机器人技术.docx
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机器人技术
第一章
1、国际标准化组织（ISO）对机器人的定义是什么？
答：
①机器人的动作机构具有类似于人或其他生物体某些器官（肢体、感官等）的功能；
②机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变；
③机器人具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等；
④机器人具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人类的干预。
2、工业机器人是如何定义的？
答：
工业机器人是指在工业中应用的一种能进行自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、多用途的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各种作业。
且这种操作机可以固定在一个地方，也可以在往复运动的小车上。
3、按几何结构，机器人可分为那几种？
答：
直角坐标型，圆柱坐标型，球坐标型，关节坐标型。
4、机器人的参考坐标系有哪些？
答：
全局参考坐标系，关节参考坐标系，工具参考坐标系。
5、什么是机器人的自由度和工作空间？
答：
机器人的自由度（DegreeofFreedom,DOF）是指其末端执行器相对于参考坐标系能够独立运动的数目。
自由度是机器人的一个重要技术指标，它是由机器人的结构决定的，并直接影响到机器人是否能完成与目标作业相适应的动作。
机器人的工作空间（WorkingSpace）是指机器人末端上参考点所能达到的所有空间区域。
由于末端执行器的形状尺寸是多种多样的，为真实反映机器人的特征参数，工作空间是指不安装末端执行器时的工作区域。
第二章
1、机器人系统由哪三部分组成？
答：
操作机，驱动器，控制系统。
2、什么是机器人的操作机？
分为哪几部分？
答：
操作机也称为执行机构、机械本体等，它具有和人手臂相似的功能，是可在空间抓放物体或进行其他操作的机械装置。
机器人的操作机就是通过活动关节（转动关节或移动关节）连接在一起的空间开链机构，主要由手部、腕部、臂部和机座构成。
3、简述机器人手部的作用，其分为哪几类？
答：
作用：
机器人的手部又称为末端执行器，它是机器人直接用于抓取和握紧（或吸附）工件或操持专用工具（如喷枪、扳手、砂轮、焊枪等）进行操作的部件，它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的最前端。
分类：
机械夹持式手，吸附式手，专用手，灵巧手。
4、机器人机械夹持式手按手爪的运动方式分为哪两种？
各有何典型机构？
答：
按手爪的运动方式分为回转型和平移型。
回转型：
楔块杠杆式，滑槽杠杆式，连杆杠杆式，齿轮齿条式，自重杠杆式。
平移型：
它分为直线式和圆弧式两种。
齿轮齿条式，螺母丝杠式，凸轮式平行连杆式。
5、机器人吸附式手分为哪两种？
各有何特点？
答：
气吸式手是利用吸盘内的压力与外界大气压之间形成的压力差来工作的，根据压力差形成的原理不同，可分为：
挤压排气式，气流负压式，真空抽气式。
磁吸式手是利用磁场产生的磁吸力来抓取工件的，因此只能对铁磁性工件起作用（钢、铁等材料在温度超过723℃时就会失去磁性），另外，对不允许有剩磁的工件要禁止使用，所以磁吸式手的使用有一定的局限性。
6、什么是机器人的换接器？
有何作用？
答：
换接器一般由两部分组成：
换接器插座和换接器插头。
它们分别装在机器
人的手部和机器人的腕部，能够使机器人快速自动的更换手部。
同时具备气源、电源和信号的快速联接与切断；能承受手部的工作载荷；在失电、失气的情况下，机器人停止工作时不会自行脱离；具有一定的换接精度等。
7、机器人腕部的作用是什么？
有哪些典型机构？
答：
