工業(yè)機器人復(fù)習(xí)重點

1、學(xué)習(xí)好資料歡迎下載題型：填空名詞解釋簡答計算第一章1.1簡述工業(yè)機器人的定義，說明機器人的主要特征。定義：機器人是一種用于移動各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置，通過可編程序動作來 執(zhí)行種種任務(wù)并具有編程能力的多功能機械手。特征：1）機器人的動作機構(gòu)具有類似于人或其他生物體某些器官（肢體、感官等）的功能2）機器人具有通用性，工作種類多樣，動作程序靈活多變。3）機器人具有不同程度的智能性，如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)等。4）機器人具有獨立性，完整的機器人系統(tǒng)在工作中可以不依賴于人的干預(yù)。1.2工業(yè)機器人與數(shù)控機床有什么區(qū)別？1）機器人的運動為開式運動鏈而數(shù)控機床為閉式運動鏈2）工業(yè)機器人一般具有多

2、關(guān)節(jié)，數(shù)控機床一般無關(guān)節(jié)且均為直角坐標(biāo)系統(tǒng)3）工業(yè)機器人是用于工業(yè)中各種作業(yè)的自動化機器而數(shù)控機床應(yīng)用于冷加工；4）機器人靈活性好，數(shù)控機床靈活性差。1.4說明工業(yè)機器人的基本組成及三大部分之間的關(guān)系。答：工業(yè)機器人由三個部分，六個子系統(tǒng)組成，這三個部分分別是機械部分、傳感部分、 控制部分；六個子系統(tǒng)分別是驅(qū)動系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、機器人-環(huán) 境交互系統(tǒng)和人機交互系統(tǒng)等。他們的關(guān)系如下圖所示：1.5簡述下面幾個術(shù)語的含義：自由度、重復(fù)定位精度、工作范圍、最大工作速度、承 載能力。次 鬥市度是機器人所m有的獨立坐標(biāo)運動的數(shù)目，不包括于爪末端執(zhí)廳器的開育白由 度“至復(fù)定位精度是關(guān)于精

3、度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，指機器人車冥到達茅一確定位置椎確的概率， 足巫蔑同位置的范南#可以用各次不同位宜平均值的偏墾來衣示工作范圍是指機器人丁骨末端或乎腕中心所能到達的所有點的俠舍，也叫工柞區(qū)域。作速度一般拎昂大T.柞速度.同以是描Pl由度上最大的穩(wěn)過速度+也可以宣義為手臂木瑞瑕人的合成速度（遹常召技木參數(shù)中加以說職兒承我能力是捋機器人在匸作范用內(nèi)的任何位室上所能承受的愎大頂?shù)酢?.6 什么叫冗余自由度機器人？從運動學(xué)的觀點看，完成一特定作業(yè)時具有多余自由度的機器人稱為冗余自由度機器 人。1.9工業(yè)機器人怎樣按控制方式來分類？點位控制連續(xù)軌跡控制補充: 按機器人的結(jié)構(gòu)形式分類1、按坐標(biāo)形式分類直角坐標(biāo)型

4、機器人、圓柱坐標(biāo)型機器人球坐標(biāo)型機器人、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機器人2、按控制方式來分類點位控制連續(xù)軌跡控制3、按驅(qū)動方式分類氣力驅(qū)動式、液力驅(qū)動式、電力驅(qū)動式、新型驅(qū)動式工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)由機身、手臂、末端執(zhí)行器三大件組成 控制分辨率是位置反饋回路能夠檢測到的最小位移量。_ 0-1033.5ill =0017-I0090001 01Q.r3.6j/=0017-100g00J1第四章4.2簡述用拉格朗日方程建立機器人動力學(xué)方程的步驟。對于任何機械系統(tǒng)，拉格朗日函數(shù) L的定義為系統(tǒng)總的動能Ek與總的勢能Ep之差，即 L=EkEp由拉格朗日函數(shù)L所描述的系統(tǒng)動力學(xué)狀態(tài)的拉格朗日方程（簡稱 L-E方程，Ek和

