工业机器人韩建海 复习Word文件下载.docx

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2-1.工业机器人机械系统总体设计主要包括哪几个方面的内容？

答：

工业机器人的设计过程是跨学科的综合设计过程，设计机械设计、传感技术、计算机应用和自动控制等多方面的内容。

2-2.机器人的三种驱动方式各自的优缺点是什么？

机器人常用的驱动方式主要有液压驱动、气压驱动和电气驱动三种基本类型。

液压驱动方式

液压驱动的特点是功率大，结构简单，可以省去减速装置，能直接与被驱动的连杆相连，响应快，伺服驱动具有较高的精度，但需要增设液压源，而且易产生液体泄漏，故目前多用于特大功率的机器人系统。

优点:

（1）液压容易达到较高的单位面积压力体积较小,可以获得较大的推力或转矩。

（2）液压系统介质的可压缩性小,工作平稳可靠,并可得到较高的位置精度

（3）液压传动中,力、速度和方向比较容易实现自动控制

（4）液压系统采用油液作介质,具有防锈性和自润滑性能,可以提高机械效率,使用寿命长。

缺点:

（1）油液的粘度随温度变化而变化,这将影响工作性能。

高温容易引起燃烧、爆炸等危险

（2）液体的泄漏难于克服,要求液压元件有较高的精度和质量,故造价较高（3）需要相应的供油系统,尤其是电液伺服系统要求严格的滤油装置,否则会引起故障。

气压驱动方式

气压驱动的能源、结构都比较简单，但与液压驱动相比，同体积条件下功率较小，而且速度不易控制，所以多用于精度不高的点位控制系统。

优点：

（1）压缩空气粘度小,容易达到高速（1m／s）

（2）利用工厂集中的空气压缩机站供气,不必添加动力设备

（3）空气介质对环境无污染,使用安全,可直接应用于高温作业

（4）气动元件工作压力低,故制造要求也比液压元件低。

（1）压缩空气常用压力为0.4～0.6MPa,若要获得较大的压力,其结构就要相对增大

（2）空气压缩性大,工作平稳性差,速度控制困难,要达到准确的位置控制很困难。

（3）压缩空气的除水问题是一个很重要的问题,处理不当会使钢类零件生锈,导致机器人失灵。

此外,排气还会造成噪声污染。

电气驱动方式

电气驱动所用能源简单，机构速度变化范围大，效率高，速度和位置精度都很高，且具有使用方便、噪声低和控制灵活的特点。

2-4.工业机器人对臂部设计有什么基本要求？

（1）手臂应具有足够的承载能力和刚度。

（2）导向性要好。

（3）重量和转动惯量要小。

（4）运动要平稳、定位精度要高。

3-1.点矢量v为，相对参考系作如下齐次坐标变换：

A=

写出变换后点矢量v的表达式，并说明是什么性质的变换，写出其经平移坐标变换和旋转变换后的其次坐标变换矩阵（即写出旋转算子Rot及平移算子Trans）。

解：

v，=Av==

属于复合变换：

旋转算子Rot（Z，30̊）=平移算子Trans（11.0，-3.0，9.0）=

3-2.有一旋转变换，先绕固定坐标系Z0轴转45̊，再绕其X0轴转30̊，最后绕其Y0轴转60̊，试求该齐次坐标变换矩阵。

齐次坐标变换矩阵R=Rot（Y，60̊）Rot（X，30̊）Rot（Z，45̊）==

3-3.坐标系{B}起初与固定坐标系{O}相重合，现坐标系{B}绕ZB旋转30̊，然后绕旋转后的动坐标系的XB轴旋转45̊，试写出该坐标系{B}的起始矩阵表达式和最后矩阵表达式。

起始矩阵：

B=O=

最后矩阵：

B´

=Rot（Z，30̊）BRot（X，45̊）=

3-5.写出齐次变换阵，它表示坐标系{B}连续相对固定坐标系{A}作以下变换：

（1）绕轴旋转90̊。

（2）绕轴旋转-90̊。

（3）移动。

=Trans（3，7，9）Rot（X，-90̊）Rot（Z，90̊）==

3-6.写出齐次变换矩阵，它表示坐标系{B}连续相对自身运动坐标系{B}作以下变换：

（1）移动。

（2）绕轴旋转90̊。

.

