工業(yè)機器人 復習題

1、習題1 1簡述工業(yè)機器人的定義?！肮I(yè)機器人是一種可以反復編程和多功能的，用來搬運材料、零件、工具的操 作機；或者為了執(zhí)行不同的任務而具有可改變的和可編程動作的專門系統(tǒng)” 。機 器人是指代替原來由人直接或間接作業(yè)的自動化機械。2. 什么是自由度？答:人們把構建相對于參考系具有的獨立運動參數的數目稱為自由度。3. 機器人技術參數有哪些？各參數的意義是什么？答:機器人技術參數有：自由度、精度、工作范圍、速度、承載能力1）自由度：是指機器人所具有的獨立坐標軸的數目，不包括手爪（末端操作器）的開合自由度。在三維空間里描述一個物體的位置和姿態(tài)需要六個自由度。 但是， 工業(yè)機器人的自由度是根據其用途而設計

2、的， 也可能小于六個自由度，也可能大 于六個自由度。2）精度：工業(yè)機器人的精度是指定位精度和重復定位精度。定位精度是指機器 人手部實際到達位置與目標位置之間的差異。 重復定位精度是指機器人重復定位 其手部于同一目標位置的能力，可以用標準偏差這個統(tǒng)計量來表示，它是衡量一 列誤差值的密集度（即重復度）。3）工作范圍：是指機器人手臂末端或手腕中心所能到達的所有點的集合，也叫 工作區(qū)域。4）速度；速度和加速度是表明機器人運動特性的主要指標。5）承載能力：是指機器人在工作范圍內的任何位姿上所能承受的最大質量。承載能力不僅取決于負載的質量，而且還與機器人運行的速度和加速度的大小和方向 有關。為了安全起見，

3、承載能力這一技術指標是指高速運行時的承載能力。 通常， 承載能力不僅指負載，而且還包括機器人末端操作器的質量6.何謂軌跡規(guī)劃？簡述軌跡規(guī)劃的方法并說明其特點 。答：機器人的軌跡泛指工業(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點，將其經運動學反解映射到關節(jié)空 間，對關節(jié)空間中的相應點建立運動方程，然后按這些運動方程對關節(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.（1）示教一再現(xiàn)運動。這種運動由人手把手示教機器人， 定時記錄各關節(jié)變量， 得到沿路徑運動時各關節(jié)的位移時間函數 q（t）;再現(xiàn)時，按內存中記錄的各點 的值產生

4、序列動作。（2）關節(jié)空間運動。這種運動直接在關節(jié)空間里進行。由于動力學參數及其極限值直接在關節(jié)空間里描述，所以用這種方式求最短時間運動很方便.（3）空間直線運動。這是一種直角空間里的運動，它便于描述空間操作，計算 量小，適宜簡單的作業(yè)。（4）空間曲線運動。這是一種在描述空間中用明確的函數表達的運動。2.機器人常用的機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。機身設計成橫梁式，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。（2） 立柱式。多采用回轉型、俯仰型或屈伸型的運動型式，一般臂部都可在水平面內回轉， 具 有占地面積小而工作范圍大的特點。（3）

5、 機座式。可以是獨立的、自成系統(tǒng)的完整裝置，可隨意安放和搬動。也可以具有行走機構，如沿地面上的專用軌道移 動，以擴大其活動范圍。（4） 屈伸式。臂部由大小臂組成，大小臂間有相對運 動，稱為屈伸臂，可以實現(xiàn)平面運動，也可以作空間運動。4. 機器人控制系統(tǒng)的基本單元有哪些？答；構成機器人控制系統(tǒng)的基本要素包括：（1）電動機，提供驅動機器人運動的驅動力。（2） 減速器，為了增加驅動力矩、降低運動速度。（3） 驅動電路, 由于直流伺服電動機或交流伺服電動機的流經電流較大，機器人常采用脈沖寬度機器人的智能控制和機器人與人的信息交換等功能。機器人應具有哪三大特征？1、擬人功能2可編程3、通用性機器人手腕有

