工業(yè)機(jī)器人期末考試復(fù)習(xí)資料

-.z.第一章1機(jī)器人的分類1.按控制方式分:操作機(jī)器人程序機(jī)器人示教再現(xiàn)機(jī)器人數(shù)控機(jī)器人智能機(jī)器人2．按機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域分類：產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人極限作業(yè)機(jī)器人效勞型機(jī)器人3.按機(jī)器人的關(guān)節(jié)鏈接布置形式分類：串聯(lián)機(jī)器人并聯(lián)機(jī)器人串聯(lián)機(jī)器人的桿件和關(guān)節(jié)是采用串聯(lián)方式進(jìn)展的連接〔開鏈?zhǔn)健?，并?lián)機(jī)器人的桿件和關(guān)節(jié)是采用并聯(lián)方式進(jìn)展的連接〔閉鏈?zhǔn)健?。并?lián)機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)：并聯(lián)機(jī)器人具有剛度高，精度高，響應(yīng)速度快，構(gòu)造簡單的特點(diǎn)，其缺乏之處在于工作的空間小，控制復(fù)雜。直角坐標(biāo)型機(jī)器人圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人球坐標(biāo)型機(jī)器人關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人SCARA坐標(biāo)型機(jī)器人1.機(jī)器人系統(tǒng)是由機(jī)器人和作業(yè)對象及環(huán)境共同構(gòu)成，其中包括機(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)四大局部。(1)機(jī)械系統(tǒng)包括機(jī)身臂部手腕末端操作器〔手部〕和行走機(jī)構(gòu)組成(2)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要指驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)裝置。根據(jù)驅(qū)動(dòng)源不同可分為電氣壓液壓和氣壓驅(qū)動(dòng)以及把他們結(jié)合起來應(yīng)用的綜合系統(tǒng)。(3)控制系統(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應(yīng)回來的信號(hào)，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(dòng)和功能。(4)感知系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器和外部傳感器組成，起作用是獲取機(jī)器人內(nèi)部和外部環(huán)境信息，并把這些信息反應(yīng)給控制系統(tǒng)。自由度精度重復(fù)定位精度工作范圍承載能力及最大速度等?！泊笥?個(gè)自由度的稱為long余自由度〕P11承載能力指的是機(jī)器人在作業(yè)范圍內(nèi)的任何位姿〔位置和姿態(tài)〕上所能承受的最大質(zhì)量。第二章1驅(qū)動(dòng)方式：機(jī)器人常用的驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓氣壓電氣驅(qū)動(dòng)3種根本類型。2三種驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)〔P19〕：3諧波齒輪〔重點(diǎn)〕p244臂部設(shè)計(jì)的根本要求：(1)手臂應(yīng)具有足夠的承載能力和剛度(2)導(dǎo)向性要好(3)重量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小(4)運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)定位精度要高P36的題2—20要去理解5手部的分類根據(jù)用途手部可以分為手爪和工具兩大類，手爪具有一定的通用性，工具用于進(jìn)展*種作業(yè)。根據(jù)其夾持原理，手部又可為機(jī)械鉗爪式和吸附式兩大類，其中吸附式手部還可以分為磁力吸附式和真空吸附式。吸附式手部構(gòu)造即為吸盤，主要有磁力吸附式和真空吸附式。6行走機(jī)構(gòu)機(jī)器人可以分為固定式和行走式兩種行走機(jī)構(gòu)按其運(yùn)動(dòng)軌跡可分為固定軌跡式和無固定軌跡式。行走機(jī)構(gòu)按其機(jī)構(gòu)分為車輪式，步行式，履帶式和其他方式。第三章計(jì)算題是課后1————6掌握3.1.1齊次坐標(biāo)一、空間任意點(diǎn)的坐標(biāo)表示在選定的直角坐標(biāo)系{A}中，空間任一點(diǎn)P的位置可以用3??1的位置矢量AP表示，其左上標(biāo)表示選定的坐標(biāo)系{A}，此時(shí)有AP=[P*PYPZ]T式中：P*、PY、PZ是點(diǎn)P在坐標(biāo)系{A}中的三個(gè)位置坐標(biāo)分量，如圖1.1所示。坐標(biāo)軸的方向表示在圖1.2中，i、j、k分別表示直角坐標(biāo)系中*、Y、Z坐標(biāo)軸的單位矢量，，用齊次坐標(biāo)表示之，則有圖1.2坐標(biāo)軸的方向表示