改变或调整机器人手部在空间的姿态（方向），并连接机器人的手部和臂部。
液压摆动缸，轮系机构—2自由度（诱导运动），轮系机构—2自由度（差动式），轮系机构—3自由度（正交），轮系机构—3自由度（斜交）
8、机器人柔顺腕部结构的作用是什么？
柔顺装配有那两种方法？
如何实现？
答：
作用：
消除机器人在进行装配作业时的装配误差。
①主动柔顺——边检测，边修正。
②被动柔顺
角度误差
——回转运动
-回转机构
位置误差
——平移运动
-平移机构
9、机器人臂部的作用是什么？
实现两种运动方式的典型机构有哪些？
答：
作用：
改变机器人手在空间的位置。
机器人臂部的伸缩、升降和纵（横）向的移动均属于平移运动，其实现的典型机构主要有：
（1）活塞油缸、活塞气缸
（2）齿轮齿条机构
（3）丝杠螺母机构
（4）曲柄滑块机构
（5）凸轮机构
机器人臂部回转运动常用的典型机构有：
（1）油马达、气马达、摆动液压缸
（2）各种轮系机构
（3）齿条齿轮机构
（4）滑块曲柄机构
（5）活塞缸加连杆机构
（机器人臂部的俯仰运动）
10、机器人机座的作用是什么？
可分为哪两类？
答：
（1）作用：
支承着机器人自身重量及作业时的负载。
（2）分类：
固定式和移动式
11、机器人的机构简图如何绘制？
答：
12、机器人常见的驱动器有哪些？
答：
常见的驱动器主要有电动驱动器、液压驱动器和气动驱动器。
13、机器人电动驱动器有哪几种？
答：
——步进电机（steppingmotor）
——直流（DC）伺服电机
——交流（AC）伺服电机
——直接驱动（DirectDrive）电机
14、直接驱动（DD）电机有何特点？
有几种类型？
答：
DD电机分为基于电磁铁原理的VR（VariableReluctance可变磁阻）电机及基于永久磁铁的HB（hybrid）电机。
VR电机的磁路具有非线性，控制性能比较差。
HB电机转矩大，缺点是转速波动大。
在商用机器中，大多使用VR或HB电机。
转动型DD电机，直线型DD电机，平面型DD电机。
15、机器人控制系统的组成包括哪些部分？
16、机器人传感器如何分类？
方式和种类有哪些？
答：
传感器的主要作用就是给机器人输入必要的信息。
根据输人信息源是位于机器人的内部还是外部，传感器可以分为两大类：
一类是为了感知机器人内部的状况或状态的内部测量传感器（简称内传感器）。
它是在机器人本身的控制中不可缺少的部分，虽然与作业任务无关，却在机器人制作时将其作为本体一个组成部分，并进行组装；另一类是为了感知外部环境的状况或状态的外部测量传感器（简称外传感器）。
它是机器人适应外部环境所必需的传感器，按照机器人作业的内容．分别将其安装在机器人的头部、肩部、腕部、臀部、腿部、足部等。
17、机器人最基本的控制方法有哪些？
答：
（1）关节的运动控制及转矩（力）控制
（2）轨迹控制
（3）利用传感器反馈的运动调整
18、机器人轨迹控制的两种方式是什么？
答：
两种：
点位控制（ＰＴＰ），用于点焊、更换刀具等情况；连续路径控制（ＣＰ），用于弧焊、喷漆等作业。
如果机器人本身能够主动地决定运动，那么可经常使用路径规划加在线路径跟踪方式进行控制。
19、机器人的现代控制方法有哪些？
答：
（1）自适应控制
（2）智能控制技术
20、机器人系统设计的基本原则有哪些？
答：
（1）机器人系统任何一个部件或者子模块的设计都会对机器人的整体功能和性能产生重要的影响。
（2）机器人的工作环境对机器人的整体设计也有较大影响。
如果机器人用在宇宙空间的环境里，那么无论是机械结构设计还是控制系统都要考虑温度的变化、重力的影响或者电磁干扰强度等；若机器人工作在颠簸的环境，那么机械结构及控制系统的整体抗振则是设计时要注意的；若机器人用于医疗领域，则对机器人的噪声污染有着严格的要求。
21、机器人系统设计分为哪三个阶段？
答：
（1）总体方案设计
（2）详细设计
（3）制造、安装、调试和编写设计文档
第三章
1、什么是齐次坐标？
与直角坐标有何区别？
2、齐次变换矩阵的意义是什么?
