工業(yè)機(jī)器人考點(diǎn)大全習(xí)題答案

1、1-1. 請為工業(yè)機(jī)器人和智能機(jī)器人給出定義。答：工業(yè)機(jī)器人是一種用于移動各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置，通過可編程動作來完成各種任務(wù)并具有編程能力的多功能機(jī)械手。智能機(jī)器人是一種自動化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機(jī)器。1-2.簡述機(jī)器人的組成部分及其作用。答：機(jī)器人是由機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和感知系統(tǒng)四部分組成。其中，機(jī)械系統(tǒng)由機(jī)身、肩部、手腕、末端操作器和行走機(jī)構(gòu)組成；工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)的作用相當(dāng)于認(rèn)得身體。驅(qū)動系統(tǒng)可分為電氣、液壓、氣壓驅(qū)動系統(tǒng)以及它們結(jié)合起來應(yīng)用的綜合系統(tǒng)組合；

2、該部分的作用相當(dāng)于人的肌肉?？刂葡到y(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)指令程序及從傳感器反饋回來的信號，控制機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使其完成規(guī)定的運(yùn)動和功能；該部分的作用相當(dāng)于人的大腦。感知系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器和外部傳感器組成。其中，內(nèi)部傳感器用于檢測各關(guān)節(jié)的位置、速度等變量，為閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)提供反饋信息；外部傳感器用于檢測機(jī)器人與周圍環(huán)境之間的一些狀態(tài)變量，如距離、接近程度、接觸程度等，用于引導(dǎo)機(jī)器人，便于其識別物體并作出相應(yīng)的處理。該部分的作用相當(dāng)于人的五官。2-1.工業(yè)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計主要包括哪幾個方面的內(nèi)容？答：工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計過程是跨學(xué)科的綜合設(shè)計過程，設(shè)計機(jī)械設(shè)計、傳感技術(shù)、計算機(jī)應(yīng)用和自動控

3、制等多方面的內(nèi)容。2-2.機(jī)器人的三種驅(qū)動方式各自的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？答：機(jī)器人常用的驅(qū)動方式主要有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電氣驅(qū)動三種基本類型。液壓驅(qū)動方式液壓驅(qū)動的特點(diǎn)是功率大，結(jié)構(gòu)簡單，可以省去減速裝置，能直接與被驅(qū)動的連桿相連，響應(yīng)快，伺服驅(qū)動具有較高的精度，但需要增設(shè)液壓源，而且易產(chǎn)生液體泄漏，故目前多用于特大功率的機(jī)器人系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn): (1) 液壓容易達(dá)到較高的單位面積壓力體積較小, 可以獲得較大的推力或轉(zhuǎn)矩。 (2) 液壓系統(tǒng)介質(zhì)的可壓縮性小, 工作平穩(wěn)可靠, 并可得到較高的位置精度(3) 液壓傳動中, 力、 速度和方向比較容易實現(xiàn)自動控制(4) 液壓系統(tǒng)采用油液作介質(zhì),具有防銹性和自潤滑

4、性能, 可以提高機(jī)械效率, 使用壽命長。缺點(diǎn): (1) 油液的粘度隨溫度變化而變化, 這將影響工作性能。 高溫容易引起燃燒、 爆炸等危險(2) 液體的泄漏難于克服, 要求液壓元件有較高的精度和質(zhì)量, 故造價較高(3) 需要相應(yīng)的供油系統(tǒng), 尤其是電液伺服系統(tǒng)要求嚴(yán)格的濾油裝置, 否則會引起故障。氣壓驅(qū)動方式氣壓驅(qū)動的能源、結(jié)構(gòu)都比較簡單，但與液壓驅(qū)動相比，同體積條件下功率較小，而且速度不易控制，所以多用于精度不高的點(diǎn)位控制系統(tǒng)。 優(yōu)點(diǎn)：(1) 壓縮空氣粘度小, 容易達(dá)到高速(1 ms)(2) 利用工廠集中的空氣壓縮機(jī)站供氣, 不必添加動力設(shè)備(3) 空氣介質(zhì)對環(huán)境無污染, 使用安全, 可直接應(yīng)

5、用于高溫作業(yè)(4) 氣動元件工作壓力低, 故制造要求也比液壓元件低。 缺點(diǎn): (1) 壓縮空氣常用壓力為0.40.6 MPa, 若要獲得較大的壓力, 其結(jié)構(gòu)就要相對增大(2) 空氣壓縮性大, 工作平穩(wěn)性差, 速度控制困難, 要達(dá)到準(zhǔn)確的位置控制很困難。 (3) 壓縮空氣的除水問題是一個很重要的問題, 處理不當(dāng)會使鋼類零件生銹, 導(dǎo)致機(jī)器人失靈。 此外, 排氣還會造成噪聲污染。電氣驅(qū)動方式電氣驅(qū)動所用能源簡單，機(jī)構(gòu)速度變化范圍大，效率高，速度和位置精度都很高，且具有使用方便、噪聲低和控制靈活的特點(diǎn)。2-4.工業(yè)機(jī)器人對臂部設(shè)計有什么基本要求？答：（1）手臂應(yīng)具有足夠的承載能力和剛度。 （2）導(dǎo)向

6、性要好。 （3）重量和轉(zhuǎn)動慣量要小。 （4）運(yùn)動要平穩(wěn)、定位精度要高。3-1.點(diǎn)矢量v為，相對參考系作如下齊次坐標(biāo)變換： A=寫出變換后點(diǎn)矢量v的表達(dá)式，并說明是什么性質(zhì)的變換，寫出其經(jīng)平移坐標(biāo)變換和旋轉(zhuǎn)變換后的其次坐標(biāo)變換矩陣（即寫出旋轉(zhuǎn)算子Rot及平移算子Trans）。解：v，=Av=屬于復(fù)合變換：旋轉(zhuǎn)算子Rot（Z，30）= 平移算子Trans（11.0，-3.0，9.0）=3-2 . 有一旋轉(zhuǎn)變換，先繞固定坐標(biāo)系Z0 軸轉(zhuǎn)45，再繞其X0軸轉(zhuǎn)30，最后繞其Y0軸轉(zhuǎn)60，試求該齊次坐標(biāo)變換矩陣。解：齊次坐標(biāo)變換矩陣R=Rot(Y，60）Rot（X，30）Rot(Z，45） = 3-3.

