要求，填好实验报告，交给指导老师审阅。

实验一MD-1200机器人机构测绘和焊接实验（一）实验目的及意义1、实验意义：机器人技术是综合了许多学科的知识，例如计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当今研究领域十分重视的课题，机器人在很多领域都得到广泛应用。

机器人是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。

机器人具有结构简单、成本低廉、维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。

目前我国常把具有上述特点的机器人称为专用机器人，而把工业机械人称为通用机器人。

简而言之，机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。

工业机器人，一般指的是在工厂车间环境中，配合自动化生产的需要，代替人来完成材料或零件的搬运、加工、装配等操作的一种机器人。

国际标准化组织(ISO)在对工业机器人所下的定义是“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用设备，以执行种种任务”。

通过本次实验使学生充分认识焊接工业机器人结构组成及应用，熟练进行精确的测绘与控制，对于学好工业机器人技术及应用、机械工程测试技术基础等专业课程有着非常重要的意义。

2、实验目的：（1）掌握机器人的组成。

实验一教你的机器人“走路”一、要求与目的熟悉机器人用于走路的“脚”，要教你的机器人学会走路，同时你要掌握控制机器人走路的基本方法。

二、内容1、机器人为什么会“走”要想让机器人移动，就要控制电机的转动。

控制机器人“行走”的基本指令是motor(x,y)函数和drive(x,y)函数。

2、驱动电机的函数通过JC程序控制电机转动，使机器人行走的指令有两个，它们是motor（x,y）函数和drive（x,y）函数，介绍：一、motor（x,y）函数此函数是“启动”电机，x取值1、2，分别表示左右两个电机；y表示电机转速两个电机同时以相同速度启动，意味着什么？机器人将怎样运动？答：机器人将直走。

进一步讨论：如果将一侧电机速度改为0，机器人将会怎样运动？（顺时针、逆时针旋转）答：左侧电机速度为零，则逆时针旋转；反之，则顺时针旋转。

实验题一：让机器人顺时针、逆时针旋转(1)用vjc语言或者流程图让能力风暴顺时针走直径约1米的圆形路径；程序：void main(){while(1){motor( 1 , 80 );motor( 2 , 20 );}stop();}(2)用vjc语言或者流程图让能力风暴逆时针走约1米立方的正方形路径；程序：void main(){while(1){drive( 100 ,0);wait( 1.000000 );stop();motor( 1 , -20 );motor( 2 , 20 );wait( 0.500000 );stop();}}实验题二：首先机器人前进2秒，之后机器人逆时针旋转1.8秒，然后机器人前进1秒，最后停下来。

小结：motor函数主要是实现旋转。

实验代码:Void main(){Drive(60,0);Wait(2.000000);Stop();Drive(0,-60);Wait(1.800000);Stop();Drive(80,0);Wait(1.000000);Stop();}二、drive（x,y）函数此函数是“直行”，x表示基准速度，y表示左右电机与基准速度的差。

实验二自由度机器人的位置控制一、实验目的1. 运用Matlab语言、Simulink及Robot工具箱，搭建二自由度机器人的几何模型、动力学模型，2. 构建控制器的模型，通过调整控制器参数，对二自由度机器人的位姿进行控制，并达到较好控制效果。

二、工具软件1.Matlab软件2.Simulink动态仿真环境3.robot工具箱模型可以和实际中一样，有自己的质量、质心、长度以及转动惯量等，但需要注意的是它所描述的模型是理想的模型，即质量均匀。

这个工具箱还支持Simulink的功能，因此，可以根据需要建立流程图，这样就可以使仿真比较明了。

把robot 工具箱拷贝到MATLAB/toolbox文件夹后，打开matalb软件，点击file--set path，在打开的对话框中选add with subfolders，选中添加MATLAB/toolbox/robot，保存。

这是在matlab命令窗口键入roblocks就会弹出robot 工具箱中的模块（如下图）。

三、实验原理在本次仿真实验中，主要任务是实现对二自由度机器人的控制，那么首先就要创建二自由度机器人对象，二自由度机器人坐标配置仿真参数如下表1：表1 二连杆参数配置1.运动学模型构建二连杆的运动学模型，搭建twolink模型在MATLAB命令窗口下用函数drivebot(WJB)即可观察到该二连杆的动态位姿图。

