工業(yè)機(jī)器人-復(fù)習(xí)題

1、習(xí)題1 1簡(jiǎn)述工業(yè)機(jī)器人的定義。機(jī)“工業(yè)機(jī)器人是一種可以反復(fù)編程和多功能的，用來(lái)搬運(yùn)材料、零件、工具的操 作機(jī)；或者為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變的和可編程動(dòng)作的專門(mén)系統(tǒng)” 器人是指代替原來(lái)由人直接或間接作業(yè)的自動(dòng)化機(jī)械。2. 什么是自由度？答:人們把構(gòu)建相對(duì)于參考系具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目稱為自由度。3. 機(jī)器人技術(shù)參數(shù)有哪些？各參數(shù)的意義是什么？答:機(jī)器人技術(shù)參數(shù)有：自由度、精度、工作范圍、速度、承載能力1）自由度：是指機(jī)器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸的數(shù)目，不包括手爪（末端操作器）的開(kāi)合自由度。在三維空間里描述一個(gè)物體的位置和姿態(tài)需要六個(gè)自由度。但是，工業(yè)機(jī)器人的自由度是根據(jù)其用途而設(shè)計(jì)的， 也

2、可能小于六個(gè)自由度，也可能大 于六個(gè)自由度。2）精度：工業(yè)機(jī)器人的精度是指定位精度和重復(fù)定位精度。定位精度是指機(jī)器 人手部實(shí)際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間的差異。 重復(fù)定位精度是指機(jī)器人重復(fù)定位 其手部于同一目標(biāo)位置的能力，可以用標(biāo)準(zhǔn)偏差這個(gè)統(tǒng)計(jì)量來(lái)表示，它是衡量一 列誤差值的密集度（即重復(fù)度）。3）工作范圍：是指機(jī)器人手臂末端或手腕中心所能到達(dá)的所有點(diǎn)的集合，也叫 工作區(qū)域。4）速度；速度和加速度是表明機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性的主要指標(biāo)。5）承載能力：是指機(jī)器人在工作范圍內(nèi)的任何位姿上所能承受的最大質(zhì)量。承載能力不僅取決于負(fù)載的質(zhì)量，而且還與機(jī)器人運(yùn)行的速度和加速度的大小和方向 有關(guān)。為了安全起見(jiàn)，承載能力

3、這一技術(shù)指標(biāo)是指高速運(yùn)行時(shí)的承載能力。 通常， 承載能力不僅指負(fù)載，而且還包括機(jī)器人末端操作器的質(zhì)量6.何謂軌跡規(guī)劃？簡(jiǎn)述軌跡規(guī)劃的方法并說(shuō)明其特點(diǎn) 。答：機(jī)器人的軌跡泛指工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)軌跡，即運(yùn)動(dòng)點(diǎn)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個(gè)點(diǎn)，將其經(jīng)運(yùn)動(dòng)學(xué)反解映射到關(guān)節(jié)空 間，對(duì)關(guān)節(jié)空間中的相應(yīng)點(diǎn)建立運(yùn)動(dòng)方程，然后按這些運(yùn)動(dòng)方程對(duì)關(guān)節(jié)進(jìn)行插值， 從而實(shí)現(xiàn)作業(yè)空間的運(yùn)動(dòng)要求，這一過(guò)程通常稱為軌跡規(guī)劃.（1）示教一再現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)由人手把手示教機(jī)器人， 定時(shí)記錄各關(guān)節(jié)變量， 得到沿路徑運(yùn)動(dòng)時(shí)各關(guān)節(jié)的位移時(shí)間函數(shù) q（t）;再現(xiàn)時(shí)，按內(nèi)存中記錄的各點(diǎn) 的值產(chǎn)生序列動(dòng)作

