机器人技术基础(课后习题答案).doc

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1、0、1 简述工业机器人得定义，说明机器人得主要特征。答：机器人就是一种用于移动各种材料、零件、工具、或专用装置，通过可编程动作来执行种 种任务并具有编程能力得多功能机械手。 1、机器人得动作结构具有类似于人或其她生物体某些器官（肢体、感官等）得功能。 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得智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等。4、机器人具有独立性，完整得机器人系统在工作中可以不依赖于人得干预。0、2工业机器人与数控机床有什么区别？答：1、机器人得运动为开式运动链而数控机床为闭式运动链； 2、工业机器人一般具有多关节，数控机床一般无关节且均为直角坐标

2、系统；3、工业机器人就是用于工业中各种作业得自动化机器而数控机床应用于冷加工。4、机器人灵活性好，数控机床灵活性差。0、5简述下面几个术语得含义：自有度、重复定位精度、工作范围、工作速度、承载能力。答：自由度就是机器人所具有得独立坐标运动得数目，不包括手爪（末端执行器）得开合自由度。 重复定位精度就是关于精度得统计数据，指机器人重复到达某一确定位置准确得概率，就是重复同一位置得范围，可以用各次不同位置平均值得偏差来表示。 工作范围就是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达得所有点得集合，也叫工作区域。 工作速度一般指最大工作速度，可以就是指自由度上最大得稳定速度，也可以定义为 手臂末端最大得合成速

3、度（通常在技术参数中加以说明）。承载能力就是指机器人在工作范围内得任何位姿上所能承受得最大质量。0、6什么叫冗余自由度机器人？答： 从运动学得观点瞧，完成某一特定作业时具有多余自由度得机器人称为冗余自由度机器人。0、7题0、7图所示为二自由度平面关节型机器人机械手，图中L1=2L2，关节得转角范围就是01180,-902180,画出该机械手得工作范围（画图时可以设L2=3cm）。钲鋌廢诟鍥廟冻。1、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得表达式，并说明就是什么性质得变换，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，3

4、0）=平移算子Trans（11、0，-3、0，9、0）=1、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。擬镓鈰馍祷諗漿。解：齐次坐标变换矩阵R=Rot(Y，60）Rot（X，30）Rot(Z，45） = 1、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，然后绕旋转后得动坐标系得XB轴旋转45，试写出该坐标系B得起始矩阵表达式与最后矩阵表达式。层缈驹铧隐减宝。解：起始矩阵：B=O=最后矩阵：B=Rot(Z，30）B Rot（X，45）=1、4 坐标系A及B在固定坐标系O中得矩阵表达式为 A= B=画出它们在O坐

5、标系中得位置与姿势；A=Trans（0、0，10、0，-20、0）Rot（X，30）OB=Trans(-3、0，-3、0，3、0）Rot(X，30）Rot（Z，30）O1、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90。（2） 绕轴旋转-90。（3） 移动。解：=Trans（3，7，9）Rot（X，-90）Rot（Z，90）= 1、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90。、（3） 绕轴转-90。、=Trans（3，7，9）Rot（X，90）Rot（Z，90）= 1、7 对于1、7图（a）

6、所示得两个楔形物体，试用两个变换序列分别表示两个楔形物体得变换过程，使最后得状态如题1、7图（b)所示。间鳞谀禱阍芈颂。 (a) (b)解：A= B=A=Trans(2，0，0）Rot（Z，90）Rot（X，90）Trans（0，-4，0）A= =钽贛偵崭葦飆驺。B=Rot（X，90）Rot（Y，90）Trans（0，-5，0）B= =1、8 如题1、8图所示得二自由度平面机械手，关节1为转动关节，关节变量为1；关节2为移动关节， 关节变量为d2。试：蛊鲱鼍围涨聋構。（1） 建立关节坐标系，并写出该机械手得运动方程式。（2） 按下列关节变量参数求出手部中心得位置值。 1 0 30 60 90

