机器人学及其智能控制(共7页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上第一章一、填空题1. 国际标准化组织采纳了美国机器人协会于1979年给机器人下的定义：“一种可编 程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可 改变和 可编程 的专门系统。” 2. 我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即 工业机器人 和特种机器人。3. 工业机器人由 机械本体 、 驱动系统 和 控制系统 3个基本部分组成。4. 工业机器人按程序输入方式区分有 编程输入型 和 示教输入型 两类。5. 机器人系统的组成大体上可分为三部分： 机械系统 、 传感系统 和 控制系统 。6. 控制系统的任务是根据机器人的作业指令程

2、序以及从 传感器反馈回来的信号 ，支配机器人的 执行机构 去完成规定的运动和功能。7.工业机器人的主要技术参数一般都应有 自由度、定位精度和重复精度、工作范围、最大工作速度、承载能力 等。、填空题1. 丝杠传动有 滑动式、滚珠式 和 静压式 等。机器人传动用的丝杠具备结构紧凑、间隙小和传动效率高等特点。2. 机器人中常用的齿轮传动机构是 行星齿轮传动机构 和 谐波传动机构 。3.谐波发生器是在 椭圆形凸轮 的外周嵌入薄壁轴承制成的部件。4.移动机器人的移动机构形式主要有 车轮式移动机构 、 履带式移动机构 、 足式移动机构 。5.履带式机构称为 无限轨道方式 ，其最大特征是将 圆环状的无限轨道

3、履带 卷绕在多个车轮上，使车轮不直接与路面接触。6. 机器人常用的驱动方式主要有 液压驱动 、 气压驱动 、 电气驱动 3种基本类型。7.用电磁阀控制的 直线液压缸 是最简单和最便宜的开环液压驱动装置。一、填空题1.机器人是否能够准确无误地正常工作，往往取决于 传感器 的测量精度。2.机器人传感器的 稳定性和可靠性 是保证机器人能够长期稳定可靠地工作的必要条件。3.机器人传感器的工作环境比较恶劣，它应当能够承受强 电磁干扰 ，并能够在定的 高温、高压、高污染 环境中正常工作。4.装配机器人对传感器的要求类似于搬运机器人，也需要 视觉、力觉 和 触觉 等感觉能力。通常，装配机器人对工作位置的要求

4、更高。5.焊接机器人包括 点焊机器人 和 弧焊机器人 两类。6.所谓编码器即是将某种 物理量 转换为 数字格式 的装置。7.绝对型编码器有 绝对位置 的记忆装置，能测量旋转轴或 移动轴的绝对位置，因此在机器人系统中得到大量应用。8.液体式倾斜角传感器分为 气泡位移式 、 电容式 、 电解液式 和 磁流体式 等。9.接近度与距离传感器是机器人用以探测自身与周围物体之间 相对位置 和距离的传感器。一、填空题1.移动机器人控制系统是以 计算机控制技术 为核心的实时控制系统，它的任务就是根移动机器人所要完成的功能，结合移动机器人的本体结构和 运动 方式，实现移动器人的工作目标。2.所谓软件伺服控制，是

5、指利用 计算机软件编程 的办法，对机器人控制器进行改进。如设计一个先进的控制算法，或对系统中的 非线性进行补偿。、填空题1.机器人运动学是一门研究 物体运动规律 的科学。它在研究中不考虑 产生运动的力和力矩 而只研究运动物体的 位置、速度、加速度 和位置变量对时间（或其他变量）的高阶导数：2.机器人的雅可比矩阵是由 机械手的操作速度与关节的运动速度的线性变换构成 。一、填空题1.机器人的控制方式可以分为 动作控制方式 和 示教控制方式 。2. 机器人的按照被控对象可以分为 位置控制 、速度控制、 加速度控制 、力矩控制、力/位混合控制等。3. 工业机器人位置控制的目的，就是要使机器人各关节实现