%文件名命名为自己名字的首字母_twolink%构造连杆一L{1}=link([0 0.45 0 0 0],'standard') ;L{1}.m=23.9 ;L{1}.r=[0.091 0 0] ;L{1}.I=[0 0 0 0 0 0] ;L{1}.Jm=0 ;L{1}.G=1 ;%构造连杆二L{2}=link([0 0.55 0 0 0],'standard') ;L{2}.m=4.44 ;L{2}.r=[0.105 0 0] ;L{2}.I=[0 0 0 0 0 0] ;L{2}.Jm=0 ;L{2}.G=1 ;%（机器人的名字请用自己名字的首字母如）WJB=robot(L) ;='WJB_twolink' ; %设定二连杆名字qz=[0 0] ;qr=[0 pi/2] ;2.二连杆动力学部分实现机器人内部动力学构建，根据拉格朗日法建立机器人动力学模型（见书上P55）即下式：仍然用matlab下M函数来实现：%文件名命名为自己名字的首字母_dl%二连杆动力学部分function qdd=WJB_dl(u) %自己名字的首字母q=u(1:2); qd=u(3:4); tau=u(5:6);g=9.8;m1=23.9 ; m2=4.44 ;l1=0.45 ; l2=0.55 ;lc1=0.091 ;lc2=0.105 ;I1=1.27 ; I2=0.24 ;M11=m1*lc1^2+m2*(l1^2+lc2^2+2*l1*lc2*cos(q(2)))+I1+I2 ;M12=m2*(lc2^2+l1*lc2*cos(q(2)))+I2 ;M21=m2*(lc2^2+l1*lc2*cos(q(2)))+I2 ;M22=m2*lc2^2+I2 ;M=[M11 M12 ;M21 M22] ;C11=-(m2*l1*lc2*sin(q(2)))*qd(2) ;C12=-m2*l1*lc2*sin(q(2))*(qd(1)+qd(2)) ;C21=m2*l1*lc2*sin(q(2))*qd(1);C22=0 ;C=[C11 C12 ;C21 C22] ;G1=(m1*lc1+m2*l1)*g*sin(q(1))+m2*lc2*g*sin(q(1)+q(2)) ;G2=m2*lc2*g*sin(q(1)+q(2)) ;G=[G1 ;G2] ;qdd=inv(M)*(tau-G-C*qd)最后，还需将机器人动力学和几何学联系在一起。

机器人技术基础实验指导书目录实验注意事项 (1)实验软件操作指南 (3)实验一机器人认知和操作实验 (7)实验二机械手臂排列小木块实验 (10)实验注意事项1.安全预防措施(Precautions)实验室的每台机械手臂均配备有快速操作手册，为正确的安装和操作机械臂提供了完善的详细资料。

在没有彻底完全学习使用手册之前不要安装或者操作机械手臂。

注意机械手臂和控制器的安全指导。

1)正确安全地固定好机械臂的底座。

2)确定机械手臂有足够的、自由的操作空间。

3)不要进入机器人的安全范围或者当系统在运行操作中时触摸机器人。

在触摸机器人之前，确定控制器前面板上马达的开关处于关闭状态。

4)在操作机械臂之前确定头发和衣服已系好。

出现异常时，请立即中断全部正在运行的程序和停止所有轴的传动，请按控制器或者控制柜上的“EMERGENCY STOP紧急停止”按钮。

2. 警告(Warnings)不要超过机械手臂的有效负荷。

夹爪能夹起的有效负荷为1KG。

强烈推荐当夹爪抓取物体时要夹住物体的重心。

不要使用外力去移动或者停止机械手臂的任何部件。

不要让机械手臂碰到障碍物。

不要让机械手臂带着负载伸展数分钟。

不要让任何一个轴长时间处于机械应变的状态，尤其是不要夹不明物体3．实验要求1)机械臂实验可以帮助加深理解《机器人技术基础》课程中的基本概念，通过操作机械臂，可以巩固和应用课堂上所学的知识，培养同学的实验技能，因此学生对每次实验都必须认真对待。

2)预习是做好实验的前提。

在实验之前,应认真复习与实验有关的课程内容，仔细阅读实验指导书,了解实验的目的、要求,掌握基本原理和主要实验步骤。

3)实验中要注意安全，严格按照前面的安全预防措施和警告事项进行操作。

不要随意扳动和操作，当实验发生故障时，应立即按控制器或者教导器上的“EMERGENCY STOP”按钮，中断正在运行的程序和停止所有轴的传动。

然后向指导老师报告，以便妥善处理。

4)必须熟悉机械臂控制软件——“SCORBASE for ER 4U”和“RBT-6T/S01S”的操作指南以及机械臂的编程指令。

S4C IRB 基本操作培训教材目录1、培训教材介绍2、机器人系统安全及环境保护3、机器人综述4、机器人启动5、用窗口进行工作6、手动操作机器人7、机器人自动生产8、编程与测试9、输入与输出10、系统备份与冷启动11、机器人保养检查表附录1、机器人安全控制链附录2、定义工具中心点附录3、文件管理1、培训教材介绍本教材解释ABB机器人的基本操作、运行。

