工业机器人复习重点解析

题型：填空名词解释简答计算第一章1.1简述工业机器人的定义，说明机器人的主要特征。定义：机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置，通过可编程序动作来 执行种种任务并具有编程能力的多功能机械手。特征：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，动作程序灵活多变。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的干预。1.2工业机器人与数控机床有什么区别？1） 机器人的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系统3） 工业机器人是用于工业中各种作业的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。1.4 说明工业机器人的基本组成及三大部分之间的关系 答：工业机器人由三个部分，六个子系统组成，这三个部分分别是机械部分、传感部分、 控制部分；六个子系统分别是驱动系统、机械系统、感知系统、控制系统、机器人-环 境交互系统和人机交互系统等。他们的关系如下图所示：1.5 简述下面几个术语的含义：自由度、重复定位精度、工作范围、最大工作速度、承载能力。答：门由度是机器人所具有的独立坐标运动的数目，不包括手爪（末端执行器）的开合自由度*重复定位精度是关于精度的统计数据，指机器人重复到达某一确定位置准确的概率，是重复同位置的范围，可以用各次不同位置平均值的偏差来表示*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。作速度一般指最大工作速度，可以是指自由度上最大的稳定速度，也可以定义为手臂末端最大的合成速度！通常在技术参数中加以说明承我能力是指机器人在工作范围内的任何位姿匕所能承受的最大质鼠.1.6 什么叫冗余自由度机器人？从运动学的观点看，完成一特定作业时具有多余自由度的机器人称为冗余自由度机器人。1.9 工业机器人怎样按控制方式来分类？点位控制连续轨迹控制补充：按机器人的结构形式分类1、按坐标形式分类直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器人球坐标型机器人、关节坐标型机器人2、按控制方式来分类点位控制连续轨迹控制3、按驱动方式分类气力驱动式、液力驱动式、电力驱动式、新型驱动式工业机器人的机械系统由机身、手臂、末端执行器三大件组成。控制分辨率是位置反馈回路能够检测到的最小位移量。第三章0-1033.50017-10 0 90001_ 01033.6； =0O”10 0 90001第四章4.2简述用拉格朗日方程建立机器人动力学方程的步骤。对于任何机械系统，拉格朗日函数 L的定义为系统总的动能Ek与总的势能Ep之差，即 L=Ek-Ep由拉格朗日函数L所描述的系统动力学状态白拉格朗日方程（简称 L-E方程，Ek和Ep 可以用任何方便的坐标系来表示）为1d cL cL . i qit= 1=L2-H由瓯瓯式中，Fi是n个关节的驱动力或力矩矢量。考虑式中不显含 q,上式可写成：d cK cK cPbi -二r + * dr cq cqi 闻I采用齐次变换的方法，用拉格朗日方程建立机器人连杆系统动力学方程，对机器人 连杆系统位姿和运动状态进行描述。用拉格朗日方法建立机器人动力学方程的步骤 为：（1）计算任一连杆上任一点的速度；（2）计算各连杆的动能和机器人的总动能；(3)计算各连杆的势能和机器人的总势能；(4)建立机器人系统的拉格朗日函数；(5)对拉格朗日函数求导，得到动力学方程式。4.3 动力学方程的简化条件有哪些？对于复杂一些的多自由度机器人，动力学方程庞杂，推导过程更为复杂，且对机器人实 时控制也更为困难。通常对动力学方程进行如下简化：(1)当杆件质量不很长、重量轻时，动力学方程中的重力矩项也可以省略；(2)当机器人不是高速机器人，关节速度不很大时，含有速度一阶微分的二次项可省 略；(3)当关节加速度不很大，即关节升降速不是很突然时，加速度的一阶微分项可省略。4.4 简述空间分辨率的概念。空间分辨率是描述机器人工具末端运动所达到的最小运动增量， 是机器人控制系统 的一个重要特性指标，是描述机器人工具末端运动的一个重要因素。(背不完写第一段就好)空间分辨率由机械偏差和控制分辨率构成。为了确定空间分辨率，机器人各关节的 工作范围由控制增量数来区分，通常用各控制部件的分辨率、各机械部件的偏差和某个 任意的从未接近的固定位置(目标)三个指标来综合描述机器人的精度。