6、 预先所规划的运动 ，最终验证工业机器人末端执行器 沿预定轨迹运行 。4.工业机器人的结构多采用串接的连杆形式，其动态特性具有高度的 非线性 。5.控制系统根据预先制定的控制策略对这些力信息作出处理后，控制机器人在 不确定 环境下进行与该环境 相适应 的操作，从而使机器人完成复杂的作业任务。6.机器人动力学模型存在 非线性 和 不确定 因素，这些因素包括 未知的系统参数、 非线性特性 以及环境因素等。一、填空题1.在直角坐标空间中进行轨迹规划，是指将 末端执行器位置 、速度 和 加速度 表示为 时间 的函数，而相应的关节位置 、速度和加速度由末端执行器信息导出。2.一般情况下，关节空间的规划方

7、法便于计算，并且由于关节空间与笛卡儿坐标空间之 间并不存在 连续的对应关系 ，因而不会发生机构的奇异性问题。3.直角坐标空间轨迹规划必须反复求解 逆运动学方程 来计算关节角。二、简答题1.机器人按照控制方法的不同可以划分为几种？（1）顺序型：这类机器人拥有规定的程序动作控制系统。（2）沿轨迹作业型：这类机器人执行某种移动作业，如焊接、喷漆等。（3）远距作业型：比如在月球上自动工作的机器人。（4）智能型：这类机器人具有感知、适应以及思维和人机通信机能。2.机器人按照功能可以划分为几种？（1）操作型机器人：能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动， 用于相关自动化系统中。（2）程

8、控型机器人：按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。（3）示教再现型机器人：通过引导或其他方式，先教会机器人动作，输入工作程序，机 器人则自动重复进行作业。（4）数控型机器人：不必使机器人动作，通过数值、语言等对机器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业。（5）感觉控制型机器人:利用传感器获取的信息控制机器人的动作。（6）适应控制型机器人:机器能适应环境的变化，控制其自身的行动。（7）学习控制型机器人：机器人能“体会”工作的经验，具有一定的学习功能，并将所“学”的经验用于工作中（8）智能机器人：以人工智能决定其行动的机器人。二、简答题1.试简述机器人的运动机构。（1）直线运动机构

9、：丝杆传动，皮带传动与链传动；（2）旋转运动机构：齿轮；（3）减速运动机构 ：行星齿轮减速器，谐波传动。2.试简述各种传动齿轮的结构及特点。3.试简述工业机器人常见的运动形式。（1）直角坐标型机器人 三个关节都是移动关节，关节轴线相互垂直，相当于笛卡尔坐标系的xyz轴，主要用于生产设备的上下料，也可用于高精度的装卸和检测作业。（2）圆柱坐标型机器人 是以、z和r为参数构成坐标系手腕参考点的位置可表示为P=f (，z，r)）。（3）球（极）坐标型机器人 以、r为坐标，任意点可表示为P=f(，r)（4）SCARA机器人 有三个旋转关节，其轴线相互平行。手腕参考点的位置是由两旋转关节的角位移1、2和

10、移动关节的位移z决定，即P=f(1，2，z)（5）关节型机器人 由两个肩关节和一个肘关节进行定位，由两个或三个腕关节进行定向。4.与轮式移动机构相比，履带式移动机构有什么特点？(1) 支撑面积大，接地比压小。适合于松软或泥泞场地进行作业，下陷度小，滚动阻力小，通过性能较好。(2)越野性能好，爬坡、越沟等性能优于轮式移动机构。(3) 履带支撑面上有履齿，不易打滑，牵引附着性能好，有利于发挥较大的牵引力。(4)结构复杂，质量大，运动惯性大，减震性能差，零件易损坏。二、简答题1.机器人传感器的选择应该考虑哪些因素？在选择合适的传感器以适应特定的需要时，必须考虑传感器多方面的特点。这些特点决定了传感器

11、的性能、是否经济、应用是否简便以及应用范围等，在某些情况下，为实现同样的目标，课时选择不同类型的传感器。这时，在选择传感器前应该考虑以下一些因素：成本，尺寸 ，质量，输出的类型，接口，分辨率，林敏度，线性度，量程，响应时间，频率响应，可靠性，精度，重复精度等。2.机器人内部传感器的基本种类有哪些？常用内部传感器有位置传感器（电位器、旋转变压器、码盘）、速度传感器（测速发电机）、加速度传感器（应变片式、伺服式、压电式、电动式）和倾斜角传感器（液体式、垂直振子式）。三、论述题试论述机器人控制系统及其功能。对于一个具有高度智能的机器人，它的控制系统实际上包含了 “任务规划”、“动作规划”、 “轨迹规

