《机器人创意设计实验》教案
【添加时间：2015-08-05 13:49:58】【来源：】【作者：uestcetcmce】【阅读：】
实验一 焊接机器人创意设计实验（4 学时）
一、教学内容及要求
（一）教学内容
1、 介绍实验内容：
1） 组装双轴焊接机器人。
2） 学习使用计算机端的软件（ROBOPRO2.1）对机器人进行控制操作。
3） 对脉冲计数值与相应执行机构的行程进行校正。
4） 编写程序，实现焊接机器人的点焊功能。
2、 所需实验器材及配置：
1） 慧鱼工业机器人组合包一套。
2） 计算机一台。
3） 慧鱼专用电池盒一个或专用电源一套。
4） ROBOPRO 专用软件一套。
5） 接口电路板一块。
6） 电缆若干。
3、 讲解实验步骤：
1） 组装双轴焊接机器人。
2） 完成机器人与接口电路板、接口电路板和计算机串行口之间的连接。
3） 用 ROBOPRO2.1 对机器人进行控制操作，对各个运动机构进行检测。
4） 检测各传感器，标定计数值与执行机构行程的对应关系。
5） 调试控制程序，实现焊接机器人的点焊功能。
6） 控制大臂改变运动轨迹。
7） 使焊接机器人实现的重复点焊功能。
（二）教学要求
1、 了解焊接机器人的结构原理和特点；
2、 了解通过计算机编程控制机器人运动的方法；
3、 掌握使用限位开关进行脉冲计数的方法。
4、 掌握焊接机器人的控制及运动规划方法。
二、教学重点、难点
（一）教学重点
1、 焊接机器人的驱动方式。
焊接机器人具有 2 自由度，通过 2 个马达驱动来实现，1 个驱动大臂的旋转，另 1 个驱动小臂的伸缩。
2、 图形化计算机编程软件（ROBOPRO）的用法。
常用程序模块有：脉冲计数、时间延迟、等待输入、 “电机”模块、循环计数等。
3、 用限位开关进行脉冲计数的方法。
转盘脉冲器拨动脉冲计数器，脉冲计数器将在一周内开关五次。而转盘脉冲器与电机减速器相连，因此检测脉冲计数器可以测出电机转动的圈数。
（二）教学难点
1、 焊接机器人运动以及定位的设计思路。
焊接机器人在 2 个自由度方向同时进行旋转、伸缩运动，通过脉冲计数值控制电机转动，使焊接头运动到焊点，进行焊接。在控制程序中，两个脉冲计数值各被赋予不同值，因此能实现不同位置的焊接。点焊接完毕，焊接机器人复位，进行下一个循环。
三、作业
完成实验报告
四、参考资料
1、 《慧鱼创意机器人设计与实践教程》 ，曲凌编著，上海交通大学出版社，2007 年
2、 《INDUSTRY ROBOTS II 安装说明书》 ，德国慧鱼公司
五、教学后记
实验二 4 自由度机器人设计创意实验（4 学时）
一、教学内容及要求
（一）教学内容
1、 介绍实验内容：
1） 组装 4 自由度机器人。
2） 确定各运动机构的回程误差所对应的脉冲计数值， 在程序中进行补偿。
3） 编写控制程序，实现机器人搬运货物的功能。
2、 所需实验器材及配置：
1） 慧鱼工业机器人组合包一套。
2） 慧鱼专用电源一套。
3） PC 机一台。
4） ROBOPRO 软件一套。
5） 接口电路板一块。
6） 电缆若干。
3、 讲解实验步骤：
1） 组装 4 自由度机器人。
2） 完成机器人与接口电路板、接口电路板和计算机串行口之间的连接。
3） 用 ROBOPRO2.1 对机器人进行控制操作，对各个运动机构进行检测。
4） 检测各传感器，标定计数值与执行机构行程的对应关系。
5） 通过测试，确定各运动机构的回程误差所对应的脉冲计数值。
6） 实现 4 自由度机器人搬运货物的功能。
7） 使机器人实现重复搬运货物的功能。
（二）教学要求
1、 了解 4 自由度机器人的结构原理和特点；
2、 了解机械臂回程误差对机器人定位的影响；
2、 掌握 4 自由机器人的定位原理；
3、 掌握 4 自由机器人的控制及运动规划方法。
二、教学重点、难点
（一）教学重点
1、 4 自由度机器人的驱动方式。
机器人腰部、立柱、大臂以及夹钳各由 1 个电机驱动。腰部能够实现左右旋转运动，立柱上的大臂能够实现升降、伸缩运动，夹钳则能够实现夹取物体。
2、 4 自由机器人的定位方法。
腰部、立柱及大臂的驱动电机转动圈数由限位开关进行脉冲计数，并对应执行机构的行程。注意回程误差和累积误差的影响。
（二）教学难点
1、 机械臂回程误差的产生与消除。
传动机构双向运动时，传动件之间的间隙导致回程误差的产生。回程误差的消除有两种方法，一是通过限位开关对回程误差进行脉冲计数，在软件中进行补偿；二是在组装机械结构时尽量使传动件之间的间隙减小。
2、 4 自由度机器人的运动规划设计思路。
机器人腰部、立柱、大臂同时进行旋转、升降、伸缩运动，通过脉冲计数值控制电机转动，使夹钳运动到目标物体，进行夹取。在控制程序中，各脉冲计数值各被赋予不同值，能实现不同位置的夹取。夹取完毕，机器人复位，进行下一个循环。
三、作业
完成实验报告
四、参考资料
1、 《慧鱼创意机器人设计与实践教程》 ，曲凌编著，上海交通大学出版社，2007 年
2、 《INDUSTRY ROBOTS II 安装说明书》 ，德国慧鱼公司
五、教学后记
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