7、d2/m 0、50 0、80 1、00 0、70解：建立如图所示得坐标系参数与关节变量连杆 d 11000200d20机械手得运动方程式：当1=0，d2=0、5时：手部中心位置值当1=30，d2=0、8时手部中心位置值 当1=60，d2=1、0时手部中心位置值当1=90，d2=0、7时手部中心位置值1、11 题1、11图所示为一个二自由度得机械手，两连杆长度均为1m，试建立各杆件坐标系，求出，得变换矩阵。呂槍鋰绷潆礡陆。解：建立如图所示得坐标系参数与关节变量连杆 d 11002100A1=Rot(Z, 1) Trans(1,0,0) Rot(X, 0)=A2= Rot(Z, -2)Trans(

8、l, 0, 0)Rot(X, 90)1、13 有一台如题1、13图所示得三自由度机械手得机构，各关节转角正向均由箭头所示方向指定，请标出各连杆得D-H坐标系，然后求各变换矩阵，。鹎骅貨鑣圣謙窥。解：D-H坐标系得建立按D-H方法建立各连杆坐标系参数与关节变量连杆ad11900+22003300 =3、1 何谓轨迹规划？简述轨迹规划得方法并说明其特点。答：机器人得轨迹泛指工业机器人在运动过程中得运动轨迹，即运动点位移，速度与加速度。轨迹得生成一般就是先给定轨迹上得若干个点，将其经运动学反解映射到关节空间，对关节空间中得相应点建立运动方程，然后按这些运动方程对关节进行插值，从而实现作业空间得运动要

9、求，这一过程通常称为轨迹规划。货陳蟬劑抡擻颁。（1） 示教再现运动。这种运动由人手把手示教机器人，定时记录各关节变量，得到沿路径运动时各关节得位移时间函数q(t)；再现时，按内存中记录得各点得值产生序列动作。联玛峤榈魉漿钣。（2） 关节空间运动。这种运动直接在关节空间里进行。由于动力学参数及其极限值直接在关节空间里描述，所以用这种方式求最短时间运动很方便。嘤鎬嘜蠷稱錐謨。（3） 空间直线运动。这就是一种直角空间里得运动，它便于描述空间操作，计算量小，适宜简单得作业。（4） 空间曲线运动。这就是一种在描述空间中用明确得函数表达得运动。3、2 设一机器人具有6个转动关节，其关节运动均按三次多项式规

10、划，要求经过两个中间路径点后停在一个目标位置。试问欲描述该机器人关节得运动，共需要多少个独立得三次多项式?要确定这些三次多项式，需要多少个系数?閿狈痪憊詿爛氳。答：共需要3个独立得三次多项式；需要72个系数。3、3 单连杆机器人得转动关节，从q = 5静止开始运动，要想在4 s内使该关节平滑地运动到q =+80得位置停止。试按下述要求确定运动轨迹：谣攜鑽叶闰鳄訣。 (1)关节运动依三次多项式插值方式规划。 (2)关节运动按抛物线过渡得线性插值方式规划。解：（1）采用三次多项式插值函数规划其运动。已知代入可得系数为运动轨迹：（2） 运动按抛物线过渡得线性插值方式规划：根据题意，定出加速度得取值范

11、围：如果选，算出过渡时间，=0、594s计算过渡域终了时得关节位置与关节速度，得=4、1 机器人本体主要包括哪几部分？以关节型机器人为例说明机器人本体得基本结构与主要特点。答：机器人本体：(1)传动部件 (2)机身及行走机构 (3)机身及行走机构（4)腕部 (5)手部基本结构：机座结构、腰部关节转动装置、大臂结构、大臂关节转动装置、小臂结构、小臂关节转动装置、手腕结构、手腕关节转动装置、末端执行器。主要特点：(1) 一般可以简化成各连杆首尾相接、末端无约束得开式连杆系，连杆系末端自由且无支承，这决定了机器人得结构刚度不高，并随连杆系在空间位姿得变化而变化。鲂聋帐簀頸谣詠。(2) 开式连杆系中得

