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机器人课程复习一、名词解释工作空间：工业机器人执行任务时，其腕轴交点能在空间活动的范围刚体自由度：物体能够对坐标系进行独立运动的数目机器人的自由度：机器人末端构件所具有的独立运动的数目。机器人工作载荷：机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受的最大负载量（包括手部）。机器人运动学正、逆问题：机器人正动力学问题已知机器人各关节驱动力或力矩，求机器人各关节轨迹或末端执行器（位姿）轨迹。机器人逆动力学问题已知机器人各关节轨迹或末端执行器（位姿）轨迹，求机器人各关节驱动力或力矩。雅可比矩阵：研究机器人操作空间速度与关节空间速度间的线性映射关系即雅克比矩阵机器人运动学：从几何学的观点来处理手指位置与关节变量的关系称为运动学。机器人动力学：机器人各关节变量对时间的一阶导数、二阶导数与各执行器驱动力或力矩之间的关系，即机器人机械系统的运动方程。PWM驱动：脉冲宽度调制（PulseWidthModulation）驱动直流伺服电机的调节特性：是指转矩恒定时，电动机的转速随控制电压变化的关系。直流伺服电机的调速精度：指调速装置或系统的给定角速度与带额定负载时的实际角速度之差，与给定转速之比。示教再现：一种可重复再现通过示教编程存储起来的作业程序的机器人。示教有直接示教和间接示教两种方法。直接示教是操作人员使用插入机器人手臂内的操作杆，按给定运动顺序示教动作内容，机器人自动把顺序、位置和时间等具体数值记录在存储器中。再现时，依次读出存储的信息，重复示教的动作过程。间接示教是采用示教盒(或称示教器)示教。操作者通过示教盒按键操纵完成空间作业轨迹点及其有关速度等信息的示教，然后用操作盘对机器人语言命令进行用户工作程序的编辑，并存储在示教数据区。再现时，机器人的计算机控制系统自动逐条取出示教命令与位置数据，进行解读、运算并作出判断，将各种控制信号送到相应的驱动系统或端口,使机器人忠实地再现示教动作。PID控制：指按照偏差的比例（P,proportional）、积分（I,integral）、微分（D,derivative）进行控制。脱机编程：指用机器人程序语言预先进行程序设计，而不是用示教的方法编程。二、填空题1、机器人按机构特性可以划分为（关节机器人）和（非关节机器人）两大类。2、机器人系统大致由（驱动系统）、（机械系统）、（感知系统）和（人机交互系统、机器-环境交互系统、控制系统等部分组成。3、机器人的重复定位精度是指（机器人末端执行器为重复到达同一目标位置（理想位置）而实际到达位置之间的接近程度）。4、齐次坐标[0010]T表示的内容是z方向。5、机器人的运动学是研究机器人末端执行器位姿和运动与关节空间之间的关系。6、如果机器人相邻两关节轴线相交，则联接这两个关节的连杆长度为零。7、常用的建立机器人动力学方程的方法有牛顿和拉格朗日。28、6自由度机器人有解析逆解的条件是机器人操作手的独立关节变量多于末端执行器的运动自由度数。9、机器人的驱动方式主要有（液压）、（气动）和（电动）三种。10、机器人上常用的可以测量转速的传感器有测速发电机和增量式码盘。11、机器人控制系统按其控制方式可以分为程序控制方式、适应性控制方式和人工智能控制方式。三、选择题（4选1）1、机器人三原则是由谁提出的。（D）（A）森政弘（B）约瑟夫·英格伯格（C）托莫维奇（D）阿西莫夫2、当代机器人大军中最主要的机器人为：（A）（A）工业机器人（B）军用机器人（C）服务机器人（D）特种机器人3、手部的位姿是由哪两部分变量构成的？（B）（A）位置与速度（B）姿态与位置（C）位置与运行状态（D）姿态与速度4、运动学主要是研究机器人的：（B）（A）动力源是什么（B）运动和时间的关系（C）动力的传递与转换（D）运动的应用5、动力学主要是研究机器人的：（C）（A）动力源是什么（B）运动和时间的关系（C）动力的传递与转换（D）动力的应用6、传感器的基本转换电路是将敏感元件产生的易测量小信号进行变换，使传感器的信号输出符合具体工业系统的要求。