工业机器人及其应用（郗安民）习题解答

《工业机器人及其应用》习题解答（郗安民何春燕主编，机械工业出版社）2022.07.25目 录第一章绪论 1第二章工业机器人的传动与结构 6第三章工业机器人的末端执行器 10第四章工业机器人周边设备及装置 13第五章工业机器人感觉系统 15第六章工业机器人控制 21第七章工业机器人的生产线与工作站 29第八章工业机器人应用工程实例分析 32第九章工业机器人的轨迹规划与编程 40第十章工业机器人运动学 48PAGEPAGE10第一章绪论简述工业机器人的定义。答：关于什么是机器人,或者机器人定义的说法有很多,总结各种说法,机器人应该具有以下特性:一种机械电子装置;动作具有类似于人或其他生物体的功能;可通过编程执行多种工作,有一定的通用性和灵活性;而用于“工业”的这种装置就是工业机器人。机器人三原则对机器人做了哪些要求？答：机器人学三原则：机器人不得伤害人或由于故障而使人遭受不幸;机器人应执行人们下达的命令,除非这些命令与第一原则相矛盾;机器人应能保护自己的生存,只要这种保护行为不与第一或第二原则相矛盾。查阅资料,论述国内外机器人发展的现状及发展动向。答：学生应按自己的理解答题。这里给出一个例子以供参考。国内外工业机器人的发展现状用。从而，相继形成了一批具有影响力的、著名的工业机器人公司，它们包括：ABBRobotics，FANUC、Yaskawa，KUKARoboter，美国的AdeptTechnology、AmericanRobot、EmersonIndustrialAutomation、S-TABB、Comau、、NDC、SWISSLOG、村田等都是机器人自动化生产线及物流与仓储自人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。1/8，80%863有计划地发展工业机器人产业，通过研制、生产、应用等多个层面的不断探索，设计、制造、应用过程中的多项关键技术，能够生产出部分机器人关键元器件，世界各国和社会各层人士的广泛关注。1、国外发展趋势日本将机器人列为战略界工业机器人市场普遍看好，各国都在期待机器人的应用研究有技术上的突破。开放化、PC面。国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：工业机器人性能不断提高，而单机价格不断下降。机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速国外已有模块化装配机器人产品问市。网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。系统中已有成熟应用。虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自动系统，而是致力于操作人就是这种系统成功应用的最著名实例。机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出虚拟轴机床以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。国内发展趋势：院机器人“十二五”规划研究目标：机器人智能化体系结构；现高速，高精度的作业；应用示范。要领域全面推行智能制造模式，基本形成高端制造业的国际竞争优势。简述工业机器人的主要应用场合。这些场合有什么特点？答：工业机器人主要应用场合：机械加工应用：机械加工机器人主要从事应用的领域包括零件铸造、激光切割以及水射流切割。当然这些领域也有许多专用的自动化设备。机器人喷涂应用：这里的机器人喷涂主要指的是涂装、点胶、喷漆等工作。机器人装配应用：装配机器人主要从事零部件的安装、拆卸以及修复等工作。机器人焊接应用：机器人焊接应用在例如汽车制造等等行业中的点焊和弧焊，用来实现自动化焊接作业。机器人搬运应用：目前搬运仍然是机器人的第一大应用领域，约占机器4及码垛等操作。简述工业机器人的基本组成及各部分之间的关系。答：工业机器人主要由机械系统、驱动系统、控制系统和感知系统四部分组成。机械系统一般包括机身、臂部、手腕、末端执行器等部分。工业机器人的机械系统就相当于人的身体(骨骼、手、臂、腿等)。驱动系统主要指驱动机械系统动作的驱动装置。根据驱动源的不同,驱动该部分的作用相当于人的肌肉。电气驱动系统在工业机器人中应用得最普遍,可分为步进电动机驱动、直流伺服电动机驱动和交流伺服电动机驱动三种驱动形式。液压驱动系统运动平稳,且负载能力大,对于重载的搬运和加工机器人,采用液压驱动比较合理。其工作速度稳定性差。控制系统任务是根据机器人的作业指令程序及从传感器反馈回来的信号,控制机器人的执行机构,使其完成规定的动作和功能。