《机电一体化综合训练》总结(机械)

两自由度机械臂控制系统实习总结 实习任务：  两自由度机械臂控制系统（机械部分）  时间： 2009.8.10—2009.8.22 地点： 工程训练中心203 一. 实习目的、任务与要求 1.1目的 1.11学习机电控制技术，了解机电一体化设备的基本结构，控制方式和工业机器人的基本控制原理。 1.12学习研究系统基础硬件构成。了解各部件名称、功能、选型依据和使用方法。了解网络系统配置及操作特点。 1.13学习研究系统基础软件，了解控制软件平台，了解示教再现控制方式及其演示软件。学习对机器人控制中两种坐标空间运动模式的操作设计。 1.14通过机械臂的操作使用，了解部分控制器件的功能、使用方法和基本控制原理。了解机械臂素描绘图控制的图像处理技术。 1.15通过编程训练，学习工业机器人控制绘图语言的基本编程方法，了解机械臂绘图的基本算法。 1.2任务及要求 1.21测定机械臂结构，描述机械传动部分的结构形式、运动模式及减速器的结构原理，绘出机构运动示意图。 1.22了解机械臂控制系统电器控制部分的主要器件,绘制控制系统框图.标    注各部件的主要功能、型号及参数。 1.23学习使用鼠标、手写板和摄像头控制机械臂绘制图案文字和素描肖像。 1.24学习编写控制程序。设计绘图程序，控制机械臂绘出实际图形。 二.实习环境 2.1实习设备 2.11硬件：GRB系列二自由度机械臂系统一套(GRB200）、PC 机一台、GT-400-SG-PCI/ISA型四轴脉冲型开环运动控制卡、GCB-100两轴驱动电气箱、彩色显示器、鼠标、手写板和摄像头。 2.12 软件：WindowsXP操作系统、运动控制器Windows驱动程序和运动控制动态连接库、机器人图形示教和语言编程软件。 三.实习内容 3.1 测定机械臂结构 GRB200 机器人关节1长度200mm,运动范围±100°，关节2连杆长度150mm,运动范围±50°。 3.2 机械传动部分的结构形式 二自由度机械臂只有两个旋转运动关节，主要使用交流伺服电机和谐波减速器驱动。 交流伺服电机运转平稳，输出力矩恒定，过载能力强，加速性能好，可以取得很高的控制精度，以松下Panasonic 小惯量交流伺服电机为例，电机轴后端带有标准2500线增量式光电编码器，控制器内部采用了4 倍频技术，其脉冲当量为360°/（2500*4）=0.036°，控制精度远高于步进电机。交流伺服电机轴后端带有标准2500线增量式光电编码器，控制精度远高于步进电机。 谐波减速传动是一种依靠齿轮的弹性变形运动来达到传动目的的新型传动方式，它具有重量轻、结构简单、传动比大、承载力强、运转平稳和运动精度高等特点，广泛用于工业机器人关节传动领域。 关节控制轴1，2上还安置了光电式限位开关，结合电机上的增量光电编码器作为机器人控制轴的相对位置定位，并能在硬件上确保关节轴不超出其行程范围，保证了机器人本体和操作者的安全。 根据实际作业的需要可以在机器人关节2 的末端工具安装点上在第二个旋转运动关节的末端安装了笔和笔架便于验证机械臂末端的运动轨迹。 本体上引出2个关节控制轴的电机控制信号、编码器角度反馈信号和关节轴限位信号，通过连接电缆和控制器连接。本体部件采用铝合金材料加工成型，重量轻强度高，使得关节控制轴可以取得较高的控制速度和加速度。 3.3 机械传动部分的运动模式 机器人的空间坐标直接由各个关节的坐标来确定，所有关节变量构成一个关节矢量。所有关节矢量构成的空间称为关节坐标空间。因此关节坐标空间运动就是直接操作各个关节的来完成机器人动作的运动。 其中, x：关节2 末端在直角坐标空间中的X 轴坐标值； y：关节2 末端在直角坐标空间中的Y 轴坐标值； q1 ：关节坐标空间中关节1 的坐标值； q2 ：关节坐标空间中关节2 的坐标值； l1 ：关节1 的长度，为200mm； l2 ：关节2 的长度，为150mm（GRB400 关节2 长度为200mm）； 根据关节1、关节2 的关节坐标值q1 ， q2 ，用运动学方程式可以计算出机器人关节2 末端，即绘图笔末端点在XY 平面的位置，这是机器人运动学正解。 3.4 机械传动部分减速器的结构原理 谐波减速传动是一种依靠齿轮的弹性变形运动来达到传动目的的新型传动方式，它具有重量轻、结构简单、传动比大、承载力强、运转平稳和运动精度高等特点, 广泛用于工业机器人关节传动领域。 谐波减速传动的工作原理如图1-1所示： 图1-1  谐波减速传动的工作原理 谐波传动包括三个基本构件：波发生器、柔轮、刚轮。 