*?=?[1000]T

Y?=?[0100]T

Z?=?[0010]T由上述可知，假設(shè)規(guī)定：4在圖1.2中，i、j、k分別表示直角坐標(biāo)系中*、Y、Z坐標(biāo)軸的單位矢量，，用齊次坐標(biāo)表示之，則有圖1.2坐標(biāo)軸的方向表示

*?=?[1000]T

Y?=?[0100]T

Z?=?[0010]T由上述可知，假設(shè)規(guī)定：4?*1列陣[a?b?c?w]T中第四個(gè)元素為零，且滿足a2?+?b2?+?c2?=?1，則[abc0]T中a、b、c的表示*軸的方向；4??*1列陣[abcw]T中第四個(gè)元素不為零，則[abcw]T表示空間*點(diǎn)的位置。??1列陣可表達(dá)為： u=?[abc0]T (1.4)圖1.2中所示的矢量u的起點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn)，用4*1列陣可表達(dá)為：O?=?[0001]T旋轉(zhuǎn)算子公式〔必考〕算子左、右乘規(guī)則

假設(shè)相對固定坐標(biāo)系進(jìn)展變換，則算子左乘；假設(shè)相對動(dòng)坐標(biāo)系進(jìn)展變換，則算子右乘。算子左、右乘規(guī)則