4.74.8 (1)用拉格朗日动力学推导位移X表示系统变量。由于这是一个单自由度系统，所以只要一个方程就可描述系 统的运动，即L 1212=用 V = - =-kX2 L = E,-E =-niX2-kX2f 7K F 27拉格朗日函数的导数为% = wlY ,4= niX ,= -kX于是求得小车的运动方程为F = mXkX(2)用牛顿力学推导列出受力方程如下：y F = maF -kx = ma n F =4.84.8于是同样的,49本题中，系统有两个自由度和两个坐标工和ef因此系统有两个运动方程：一 个描述系统的直线运动另一个描述摆的角运动。系统的动能包括车和摆的动能.需要注意，摆的速度是小车速度及摆相对车速度的 合成jV - = (JV + 族 os 3)* + 盛 sinE=与生土耳部E- = hi.jV* 个 +1 . , 1 . 、GY + 10QOS 0) + m;(?sin 0y1 1耳二(吗+啊)十一阳式广夕十210Xqq&)系统的势露是弹箸和摆山势能之和，可表示为Ef = - kX2 + g/ (1 - c os &)基准线选择在外。“处，于是拉格朗日方程为1* ,唱1， = j. -p =(m1 + m2)+m2(r +2矽入cos)-将以上两个运动方程写成矩阵形式，有F =（鹏：一鹤二.一EFgcow & wJ6T sit1 5+ cfr- - w,lV cos6- w;Psin6和直线运动有关的导数及运动方程为工*.=（卅1 一次.）* 一您/8cd53dX 1*kXMtz/sin dd g工，,1f r-= （ffli +sinffdr dX.=-就cXr = （mx + mX -m110 cos 6m2l sin 8+比r 对于旌转运动，有:7.丁 - fnl1&+ m lXco5&且三=md6 -nrIXcos 6-瑁求gsin&dr d& 10rl. 1金十, 工nrl 色口 8m.iX& sin 6d6A i 4 Eh，r =造E 一 AV cos 8 - W】si.n $将以上两个运动方程写成矩阵形式，有产=（叫一/）戈*m2Zcos6-sin8比r ，d 七星 上二卜.t如r6 nlX cos 6-4.11 简述机器人速度雅克比、力雅克比的概念及其二者之间的关系。4.12 机器人速度雅可比J是一个把关节速度向量0变换为手爪相对基坐标的广义速度向量v的变换矩阵，即v = W=jg）Ga机器人力雅可比7r是手部端点力f和广义关节力矩工之间的映射线性关系，与手 部端点力F和广义关节力矩之间的力传递有关，即t =显然，机器人力雅可比丁是速度雅可比的转置矩阵二4.13414此自由度机械手末端的坐标为X = &C8 + 卜工23=洒&+ 4归口故此机械手的雅可比矩阵彳故有将已知条件代入上式得i一匕包 + 4ci2 + kci4号a 4$号一。吊上3 一4 项2 -hS123-4巧c e117.6 78.4 0即口二11口二？8-4Ntn,马=0,补充：动力学的正问题是根据各关节的驱动力（或力矩），求解机器人的运动（关节位移、 速度和加速度），主要用于机器人的仿真；动力学逆问题是已知机器人关节的位移、速 度和加速度，求解所需要的关节力（或力矩），是实时控制的需要。运动学的正问题：机域手运动学正向他亦称”按可疑.是指对，个绐定的机械手*在已知杆件几何驾数和美带角矢夙6川二（0, +丁下，S是也由度数）求棺手末端执行耨相对干参考系的位委*给定末端连杆的位姿计算相应关节变量的过程叫做运动学逆解。机器人的奇异形位分类：边界奇异形位、内部奇异形位。机器人动力学的研究有：牛顿-欧拉法、拉格朗日法、高斯法、凯恩法 及罗伯逊-魏登堡法。第五章5.1 何谓轨迹规划？简述轨迹规划的方法并说明其特点。机器人轨迹泛指工业机器人在运动过程中的运动轨迹，即运动点的位移、速度和加速度轨迹的生成一般是先给定轨迹上的若干点，将其经运动学反解映射到关节空间，对关节 空间中的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 间的运动要求，这一过程通常称为轨迹规划。5.2轨迹的生成方式：示教-再现运动、关节空间运动、空间直线运动和空间曲线运动轨迹规划涉及的主要问题：1）对工作对象及作业进行描述，用示教方法给出轨迹上的若干点。2）用一条轨迹通过或逼近结点，此轨迹可按一定的原则优化。3）以上生产的轨迹是机器人位置控制的给定值， 可以据此并根据机器人的动态参数 设计一定的控制规律。4）规划机器人的运功轨迹是，尚需明确其路径上是否存在障碍约束的组合。