3、联合变换与单步变换的关系是什么？
4、已知齐次变换矩阵，如何计算逆变换矩阵？
答：
图我就不截了，同学们自己找书或PPT。
5、机器人运动学解决什么问题?
什么是正问题和逆问题？
答：
不知道
6、机器人的坐标系有哪些？
如何建立？
答：
书或PPT
7、建立运动学方程需要确定哪些参数？
如何辨别关节变量？
答：
书或PPT
8、第一种和第二种杆件坐标系下，相邻杆件位姿矩阵计算有何区别？
答：
书或PPT
9、机器人运动学方程的正解和逆解有何特征？
各应用在什么场合？
逆解如何计算？
答：
书或PPT
第四章
1、机器人动力学解决什么问题？
什么是动力学正问题和逆问题？
答：
机器人各个关节的运动与关节需要的驱动力（矩）之间的关系。
正问题：
已知关节运动，求关节驱动力（矩）。
逆问题：
已知关节驱动力（矩），求关节运动
2、什么是牛顿方程？
什么是欧拉方程？
有何作用？
3、什么是惯性张量矩阵？
如何计算？
答：
4、正向递推的作用是什么?
分哪几步实现？
答：
5、反向递推的作用是什么?
分哪几步实现？
答：
6、正向递推和反向递推的初始条件各是什么？
当考虑杆件自重或手部负载为重物时，正向递推初始条件有何变化？
答：
7、写出机器人动力学模型，并简述各项的含义?
答：
第五章
1、控制系统的两大功能是什么？
答：
（1）示教再现功能
（2）运动控制功能
2、简述两种控制方式及其技术指标。
答：
1、按机器人手部在空间的运动方式分：
（1）点位控制方式——PTP
点位控制又称为PTP控制，其特点是只控制机器人手部在作业空间中某些规定的离散点上的位姿。
这种控制方式的主要技术指标是定位精度和运动所需的时间。
（2）连续轨迹控制方式——CP
连续轨迹控制又称为CP控制，其特点是连续的控制机器人手部在作业空间中的位姿，要求其严格的按照预定的路径和速度在一定的精度范围内运动。
这种控制方式的主要技术指标机器人手部位姿的轨迹跟踪精度及平稳性。
3、简述控制系统的组成及各个部分的作用。
答：
人机对话：
人将作业任务给机器人，同时机器人将结果反馈回来，即人与机器人之间的交流。
数学运算：
机器人运动学、动力学和数学插补运算。
通信功能：
与下位机进行数据传送和相互交换。
数据存储：
存储编制好的作业任务程序和中间数据。
伺服驱动控制：
接收上位机的关节运动参数信号和传感器的反馈信号，并对其进行比较，然后经过误差放大和各种补偿，最终输出关节运动所需的控制信号。
4、示教再现控制如何实现？
影响示教和记忆的因素有哪些？
答：
机器人示教的方式种类繁多，总的可以分为集中示教方式和分离示教方式。
1、集中示教方式
将机器人手部在空间的位姿、速度、动作顺序等参数同时进行示教的方式，示教一次即可生成关节运动的伺服指令。
2、分离示教方式
将机器人手部在空间的位姿、速度、动作顺序等参数分开单独进行示教的方式，一般需要示教多次才可生成关节运动的伺服指令，但其效果要好于集中示教方式。
当对用点位（PTP）控制的点焊、搬运机器人进行示教时，可以分开编制程序，且能进行编辑、修改等工作，但是机器人手部在作曲线运动而且位置精度要求较高时，示教点数就会较多，示教时间就会拉长，且在每一个示教点处都要停止和启动，因此就很难进行速度的控制。
当对用连续轨迹（CP）控制的弧焊、喷漆机器人进行示教时，示教操作一旦开始就不能中途停止，必须不中断的连续进行到底，且在示教途中很难进行局部的修改。
示教时，可以是手把手示教，也可通过示教盒示教。