（3）绕轴转-90̊。

=Trans（3，7，9）Rot（X，90̊）Rot（Z，90̊）=

3-7.1.8如题1.8图所示的二自由度平面机械手，关节1为转动关节，关节变量为θ1；

关节2为移动关节，关节变量为d2。

试：

（1）建立关节坐标系，并写出该机械手的运动方程式。

（2）按下列关节变量参数求出手部中心的位置值。

θ1

0̊

30̊

60̊

90̊

d2/m

0.50

0.80

1.00

0.70

建立如图所示的坐标系

参数和关节变量

连杆

θ

α

а

d

1

θ1

2

d2

机械手的运动方程式：

当θ1=0̊，d2=0.5时：

手部中心位置值

当θ1=30̊，d2=0.8时

手部中心位置值

当θ1=60̊，d2=1.0时

当θ1=90̊，d2=0.7时

3-8.

3-9.

3-10.什么是机器人运动学逆解的多重性？

机器人运动学逆解的多重性是指对于给定的机器人工作领域内，手部可以多方向达到目标点，因此，对于给定的在机器人的工作域内的手部位置可以得到多个解。

4-4.机器人力雅可比矩阵和速度雅可比矩阵有何联系？

力雅可比矩阵是速度雅克比矩阵的转置。

5-2.何谓点位控制和连续轨迹控制？

举例说明它们在工业上的应用。

点位控制：

指只规定各点的位姿，不规定各点之间的运动轨迹的控制方式。

应用：

从事在印刷电路板上安插元件‘点焊’搬运及上/下料等作业的工业人

连续轨迹控制：

指规定机器人定位位姿轨迹的控制方式。

从事弧焊、喷漆、切割等作业的工业机器人

6-3.光电编码器可用于测量的模拟量有哪些？

请说明绝对式与增量式光电编码器各自适用的场合。

光电编码器可以测量的模拟量：

转角、直线位移、转轴的转速和转向

适用场合：

绝对式：

用于长期定位控制的装置和设备中

增量式：

广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定仪器

等需要检测角度的装置和设备中。

6-4.利用增量式光电编码器以数字方式测量机器人关节转速，若已知编码器输出为1500脉冲/转，高速脉冲源周期为0.2ms，对应编码器的2个脉冲测得计数值为120，求关节转动角速度的值。

解：

时间增量为:

t=0.2×

120ms=24ms

角速度为:

w==（22π/1500）/0.024=0.349rad/s

6-5.说明接近传感器的应用、常见种类及工作原理。

接触传感器用于判断在一规定距离范围内是否有物体存在，主要用于物体抓取或避

障类近距离工作的场合。

常见的种类：

常见的接近觉传感器有电感式、电容式、光电式、霍尔效应式、超声波式

和气压式五种

工作原理：

电感式：

利用涡流感知物体接近

电容式：

利用物体接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化的情况来控制开关

光电式：

利用被检测物体对红外光束的遮挡或反射，由同步回路选通来检测物体的有无

霍尔效应式：

利用霍尔效应判断是否接近铁磁体

超声波式：

测量发射换能器发出的超声波经目标反射后沿原路返回接收器所需的时间来监测物体

气压式：

通过检测气流喷射遇到物体时的压力变化来检测和物体之间的距离

6-6.工业机器人的触觉传感器能感知哪些环境信息？

广义上，它包括接触觉、压觉、力觉、滑觉、冷热觉等与接触有关的感觉；

狭义上，它是机械手与对象接触面上的力感觉。

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