7、坐標(biāo)系B起初與固定坐標(biāo)系O相重合，現(xiàn)坐標(biāo)系B繞ZB旋轉(zhuǎn)30，然后繞旋轉(zhuǎn)后的動坐標(biāo)系的XB軸旋轉(zhuǎn)45，試寫出該坐標(biāo)系B的起始矩陣表達(dá)式和最后矩陣表達(dá)式。解：起始矩陣：B=O=最后矩陣：B´=Rot(Z，30）B Rot（X，45）=3-5. 寫出齊次變換陣，它表示坐標(biāo)系B連續(xù)相對固定坐標(biāo)系A(chǔ)作以下變換：（1） 繞軸旋轉(zhuǎn)90。（2） 繞軸旋轉(zhuǎn)-90。（3） 移動。解：=Trans（3，7，9）Rot（X，-90）Rot（Z，90）=3-6. 寫出齊次變換矩陣，它表示坐標(biāo)系B連續(xù)相對自身運(yùn)動坐標(biāo)系B作以下變換：（1） 移動。（2） 繞軸旋轉(zhuǎn)90。.（3） 繞軸轉(zhuǎn)-90。.=Trans（3，

8、7，9）Rot（X，90）Rot（Z，90）=3-7. 1.8 如題1.8圖所示的二自由度平面機(jī)械手，關(guān)節(jié)1為轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)變量為1；關(guān)節(jié)2為移動關(guān)節(jié)， 關(guān)節(jié)變量為d2。試：（1） 建立關(guān)節(jié)坐標(biāo)系，并寫出該機(jī)械手的運(yùn)動方程式。（2） 按下列關(guān)節(jié)變量參數(shù)求出手部中心的位置值。 1 0 30 60 90 d2/m 0.50 0.80 1.00 0.70解：建立如圖所示的坐標(biāo)系參數(shù)和關(guān)節(jié)變量連桿 d 11000200d20 機(jī)械手的運(yùn)動方程式：當(dāng)1=0 ， d2=0.5時：手部中心位置值當(dāng)1=30 ， d2=0.8時手部中心位置值 當(dāng)1=60 ， d2=1.0時手部中心位置值當(dāng)1=90 ， d2=0

9、.7時手部中心位置值3-8. 3-9. 3-10.什么是機(jī)器人運(yùn)動學(xué)逆解的多重性？答：機(jī)器人運(yùn)動學(xué)逆解的多重性是指對于給定的機(jī)器人工作領(lǐng)域內(nèi)，手部可以多方向達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)，因此，對于給定的在機(jī)器人的工作域內(nèi)的手部位置可以得到多個解。4-4.機(jī)器人力雅可比矩陣和速度雅可比矩陣有何聯(lián)系？答：力雅可比矩陣是速度雅克比矩陣的轉(zhuǎn)置。5-2.何謂點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制？舉例說明它們在工業(yè)上的應(yīng)用。答：點(diǎn)位控制：指只規(guī)定各點(diǎn)的位姿，不規(guī)定各點(diǎn)之間的運(yùn)動軌跡的控制方式。 應(yīng)用：從事在印刷電路板上安插元件點(diǎn)焊搬運(yùn)及上/下料等作業(yè)的工業(yè)人 連續(xù)軌跡控制：指規(guī)定機(jī)器人定位位姿軌跡的控制方式。 應(yīng)用：從事弧焊、噴漆、切割

10、等作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人6-3.光電編碼器可用于測量的模擬量有哪些？請說明絕對式與增量式光電編碼器各自適用的場合。答：光電編碼器可以測量的模擬量：轉(zhuǎn)角、直線位移、轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向適用場合：絕對式：用于長期定位控制的裝置和設(shè)備中增量式：廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺、伺服傳動、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測定儀器 等需要檢測角度的裝置和設(shè)備中。6-4.利用增量式光電編碼器以數(shù)字方式測量機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)速，若已知編碼器輸出為1500脈沖/轉(zhuǎn)，高速脈沖源周期為0.2ms，對應(yīng)編碼器的2個脈沖測得計數(shù)值為120，求關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角速度的值。解：時間增量為: t=0.2×120ms=24ms角速度為:w=(22/1500)/0.024=0.349 rad/s6-5.說明接近傳感器的應(yīng)用、常見種類及工作原理。答：接觸傳感器用于判斷在一規(guī)定距離范圍內(nèi)是否有物體存在，主要用于物體抓取或避障類近距離工作的場合。常見的種類：常見的接近覺傳感器有電感式、電容式、光電式、霍爾效應(yīng)式、超聲波式和氣壓式五種工作原理：電感式：利用渦流感知物體接近電容式：利用物體接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化的情況來控制開關(guān)光電式：利用被檢測物體對紅外光束的遮擋或反射，由同步回路選通來檢測物體的有無霍爾效應(yīng)式：利