5、运动控制如何实现？
可分为哪两步？
答：
6、什么是轨迹规划？
不同控制方式下各在什么坐标空间进行？
答：
1、轨迹规划
机器人关节运动伺服指令的轨迹规划生成方法是指根据作业任务要求的机器人手部在空间的位姿、速度等运动参数的变化，通过机器人运动学方程的求解和各种插补运算等数学方法最终生成相应的关节运动伺服指令。
PTP下的轨迹规划是在关节坐标空间进行。
CP下的轨迹规划是在直角坐标空间进行。
7、点位控制（PTP）下的轨迹规划如何实现？
答：
PTP下的轨迹规划
步骤：
第一步：
由手的位姿得到对应关节的位移；
第二步：
不同点对应关节之间位移的运动规划；
第三步：
由关节运动变化计算关节驱动力（矩）。
8、连续轨迹控制（CP）下的轨迹规划如何实现？
答：
CP下的轨迹规划
步骤：
第一步：
连续轨迹离散化。
第二步：
PTP下的轨迹规划。
9、关节运动伺服控制方法有哪些？
各有何特点？
答：
1、基于前馈和反馈的计算力（矩）的控制方法
这种控制方法是基于关节变量加速度的前馈和速度、位移误差的反馈以及对耦合力项和重力项的补偿而实现的，其考虑的主要是位移和速度的误差对惯性力项的影响，所以适合于低速、重载的机器人。
它的缺点是计算
的工作量大，且控制的精度主要依赖于机器人动力学模型的精确度。
2、线性多变量控制方法，适合于高速、轻载机器人的控制。
3、自适应控制
理想自适应控制是在基于模型控制的基础上，增添自适应控制规律，不断观测机器人各个关节的状态和伺服误差，驱动自适应算法，重新调整或更新非线性模型参数，直至伺服误差消失为止。
由此可见，这种控制方法对机器人控制系统的动态性能具有自我调整功能，并且可以达到全局的稳定。
4、自学习控制
自学习控制是近年来提出的一种智能控制方法，它可利用结构简单的控制器实现高精度的控制。
10、机器人语言有哪些分类？
VAL和AUTOPASS语言各有何特点？
答：
（1）根据机器人语言对作业任务描述水平的高低可分为动作级、对象级和任务级三大类。
（2）根据机器人语言的实际应用水平可分为动作指示语言和作业指示语言两大类。
VAL语言
1979年美国Unimation公司推出的VAL语言，是在BASIC语言的基础上扩展的机器人语言，它具有BASlC语言的结构，在此基础上添加了机器人编程指令和VAL监控操作系统。
操作系统包括用户交联、编辑和磁盘管理等部分。
VAL语言适用于机器人两级控制系统，上级机是LSI—11／23小型计算机，机器人各关节则由6503微处理器控制。
上级机还可以和用户终端、示教盒、I/O模块和机器视觉模块等交联。
VAL语言在调试过程中可以和BASIC语言以及6503汇编语言联合使用。
VAL语言目前主要用在各种类型的PUMA机器人以及UNIMATE2000、UNIMATE4000系列机器人上。
在VAL语言中，机器人终端位置和姿态用齐次变换表征。
当精度要求较高时，可以用精确点的数据表征终端位置和姿态。
AUTOPASS语言
AUTOPASS语言是IBM公司下属的一个研究所提出来的机器人语言，它像给人的组装说明书一样，是针对描述对机器人操作的语言。
程序把工作的全部规划分解成放置部件、插入部件等宏功能状态变化指令来描述。
AUTOPASS语言的编译，是用称作环境模型的数据库，一边模拟工作执行时环境的变化一边决定详细动作，作出对机器人的工作指令和数据。
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