机器人复习题汇总——学生

1机器人技术复习题一．名词解释及简答题1简述工业机器人的定义，说明机器人的主要特征。2工业机器人与数控机床有什么区别？3机器人学主要包含哪些研究内容？4机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？5.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的基本结构和主要特点。6.如何选择机器人本体的材料，常用的机器人本体材料有哪些？7.何谓材料的E/？为提高构件刚度选用材料E/大些还是小些好，为什么？8.机身设计应注意哪些问题？9.简述下面几个术语的含义：自由有度、重复定位精度、工作范围、工作速度、承载能力。10.什么叫冗余自由度机器人？11.机器人技术的发展趋势12.精度、重复精度与分辨率之间的关系13.机器人静力学、动力学、运动学的关系。14.机器人单关节伺服控制中，位置反馈增益和速度反馈增益是如何确定的？答：二阶系统的特性取决于它的无阻尼自然频率ωn和阻尼比ξ。为了安全起见，我们希望系统具有临界阻尼或过阻尼，即要求系统的阻尼比ξ≥1（注意，系统的位置反馈增益kp＞0表示负反馈）。把由二阶系统特征方程标准形式所求得的ωn代入可得：aeffabavapeffa12RfkkkkξkkJR因而速度反馈增益kv为：apeffaaeffabva2kkJRRfkkkk取方程等号时，系统为临界阻尼系统；取不等号时，为过阻尼系统。在确定位置反馈增益kp时，必须考虑操作臂的结构刚性和共振频率，它与操作臂的结构、尺寸、质量分布和制造装配质量有关。为了不至于激起结构的振盈和系统的共振，Paul于1981年建议：闭环系统无阻尼自然频率ωn必须限制在关节结构共振频率的一半之内，即：nr0.5ωω根据这一要求来调整反馈增益kp，可以求出：200apa04ωJRkkkp求出后，相应的速度反馈增益kv可求得：2a00effaeffabvaRωJJRfkkkk15.试论述工业机器人的应用准则。16.何谓轨迹规划？简述轨迹规划的方法并说明其特点。17.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义？18.机器人控制系统的基本单元有哪些？19.试述机器人示教编程的过程及特点。20.常见的机器人外部传感器有哪些？21.机器人手爪有哪些种类，各有什么特点？22.何谓自适应吸盘及异形吸盘？25.传动件消隙常有哪几种方法，各有什么特点？26.简述机器人行走机构结构的基本形式和特点。二．分析计算题1.已知点u的坐标为[7,3,2]T，对点u依次进行如下的变换：（1）绕z轴旋转90°得到点v；（2）绕y轴旋转90°得到点w；（3）沿x轴平移4个单位，再沿y轴平移-3个单位，最后沿z轴平移7个单位得到点t。求u,v,w,t各点的齐次坐标。xyzOuvwt解：点u的齐次坐标为：7,3,2,1Tv=Rot(z,90°)u=010073100037001022000111w=Rot(y,90°)v=001032010077100023000111t=Trans(4,-3,7)w=100426010374001731000011132.下图所示的二自由度平面机械手，关节1为转动关节，关节变量为θ1；关节2为移动关节，关节变量为d2。试：（1）建立关节坐标系，并写出该机械手的运动方程式。（2）按下列关节变量参数求出手部中心的位置值。θ10°30°60°90°d2/m0.500.801.000.70解：建立如图所示的坐标系参数和关节变量连杆θαаd1θ1000200d20100000000000),(111111CSSCZRotA100001000010001)0,0,(222ddTransA机械手的运动方程式：212AAT10000100sin0cossincos0sincos12111211dd当θ1=0̊，d2=0.5时：手部中心位置值1000000000105.0001B当θ1=30̊，d2=0.8时手部中心位置值100000004.00866.05.0433.005.0866.0B当θ1=60̊，d2=1.0时4手部中心位置值10000000866.005.0866.05.00866.05.0B当θ1=90̊，d2=0.7时手部中心位置值100000007.00010010B3.如图所示为具有三个旋转关节的3R机械手，求末端机械手在基坐标系{x0,y0}下的运动学方程。θ1θ2θ3L2L1L3x0y0Ox0y0Ox1y1x2y2x3y3解：建立如右图的参考坐标系，则10T=1111000000100001cssc,21T=2212200000100001csLsc,32T=3323300000100001csLsc30T=10T21T32T=12312311212123123112120000100001csLcLcscLsLs其中123123123123cos,sincs.4.平面内的两旋转关节机械手，已知机器人末端的坐标值{x,y}，试求其关节旋转变量θ1和θ2.5θ1θ2L2L1xyPθ1θ2xyPθ1'αα'θ2'解：如右图所示，逆运动学有两组可能的解：第一组解：由几何关系得11212coscosxLL（1）11212sinsinyLL（2）（1）式平方加（2）式平方得2222121222cosxyLLLL222212212arccos2xyLLLL221122sinarctanarctancosLyxLL第二组解：由余弦定理，22221212arccos2xyLLLL2'1'arctan2yx5.如图所示两自由度机械手在如图位置时（θ1=0,θ2=π/2），生成手爪力FA=[fx0]T或FB=[0fy]T。求对应的驱动力τA和τB。6τ1L2xyPL1τ2FAFB0yf0xf解：由关节角给出如下姿态：1121221222111212212sinsinsin0coscoscosLLLLLJLLLL由静力学公式TJF2212200xxTAAxLfLLfJFLLf1212000yTBByLfLLJFfL6.如图所示的三自由度机械手（两个旋转关节加一个平移关节，简称RPR机械手），求末端机械手的运动学方程。θ3d2θ1L1L2L3L2x1y1z1z2x2z3y3x3y0z0x0解：建立如图的坐标系，则各连杆的DH参数为：连杆转角n偏距nd扭角1i杆长1ia111L00202d90°0332L007由连杆齐次坐标变换递推公式111111111100001iiiiiiiiiiiiiiiiiiicsascccsdsTsscscdc有111101100000010001csscTL，212100000101000001dT，333323200000010001csscTL故1313112121313112120012312333100001cccsssLsdscssccLcdTTTTscL（写出最后结果2分）式中：1111sincossc7.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的运动，共需要多少个独立的三次多项式?要确定这些三次多项式，需要多少个系数?答：共需要3个独立的三次多项式；需要72个系数。8.单连杆机器人的转动关节，从q=–5°静止开始运动，要想在4s内使该关节平滑地运动到q=+80°的位置停止。试按下述要求确定运动轨迹：(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的线性插值方式规划。解：（1）采用三次多项式插值函数规划其运动。已知,4,80,50stff代入可得系数为66.2,94.15,0,53210aaaa运动轨迹：tttttttt96.1588.3198.788.3166.294.155232（2）运动按抛物线过渡的线性插值方式规划：,4,80,50stff8根据题意，定出加速度的取值范围：225.2116854s如果选242s，算出过渡时间1at，1at=[422854244422422]=0.594s计算过渡域终了时的关节位置1a和关节速度1，得1a=4.2)594.04221(52ssast95.24)594.042(111