该部分主要由计算机硬件组成。该部分的作用相当于人的大脑。感知系统的作用是获取机器人内部和外部环境信息,并把这些信息反馈给些状态变量,用于引导机器人识别物体并做出相应处理。外部传感器可使机器人以灵活的方式对它所处的环境做出反应,赋予机器人以一定的智能。该部分的作用相当于人的五官。度、承载能力。答：自由度是机器人所具有的独立坐标运动的数目，不包括手爪（末端执行器）的开合自由度。重复定位精度是关于精度的统计数据，指机器人重复到达某一确定位置准确的概率，是重复同一位置的范围，可以用各次不同位置平均值的偏差来表示。工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也叫工作区域。工作速度一般指最大工作速度，可以是指自由度上最大的稳定速度，也可以定义为手臂末端最大的合成速度（通常在技术参数中加以说明）。承载能力是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。什么是机器人的自由度?在设计机器人时如何选择自由度?答：机器人的自由度是指当确定机器人的手部在空间的位置和姿态时所需要的机器人的自由度数目越多，动作就越灵活，通用性就越强；但自由度数目越多，机器人的结构就越复杂，控制就越困难，所以目前机器人常用的自由度数目一般，因为这个动作并没有改变机器人手部在空间的位置和姿态。工业机器人按坐标形式分为哪几类？各有什么特点？答：直角坐标型：这种机器人在x、y、z轴上的运动是独立的,运动方程可独立处理,且方程是线性的,因此,很容易通过计算机控制实现;它可以两端支撑,对于给定的结构长度,刚性最大;它的精度和位置分辨率不随工作场合而变化,容易达到高精度。但它的操作范围小,手臂收缩的同时又向相反的方向伸型；圆柱坐标型：这种机器人可以绕中心轴旋转一个角,工作范围可以扩大,且计算简单;直线部分可采用液压驱动,可输出较大的动力;能够伸入型腔式机器内部。但它的手臂可以到达的空间受到限制,不能到达近立柱或近地面的空间;直线驱动部分难以密封、防尘;后臂工作时,手臂后端会碰到工作范围内的其它物体。工作范围是圆柱形；球坐标型：这种机器人可以绕中心轴旋转,中心支架附近的工作范围大,直线驱动装置仍存在密封及工作死区的问题。工作范围是球缺形；关节坐标型：关节机器人的关节全都是旋转的,类似于人的手臂,是工业机器人中最常见的结构。工作范围较复杂；平面关节型：这种机器人可看做是关节坐标式机器人的特例,它只有平行的肩关节和肘关节,关节轴线共面。答：（1）直角坐标型 （2）圆柱坐标型（3）球坐标型 （4）关节坐标型（5）平面关节型SCARA机器人？应用上有何特点？答：SCARA型机器人有三个转动关节,其轴线相互平行,可在平面内进行定位和中心的位置由两个转动关节的角度和及移动关节的位移决定,手爪的方向由转动关节的角度决定。该类机器人的特点是在垂直平面内具有很好的刚度,在水平面内具有较好的柔顺性,且动作灵活、速度快、定位精度高。SCARA装配机器人或搬运码垛机器人。机器、自动机和机器人三者之间的关系如何?答：机器，所有的工作都需要人为的操作，只能完成单一的特定的简单任务；以在一个工作周期内单调的循环；能够自主地完成一些操作。三者之间可以说是机器人的自动智能发展史，机器就变得越来越智能化。举几个你身边的机器人实例。答：你认为机器人的发展方向有哪些？答：机器人的发展方向有检测系统三位一体化；PC网络化；加速度视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。94置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。机器人智能化体系结构；现高速，高精度的作业；开展应用示范。第二章工业机器人的传动与结构工业机器人机械系统总体设计主要包括哪几个方面的内容。答：工业机器人机械系统总体设计主要包括功能原理设计和结构总体设计两部分。若干个方案，通过分析比较，从中选出一种最优方案，善审核阶段。机器人的三种驱动方式各自的优缺点是什么？答：1.液压传动优点：由于一般采用油液作为传动介质，因此液压元件具有良好的润滑条件；液压传动能方便地将原动机的旋转运动变为直线运动。(2)可以在运行过程中实现大范围的无级调速。(3)易于实现载荷控制、速度控制和方向控制，可以进行集中控制、遥控和实现自动控制。(4)运动惯性小，响应速度快。(5)质量小，体积小。较大。(3)液体具有一定的可压缩性，配合表面也不可避免地有泄漏存在，因此液压传动无法保证严格的传动比。(4)工作液体对污染很敏感，污染后的工作液的技术水平有较高要求。(5)液压元件的制造精度、表面粗糙度以及材料的材质和热处理要求都比较高，因而其成本较高。