12、划”和基于模型的“伺服控制”等多个层次，如图4.1所示。机器人首先要通过人机接口获取操作者的指令，指令的形式可以是人的自然语言，或者是由人发出的专用的指令语言，也可以是通过示教工具输入的示教指令，或者键盘输入的机器人指令语言以及计算机程序指令，机器人其次要对控制命令进行解释理解，把操作者的命令分解为机器人可以实现的 “任务”，这就是任务规划。然后机器人针对各个任务进行动作分解，这是动作规划。为了实现机器人一系列动作，应该对机器人每个关节的运动进行设计，即机器人的轨迹规划。最底 层的是关节运动的伺服控制。二、简答题1.简述工业机器人控制的特点。工业机器人控制系统一般是以机器人的单轴或多轴协调运动

13、为控制目的的系统，与一般 的伺服系统或过程控制系统相比，工业机器人控制系统有如下特点。(1)机器人的控制与机构运动学、动力学密切相关。根据给定的任务，应当选择不同基准坐标系，并作适当的坐标变换，经常要求解运动学正问题和逆问题。除此之外还要考虑各关节之间惯性力、哥氏力等的耦合作用以及重力负载的影响。(2)描述机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型，随着状态的变化，其I 在变化，各变量之间还存在耦合。因此，仅仅利用位置闭环是不够的，还要利用速度闭环 甚至加速度闭环。系统中还经常采用一些控制策略，比如重力补偿、前馈、解耦或自适应控制。(3)机器人控制系统是一个多变量控制系统。即使一个简单的工业机

14、器人也有35 由度。每个自由度一般包含一个伺服机构，多个独立的伺服系统必须有机地协调起来。 机器人的手部运动是所有关节运动的合成运动，要使手部按照一定的规律运动，就必多 地控制各关节协调动作，包括运动轨进、动作时序等多方面的协调。(4)具有较高的重复定位精度。除直角坐标机器人以外，机器人关节上的位置检测元件， 不能安放在机器人末端执行器上，而是放在各自驱动轴上，因此是位置半闭环系统。但机器人的重复定位精度较高，一般为0.1 mm。(5)系统的刚性要好。由于机器人工作时要求运动平稳，不受外力干扰，为此系统有较好的刚性，否则将造成位置误差。(6)位置无超调，动态响应尽量快。机器人不允许有位置超调，

15、否则将可能与工件 碰撞。加大阻尼可以减少超调，但却降低了系统的快速性，所以进行设计时要根据系统要求权衡。(7)需采用加（减）速控制。过大的加（减）速度都会影响机器人运动的平稳，甚3 生抖动，因此在机器人起动或停止时采取加（减）速控制策略。通常采用匀加（减）速运动 指令来实现。(8)从操作的角度来看，要求控制系统具有良好的人机界面，尽量降低对操作者的要求。 .多数情况要求控制器的设计人员不仅要完成底层伺服控制器的设计，而且还要完成规划算法的编程。(9)工业机器人还有一种特有的控制方式示教再现控制方式。当要工业机器人完成 某作业时，可预先移动工业机器人的手臂，来示教该作业顺序、位置以及其他信息，在

16、执行 时，依靠工业机器人的动作再现功能，可重复进行该作业。总而言之，工业机器人控制系统是一个与运动学和动力学原理密切相关的、有耦合的、 非线性的多变量控制系统。随着实际工作情况的不同，可以采用各种不同的控制方式。2.简述机器人的学习控制的应用领域。三、论述题试论述机器人的自适应控制的应用领域。第八章二、简答题1.简述轨迹规划的基本原理。2.简述直角坐标空间的轨迹规划步骤。三、计算题1. 求一个六轴机器人的第三关节用4s的时间从初始角20移动到终止角80。假设机器人由静止开始运动，抵达目标点时速度为5/s。计算一条三次多项式关节空间轨迹的系数， 绘制出关节角和速度曲线。2. 一个两自由度平面机器人在直角坐标系空间中沿直线从起点（3, 6)运动到终点(10，8)。若将路径划分为10段，且每一个连杆长25cm,求该机器人的关节量。专心-专注-专业