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课程考试试卷考试科目：机器人技术考生姓名：考生学号：系部：机电工程系专业（班级）：机电一体化考生成绩：任课老师(签名)考试日期：2012年05月日午时至时1．以平面二构件关节型串联式机器人操作器为例，请解释什么叫机器人操作器奇异位置，且说明为什么机器人的工作区域应尽量避免奇异位置及其附近位置？（30分）答：机器人操作器的运动收到了因特殊位置而引起的约束，这种特殊味位置称为机器人操作器的奇异位置。分析雅克比矩阵的逆阵在奇异位置处关节速度与臂末端直角坐标速度之间的关系，还可以发现在奇异位置时（θ2=0°或θ2=180°），为使臂末端达到规定的速度，必须要求关节速度达到无穷大，这是根本不可能实现的情况。即使在接近奇异位置附近即θ2接近0°或者180°时，为使臂末端达到所要求的速度，这时关节速度亦需要相当高的关节速度θ1，θ2，其值与1/sinθ2成正比，此时亦将使机器人的控制难以实现。因此，机器人的工作区域应尽量避开奇异位置及其附近位置。2．请写出自由度计算的一般公式，并请计算图一所示并联机构的自由度（要求写出计算过程）；（20分）图一答：该机构的构件数n=14，运动副g=18，移动副为6，其中有自由度为1，自由度为4，自由度为6的复合球面副皆为3.带入自由度计算公式可得：F=6*(14-18-1)+6+12+18=63．请简述柔性制造系统的组成及工作原理；（25分）答：一个柔性制造系统（FMS）可由一下三部分组成：①多工位数控加工系统，②自动化的物料运储系统，③计算机控制的信息系统（信息流系统）。工作原理：FMS工作过程可以这样来描述：可变制造系统接到上一级控制系统的有关生产计划信息和技术信息后，由其信息流系统（可编程控制系统）进行数据信息的处理、分配、并按照所给的程序对物流系统进行控制。4．步进电机的工作原理是什么。（25分）1,步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。2进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器虽然电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。3、电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。