機器人導論-習題答案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上機器人技術(shù)導論課后習題1、智能機器人的含義是什么？答：智能之所以叫智能機器人，這是因為它有相當發(fā)達的“大腦”。在腦中起作用的是中央，這種計算機跟操作它的人有直接的聯(lián)系。最主要的是，這樣的計算機可以進行按目的安排的動作。正因為這樣，我們才說這種機器人才是真正的機器人，盡管它們的外表可能有所不同。2、直流電機的額定值有哪些？答：型號、額定功率、額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速、勵磁方式、勵磁電壓、勵磁電流、定額、絕緣等級、額定溫升。3、機器人視覺的硬件系統(tǒng)由哪些部分組成？答：光源：用于表現(xiàn)特征光源控制器：用于給光源供電鏡頭：用于成像延長管：用于改變像距相機：用于物理圖像到電子

2、信號的轉(zhuǎn)換采集卡：用于將相機中的電子信號傳輸?shù)接嬎銠C中計算機、嵌入式系統(tǒng)、智能相機等：用于分析圖像機器視覺軟件：用于處理圖像，得到所以需要數(shù)據(jù)結(jié)果運動控制：用于控制氣缸、機械手、馬達等運動，以完成機器的功能傳感器：位置傳感器、存在傳感器、安全傳感器，用于判斷產(chǎn)品有沒有、到位否之類4、簡述模糊控制器的組成及各組成部分的用途。答：模糊邏輯控制器由4個基本部分組成，即模糊化、知識庫、推理算法和逆模糊化。(1) 模糊化：將檢測輸入變量值變換成相應(yīng)的論域，將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成合適的語言值。(2) 知識庫：包含應(yīng)用領(lǐng)域的知識和控制目標，它由數(shù)據(jù)和模糊語言控制規(guī)則組成。(3) 推理算法：從一些模糊前提條件推導出

3、某一結(jié)論，這種結(jié)論可能存在模糊和確定兩種情況。(4) 逆模糊化：將推理所得到的模糊值轉(zhuǎn)換為明確的控制訊號，作為系統(tǒng)的輸入值。5、試述機器人滑模變結(jié)構(gòu)控制的基本原理。答：滑模變結(jié)構(gòu)控制是變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的一種控制策略。這種控制策略與常規(guī)控制的根本區(qū)別在于控制的不連續(xù)性，即一種使系統(tǒng)“結(jié)構(gòu)”隨時間變化的開關(guān)特性。該控制特性可以迫使系統(tǒng)在一定特性下沿規(guī)定的狀態(tài)軌跡作小幅度、高頻率的上下運動，即所謂的“滑動模態(tài)”或“滑?！边\動。這種滑動模態(tài)是可以設(shè)計的，且與系統(tǒng)的參數(shù)及擾動無關(guān)。這樣，處于滑模運動的系統(tǒng)就具有很好的魯棒性。6、機器人軌跡控制過程如圖所示。試列出各步的主要內(nèi)容。 答：1）通過示教過程得到機

4、器人軌跡上特征點的位姿。對于直線需要得到起始點和終點，對于圓弧需要得到弧上三點； 2）根據(jù)軌跡特征（直線/園弧/其它）和插補策略（定時/定距/其它）進行相應(yīng)的插補運算，求出該插補點的位姿值；      3）根據(jù)機器人逆運動學原理，求出手臂解，即對應(yīng)于插補點位姿的全部關(guān)節(jié)角(q1, , qn)；    4）以求出的關(guān)節(jié)角為相應(yīng)關(guān)節(jié)位置控制系統(tǒng)的設(shè)定值，分別控制n個關(guān)節(jié)驅(qū)動電機； 5）和關(guān)節(jié)驅(qū)動電機同軸連接的光軸編碼器給出該關(guān)節(jié)當前實際位置值，進行反饋，位置控制系統(tǒng)根據(jù)

5、此位置誤差（設(shè)定值反饋值）實施控制以消除誤差，使機器人達到所要求的位姿。7、對（工業(yè)）機器人進行位置和力的控制時，試比較關(guān)節(jié)空間控制器設(shè)計和操作空間控制器設(shè)計的不同點，并畫出一個機器人單關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)空間控制器和操作空間控制器的控制系統(tǒng)框圖。答：操作空間控制器設(shè)計時，是通過關(guān)節(jié)位置確定各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角，必須先求出運動方程的正解，進行空間運動后，再求出運動方程的反解。而關(guān)節(jié)空間控制器設(shè)計是直接針對旋轉(zhuǎn)角進行的，不需要對運動方程求正解和反解。單關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)空間控制器控制系統(tǒng)框圖：單關(guān)節(jié)操作空間控制器的控制系統(tǒng)框圖：8、以多自由度工業(yè)機器人為例，分析討論機器人的控制： （1）分析討論工業(yè)機器人的位置控制、速