一般为：（A）（A）4～20mA、–5～5V（B）0～20mA、0～5V（C）-20mA～20mA、–5～5V（D）-20mA～20mA、0～5V7、传感器的输出信号达到稳定时，输出信号变化与输入信号变化的比值代表传感器的_______参数。（D）（A）抗干扰能力（B）精度（C）线性度（D）灵敏度8．6维力与力矩传感器主要用于（D）（A）精密加工（B）精密测量（C）精密计算（D）精密装配9、机器人轨迹控制过程需要通过求解__________获得各个关节角的位置控制系统的设定值。（B）（A）运动学正问题（B）运动学逆问题（C）动力学正问题（D）动力学逆问题10．模拟通信系统与数字通信系统的主要区别是什么？（B）（A）载波频率不一样（B）信道传送的信号不一样（C）调制方式不一样（D）编码方式不一样四、判断题（回答Y/N）1．机械手亦可称之为机器人。Y32．完成某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。Y3、关节空间是由全部关节参数构成的。Y4、任何复杂的运动都可以分解为由多个平移和绕轴转动的简单运动的合成。Y5、关节i的坐标系放在i-1关节的末端。N6．手臂解有解的必要条件是串联关节链中的自由度数等于或小于6。N7．对于具有外力作用的非保守机械系统，其拉格朗日动力函数L可定义为系统总动能与系统总势能之和。N8．由电阻应变片组成电桥可以构成测量重量的传感器。Y9．激光测距仪可以进行散装物料重量的检测。Y10．运动控制的电子齿轮模式是一种主动轴与从动轴保持一种灵活传动比的随动系统。Y11．谐波减速机的名称来源是因为刚轮齿圈上任一点的径向位移呈近似于余弦波形的变化。N五、简答题/问答题1、国内外机器人技术的发展有何特点？答：1、传感器智能机器人发展较快2、新型智能技术的概念和应用研究正酝酿着新的突破3、采用模块化设计技术4、机器人工程系统呈上升趋势5、微型机器人的研究有所突破6、应用领域向非制造业和服务业扩展7、行走机器人研究引起重视8、开发敏捷制造生产系统9、军事机器人将装备部队2、有哪几种机器人分类方法？是否还有其他的分类方法？答：1、按机械手的几何结构来分2、按机器人的控制方式分3、按机器人控制器的信息输入方式分4、按机器人的智能程度分5、按机器人的移动性分6、按机器人的用途分3、什么叫做“机器人三守则”？它的重要意义是什么？4、工业机器人和智能机器人的定义分别是什么？工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。到目前为止，在世界范围内还没有一个统一的智能机器人定义。大多数专家认为智能机器人至少要具备以下三个要素：一是感觉要素，用来认识周围环境状态；二是运动要素，对外界做出反应性动作；三是思考4要素，根据感觉要素所得到的信息，思考出采用什么样的动作。5、智能机器人的含义是什么？智能机器人具备形形色色的内部信息传感器和外部信息传感器，如视觉、听觉、触觉、嗅觉。除具有感受器外，它还有效应器，作为作用于周围环境的手段。这就是筋肉，或称自整步电动机，它们使手、脚、长鼻子、触角等动起来。由此也可知，智能机器人至少要具备三个要素：感觉要素，运动要素和思考要素。6、分析一个空间激光切割机械手至少需要多少自由度？要求能使激光束的焦点定位，并可切割任意曲面。定位需要三个自由度，切割曲面需要三个自由度，共计六个7、机器人的灵活度、自由度和冗余度的概念及其相互关系是什么？灵活度=自由度+冗余度8、为了将圆柱形的零件放在平板上，机器人至少应具有几个自由度？答：一共需要5个：定位3个，放平稳2个9、机器人的精度、重复精度及空间分辨度的含义及其区别？答：精度、重复精度和分辨率用来定义机器人手部的定位能力。精度是一个位置量相对于其参照系的绝对度量，指机器人手部实际到达位置与所需要到达的理想位置之间的差距。