机器人技术及其应用-于宏涛.doc

机器人技术及其应用作业题第一讲简述机器人的分类（列出四种分类方式即可）。民用机器人：工业机器人、服务机器人、娱乐机器人、农业机器人军用机器人：地面军用机器人、无人机、水下机器人、空间机器人第二讲简述常见的机器人竞赛有哪些。机器人足球、机器人灭火、VEX机器人竞赛、FLL机器人竞赛、机器人走迷宫、RoboCon比赛、机器人相扑比赛、RoboCode比赛、机器人格斗、第三讲试说明机器人控制系统的特点。控制系统是根据机器人的作业指令程序，以及从传感器反馈回来的信息共同来支配机器人去完成某些动作。开环控制系统是无反馈的，控制后是不管结果的。闭环控制系统是有正反馈的，是一个自我稳定系统，控制后根据结果的反馈再去修正控制，使结果在一个合适的状态。第四讲机器人机构的运动形式有哪些？手臂的运动：垂直移动 （2）径向移动 （3）回转运动2.手腕的运动：（1）手腕旋转 （2）手弯弯曲 （3）手腕侧摆第五讲试比较液压驱动与气压驱动各有什么特点。液压驱动：适于搬运较重的物体，不适于高速移动，适于确定高精度位置。优点：（1）能够以较小的驱动器输出较大的驱动力或力矩，即获得较大的功率重量比；（2）可以把驱动油缸直接做成关节的一部分，故结构简单紧凑，刚性好；（3）由于液体的不可压缩性，因此液压驱动的定位精度比气压驱动的精度高，并可实现任意位置的开停；（4）液压驱动调速比较简单和平稳，能在很大调整范围内实现无级别调速；（5）液压驱动具有润滑性能好，寿命长等特点。缺点：（1）油液容易泄露。这不仅影响工作的稳定性与定位精度，而且会造成环境污染；（2）因油液粘度随温度而变化，且在高温与低温条件下很难应用。气压驱动：适于搬运较轻的物体，适于高速移动，不适于确定高精度位置。优点：（1）快速性好，这是因为压缩空气的黏性小，流速大，一般压缩空气在管路中流速可达180m/s，而油液在管路中的流速仅为2.5-4.5m/s；（2）气源方便，一般工厂都有压缩空气站供应压缩空气，亦可由空气压缩机取得；（3）废气可直接排入大气不会造成污染；（4）通过调节气量可实现无极变速；（5）可以把驱动器做成关节的一部分，因而结构简单，刚性好，成本低。缺点：（1）因为工作压力偏低，所以功率重量比小、驱动装置体积大；（2）基于气体的可压缩性，气压驱动很难保证较高的定位精度；（3）使用后的压缩空气向大气排放时，会产生噪音。第六讲简述编码器按编码方式进行划分可以分为哪几类，各具有什么特点？编码器以测量功能来分，有角位移，线位移及转速传感器；以测量方式来分，有直线型编码器，角度编码器，旋转编码器；以信号原理来分，有增量型编码器，绝对型编码器。 增量型编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。增量型编码器的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，可靠性高。增量型编码器的缺点是存在零点累计误差，抗干扰较差，接收设备的停机需断电记忆，开机应找零或参考位，无法输出轴转动的绝对位置信息等问题。绝对性编码器由光电码盘的机械位置决定，它不受停电、干扰的影响。由于绝对值编码器的每个位置是唯一的，无需记忆，无需找参考点，而且不用连续计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。 第七讲试列举四种机器人外部传感器及其作用。接触觉传感器、压觉传感器、力觉传感器、滑觉传感器。外部检测传感器用于获取机器人周围 环境或者目标物状态特征的信息,是机器人与周围进行交互工作的信息通道。外部检测传感器 的功能是让机器人能认识工作环境，很好地执行如检查产品质量、取物、控制操作、应付环境和修 改程序等工作，使机器人对环境有自校正和自适应能力。外部检测传感器通常包括触觉、接近 觉、视觉、听觉、嗅觉、味觉等传感器。第八讲简述什么是数学模型。系统的数学模型是描述系统输入、输出变量以及内部各变量之间关系的数学表达式。第九讲简述PID控制器中各个环节的作用。比例环节（P）：如果一个环节的输出与输入成正比例，既不失真也不延时，则称此环节为比例环节。其输出不失真、不延迟、成比例的复现输入信号的变化，即信号的传递没有惯性。积分环节（I）：输出量正比于输入量对时间的积分。积分环节消除阶跃输入时的稳态误差（无静差）。只要误差不为零，积分值就会持续变化。微分环节（D）：理想微分环节的输出量正比于输入量的微分，当输入量为阶跃函数时，理论上输出量将是一个幅值为无穷大而时间宽度为零的脉冲，实际上不可能。因此，在物理系统中微分环节不独立存在，而是和其它环节一起出现。只要误差有变化的趋势，微分就会产生作用；且变化趋势越强，微分调节作用越强。第十讲举例说明工业机器人的应用实例，并简述工业机器人应用于该实例的主要优点。