6、度控制、加速度控制和力控制的特點及其區(qū)別； （2）給出操作空間及驅(qū)動空間的單個關(guān)節(jié)的機器人控制框圖，并說明其控制過程。（3）比較關(guān)節(jié)空間控制器設(shè)計和操作空間控制器設(shè)計的不同點。答：（1）位置控制：工業(yè)機器人位置控制的目的，就是要使機器人各關(guān)節(jié)實現(xiàn)預先所規(guī)劃的運動，最終保證工業(yè)機器人終端(手爪)沿預定的軌跡運行。這類運動控制的特點是連續(xù)控制工業(yè)機器人手爪(或工具)的位姿軌跡。一般要求速度可控、軌跡光滑且運動平穩(wěn)。軌跡控制的技術(shù)指標是軌跡精度和平穩(wěn)性。速度控制意味著各個關(guān)節(jié)馬達的運動聯(lián)合進行，并以不同的速度同時運行以保證夾手沿著笛卡爾坐標軸穩(wěn)定運動。分解運動速度控制先把期望的夾手運動分解為各個關(guān)節(jié)

7、的期望速度，然后對各個關(guān)節(jié)實行速度伺服控制。加速度控制分解運動加速度控制首先計算出工具的控制加速度，然后把它分解為相應(yīng)的各個關(guān)節(jié)加速度，再按照動力學方程計算出控制力矩。力控制除了在一些自由度方向進行位置控制外，還需要在另一些自由度方向進行力控制。（2）機器人控制器的控制結(jié)構(gòu)形式，常見的有：集中控制、分散控制和遞階控制等。如圖表示PUMA機器人兩級遞階控制的結(jié)構(gòu)圖。機器人控制系統(tǒng)以機器人作為控制對象，它的設(shè)計方法及參數(shù)選擇，仍可參照一般計算機/嵌入式控制系統(tǒng)?，F(xiàn)有的工業(yè)機器人大多采用獨立關(guān)節(jié)的PID控制。如圖所示PUMA機器人的控制結(jié)構(gòu)即為一典型。由于獨立關(guān)節(jié)PID控制未考慮被控對象（機器人）的

8、非線性及關(guān)節(jié)間的耦合作用，因而控制精度和速度的提高受到限制。斯坦福機械手具有反饋控制，其一個關(guān)節(jié)控制方框圖如圖所示。從圖可見，它有個光學編碼器，與測速發(fā)電機一起組成位置和速度反饋。這種工業(yè)機器人是一種定位裝置，它的每個關(guān)節(jié)都有一個位置控制系統(tǒng)。要提高響應(yīng)速度，通常是要提高系統(tǒng)的增益以及由電動機傳動軸速度負反饋把某些阻尼引入系統(tǒng)，以加強反電勢的作用。要做到這一點，可以采用測速發(fā)電機，或者計算一定時間間隔內(nèi)傳動軸角位移的差值。傳遞函數(shù)： 要提高響應(yīng)速度，通常是要提高系統(tǒng)的增益以及由電動機傳動軸速度負反饋把某些阻尼引入系統(tǒng)，以加強反電勢的作用。要做到這一點，可以采用測速發(fā)電機，或者計算一定時間間隔內(nèi)

9、傳動軸角位移的差值。由于機器人機械手是通過工具進行操作作業(yè)的，所以其末端工具的動態(tài)性能將直接影響操作質(zhì)量。又因末端的運動是所有關(guān)節(jié)運動的復雜函數(shù)，因此，即使每個關(guān)節(jié)的動態(tài)性能可行，而末端的動態(tài)性能則未必能滿足要求。（3）操作空間控制器設(shè)計時，是通過關(guān)節(jié)位置確定各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角，必須先求出運動方程的正解，進行空間運動后，再求出運動方程的反解。而關(guān)節(jié)空間控制器設(shè)計是直接針對旋轉(zhuǎn)角進行的，不需要對運動方程求正解和反解。 9、寫出齊次變換矩陣，它表示相對固定坐標系A(chǔ)作以下變換：（a）繞zA軸轉(zhuǎn)900； （b）再繞xA軸轉(zhuǎn)900； （c）最后作移動(3,7,9)T。答： 10、寫出齊次變換矩陣，它表示相對運動坐標系B作以下變換：（a）移動(3,7,9)T； （b）再繞xB軸轉(zhuǎn)900； （c）繞zB軸轉(zhuǎn)900。答：11、求下面齊次變換的逆變換T-1。 答：題21圖 二連桿機械手12、如圖所示為二