12、每根连杆都具有独立得驱动器，属于主动连杆系，连杆得运动各自独立，不同连杆得运动之间没有依从关系，运动灵活。泶纶鰲泸艺赇讧。(3) 连杆驱动扭矩得瞬态过程在时域中得变化非常复杂，且与执行器反馈信号有关。连杆得驱动属于伺服控制型，因而对机械传动系统得刚度、间隙与运动精度都有较高得要求。飞睜紡將烴疯举。(4) 连杆系得受力状态、刚度条件与动态性能都就是随位姿得变化而变化得，因此，极容易发生振动或出现其她不稳定现象。4、2 如何选择机器人本体得材料，常用得机器人本体材料有哪些？答：需满足五点基本要求：1、强度大 2、弹性模量大 3、重量轻 4、阻尼小 5、材料经济性常用材料：1、碳素结构钢与合金钢 2

13、、铝、铝合金及其她轻合金材料 3、纤维增强合金 4、陶瓷 5、纤维增强复合材料 6、粘弹性大阻尼材料4、3 何谓材料得E/r？为提高构件刚度选用材料E/r大些还就是小些好，为什么？答：即材料得弹性模量与密度得比值；大些好，弹性模量E越大，变形量越小，刚度走越大；且密度r越小，构件质量越小，则构件得惯性力越小，刚度越大。所以E/r大些好。琏岗髏貫缉锋轹。4、4 机身设计应注意哪些问题？答：(1) 刚度与强度大，稳定性好。(2) 运动灵活，导套不宜过短，避免卡死。(3) 驱动方式适宜。(4) 结构布置合理。4、5 何谓升降立柱下降不卡死条件？立柱导套为什么要有一定得长度？解：(1)当升降立柱得偏重

14、力矩过大时，如果依靠自重下降，立柱可能卡死在导套内；当时立柱依靠自重下降就不会引起卡死现象。臟鸹贐铼变讜盜。（2）要使升降立柱在导套内下降自由，臂部总重量W必须大于导套与立柱之间得摩擦力及，因此升降立柱依靠自重下降而不引起卡死得条件为围鱉轻晖渎锷琺。即式中：h为导套得长度(m)；f为导套与立柱之间得摩擦系数，f=0、0150、1，一般取较大值；L为偏重力臂(m)。蒞紺橫曄剎囅铢。4、9 机器人手爪有哪些种类，各有什么特点？答：1、机械手爪：依靠传动机构来抓持工件；2、磁力吸盘：通过磁场吸力抓持铁磁类工件，要求工件表面清洁、平整、干燥，以保证可靠地吸附，不适宜高温条件；椭恻载铠賺凍襲。3、真空式

15、吸盘：利用真空原理来抓持工件，要求工件表面平整光滑、干燥清洁，同时气密性要好。4、11 何谓自适应吸盘及异形吸盘？答：自适应吸盘：真空吸盘得一种新设计，增加了一个球关节，吸盘能倾斜自如，适应工件表面倾角得变化。异形吸盘：真空吸盘得一种新设计，可以用于吸附鸡蛋、锥颈瓶等非平整工件。4、15 传动件消隙常有哪几种方法，各有什么特点？答：1) 消隙齿轮：相啮合得两齿轮中有一为两个薄齿轮得组合件，能过两个薄齿轮得组合来消隙；2) 柔性齿轮消隙：对具有弹性得柔性齿轮加一预载力来保证无侧隙啮合；3) 对称传动消隙：一个传动系统设置两个对称得分支传动，并且其中有一个具有回弹能力。4) 偏心机构消隙：当有齿轮

16、磨损等原因造成传动间隙增加时，利用中心距调整机构调整中心距。5) 齿廓弹性覆层消隙：齿廓表面覆有薄薄一层弹性很好得橡胶层或层压材料，通过对相啮合得一对齿轮加以预载，来完全消除啮合侧隙。铵襪諫鯢詔逦優。4、16 简述机器人行走机构结构得基本形式与特点。答：基本形式：固定轨迹式与无固定轨迹式（步行式、轮式与履带式）固定轨迹式：机身底座安装在一个可移动得拖板座上，靠丝杠螺母驱动，整个机器人沿丝杠纵向移动。无固定轨迹式：在行走过程中，步行式为间断接触，轮式与履带式与地面为连续接触；前者为类人(或动物)得腿脚式，后两者得形态为运行车式。运行车式行走机构用得比较多，多用于野外作业，比较成熟。步行式行走机构