焊接机器人 主要优点：（1）稳定和提高焊接质量；（2）提高劳动生产率；（3）改善工人劳动强度。可在有害环境下工作；（4）降低了对工人操作技术的要求；（5）缩短了产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资。喷漆机器人 主要优点：（1）工作范围大；（2）提高喷涂质量和材料使用率；（3）易于操作和维护；（4）提高了设备利用率。装配机器人 主要优点：精度高、柔顺性好、工作范围小、能与其他系统配套使用其他用途的工业机器人：（1）搬运机器人（2）水切割机器人、激光加工机器人（3）检查和测量机器人机器人技术及其应用期末复习题第一讲简述机器人的定义，并阐述机器人产生对于人类的重要意义（不少于500字）。美国机器人协会的定义：机器人是一种用于移动各种材料、零件工具或者专用装置的。能够通过可编程序动作来执行种种任务的，具有编程能力的多功能机械手。美国国家标准局的定义：机器人是一种机械装置，能够进行编程的并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置。国际标准化组织定义：机器人是一种自动的，位置可控的，具有编程能力的多功能机械手。我国对机器人的定义：机器人是一种拟人功能的机械装置。机器人的动作机构具有类似与人或其它生物的某些器官的功能。是一种自动机械装置，可以在无人参与下（独立性），自动完成多种操作或动作功能，即具有通用性。可以再编程，程序流程可变，即具有柔性（适应性）。具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习。第二讲试说明FIRA足球机器人包含哪些子系统以及各子系统的作用？ 1. 视觉子系统：视觉子系统是整个机器人足球比赛系统的基本，机器人和足球在场地上的运动状态信息，包括位置信息（ x，y）和方向角信息a，都是有视觉子系统来识别的。2. 策略子系统：纵观整个足球机器人系统，决策子系统根据视觉子系统所提供的球位置信息以及机器人小车的运动状态信息，经过分析处理决定机器人小车的左右轮速，并通过子系统送出轮速命令。策略系统可以看作系统的控制器。3. 通讯子系统：通讯子系统主要用于发射和接受控制命令，建立起策略子系统与小车子系统的联系。4. 机器人小车子系统：小车系统是一个关于轮速反馈的控制系统。第三讲简述机器人六个子系统分别是什么及其作用。一、建筑群连接子系统；二、设备间子系统；三、干线（垂直）子系统；四、管理子系统；五、水平子系统；六、工作区子系统。工作区子系统提供从水平子系统的信息插座到用户终端设备之间的连接。它包括装配软线、连接器和连接所需的扩展软线，并在终端设备和输入/输出（I/O）之间搭接。第四讲试说明机器人机械系统由哪些部分组成及各部分作用。机器人系统的结构由机器人的机构部分、传感器组、控制部分及信息处理部分组成。机构 部分包括机械手和移动机构，机械手相当于人手一样，可完成各种工作；移动机构相当于人的脚，机器人靠它来走路。感知机器人自身或外部环境变化信息的传 感器是它的感觉器官，相当于人的眼、耳、皮肤等，它包括内传感器和外传感器。电脑是机器人的指挥中心，相当于人脑或中枢神经，它能控制机器人各部位协调动 作；信息处理装置（电子计算机），是人与机器人沟通的工具，可根据外界的环境变化、灵活变更机器人的动作第五讲驱动器的基本要求有哪些，列出三种常见的驱动器。基本要求：1.驱动器必须有足够的功率对连杆进行加减速并带动负载，即提供必要的运动速度和力（矩）。2.驱动器自身必须轻便、经济、精确、灵敏、可靠且便于维护。常用驱动器：液压驱动、气压驱动、电气驱动。第六讲试说明机器人内部传感器的作用，并列举四种用于位置检测的内部传感器。作用：用来检测机器人本身状态（如手臂间角度）的传感器。多为检测位置和角度的传感器。 微型开关、光电开关、电位器、光电位置传感器、旋转变压器、旋转编码器、直尺编码器、绝对式旋转编码器、增量式旋转编码器、光电编码器、测速发电机、交流测速发电机。第七讲简述机器人外部传感器作用。作用：用来检测机器人所处环境（如是什么物体，离物体的距离有多远等）及状况（如抓取的物体是否滑落）的传感器。第八讲简述什么是传递函数，并简单说明分析机器人控制系统的思路。传递函数：线性定常系统在输入、输出初始条件均为零的条件下，输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比，称为该系统的传递函数。首先按照系统的结构和工作原理，分解出各环节，并写出它们的传递函数，根据这个传递函数来绘出各环节的动态方框图，然后按照这些信号传递关系，依次把动态方框图连接起来，就构成了整个系统的动态结构图。第九讲增量型PID算法具有哪些优点？增量型PID不需要做累加，只需要三个误差，计算误差和计算精度问题的时候对控制量的计算