假設(shè)相對固定坐標(biāo)系進(jìn)展變換，則算子左乘；假設(shè)相對動(dòng)坐標(biāo)系進(jìn)展變換，則算子右乘。例1.4坐標(biāo)系中點(diǎn)U的位置矢量U=[7321]T，將此點(diǎn)繞Z軸旋轉(zhuǎn)90°，再繞Y軸旋轉(zhuǎn)90°，如圖1.11所示，求旋轉(zhuǎn)變換后所得的點(diǎn)W。例1.4坐標(biāo)系中點(diǎn)U的位置矢量U=[7321]T，將此點(diǎn)繞Z軸旋轉(zhuǎn)90°，再繞Y軸旋轉(zhuǎn)90°，如圖1.11所示，求旋轉(zhuǎn)變換后所得的點(diǎn)W。連桿參數(shù)：連桿長度連桿扭角連桿距離連桿轉(zhuǎn)角。第五章機(jī)器人控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：機(jī)器人控制系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè)非線性系統(tǒng)；機(jī)器人控制系統(tǒng)是由多關(guān)節(jié)組成的一個(gè)多變控制系統(tǒng)，而且關(guān)節(jié)間具有耦合作用；機(jī)器人控制系統(tǒng)是一個(gè)時(shí)變系統(tǒng)；機(jī)器人的位置控制可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)控制。PID控制是自動(dòng)化中廣泛使用的一種反應(yīng)控制，其控制由比例單元〔p〕積分單元〔i〕和積分單元〔D〕組成，利用信號(hào)的偏差值，偏差的積分值偏差的微分值的組合來構(gòu)成操作量，操作兩種包括了偏差信號(hào)的現(xiàn)在，過去，未來三方面的信息，所以是一種經(jīng)典的控制方式。第六章1傳感器定義傳感器利用物體的物理化學(xué)變化，并將這些變化變換成電信號(hào)〔電壓，電流和頻率〕的裝置傳感器組成：敏感元件轉(zhuǎn)換元件和根本轉(zhuǎn)換電路敏感元件的根本功能是將*種不容易測量的物理量轉(zhuǎn)換為易測量的物理量。轉(zhuǎn)換元件的功能是將敏感元件輸出的物理量轉(zhuǎn)換為電量，它與敏感元件構(gòu)成傳感器的主要局部。根本轉(zhuǎn)換電路的功能是敏感元件產(chǎn)生的不易測量值的小信號(hào)進(jìn)展變換，是傳感器的信號(hào)輸出符合具體工業(yè)系統(tǒng)的要求。機(jī)器人使用的傳感器可分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器兩大類?！?〕內(nèi)部傳感器是用于測量機(jī)器人自身狀態(tài)的參數(shù)〔如手臂間的角度〕的功能元件?！?〕外部傳感器用于測量與機(jī)器人作業(yè)有關(guān)的的外部信息，這些信息通常與機(jī)器人的目標(biāo)識(shí)別，作業(yè)平安有關(guān)。傳感器的性能指標(biāo)：靈敏度線性度測量范圍精度重復(fù)性分辨率響應(yīng)時(shí)間抗干擾能力位置和位移傳感器根據(jù)其工作原理和組成的不同多種形式，常見的有電阻式位移傳感器，電容式位移傳感器，編碼式位移傳感器，霍爾元件位移傳感器磁柵式位移傳感器電位器式位移傳感器可以分成兩大類：直線型電位器式位移傳感器旋轉(zhuǎn)型電位器式位移傳感器2光電編碼器根據(jù)測量原理編碼器可分為接觸式和非接觸式兩種，接觸式編碼器采用電刷輸出，以電刷接觸到點(diǎn)區(qū)和絕緣區(qū)分別表示代碼的1和0，非接觸處編碼器的敏感元件是光敏元件和磁敏元件，采用光敏元件時(shí)以透光區(qū)和不透光區(qū)表示代碼1和0。根據(jù)測出的信號(hào)，編碼器可分為絕對式和增量式兩實(shí)驗(yàn)局部舵機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造：一般來說，我們用的舵機(jī)有以下幾個(gè)局部組成：直流電動(dòng)機(jī)、減速器〔減速齒輪組〕、位置反應(yīng)電位計(jì)、控制電路板〔比擬器〕。舵機(jī)的輸入線共有三根，紅色在中間，為電源正極線，黑色線是電源負(fù)極〔地線〕線，黃色或者白色線為信號(hào)線。其中電源線為舵機(jī)提供6V到7V左右電壓的電源。2、PWM信號(hào)控制精度制定上面已經(jīng)提到了八位單片機(jī)，我們的舵機(jī)需要的是方波信號(hào)。單片機(jī)的精度直接影響了舵機(jī)的控制精度，這里就詳細(xì)的說明一下。我們采用的是8位STC12C5410AD我們采用的是8位STC12C5410ADCPU，其數(shù)據(jù)分辨率為256，則經(jīng)過舵機(jī)極限參數(shù)實(shí)驗(yàn)，得到應(yīng)該將其劃分為250份。則0.5mS---2.5Ms的寬度為2mS=2000uS。2000uS÷250=8uS則：PWM的控制精度為8us我們可以以8uS為單位遞增控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)與定位。舵機(jī)可以轉(zhuǎn)動(dòng)185度，則185度÷250=0.74度，則：圖4-4圖4-4我們在這里做了一些名詞上的定義。DIV是一個(gè)時(shí)間位置單位，一個(gè)DIV等于8us，關(guān)系入公式：1DIV=8uS250DIV=2mS1DIV=8uS250DIV=2mS實(shí)際存放器內(nèi)的數(shù)值為：〔#01H〕01———〔#0FAH〕250。共185度，分為250個(gè)位置，每個(gè)位置叫1DIV。則：185185÷250=0.74度/DIVPWM高電平函數(shù)：0.5mS+N×DIV0uS≤N×DIV≤2mS0.5mS≤0.5Ms+N×DIV≤根據(jù)這些知識(shí)，我們就可以開場編程，并做一些初步的實(shí)驗(yàn)了，學(xué)會(huì)舵機(jī)控制是研究機(jī)器人的一個(gè)比擬技術(shù)手段，需要完全掌握。