机器人技术基础复习要点

1、机器人技术基础复习要点第一章：绪论1. 机器人分类：按开发内容与应用 分为工业机器人，操纵型机器人，智能机器人； 按发展程度 分为第一代，第二代和第三代机器人； 按性能指标 分为超大型，大型。 中型。小型和超小型机器人； 按结构形式 分为直角坐标型机器人， 圆柱坐标型机 器人，球坐标型机器人和关节坐标型机器人； 按控制方式 分为点位控制和连续轨 迹控制； 按驱动方式 分为气力驱动式， 液力驱动式和电力驱动式。 按机座可动分 类分为固定式和移动式。2. 机器人的组成： 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，人机交互系统。3. 机器人的技术参数：自由度： 是指机器人所

2、具有的独立坐标轴的数目； 精度： 主要依存于机械误差， 控制算法误差与分辨率系统误差； 重复定位精度 ；是关于 精度的统计数据； 工作范围： 指的是机器人手臂末端或手腕中心所能达到的所有 店的集合； 最大工作速度： 不同厂家定义不同，通常在技术参数中加以说明； 承 载能力： 指的是机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。第二章：机器人本体结构1. 机器人本体基本结构： 传动部件，机身及行走机构，臂部，腕部，手部。2. 机器人本体材料的选择： 强度高，弹性模量大，质量轻，阻尼大，经济性好。3. 机身设计要注意的问题： 刚度和强度大；动灵活，导套不宜过短，避免卡死； 驱动方式适宜；结构布

3、置合理。4. 臂部的基本形式： 机器人的手臂由大臂， 小臂所组成， 手臂的驱动方式主要有 液压驱动， 气动驱动和电动驱动几种形式， 其中电动驱动最为通用； 臂部的典型 机构有臂部伸缩机构，手臂俯仰运动机构，手臂回转与升降机构。5. 臂部设计需要的注意的问题： 足够的承载能力；刚度高；导向性能好，运动迅 速，灵活，平稳，定位精度高；重量轻，转动惯性小；合理设计与腕部和机身的 连接部位。6. 机器人的平稳性和臂杆平衡方法： 机身和臂部的运动较多， 质量较大， 如果运 动速度和负载游较大， 当运动状态变化时， 将产生冲击和振动。 这将仅影响机器 人的精确定位， 甚至会使其不能正常运转。 为了提高工作

4、瓶蚊香， 在设计时应采 取有效的缓冲装置吸收能量， 从而减少能量产生的； 注意事项： 要求机身和臂部 运动部件紧凑， 质量轻， 以减少惯性力； 运动部件各部分的质量对转轴或支承的 分布情况，即中心的布置； 平衡方法： 质量平衡方法，弹簧平衡方法，气动和液 压平衡方法。7 腕部结构的基本形式：按驱动方式 分为直接驱动和远程驱动； 按转动特点 分为 滚转和弯转8. BBR手腕：由两个B自由度旋转和一个R旋转组成的手腕；RRF型手腕：由三 个旋转自由度 R 组成的手腕，以实现远距传动，制造简单，软化条件好，机械效 率高，应用较普遍。9. 腕部的典型结构： 单自由度回转运动手腕，二自由度手腕 （ 双回

5、转油缸驱动和 齿轮传动 ） ；三自由度手腕 （ 液压直接驱动和齿轮链条传动 ）10. 腕部设计需注意的问题： 结构紧凑，重量轻；动作灵活平稳，定位精度高； 强度刚度高；合理设计与臂和手部连接部位以及传感器和驱动装置的布局与安装。11. 机器人手部特点： 手部与手腕相连处可拆卸；手部是机器人末端执行器；通用性比较差；是独立部件；分类：按用途分为手爪，工具12. 关节：机器人中连接运动部分的机构，分为移动关节和转动关节13. 机器人传动机构：泳衣把驱动器的运动传递到关节和动作部位；常用机构有齿轮传动，螺旋传动，带传动和链传动，绳传动和钢带传动，连杆机构和凸轮传动，流体传动。14. 传动件的定位：电