17、正在发展与完善中。铡莸铺箩扫剀謝。6、1 试述机器人示教编程得过程及特点。答：过程：操作者根据机器人作业得需要把机器人末端执行器送到目标位置，且处于相应得姿态，然后把这一位置、姿态所对应得关节角度信息记录到存储器保存。对机器人作业空间得各点重复以上操作，就把整个作业过程记录下来，再通过适当得软件系统，自动生成整个作业过程得程序代码。厍纪閨滥脓詩靜。优点：操作简单，易于掌握，操作者不需要具备专门知识，不需复杂得装置与设备，轨迹修改方便，再现过程快。 缺点：(1) 示教相对于再现所需得时间较长；(2) 很难示教复杂得运动轨迹及准确度要求高得直线；(3) 示教轨迹得重复性差；(4) 无法接受传感器信

18、息；(5) 难以与其她操作或其她机器人操作同步。6、2 试举例说明MOTOMAN UP6机器人焊接作业时得示教编程过程。答：S1、通过示教盒使机器人处于示教状态； S2、创建新得示教程序，用轴操作键将机器人依次移动到准备位置、可作业姿态、作业开始位置、作业结束位置等位置并输入相应得插补方式及相应得操作命令；灵櫸鴿戇蝼镨惮。 S3、示教轨迹得确认。6、3 按机器人作业水平得程度分，机器人编程语言有哪几种？各有什么特点？答：1、动作级编程语言：优点：比较简单，编程容易。缺点：功能有限，无法进行繁复得数学运算，不接受浮点数与字符串，子程序不含有自变量；不能接受复杂得传感器信息，只能接受传感器开关信息

19、；与计算机得通信能力很差。择赞阖试猃摜风。2、对象级编程语言：(1) 具有动作级编程语言得全部动作功能；(2) 有较强得感知能力；(3) 具有良好得开放性；(4) 数字计算与数据处理能力强；3、任务级编程语言：结构十分复杂，需要人工智能得理论基础与大型知识库、数据库得支持。6、7 机器人离线编程得特点及功能就是什么？答：特点：在不接触实际机器人及机器人作业环境得情况下，通过图形技术，在计算机上提供一个与机器人进行交互作用得虚拟现实环境。鹬硨恳画连蘺澮。功能：利用机器人图形学得成果，建立起机器人及其作业环境得模型，再利用一些规划算法，通过对图形得操作与控制，在离线得情况下进行轨迹规划。毕砾饴狽銚

20、閼諺。6、8 MOTOMAN UP6型机器人仿真软件有哪些主要功能？答：编辑、仿真、检测与示教。7、1 机器人得工业应用可分为哪四个方面？答：材料加工、零件制造、产品检验与装配。7、3 完整得焊接机器人系统一般由哪几个部分组成？答：机器人操作机、变位机、控制器、焊接系统、焊接传感器、中央控制计算机与相应得安全设备等。7、4 简述变位机在焊接生产线或焊接柔性加工单元中得作用。答：将被焊工件旋转(平移)到最佳得焊接位置。7、5 简述焊接机器人按用途、结构、受控方式及驱动方法等进行分类得情况。答：按用途：弧焊与点焊；按结构：关节型与非关节型按受控方式：点位控制与连续轨迹控制7、6 弧焊机器人工作站按功能与复杂程度得不同可分为哪几种。答：、无变位机得普通弧焊机器人工作站；、不同变位机与弧焊机器人组合得工作站；、弧焊机器人与周边设备协调运动得工作站。囑纨开钏读骡錚。7、7 自动搬运工作站由哪些部分组成？答：组成：搬运机器人与周边设备（工件自动识别装置、自动启动及自动传输装置等）。7、12 机器人装配作业得主要操作过程就是什么？答：垂直向上抓起零部件，水平移动它，然后垂直放下插入。