//────────────────────────────────────────//────────────────────────────────────────//函數(shù)原型：voidsorting()//函數(shù)名稱：排序子程序(SortingSubroutine)//功能：對所有通道口的數(shù)值進(jìn)展排序。//參數(shù)：//返回值：無//┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈voidsorting(){ uchari=0,j=0,*=0; //定義循環(huán)變量//為選擇的輸出通道提供低電平 kouchu[0]=0*FE; //11111110 kouchu[1]=0*FD; //11111101 kouchu[2]=0*FB; //11111011 kouchu[3]=0*F7; //11110111 kouchu[4]=0*EF; //11101111 kouchu[5]=0*DF; //11011111 kouchu[6]=0*BF; //10111111 kouchu[7]=0*7F; //01111111 //通過冒泡法排序，將舵機(jī)目的位置數(shù)值按從小到大的順序排列起來 for(i=0;i<=6;i++) for(j=i+1;j<=7;j++) if(pai*u_ncha[i]<pai*u_ncha[j]) {//交換數(shù)據(jù) *=pai*u_ncha[j]; pai*u_ncha[j]=pai*u_ncha[i]; pai*u_ncha[i]=*; *=kouchu[j]; kouchu[j]=kouchu[i];//交換數(shù)據(jù) kouchu[i]=*; } }7、將排好序的數(shù)值進(jìn)展N差計(jì)算，得出每相鄰的兩個(gè)數(shù)值間的差值，用于累計(jì)延時(shí)獲//───────────────────────────────────────//函數(shù)原型：voidN_value()//函數(shù)名稱：N差子程序(NpoorSubroutine)//───────────────────────────────────────//函數(shù)原型：voidN_value()//函數(shù)名稱：N差子程序(NpoorSubroutine)//功能：對臨近數(shù)值做差，求出相對差值，用于延時(shí)。//參數(shù)：//返回值：無//┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈voidN_value(){ uchari; //定義循環(huán)變量 for(i=0;i<=6;i++) pai*u_ncha[i]=pai*u_ncha[i]-pai*u_ncha[i+1];//N差計(jì)算}//───────────────────────────────────────//───────────────────────────────────────//函數(shù)原型：sao_wei(ucharsaowei)//函數(shù)名稱：掃尾子程序//功能：控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度//影響：//入口參數(shù)：saowei,表示掃尾系數(shù)//返回值：無//┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈voidsao_wei(ucharsaowei){ uchari; //定義循環(huán)變量 for(i=0;i<saowei;i++) delay_500us(); //調(diào)用延時(shí)500us函數(shù)}任務(wù)一：如何讓機(jī)器人擺頭注：減小舵機(jī)每次循環(huán)的增量可以增加動(dòng)作的流暢度。baitou(注：減小舵機(jī)每次循環(huán)的增量可以增加動(dòng)作的流暢度。baitou(ucharcnt);voidbaitouvoidbaitou(ucharcnt){ uchari,j; //定義循環(huán)變量 for(j=0;j<cnt;j++) //同一動(dòng)作整體執(zhí)行cnt次 {for(i=0;i<100;i++) //循環(huán)次數(shù)設(shè)定為100 { position[1]++; //控制1號(hào)舵機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，每次循環(huán)增量為1，身體右擺100 PWM_16(); //調(diào)用舵機(jī)輸出子程序控制舵機(jī)運(yùn)動(dòng) sao_wei(15); //為機(jī)器人動(dòng)作提供間隔延時(shí)7.5mS，控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度 }for(i=0;i<200;i++) //循環(huán)次數(shù)設(shè)定為200 { position[1]--; //控制1號(hào)舵機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，每次循環(huán)增量為1，身體左擺200 PWM_16(); //調(diào)用舵機(jī)輸出子程序控制舵機(jī)運(yùn)動(dòng) sao_wei(30); //為機(jī)器人動(dòng)作提供間隔延時(shí)15mS，控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度 }for(i=0;i<100;i++) //循環(huán)次數(shù)設(shè)定為100 { position[1]++; //控制1號(hào)舵機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，每次循環(huán)增量為1，身體右擺100 