6、气开关定位，机械挡块定位，伺服定位；消隙：消隙齿轮： 相齿合的量齿轮中有一为两个薄齿轮的组合件，能过两个薄齿轮的组合来消隙；柔性齿轮消隙：对具有弹性的柔性齿轮家一预载力来保证无侧隙齿合；对称传动消隙：一个传动系统设置两个对称的分支传动，并且其中有一个具有回弹能力； 偏心机构消隙：当有齿轮磨损等原因造成传动间隙增加时， 利用中心距调整机构 调整中心距；齿廓弹性覆层消隙：齿轮表面覆游薄薄一层弹性很好的橡胶层或压 层材料，通过对相齿合一对齿轮加以预载，来完全消除齿合侧隙。15. 谐波传动的特点：结构简单，体积小，重量轻；传动比大；同时啮合的齿数 多；承载能力大；运动精度高运动平稳，无冲击，噪声小；齿

7、侧间隙可以调整； 传动效率高；可实现向密闭空间传递运动及动力；可实现高增速运动；同轴性好； 方便的实现差速传动；优点：尺寸小，惯量低；因为误差均布在多个啮合点上， 传动精度高；因为预载啮合传动侧隙非常小；因为多齿啮合传动具有高阻尼特性； 缺点：易发生疲劳损坏；起动力矩大。近年来谐波齿轮传动技术得到了迅速的发 展。16. 何谓升降立柱下降不卡死条件？立柱导套为什么要有一定的长度？（1）当升降立柱的偏重力矩过大时，如果依靠自重下降，立柱可能卡死在导套内；当h> 2fL时立柱依靠自重下降就不会引起卡死现象。（2）要使升降立柱在导套内下降自由， 臂部总重量W必须大于导套与立柱之间的摩擦力 Fm1

8、及Fm2,因此升降立柱依靠自 重下降而不引起卡死的条件为LW > Fm1 Fm1 =2FNif =2 Wfh即 h > 2fL式中：h为导套的长度（m） ； f为导套与立柱之间的摩擦系数，f=0.0150.1，一 般取较大值；L为偏重力臂（m）。第四章：机器人动力学1. 机器人雅可比：在机器人学中，雅可比是一个把关节速度矢量q变换为手爪相 对基坐标的广义速度矢量v的变换矩阵。2. 拉格朗日方程建立机器人动力学方程： 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。 步骤为：（1）计算任一连杆上任一点的速度；（2）计算各连杆的

9、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。3. 机器人稳态符合研究内容：静力和力矩表示法；不同坐标系间静负荷的变换； 确定机器人静态关节力矩；由关节力矩确定机器人所载物体的质量。第五章：机器人轨迹规划1. 机器人轨迹： 泛指工业机器人在运动过程中的运动轨迹， 即运动点的唯一， 速 度和加速度2. 轨迹生成的方式： 示教 - 再现运动；关节空间运动；空间直线运动；空间曲线 运动。2. 轨迹规划设计的主要问题： (1) 对工作对象及作业进行描，用示教刚发给出轨 迹上的若干个结点；( 2)用一条轨

10、迹通过或逼近结点， 此轨迹可按一定的原则优 化，如加速度平滑得到直角空间的位移时间函数 X(t) 或关节空间的位移时间函 数 q(t) ，在结点之间如何进行时间插补，即根据轨迹表达式在每一个采样周期 实时计算轨迹上点的位姿和各关节变值量； (3) 以上生成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 机器人的运动轨迹时，尚需明确其路径上是否存在障碍约束的组合。 3何谓轨迹规划，即轨迹规划方法： 轨迹的生成一般是先给定轨迹上的若干个 点，将其经运动学反解映射到关机空间，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。第六章：机器人控制系统1. 机器人传感器的性能指标： 基本参数，环境参数，使用