5、Ep 可以用任何方便的坐標(biāo)系來表示）為SL式中，F(xiàn)i是n個關(guān)節(jié)的驅(qū)動力或力矩矢量?？紤]式中不顯含 q,上式可寫成:dcP薊= 7 J亠_dr cq dq- 8旺采用齊次變換的方法，用拉格朗日方程建立機器人連桿系統(tǒng)動力學(xué)方程，對機器人連桿系統(tǒng)位姿和運動狀態(tài)進行描述。用拉格朗日方法建立機器人動力學(xué)方程的步驟為：（1）計算任一連桿上任一點的速度；（2）計算各連桿的動能和機器人的總動能；（3）計算各連桿的勢能和機器人的總勢能；（4）建立機器人系統(tǒng)的拉格朗日函數(shù)；（5）對拉格朗日函數(shù)求導(dǎo)，得到動力學(xué)方程式4.3動力學(xué)方程的簡化條件有哪些？對于復(fù)雜一些的多自由度機器人，動力學(xué)方程龐雜，推導(dǎo)過程更為復(fù)雜，且

6、對機器人實 時控制也更為困難。通常對動力學(xué)方程進行如下簡化：（1）當(dāng)桿件質(zhì)量不很長、重量輕時，動力學(xué)方程中的重力矩項也可以省略；（2）當(dāng)機器人不是高速機器人，關(guān)節(jié)速度不很大時，含有速度一階微分的二次項可省 略；（3）當(dāng)關(guān)節(jié)加速度不很大，即關(guān)節(jié)升降速不是很突然時，加速度的一階微分項可省略。 4.4簡述空間分辨率的概念。空間分辨率是描述機器人工具末端運動所達到的最小運動增量， 是機器人控制系統(tǒng) 的一個重要特性指標(biāo)，是描述機器人工具末端運動的一個重要因素。（背不完寫第一段就好）空間分辨率由機械偏差和控制分辨率構(gòu)成。為了確定空間分辨率，機器人各關(guān)節(jié)的 工作范圍由控制增量數(shù)來區(qū)分，通常用各控制部件的分辨

7、率、各機械部件的偏差和某個 任意的從未接近的固定位置（目標(biāo)）三個指標(biāo)來綜合描述機器人的精度。4.74,5 (1)用拉格朗日動力學(xué)推導(dǎo)位移X表示系統(tǒng)變量。由于這是一個單自由度系統(tǒng)，所以只要一個方程就可描述系 統(tǒng)的運動.即L 1213E* = WV =糧 XaBE =-kX: L = Et-E =-niX2-kX2F 2r p 三2拉格朗日函數(shù)的導(dǎo)數(shù)為亠亠遼、 d - 5L.=皿 , =kxdzdX于是求得小車的運動方程為F = mX + kX(2)用牛頓力學(xué)推導(dǎo)列出受力方程如下遲F = maFkX ma = F = inci+kX4.8和直蜒運動肓關(guān)的導(dǎo)數(shù)長運動方程為4.8（賢十訓(xùn)J疋一川jg3

8、5&4.9本題中系統(tǒng)育兩個自由度和兩個坐標(biāo)尤和0f因此系統(tǒng)有兩個運動方程；一 片描述系統(tǒng)的直線運動，另一個描述擺的角運動系統(tǒng)的動能包括車和擺的動能。靂亜蛙音，擺的速度是小車速度及擺相對車速度的 臺成它可恚示為錦二（龍 + 屁os&f + （方 sin &r于是1 “E* = w.A1*8r 1rEt_ = nt2 （T + /cos ff）* + （/Ssin ff】J r4r *t =；血i + 刪 J+丄剛;+ 工cosF）同樣的，系統(tǒng)的勢舖是弾蓄和擺甬勢能之和，可表示為f =上計叫或（1Y6 0基準(zhǔn)線選擇在片0；處，于罡拉格朗日方程為和肓線運動有關(guān)的導(dǎo)數(shù)及運動方程為耳-（wi +則_用匕