三个构件可任意固定一个，其余两个一为主动、一为从动，可实现减速或增速（固定传动比），也可变换成两个输入，一个输出，组成差动传动。 当刚轮固定，波发生器为主动，柔轮为从动时：柔轮在椭圆凸轮作用下产生变形，在波发生器长轴两端处的柔轮轮齿与刚轮轮齿完全啮合；在短轴两端 处的柔轮轮齿与刚轮轮齿完全脱开；在波发生器长轴与短轴的区间，柔轮轮齿与刚轮轮齿有的处于半啮合状态，称为啮入；有的则逐渐退出啮合处于半脱开状态，称为啮出。由于波发生器的连续转动，使得啮入、完全啮合、啮出、完全脱开这四种情况依次变化，循环不已。 波发生器在柔轮内转动时，迫使柔轮产生连续的弹性变形，此时波发生器的连续转动，就使柔轮齿的啮入—啮合—啮出—脱开这四种状态循环往复不断地改变各自原来的啮合状态。这种现象称之错齿运动，正是这一错齿运动，作为减速器就可将输入的高速转动变为输出的低速转动。  3.5 机构运动示意图    如图1-2所示：    图1-2  机构运动示意图 在PC机的控制下，程序通过一轴编码器、二轴编码器，分别驱动交流伺服电机、步进电机工作，再通过谐波齿轮减速器驱动大小机械臂转动，小机械臂带动画笔工作，当画笔间断工作时，电磁铁便工作，提起画笔，最终完成所做的任务。 两自由度机械臂自由度计算： 根据机构运动示意图可知空间机构共有6个活动构件，即n=6，P5=5，P3=3。则机械臂的空间自由度为： F=6n-(5*P5+3*P3)=6×6-(5×5+3×3)=2 故该机械臂的自由度为2，即两自由度机械臂。 四.实习总结 在这次机电一体化综合训练实习中，我们通过对两自由度机械臂控制系统的学习初步学习了机电控制技术，了解了机电一体化设备的基本结构、控制方式和工业机器人的基本控制原理。通过机械臂的操作使用，了解部分控制器件的功能、使用方法和基本控制原理和机械臂素描绘图控制的图像处理技术，并且了解各部件名称、功能、选型依据和使用方法。机械臂提供了机器人系统开发平台，由通用运动控制器提供基本的电机位置和速度控制功能，数字IO功能；由PC提供的各种功能强大应用系统软件和丰富的硬件扩展功能。采用面向对象的方法和语言来进行设计开发。 两自由度机械臂控制系统几乎涵盖了机电一体化这门课的所有知识。先前学过的课程如机械原理，机械设计，电子技术等，使我很容易理解机电一体化系统的结构形式，工作原理；以前学过的C语言程序设计知识，在学习和理解机器人绘图语言过程中起到了很大的作用，我们很快掌握了绘图语言并能够熟练应用。 持续好2周的机电一体化综合训练实习到今天终于圆满的结束了，在这个实习的过程中，学到了很多在平时书本中学不到的东西，同时也发现了自己在学习中也存在许多不足之处，现将其总结如下： （1）巩固加深了以前所学的知识，让我们深深地感受到实践的不足，所学的理论知识必须经过实践，切实地应用到实际中，才能真正地掌握知识，学以致用； （2）通过这次实习接触并使用了以前没有见到过的高科技产物； （3）加强了实践能力的锻炼，认识到自身的缺陷，实践很难结合课本学到的知识，理论知识总是无法运用到实践，也发现了自己对机械的了解还不是很透彻。 本次实习的不足之处：在还没有进行机电一体化课程的前提下，进行机电一体化综合实习，我们感觉实习很盲目，很被动，不能很直观地理解其含义。虽然我们认真地实践，进行实物观察，阅读实验指导书和说明书，还是有很多知识不能完全掌握，对知识的理解不够完善，不能很系统地清晰地理解整个机电一体化系统的结构及其工作原理。 五.展望 通过这次机电一体化实习，使我认识到在纯机械技术较为完善的基础上，增强与电子信息技术的融合，使机械与电子技术完美有机结合，才能更好地实现机电一体化系统的高附加价值化目标，即多功能化、高效率化、高可靠化、节省材料和能源。 以下是我对此次实习的一点建议，不对的地方希望老师批评指正。 我认为本次实习的优点:具有一套两自由度机械臂控制系统供我们进行实物 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，并有PC机一台及相应的机器人图形示教和语言编程软件，能够编写自己的绘图程序，充分发挥了同学们这方面的主观能动性。 存在的不足之处是：首先，此次实习的两自由度机械臂服务器没有开启，同学们不能进行实际的机械绘图来验证程序；其次，同学们只能观察机械臂的外部结构形状，但其内部具体结构不能进行观察，因此提出建议：在老师的指导下对两自由度机械臂进行简单的拆装，搞清楚每一部件的具体结构，工作原理及它们之间的相对位置关系等，同时希望老师进行适当的讲解。 继续阅读