你为了理解其内容不需要任何先前的机器人经验。

本教材被分为十一章，各章分别描述一个特别的工作任务和实现的方法。

各章互相间有一定联系。

因此应该按他们在书中的顺序阅读。

借助此教材学习操作操作机器人是我们的目的，但是仅仅阅读此教材也应该能帮助你理解机器人的基本的操作。

此教材依照标准的安装而写，具体根据系统的配置会有差异。

机器人的控制柜有两种型号。

一种小，一种大。

本教材选用小型号的控制柜表示。

大的控制柜的柜橱有和大的一个同样的操作面板，但是位于另一个位置。

请注意这教材仅仅描述实现通常的工作作业的某一种方法，如果你是经验丰富的用户，可以有其他的方法。

其他的方法和更详细的信息看下列手册。

《使用指南》提供全部自动操纵功能的描述并详细描述程序设计语言。

此手册是操作员和程序编制员的参照手册。

《产品手册》提供安装、机器人故障定位等方面的信息。

如果你仅希望能运行程序，手动操作机器人、由软盘调入程序等，不必要读8-11章。

2、机器人系统安全及环境保护机器人系统复杂而且危险性大，在训练期间里，或者任何别的操作过程都必须注意安全。

无论任何时间进入机器人周围的保护的空间都可能导致严重的伤害。

只有经过培训认证的人员才可以进入该区域。

请严格注意。

以下的安全守则必须遵守。

•万一发生火灾，请使用二氧化碳灭火器。

•急停开关（E-Stop）不允许被短接。

•机器人处于自动模式时，不允许进入其运动所及的区域。

•在任何情况下，不要使用原始盘，用复制盘。

•搬运时，机器停止，机器人不应置物，应空机。

•意外或不正常情况下，均可使用E-Stop键，停止运行。

《机器人技术及其应用》实验指导书-(1)-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII机器人技术及其应用实验指导书（第1版试用）周高峰编写机械电子工程教研室2014年9月学生实验规则1、实验前，学生要认真阅读实验指导书中内容，以求对实验目的、内容、方法和步骤有初步的了解。

2、遵守实验室的各项规章制度，听从教师的指导，实验时必须严肃、认真、细致。

3、要求在教师指导下，独立按时完成规定的实验内容。

4、实验过程中，学生不得无故迟到、早退、旷课、有事须请假批准。

5、遵守操作规则，注意安全。

6、爱护实验中用到的相关设备与工具，丢失损失东西，及时报告，照价赔偿。

7、实验结束，应将设备、仪器关闭，工具清理干净，搞好当天卫生。

目录实验一机器人机械机构 0一、实验目的 0二、实验属性 0三、实验设备、仪器 0四、实验要求 0五、实验原理 0六、实验步骤 (1)七、讨论题思考题与实验报告 (2)附件1：实验一机器人机械机构实验报告 (3)附件2：实验一机器人机械机构实验预习报告 (4)实验二机器人运动学 (5)一、实验目的 (5)二、实验属性 (5)三、实验设备、仪器 (5)四、实验要求 (5)五、实验原理 (6)六、实验步骤 (7)七、讨论题思考题与实验报告 (7)附件3：实验二机器人运动学实验报告 (8)附件4：实验二机器人运动学实验预习报告 (9)实验三机器人感觉 (11)一、实验目的 (11)二、实验属性 (11)三、实验设备、仪器 (11)四、实验要求 (11)五、实验原理 (12)六、实验步骤 (14)七、讨论题思考题与实验报告 (14)附件5：实验三机器人感觉实验报告 (15)附件6：实验三机器人感觉实验预习报告 (16)实验四机器人视觉 (17)一、实验目的 (17)二、实验属性 (17)三、实验设备、仪器 (18)四、实验要求 (18)4五、实验原理 (18)六、实验步骤 (20)七、讨论题思考题与实验报告 (21)附件7：实验四机器人视觉实验报告 (21)附件8：实验四机器人视觉实验预习报告 (22)《机器人技术及其应用》教学大纲 (23)《机器人技术及其应用》实验教学大纲 (29)5实验一机器人机械机构一、实验目的1．了解机器人的基本机械结构组成与分类；2．知道机器人的主要技术参数；3．掌握机器人的机构运动；4．掌握机器人的驱动方式。