4、。（2）關(guān)節(jié)空間運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)直接在關(guān)節(jié)空間里進(jìn)行。由于動(dòng)力學(xué)參數(shù)及其極限值直接在關(guān)節(jié)空間里描述，所以用這種方式求最短時(shí)間運(yùn)動(dòng)很方便.（3）空間直線運(yùn)動(dòng)。這是一種直角空間里的運(yùn)動(dòng)，它便于描述空間操作，計(jì)算 量小，適宜簡(jiǎn)單的作業(yè)。（4）空間曲線運(yùn)動(dòng)。這是一種在描述空間中用明確的函數(shù)表達(dá)的運(yùn)動(dòng)。2.機(jī)器人常用的機(jī)身和臂部的配置型式有哪些？答：目前常用的有如下幾種形式：（1）橫梁式。機(jī)身設(shè)計(jì)成橫梁式，用于懸掛 手臂部件，具有占地面積小，能有效地利用空間，直觀等優(yōu)點(diǎn)。（2） 立柱式。多采用回轉(zhuǎn)型、俯仰型或屈伸型的運(yùn)動(dòng)型式，一般臂部都可在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)，具 有占地面積小而工作范圍大的特點(diǎn)。（3） 機(jī)座式。

5、可以是獨(dú)立的、自成系統(tǒng)的完整裝置，可隨意安放和搬動(dòng)。也可以具有行走機(jī)構(gòu)，如沿地面上的專用軌道移 動(dòng)，以擴(kuò)大其活動(dòng)范圍。（4） 屈伸式。臂部由大小臂組成，大小臂間有相對(duì)運(yùn) 動(dòng)，稱為屈伸臂，可以實(shí)現(xiàn)平面運(yùn)動(dòng)，也可以作空間運(yùn)動(dòng)。4. 機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本單元有哪些？答；構(gòu)成機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本要素包括：（1） 電動(dòng)機(jī)，提供驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力。（2） 減速器，為了增加驅(qū)動(dòng)力矩、降低運(yùn)動(dòng)速度。（3） 驅(qū)動(dòng)電路, 由于直流伺服電動(dòng)機(jī)或交流伺服電動(dòng)機(jī)的流經(jīng)電流較大，機(jī)器人常采用脈沖寬度（6） 控制系統(tǒng)的軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性的計(jì) 機(jī)器人的智能控制和機(jī)器人與人的信息交換等功能。機(jī)器人應(yīng)具有哪三大特征？

6、1、擬人功能2可編程3、通用性機(jī)器人手腕有幾種？試述每種手腕結(jié)構(gòu)。機(jī)器人的手臂按結(jié)構(gòu)形式分可分為單臂式，雙臂式及懸掛式按手臂的運(yùn)動(dòng)形調(diào)制（PWM方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。（4） 運(yùn)動(dòng)特性檢測(cè)傳感器，用于檢測(cè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的 位置、速度、加速度等參數(shù)。（5） 控制系統(tǒng)的硬件，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，采用協(xié) 調(diào)級(jí)與執(zhí)行級(jí)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。算、1.26.答：式區(qū)分，手臂有直線運(yùn)動(dòng)的。如手臂的伸縮，升降及橫向移動(dòng)，有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的如 手臂的左右回轉(zhuǎn)上下擺動(dòng)有復(fù)合運(yùn)動(dòng)如直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組合。2直線運(yùn)動(dòng)的組合2回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組合。手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu) 形式是多種多樣的，常用的有葉片是回轉(zhuǎn)缸，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，鏈輪傳動(dòng)

7、和連桿機(jī) 構(gòu)手臂俯仰運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，一般采用活塞油（氣）缸與連桿機(jī)構(gòu)聯(lián)用來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂復(fù)合 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，多數(shù)用于動(dòng)作程度固定不變的專用機(jī)器人。并聯(lián)機(jī)器人特點(diǎn)：1.6 直角坐標(biāo)式機(jī)器人特點(diǎn)？其優(yōu)點(diǎn)是剛度好，多做成龍門(mén)式或框架式結(jié)構(gòu)，位置精度高、運(yùn)動(dòng)學(xué)求解簡(jiǎn)單、 控制無(wú)耦合、控制簡(jiǎn)單。但其結(jié)構(gòu)較龐大，動(dòng)作范圍小、運(yùn)動(dòng)靈活性較差且占地 面積較大。1.2工業(yè)機(jī)器人四大部分？機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)。1.4 人的手臂（包括肩、肘、腕）有幾個(gè)自由度？ 人的手臂（大臂、小臂、 手腕）共有七個(gè)自由度2.機(jī)器人學(xué)主要包含哪些研究?jī)?nèi)容？空間機(jī)構(gòu)學(xué)；（2） 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)；（5） 機(jī)器人控制技術(shù)；（6） 機(jī)器