PWM_16(); //調(diào)用舵機(jī)輸出子程序控制舵機(jī)運(yùn)動(dòng) sao_wei(15); //為機(jī)器人動(dòng)作提供間隔延時(shí)7.5mS，控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度 }}}任務(wù)二：如何讓機(jī)器人鞠躬主函數(shù)調(diào)用范例：jugongjugong(ucharstep,uchartimes)；動(dòng)作函數(shù)詳解：voidjugong(ucharstep,uchartimes)voidjugong(ucharstep,uchartimes){uchari,j; //定義循環(huán)變量for(i=0;i<times;i++) //設(shè)定鞠躬次數(shù){ for(j=0;j<step;j++) //設(shè)定鞠躬幅度 { position[0]++;//控制0號(hào)舵機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，每次循環(huán)增量為1，右腿 position[2]--;//控制2號(hào)舵機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，每次循環(huán)增量為1，左腿 PWM_16(); sao_wei(20); } for(j=0;j<step;j++) { position[0]--;//控制0號(hào)舵機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，每次循環(huán)增量為1，右腿 position[2]++;//控制2號(hào)舵機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，每次循環(huán)增量為1，左腿 PWM_16(); sao_wei(20); }} delay_500ms();}注：注：同時(shí)控制多部舵機(jī)時(shí)，雖然是依次進(jìn)展設(shè)置，但是舵機(jī)是在得到"PWM_16();〞中的動(dòng)作命令后同步開場執(zhí)行動(dòng)作的。任務(wù)三：如何讓機(jī)器人踢球主函數(shù)調(diào)用范例：tiqiu();tiqiu();動(dòng)作函數(shù)詳解：voidvoidtiqiu(){ uchari; //定義循環(huán)變量 //左擺頭for(i=0;i<100;i++) { position[1]--; PWM_16(); sao_wei(30); } //抬右腳for(i=0;i<50;i++) { position[0]++; PWM_16(); sao_wei(10); } //落右腳for(i=0;i<50;i++) { position[0]--; PWM_16(); sao_wei(10); } //身體復(fù)位for(i=0;i<100;i++) { position[1]++; PWM_16(); sao_wei(30); }}任務(wù)四：如何讓機(jī)器人左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)主函數(shù)調(diào)用范例：turn_l(3);turn_l(3); //左轉(zhuǎn)turn_r(3); //右轉(zhuǎn)動(dòng)作函數(shù)詳解：〔voidturn_l(uchartimes){voidturn_l(uchartimes){ uchari,j; for(j=0;j<times;j++) { //左擺身,重心左移 for(i=0;i<40;i++) { position[1]-=2; PWM_16(); sao_wei(15); } //抬右腳 for(i=0;i<10;i++) { position[0]+=2; PWM_16(); sao_wei(15); } //重心中移 for(i=0;i<100;i++) { position[1]+=1; PWM_16(); sao_wei(15); } //磨擦轉(zhuǎn)身 for(i=0;i<20;i++) { position[0]-=1; position[1]--; PWM_16(); sao_wei(30); } delay_500ms(); } }〔2〕右轉(zhuǎn)voidturn_r(uchartimes)voidturn_r(uchartimes){ uchari,j; for(j=0;j<times;j++) { //右擺身,重心右移 for(i=0;i<40;i++) { position[1]+=2; PWM_16(); sao_wei(15); } //抬左腳 for(i=0;i<10;i++) { position[2]-=2; PWM_16(); sao_wei(15); } //重心中移 for(i=0;i<100;i++) { position[1]-=1; PWM_16(); sao_wei(15); } //磨擦轉(zhuǎn)身 for(i=0;i<20;i++) { position[2]+=1; position[1]+=1; PWM_16(); sao_wei(30); } delay_500ms(); }}注：注：此動(dòng)作的編寫過程中應(yīng)考慮到重心的偏移，以及腳部與地面的摩擦效果。任務(wù)五：如何讓機(jī)器人行走主函數(shù)調(diào)用范例：walking(ucharstep)walking(ucharstep);動(dòng)作函數(shù)詳解：voidwalking(ucharstep)voidwalking(ucharstep){ uchari,j; //右擺身,重心右移 for(i=0;i<30;i++) { position[1]+=2; PWM_16(); sao_wei(20); } //前抬左腳,后抬右腳 fo