工业机器人IRB1400操作实验指导书系别：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化学号：姓名：桂林航天工业学院--机械工程学院一、实验目的1.了解IRB1400的组成及各部分的作用2.了解IRB1400的示教器的使用方法3.了解IRB1400焊接过程4.学会利用示教器操控机器人的运动轨迹二、实验要求1.学会使用示教器实现IRB1400单轴运动操作2.学会使用示教器实现IRB1400多轴联动操作3.学会使用示教器实现IRB1400沿已知平面图形运动的简单编程。

三、系统组成系统由三个部分组成，其一是机械本体部分，本系统可实现六个自由度运动；其二是控制部分，由控制柜及示教器组成；其三是OTC350数字焊机。

四、实验内容1.熟悉工业机器人IRB1400的开关流程2.熟悉控制柜的上开关、及信号灯的作用3.熟悉示教器的界面、操纵杆及示教器上各开关的作用4.学习单轴运动的操作5.学习多轴联动的操作6.利用示教器，实现在已知平面上走圆及长方形五、填写实验报告在填写实验报告中，要写以下内容：1.实验名称，实验者的姓名和班级2.实验目的简述3.IRB1400的组成部分4.关节型机器人的运动原理和结构特点5.其它收获体会。

工业机器人IRB1400操作实验报告一、实验目的1.了解IRB1400六关节机器人的构造、动作原理和手部运动控制原理；2.基本掌握机器人运动控制程序的编程方法。

二、IRB1400组成部分IRB1400工业机器人由六个转动关节构成，其工业机器人的控制系统由PC机、运动控制器及配套的连接电缆和接口端子板、交流伺服电机及驱动器等构成。

三、IRB1400的运动原理和结构特点IRB1400工业机器人的控制系统由PC机、运动控制器及配套的连接电缆和接口端子板、交流伺服电机及驱动器等构成，从控制要求来看，需要实现末端执行器上参考点的连续轨迹控制。

首先进行轨迹规划，在轨迹上选取N个位置，然后用插补算法获得中间点的坐标，直线插补和圆弧插补是系统中的基本插补算法。

《机器人技术及应用》实验指导书机电工程系二零一四年二月实验一：机器人运动分析实验一．实验目的•通过观察圆柱坐标机器人，了解工业机器人的系统结构、几何结构、坐标类型和运动控制原理。

•分析其机械传动及驱动系统结构，绘制工业机器人基本结构简图，关节配置及运动示意图。

•描述其基本结构及传动过程，建立机器人末端的运动坐标。

二．实验设备•教学机器人本体；•教学机器人电控柜；•计算机及PLC、触摸屏下载线。

三．实验原理工业机器人主要的种类有：直角坐标机器人、圆柱坐标机器人、球坐标机器人、关节型工业机器人、并联机器人、以及其它类型的工业机器人。

本实验所使用的工业机器人属于圆柱坐标机器人。

本圆柱坐标机器人属于示教再现型机器人，即先由手动操作机器人实现一定的动作，机器人通过控制系统“记住”该动作，然后再重复地实现该动作。

1关于圆柱坐标圆柱坐标的数学公式，并配以简单的示意图图示P点为圆柱坐标上的任意点，P点的坐标为（Z，R， ）。

2 圆柱坐标机械手的结构（如下图）详见附图一。

如图所示，圆柱坐标机械手由如下部分构成：实现θ坐标旋转的底座（由伺服电机1驱动）、实现R向坐标移动的移动臂（由伺服电机2驱动）、实现Z向坐标移动的移动臂（由伺服电机3驱动）、实现∅坐标旋转的手腕、以及实现抓取物块的手部（气动手指）。

3机械手抓取物块的坐标范围如图所示，本教学机械手的抓取范围为一个圆环柱，圆环柱的高度450毫米，R臂的运动范围为300毫米至750毫米。

4各坐标轴的运动实现（1）各坐标轴实现传动的基本过程（其中气动手指用气动系统实现开合）；（2）各坐标轴运动距离或转动角度的控制（需要具体的数据，如丝杠导程，齿轮传动比）等。

（1）θ坐标旋转由伺服电机1驱动减速齿轮系实现精确的旋转角度坐标，齿轮系由一对相互啮合的直齿圆柱齿轮组成，其传动比i=1:7。

伺服电机1的旋转运动通过机械结构先传递给小齿轮1，小齿轮1与大尺寸啮合进一步将旋转运动减速传递给大齿轮2。

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进行机械组件和电气组件与电机的连接，输入并运行程序，记录参数，分析结果，培养学生在机电一体化技术的工程应用方面分析与解决问题的综合能力。

二、实验目的及要求（一）实验目的本实验的目的是使学生了解机器人和机电一体化技术基本原理，了解和掌握机器人和机电一体化技术的基本知识，使学生对机器人和机电一体化技术有一个完整的理解。