8、人機(jī)器人研究的基礎(chǔ)內(nèi)容有以下幾方面：（1）（3） 機(jī)器人靜力學(xué)；（4） 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)；傳感器；（7） 機(jī)器人語(yǔ)言。答：（1）手臂應(yīng)具有足夠的承載能（3）重量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小。（4）工業(yè)機(jī)器人對(duì)臂部設(shè)計(jì)有什么基本要求？ 力和剛度。（2）導(dǎo)向性要好。運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)、定位精度要高。9. 速度雅克比矩陣速度雅克比矩陣是一個(gè)把關(guān)節(jié)速度矢量變換為機(jī)器人手爪相對(duì)基坐標(biāo)即固定坐標(biāo)的廣義速度矢量V的變換矩陣。10. 力雅可比矩陣在機(jī)器靜力計(jì)算中把手部端點(diǎn)力矢量T的變換矩陣（四）計(jì)算題（需寫(xiě)出計(jì)算步驟.無(wú)計(jì)算步不能得分L1.己知點(diǎn)U的坐標(biāo)為7J.2T.對(duì)點(diǎn)U依次進(jìn)行如下的變換；CD 軸決燙90= 得到白V； C2）繞y

9、牲旅賛9L得賈J* W；（3）沿x輸-移4個(gè)單位.再沿y軸平 移-3人篁位，最后沿2fe平羅7個(gè)蓋位得到點(diǎn)求iKV.aag-點(diǎn)時(shí)齊次坐標(biāo).幡點(diǎn)u的芥次坐標(biāo)為，32屮=Sot(z, 90° )u =-100007"V37*r1.1.000=Rot(y，90° )v =0-101 0 0 4"0=0 10-370 0 1730 0 0 1 1 6410=Trans(4, -3, 7)w2,如a所示為具有三個(gè)養(yǎng)轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的3R機(jī)械爭(zhēng)，求末詡機(jī)械于在基坐標(biāo)余xO.yO 下的運(yùn)動(dòng)學(xué)方理銓，建立如圖1的務(wù)考坐標(biāo)系.則0丁3S12307必%30厶:C 厶:C12厶:S-厶

10、:$1206-5100"6厶70L】3-S30L：sq00?r=Sr厶c.00$30000100010001000010001_0001_其巾 c -co5(6* +靈十6Q, Sj -sin(6? + g+)3. $：s所示為平$內(nèi)的兩夷轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)機(jī)械手，已知機(jī)人末琳的坐標(biāo)Tihyn試求 其芙節(jié)嶷犢艾量01 fa 02.煤如圖所云逆運(yùn)動(dòng)學(xué)有兩組可能的解 第絹赧，由幾何矢系得第一;且解.由幾何關(guān)系得工二厶 cosa+zcosqa+A) Iy = sin 0 + Zsin (& +$)(I)式平方加(2)式平方得X* + y* = Z-T * 2厶厶 cosB»孑r + dILL. / sin 0、arctan(1)(2)第二組解5由余弦定理，z= arccos2厶厶I厶+厶cosQd =才 + 0 d ( a)(V3 = '-arctail I 2lx4.方囚斫示兩自宙S機(jī)檢手在婦a住fi對(duì)（61=0,62=*，主戎孚爪力FA = & Ojr或FBm0 fyT求對(duì)應(yīng)前駆動(dòng)力tA和tB.0/JAJI f、戶0|Ip.宙關(guān)節(jié)角緒出50下法態(tài)斛，由關(guān)節(jié)角給出燈卜姿態(tài),厶 siud 厶 sin(a + a) -厶 sin(a + g)丄-£/ LiCOsQ 厶 cos(d +