机器人的精度决定于机械精度与电气精度。重复精度指在相同的运动位置命令下，机器人连续若干次运动轨迹之间的误差度量。如果机器人重复执行某位置给定指令，它每次走过的距离并不相同，而是在一平均值附近变化，该平均值代表精度，而变化的幅度代表重复精度。分辨率是指机器人每根轴能够实现的最小移动距离或最小转动角度。精度和分辨率不一定相关。一台设备的运动精度是指命令设定的运动位置与该设备执行此命令后能够达到的运动位置之间的差距，分辨率则反映了实际需要的运动位置和命令所能够设定的位置之间的差距。工业机器人的精度、重复精度和分辨率要求是根据其使用要求确定的。机器人本身所能达到的精度取决于机器人结构的刚度、运动速度控制和驱动方式、定位和缓冲等因素。由于机器人有转动关节，不同回转半径时其直线分辨率是变化的，因此造成了机器人的精度难以确定。由于精度一般较难测定，通常工业机器人只给出重复精度。10、机器人学主要包含哪些研究内容？[答]：机器人研究的基础内容有以下几方面：(1)空间机构学；(2)机器人运动学；(3)机器人静力学；(4)机器人动力学；(5)机器人控制技术；(6)机器人传感器；(7)机器人语言。11、机器人运动分析的一般过程是什么？为什么要进行机器人的动力学分析？答：1、建立坐标系2、确定连杆参数3、写出各个齐次矩阵4、写方程机器人动力学研究目的，建立力、质量和加速度之间以及力矩、惯量和角速度之间的关系。5确定力和力矩，计算每个驱动器所需的驱动力，以便在机器人连杆和关节上产生期望的加速度。根据有关方程并考虑机器人的外部载荷计算出驱动器可能承受的最大载荷，设计出能提供足够力及力矩的驱动器。研究机器人不同部件之间的关系，合理地设计出机器人的部件。12、简述建立工业机器人运动学方程的方法、步骤。建立各连杆坐标系，确定各连杆D-H参数，写出各齐次矩阵（利用式i和D-H参数计算各连杆之间的D-H矩阵），写运动学方程（根据n1i......nT建立机器人机构的运动学方程）13、方向余弦矩阵的特点都有那些“方向余弦矩阵”是由两组不同的标准正交基的基底向量之间的方向余弦所形成的矩阵。方向余弦矩阵可以用来表达一组标准正交基与另一组标准正交基之间的关系，也可以用来表达一个向量对于另一组标准正交基的方向余弦。方向余弦矩阵为正交矩阵，其中每列或每行中各元素平方之和为一，而两个不同列或不同行中对应元素的乘积之和则为零。14、机器人雅可比矩阵的含义是什么？关节空间和操作空间的方程系数矩阵（XJ）15、什么是机器人的奇异状态？机器人的雅克比矩阵的行列式等于零时的状态，自由度会减少，母线运动受限制16、简述齐次变换矩阵的物理含义。答：1、起到坐标变换的作用。2、代表物体的位置姿态17、工业机器人常用的驱动器有那些类型，并简要说明其特点。（1）电动驱动器的能源简单，速度变化范围大，效率高，转动惯性小，速度和位置精度都很高，但它们多与减速装置相联，直接驱动比较困难。（2）液压驱动器的优点是功率大，可省去减速装置而直接与被驱动的杆件相连，结构紧凑，刚度好，响应快，伺服驱动具有较高的精度。但需要增设液压源，易产生液体泄漏，不适合高、低温及有洁净要求的场合。故液压驱动器目前多用于特大功率的操作机器人系统或机器人化工程机械。（3）气动驱动器的结构简单，清洁，动作灵敏，具有缓冲作用。但也需要增设气压源，且与液压驱动器1000pppTzyyyxxxzzzyx6相比，功率较小，刚度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高、但有洁净、防爆等要求的点位控制机器人。18、常用的工业机器人的传动系统有那些？齿轮传动，蜗杆传动，滚珠丝杆出传动，同步齿形带传动，链传动和行星齿轮传动19、在机器人系统中为什么往往需要一个传动（减速）系统？因为现在的电机一般速度较高，力矩较小，需要通过传动系统降低转速、提高力矩。20、机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？[答]：目前常用的有