工业机器人技术课后题答案讲解学习.docx
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工业机器人技术课后题答案讲解学习
工业机器人技术课后题答案
第一章课后习题:
3、说明工业机器人的基本组成及各部分之间的关系。
答:
工业机器人由三大部分六个子系统组成。
三大部分是机械部
分、传感部分和控制部分。
六个子系统是驱动系统、机械结构系
统、感受系统、机器人-环境交互系统、人机交互系统和控制系
统。
各部分之间的关系可由下图表明:
4、简述工业机器人各参数的定义:
自由度、重复定位精度、工
作范围、工作速度、承载能力。
答:
自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目,不应包
括手爪(末端操作器)的开合自由度。
重复定位精度是指机器人重复定位其手部于同一目标位置的能
力,可以用标准偏差这个统计量来表示,它是衡量一列误差值的
密集度(即重复度)。
工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的
集合,也叫工作区域。
工作速度一般指工作时的最大稳定速度。
承载能力是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最
大质量。
承载能力不仅指负载,而且还包括了机器人末端操作器
的质量。
第二章课后习题:
1、
答:
工业上的机器人的手一般称之为末端操作器,它是机器人直
接用于抓取和握紧(吸附)专用工具(如喷枪、扳手、焊具、喷头
等)进行操作的部件。
具有模仿人手动作的功能,并安装于机器人
手臂的前端。
大致可分为以下几类:
(1)夹钳式取料手;
(2)吸附
式取料手;(3)专用操作器及转换器;(4)仿生多指灵巧手。
4、
答:
R关节是一种翻转(Roll)关节。
B关节是一种折曲(Bend)关节。
Y关节是一种偏转(Yaw)关节。
具有俯仰、偏转和翻转运动,即
RPY运动。
5、
答:
行走机构分为固定轨迹式和无固定轨迹式。
无固定轨迹式又
分为与地面连续接触(包括轮式和履带式)和与地面间断接触(步
行式)。
轮式在平地上行驶比较方便,履带式可以在泥泞道路上
和沙漠中行驶。
步行式有很大的适应性,尤其在有障碍物的通
道(如管道、台阶或楼梯)上或很难接近的工作场地更有优越性。
第三章课后习题:
1、点矢量v为[10.0020.0030.00]
T,相对参考系作如下齐次坐标
变换:
1.8660.5000.00011.0
A=
1.500
1.000
0.866
0.1
1.000
1.1
3.1
9.1
0001
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
旋转算子Rot及平移算子Trans。
0.8660.5000.00011.010.009.66
,=Av=
解:
v
0.500
0.1
0.866
0.1
0.1
1.1
3.1
9.1
20.1
30.1
=
19.32
39
000111
属于复合变换:
0.8660.500
旋转算子Rot(Z,30)?
=
0.5
0
1.866
0
0
1
0
0
0001
10011.0
平移算子Trans(11.0,-3.0,9.0)=
0
0
1
0
0
1
3.1
9.1
0001
2、有一旋转变换,先绕固定坐标系Z0轴转45?
,再绕其X0轴转
30,?
最后绕其Y0轴转60?
,试求该齐次坐标变换矩阵。
解:
齐次坐标变换矩阵R=Rot(Y,60?
)Rot(X,30?
)Rot(Z,45?
)
0.500.866010000.7070.70700
=
0
0.866
1
0
0
0.5
0
0
0
0
0.866
0.5
0.5
0.866
0
0
0.707
0
0.707
0
0
1
0
0
=
000100010001
2.
0.0470.7500
2.0.6120.50
2.0.4360.4330
0001
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30,?
然后绕旋转后的动坐标系的XB轴旋转45,?
试写出该坐标
系{B}的起始矩阵表达式和最后矩阵表达式。
1000
解:
起始矩阵:
B=O=
0
0
1
0
0
1
0
0
0001
0.8670.35300
最后矩阵:
B′=Rot(Z,30)?
Rot(X,45)?
=
0.2
0
2.
1.2
3.2
9.2
0
0
0001
4、如题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。
θ10306090
d2/m0.50
0.8671.000.70
解:
建立如图所示的坐标系
参数和关节变量
连杆连杆转连杆扭角连杆长连杆距
角θ度а
α
离d
1θ1000
200d20
cossin00100
11
d
2
A1Rot(Z,)
1
sin
0
1
cos
0
1
0
1
0
0
A
2
Trans(d
2
0,0)
0
0
1
0
0
1
0
0
00010001
机械手的运动方程式:
cossin0dcos
1121
T2AA
12
sin
0
1
cos
0
1
0
1
d
2
sin
0
1
0001
当θ1=0,d2=0.5时:
1000.5
手部中心位置值
B
0
0
1
0
0
1
0
0
0001
当θ1=30,d2=0.8时
0.8660.500.433
手部中心位置值
B
3.
0
3.
0
0
1
0.868
0
0001
当θ1=60,d2=1.0时
0.8690.86600.5
手部中心位置值
B
0.3866
0
3.
0
0
1
1.3866
0
0001
当θ1=90,d2=0.7时
0100
手部中心位置值
B
1
0
0
0
0
1
3.3
0
0001
6、题6图所示为一个二自由度的机械手,两连杆长度均为1m,
试建立各杆件坐标系,求出
A,A2及该机械手的运动学逆解。
1
解:
建立如图所示的坐标系
Y1
X1
Y2
Y0
X2
X0
对于关节1:
{1}系相对于{0}系X0轴平移1m,然后绕Z0轴旋转
θ1;
对于关节2:
{2}系相对于{1}系X1轴平移1m,然后绕Z1轴旋转
θ2;
该二自由度机械手运动学方程式为:
T2AA,其中
12
A1Rot(Z0,1)Trans(1,0,0)
A2Rot(Z1,2)Trans(1,0,0)
所以,该二自由度机械手运动学方程式为:
c
c
1
2
s
s
1
2
css
12
c
1
2
0
c
c
1
2
s
s
1
2
c
1
T
2
s
c
1
2
0
c
s
1
2
s
s
1
2
0
c
c
1
2
0
1
s
c
1
2
c
0
s
1
2
s
1
0001
根据该运动学方程为:
n
x
o
x
a
x
p
x
T
2
n
y
n
z
o
y
o
z
a
y
a
z
p
y
p
z
AA
12
0001
cs01
11
用
sc00
111
A左乘上式,即
1
0010
0001
cs01
11
n
x
o
x
a
x
p
x
s
0
1
c
0
1
0
1
0
0
n
y
n
z
o
y
o
z
a
y
a
z
p
y
p
z
A
2
00010001
将其左右两边元素对比,对应元素相等,可得
1
22
pp
xy
arctg()
22
pp
xy2
21
(1)
2
arctg
p
x
p
y
21
(
2
x
p
2
x
p
2
y
p
2
2
y
p
2
1)
arctg()2