6、幾種？試述每種手腕結構。機器人的手臂按結構形式分可分為單臂式，雙臂式及懸掛式按手臂的運動形調制（PWM方式進行驅動。（4） 運動特性檢測傳感器，用于檢測機器人運動的 位置、速度、加速度等參數。（5） 控制系統(tǒng)的硬件，以計算機為基礎，采用協(xié) 調級與執(zhí)行級的二級結構。（6） 控制系統(tǒng)的軟件，實現(xiàn)對機器人運動特性的計 算、1.26. 答：式區(qū)分，手臂有直線運動的。如手臂的伸縮，升降及橫向移動，有回轉運動的如 手臂的左右回轉上下擺動有復合運動如直線運動和回轉運動的組合。2直線運動的組合2回轉運動的組合。手臂回轉運動機構，實現(xiàn)機器人手臂回轉運動的機構 形式是多種多樣的，常用的有葉片是回轉缸，齒輪轉動機構

7、，鏈輪傳動和連桿機 構手臂俯仰運動機構，一般采用活塞油（氣）缸與連桿機構聯(lián)用來實現(xiàn)手臂復合 運動機構，多數用于動作程度固定不變的專用機器人。并聯(lián)機器人特點：1.6 直角坐標式機器人特點？其優(yōu)點是剛度好，多做成龍門式或框架式結構，位置精度高、運動學求解簡單、 控制無耦合、控制簡單。但其結構較龐大，動作范圍小、運動靈活性較差且占地 面積較大。1.2工業(yè)機器人四大部分？ 機器人機械系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)。1.4 人的手臂（包括肩、肘、腕）有幾個自由度？ 人的手臂（大臂、小臂、 手腕）共有七個自由度空間機構學；（2） 機器人運動學；（5） 機器人控制技術；（6） 機器人1=1 o2.機器人

8、學主要包含哪些研究內容？ 機器人研究的基礎內容有以下幾方面：（1） （3） 機器人靜力學；（4） 機器人動力學； 傳感器；（7） 機器人語言。答：（1）手臂應具有足夠的承載能（3）重量和轉動慣量要小。（4）工業(yè)機器人對臂部設計有什么基本要求？ 力和剛度。（2）導向性要好。運動要平穩(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把關節(jié)速度矢量變換為機器人手爪相對基坐標即固 定坐標的廣義速度矢量V的變換矩陣。10. 力雅可比矩陣在機器靜力計算中把手部端點力矢量T的變換矩陣（四）計算題（需寫出計算步驟，無計算步驟不能得分）:1.己知點u的坐標為73,2T,對點u依次迸行如下的變換：（1繞Z

9、釉旋轉90。 得到點W；（2）繞y釉旋轉90。得到點（3）沿X軸平移4個單位，再沿7平 移*3個單位，最后沿Z輪平移7個單位得到點t.求u,v,w3各點的齊次坐標解，點U的齊次坐標為，7J.2J=Rot（z, 90° ）u-10 00000）-37Q 0 1 o'-30 10 077-10 0 030 0 0 11 11=Rot（y，90° ）v ='10 0 4' 610 10-3740 0 173100 0 0 1 11=Trans（4, -3, 7）w =2.如S所示為具有三個旋轉關節(jié)的3R機械手，求末端機檢手在基坐標系xO,yO 下的運動學方

10、程.倫 建立如圖1的參考坐標系.則700-$20A0L；S1q0026X00$3勺000010001000100001_00010001%3%30-$123C1230厶6 +厶:氐LSy 十 A-*0其中C23=cos(Q+仇+Q), 123 =sin(6 + 6 +)3.夂爲所示為平面內的兩究轉關節(jié)機核手，己知機希人末話的坐標值h.y,試求 其關虧放犢交量ei和3.M：如E所示，逆運動學有嚴組可茂的鈦 弟絹由幾何矢系得第一組解；由幾何關系得 工=厶0$4+厶 COS(Q+a) y =厶3116(+£：311© +&2)(1)式平方加(2)式平方得 x'+才

11、=£+E+2厶厶 cos aff十+*_公_公、 氓=> = arccosq = arctanZ 、f3 1-arctan lx(1)(2)厶2 sing .厶 +1 cosg第二組解，由余弦定理 a = arccosG =71+a_ (zT-a)(3 =+ arctanJr4.如S所示兩自由g機械手左如S佇置時(創(chuàng)=0,2=兀2),生成手爪力FA = fx Ojr或FB = 0 fyK求對應的驅動力tA和rB。ykMl00 f戰(zhàn) 尸 rr77/77絡由關節(jié)角給出如下姿態(tài).-厶 sin 3 -心 sin (6( + g)-I； sin© )厶 cos6i+£；cos(6! + d：)L