9、3怡d qL1 = t 一爲(wèi)=!（壯+眄）+三叫（廠羽+丑左cos0）_ ；尢廠_冊gf(7tti-nt-)X- fit*i &cas&-mj&2 sin & drN=-WarF = (wtT + m2)J?十粗和geo各8掘/Q2對于施轉(zhuǎn)運切，有現(xiàn) r .=co?6 d6 = mJ 8LT cos 厲一冊衣駁in 臺d茁 _*= -m/ sin石t汕決占或ti占c&-i =耐少&十礦ZV cos 6礦：壬白 將以上兩個運動程豆成矩降羽式，有一怙十叫mJ cosr0m：Zsinc/了:- kX wrjc&g#他 F _|_0OawJsin &F = （ff7 - n/:. 卄厲bp 6-耐孑取

10、口療一秋 t =糧$召亠時康co宴臼一廠Zin疔 匸卜4.11簡述機器人速度雅克比、力雅克比的概念及其二者之間的關(guān)系。M2機器人速雯雅可比J是一個把關(guān)節(jié)速度向量變換為手爪相對基坐標(biāo)的廣文 速n v的變換矩陣，即v = .v =.機器人力雅可比嚴(yán)是手部端點力f和廣義關(guān)節(jié)力規(guī)之逹均咲射線性關(guān)系，與手 部端點力F和L文耒節(jié)力矩r之同的力傳謹(jǐn)有死 即2 廠F 顯然，機器人力菲可土 N是玨艮攝可龍/的轉(zhuǎn)置乞脖4.134.14此呂由度機械手末端的坐標(biāo)対 何= Ac+ l2cn + 応 jF =心4十工二十4*12$ 故此機械手的雅可比距陣為eeerse*妬一厶 _ _.人eg + h C12 + hC12

11、2C0. -/竝3dY故有= JTFr2上酹已知條件代入上式，得 (z/2c2 h-/3c23G1L7.Q78.4巧0M即 rin.dNm； f2 =78.4?-nij f3=C補充：動力學(xué)的正問題是根據(jù)各關(guān)節(jié)的驅(qū)動力（或力矩），求解機器人的運動（關(guān)節(jié)位移、 速度和加速度），主要用于機器人的仿真；動力學(xué)逆問題是已知機器人關(guān)節(jié)的位移、速 度和加速度，求解所需要的關(guān)節(jié)力（或力矩），是實時控制的需要。運動學(xué)的正問題：手運劭學(xué)正問題亦禰直接間邂是JS對一個翳圮的機徹J 從巴知桿件幾何蜃數(shù)和益皆站矢戢0,=得仙*叫）*億 5足自由度數(shù)）求得予末端執(zhí)行料相對予雉葦系的位養(yǎng)中給定末端連桿的位姿計算相應(yīng)關(guān)節(jié)變量的過程叫做運動學(xué)逆解。機器人的奇異形位分類：邊界奇異形位、內(nèi)部奇異形位。機器人動力學(xué)的研究有：牛頓-歐拉法、拉格朗日法、高斯法、凱恩法及羅伯遜-魏登堡法。第五章5.1何謂軌跡規(guī)劃？簡述軌跡規(guī)劃的方法并說明其特點。機器人軌跡泛指工業(yè)機器人在運動過程中的運動軌跡，即運動點的位移、速度和加速度軌跡的生成一般是先給定軌跡上的若干點，將其經(jīng)運動學(xué)反解映射到關(guān)節(jié)空間，對關(guān)節(jié) 空間中的相應(yīng)點建立運動方程，然后按這些運動方程對關(guān)節(jié)進行插值，從而實現(xiàn)作業(yè)空 間的運動要求，這一過程通常稱為軌跡規(guī)劃。5.2軌跡的生