IRB1400机器人的运动控制实验指导书
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制方法。

二、IRB1400机器人
1．结构
图1 IRB1400机器人外貌图 IRB1400机器人由六个转动关节构成，是一种6自由度的工业机器人。

这种机器人的操作系统是BaseWare OS 操作系统。

BaseWare OS 操作系统用于机器人的运动控制、应用程序的执行等各个方面。

运动类型 运动范围
轴1 旋转运动 170~170-
轴2
臂运动 20~100- 轴3
臂运动 70~65- 轴4
腕运动 150~150- 轴5
摆动运动 150~150- 轴6 扭转运动 300~300-
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。

该机器人末端执行器轨迹控制过程如图2所示。

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。

对于非直线和非圆弧轨迹，可以采用直线或圆弧逼近以实现这些轨迹。

根据末端执行器需实现的位姿（位置和姿态），用逆向运动学算法求出各关节所应产生的位移，也就是
各关节的给定值。

IRB1400工业机器人控制系统的核心是微机控制交流伺服电机的闭环位置伺服控制。

其运动执行元件为交流伺服电机。

图2 轨迹控制过程
图3为电机控制原理图。

对各关节给定值与由码盘得到的反馈信号经闭环PID伺服运算后，利用该输出值进行PWM调制，调制后的波形分三路输出到驱动器中，以控制驱动器中电流的通断时间，从而达到控制电机的转动的目的。

图3 电机控制原理
三、操作步骤
1．在准备操作机器人之前，仔细阅读并确保理解操作手册中的有关内容，特别是如下所述的关于安全方面的内容：
（1）在操作之前确保没有人在机器人的工作所及的范围内，保证操作者自己在安全的位置；
（2）出现问题时，立刻按急停按钮；
（3）在操作之前检查急停按钮是否正常工作。

方法是按下急停按钮看SERVO ON 指示灯是否熄灭；
（4）在开始示教时，设置示教锁定以避免由自动工作方式所可能带来的伤害。

2．将控制柜上的主电源开关旋到ON，打开电源，此时系统开始自检，如果出现异常，将显示错误或没有任何显示。

正常情况下，在屏幕上将出现各种键的显示。

此时还不能进行机器人的操作。

3．按SERVO POWER 键开伺服，此时可以进行机器人操作。

4．用示教盒进行人工示教可以快速、直观地实现机器人复杂轨迹的控制，是控制中最常采用的方法。

观察示教盒上的各个软键和开关以及屏幕显示，仔细阅读操作手册，熟悉各个软键的作用。

机器人的运动速度有快、中、慢、最慢四档。

在开始进行操作时，为了保证安全，通过SLW键应将工作速度设定为慢速。

在操作时，应仔细观察各关节的转动方向和各个软件上所标明的方向的关系。

5．工作模式选择
根据示教盒显示屏上的软键进行工作模式选择。

IRB1400有两种工作模式，一种是自动工作模式，一种是手动工作模式。

手动工作模式是指机器人采用示教盒操作；自动工作模式是指利用编制的程序来操作机器人。

6．在操作机器人时可能会涉及到关节坐标系、笛卡儿坐标系、圆柱坐标系、工具坐标系和用户坐标系，可以通过按MOTION TYPE键进行坐标系的选择。

机器人每个轴的运动取决于所选的坐标系。

在本实验中，选取笛卡儿坐标系。

7．在熟悉了上述机器人的轴操作和运动速度设定等方法后，可以进行机器人的示教了。

在示教时机器人示教的每一步将被记录为一条运动指令。

（1）按TEACH键，然后按SEL JOB 键，输入字符work作为此次实验的工作名，按 ENTER键，工作内容就显示在工作区；
（2）按EDIT键将光标移动到开始位置；
（3）按ENABLE键使ENABLE键的指示灯亮，反复对机器人进行轴操作使机器人运动到一指定位置；
（4）按MOTIONG TYPE键进行运动类型选择，这里我们选择直线运动类型，被选的运动类型将显示在状态显示区；
（5）按PLAY SPD键，移动光标到所要选择的运动速度处；
（6）按下ENTER键记录一条运动指令；
（7）重复（3）到（6）的步骤可以实现复杂的运动轨迹；
8．在示教工作完成后，需要将机器人的状态从示教锁定状态释放出来。

为此，应按SELECT键和MORE键，调出具有UNLOCK软键的界面；再按UNLOCK键系统的状态就从锁定转到示教状态。

9．按TEACH键将系统的控制模式转为自动模式。

运行上述示教所得的程序，比较自动运行时机器人所走的路径和示教时所设定的路径是否相同，如不同找出原因，并改正。

10．关机
关电源的顺序是先关伺服电源，再关主电源。

按下将伺服电源关断，然后将控制器面板上的开关旋到OFF位置。

四、实验报告
1．概述IRB1400六关节机器人的构造，动作原理和运动控制原理；
2．对IRB1400六关节机器人进行逆运动学分析，推导有关公式；
3．总结示教过程，分析比较示教结果；
4．编制并调试为实现手部指定运动所需的控制程序；
5*. 根据所编控制程序，采用自动工作模式，对机器人进行控制操作，并对操作过程进行总结，对操作结果进行分析比较。

注：打“*”内容为选作内容。