实验十一 并联机器人运动分析实验

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1、实验十一并联机器人运动分析实验REBot-P系列并联机器人是一种基于并联机构原理和执行器冗余技术的新一代教学和研究装置。用于完成从机器人机构学、运动学、动力学、运动规划到编程等各类专业机器人课程教学大纲的教学任务，通过亲自动手操作和软件编程，帮助学生理解和掌握机器人的基本原理和应用方法。同时可作为一个非线性系统，用于开发和验证各种非线性控制算法，辅助进行自动控制理论的各种实验。一、系统构成REBot-P系列并联机器人由并联机构本体、电控箱、运动控制器和控制软件组成。1、机构本体本体主要组成包括：工作台面：工作台面用于安装三个驱动臂及其电机，同时也是机器人的工作空间台面，机器人末端绘图

2、笔将在工作台面上绘制出末端运动轨迹。连杆手臂：并联机器人工作台面上安装有三对联杆手臂，每对联杆手臂由一根主动杆和一根从动杆组成。驱动电机：工作台面的一个等边三角形的三个顶点安装有三套交流伺服电机，驱动连杆手臂运动。电磁铁笔架：能够通过电磁铁动作控制绘图笔抬起和放下的机械装置。2、电控箱并联机器人电控箱中集成了3套交流伺服驱动器，24V直流电源，断路器，接触器等。电控箱前面板上有电源指示灯（点亮表明电控箱220V输入电源接通），系统上电指示灯（点亮表明伺服驱动电源已经接通，可以通过控制软件对并联机器人实施控制），紧急停止按钮（按下紧急停止按钮将切断交流伺服电机电源，在异常情况下紧急制动

3、机器人）。3、运动控制器运动控制器插在控制计算机的PCI卡槽中，完成三套交流伺服电机的协调闭环控制。4、控制软件97控制软件运行于安装有Windwos2000/XP操作系统的计算机上，提供人机交互接口对机器人实施控制。二、并联机器人操作1、运行前准备工作1）检查机器人本体到控制箱间连接电缆正确连接，检查运动控制器已经安装到控制计算机中，检查控制箱到控制计算机间运动控制器电缆和和串口电缆连接正确，检查控制箱前面板上的急停按钮能够正常按下和通过顺时针旋转解除急停状态。2）如果修改了控制程序或者调试自行编制的控制算法程序或者使用运动控制器示例程序操作并联机器人时，务必先拆下并联机器人的3对

4、连杆，避免不协调的运动导致设备损坏。如果设备在运行过程中动作异常，请立即按下控制箱前面板上的紧急停止按钮断开伺服电机电源。3）接通控制柜220V输入电源，此时控制柜前面板上的红色电源指示灯亮表明控制柜中已经有电源输入；4）确认并联机器人工作台面上没有杂物，机器人运动时绘图笔不会产生碰撞，此时可以通过按下电控箱前面板上的中间按钮给机器人控制箱上电，此时可以听到控制箱中断路器吸合声，控制箱前面板上中间上电指示灯点亮，此时并联机器人伺服驱动器已经接通电源，但是伺服电机还需要控制软件命令上电。注意：如果机器人在运动过程中动作异常，请立即按下控制箱前面板上的紧急停止按钮！2、控制程序一般操作a

5、、运行机器人控制程序REPP500.exe，显示如图11-1所式控制程序界面：97图11-1并联机构控制程序界面b、点击系统操作区中的“电机伺服上电”，给并联机器人的三套交流伺服电机上电，伺服上电后电机和驱动器之间处于闭环控制状态，可以接收运动控制器的控制命令。c、点击系统操作区中的“机器人标定”，弹出提示对话框提示机器人当前位行是否与控制界面上显示图形一致，如果一致则可以继续进行下一步操作。（如果不一致则必须先进行原点标定操作。）d、原点标定完成后可以通过直角坐标运动区中操作测试并联机器人的运动，例如通过选择运动方向为“X方向”，运动距离为“10”mm,点击“合成运动”按钮，则机器

6、人将在X方向运动10mm距离，可以在控制软件的左边图形化显示中直观看到机器人的运动，也可以通过右下角的坐标数据显示看出并联机器人的运动。e、机器人不在动作时，可以通过直角坐标运动区中的“回到零点”操作使机器人回到标定坐标零点；f、可以通过“抬笔”，“落笔”手动测试绘图笔的抬起和放下；三、数学模型1、并联机器人装配为3对“右手”构型，操作者面对并联机器人平台观察得到，参见图1；2、并联机器人平台由三对连杆组成，每一对连杆（AA’和A’E、BB’和B’E、CC’和C’E）构成一只手臂；3、每一对连杆（“手臂”）中的第一根连杆为驱动连杆（AA’、BB’、CC’），第二根连杆为从动连杆（A’

7、E、B’E、C’E）；4、三套驱动电机安装在驱动连杆的起始端（A、B、C），三套驱动电机分布在一个正三角形顶点上（边长为500mm）；5、三根从动连杆末端连接为一个活动关节点E（称为末端E），末端E上安装有工具（笔架）；6、连杆长度：L=

8、AA’

9、=

10、A’E

11、=

12、BB’

13、=

14、B’E

15、=

16、CC’

17、=

18、C’E

19、=244mm驱动电机间距离：D=

20、AB

21、=

22、BC

23、=

24、CA

25、=500mm7、坐标系建立1）建立如上图11-2所坐标系：取与AB平行且过ABC中心方向为坐