度小，气体在传输中摩擦力较小，故可以集中供气和远距离输送。(3)气动系统作环境工作时，安全可靠性优于液压、电子和电气系统。(4)气动动作迅速、反应快、调节方便，可利用气压信号实现自动控制。(5)气动元件结构简单、成本低且寿命长，过载能自动保护。易于标准化、系列化和通用化。(1)(2)（0.31输出力或转矩较小。(3)空气净化处理较复杂。气源中的杂质及水蒸气必须净化(5)有较大的排气噪声。0.01（2）25%。（3）精密持下，能够大大超过其他控制方式能达到的控制精度。（4）改善环保水平：由环保工作，提供了更良好的保证。（5）702/3。（6）节约成本：此机去除了液压油的成本等。电气传动缺点：一般推力较小，大推力时成本较高。简述六自由度关节型机器人的电动机布置方案。答：如标准型的六自由度关节型机器人的六台交流伺服电动机分别传动六套机SLURBTSM1R1,使机器人腰部旋转;L轴呈水平位置,电动机M2,通过减速器R2使机器人的下臂绕L轴摆电M4R4R轴旋转,相当于小臂相对于大R5BTM6R6T的转动动作。确定机器人自由度的原则是什么？答：自由度是指机器人所具有的独立的坐标轴运动的数目,不包括末端执行器的开合自由度。机器人的一个自由度对应一个关节,所以自由度与关节的概念是同越复杂,控制难度越大,所以机器人的自由度要根据其用途设计或选用,一般在三至六个之间，最常见的是六自由度机器人。大于六个的自由度称为冗余自由度。冗余自由度增加了机器人的灵活性,可方便机器人躲避障碍物和改善机器人的动力性能，所以工作起来很灵巧,可回避障碍物,并可从不同方向到达同一个目标位置。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。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。工业机器人常用的减速器有哪两种？有何特点？答：和机器人的前三轴中应用很广泛。RV于轻负载和机器人的后三轴。工业机器人手腕的旋转自由度一般应如何布置？答：由末端执行器来实现。针对以下几种作业要求选用合适类型的机器人，并说明理由。大形物体的码垛作业，要求码垛若干层，每一层纵横方向压缝排列。数控机床的上、下料作业，要求机床加工时，机器人避开机床的自动门。仪器仪表装配作业，被装配零件供料点处在扇形区域内。轿车车架的焊接作业。答：大形物体的码垛作业，要求码垛若干层，每一层纵横方向压缝排列。SCARA直角坐标机器人或六自由度关节型机器人。数控机床的上、下料作业，要求机床加工时，机器人避开机床的自动门。于形态较为简单的也可以用直角坐标型机器人。仪器仪表装配作业，被装配零件供料点处在扇形区域内。这种作业一般工件较小，姿态要求不高，但需要较快的速度，所以多采用SCARA轿车车架的焊接作业。型机器人，甚至七自由度专用的焊接机器人。SCARA机器人机身和机构的的特点，说明它是如何工作的。答：转关节。这种多用于较大物体的搬运、码垛作业。RV杠螺母结构。3-1工业机器人末端执行器的特点是什么？有哪些种类？答：工业机器人末端执行器（机械手部）的特点都有：(1)手部与手腕相连处可换手部。(2)手部是工业机器人的末端操作器。它可以像人手那样具有手指，也重量等方面相近似的工件，一种工具只能执行一种作业任务。(4)手部是一个独复杂感知能力的智能化手爪的出现，增加了工业机器人作业的灵活性和可靠性。常见的末端执行器有各类夹爪、吸盘、焊枪、喷枪、砂轮、测量工具等等。手爪的开合为什么常用气压驱动？答：气压驱动了。对于大型和重型工件来说，气动也就不合适了。夹持类手部有哪几类？夹钳式手部有哪几个部分组成？答：持工件时的运动方式不同又可分为手指回转型和指面平移型。夹钳式手部的手指和指端形状有哪几种？有什么特点？答：3被夹持工件的形状和特性。指端的形状通常有两类:VV工件。平面指为夹钳式手的指端,一般用于夹持方形工件(具有两个平行平面),板形或细小棒料。尖指和薄、长指一般用于夹持小型或柔性工件。其中,薄指一般用于夹持位于狭窄工作场地的细小工件,以避免和周围障碍物相碰;长指一般用于夹持炽热的工件,以免热辐射对手部传动机构的影响。指面的形状常有光滑指面、齿形指面和柔性指面等。光滑指面平整光滑,用于夹持已加工表面、炽热件,也适于夹持薄壁件和脆性工件。夹钳式手部的手指材料有哪些？各有什么特点？答：的，各种材料都有可能被使用，例如钢、铜、铸铁、尼龙、铝合金、工程塑料，工程塑料、铝合金等，也可以在钢的指面内镶橡胶、泡沫、石棉等物,有增加磨擦力、保护工件表面、隔热等作用，也适于夹持薄壁件和脆性工件。夹持类手部的传动机构有哪几种？各有什么特点？答：（单作用斜楔式回转型手部结构、滑槽式杠杆回转型手部、和平移型传动机构（直线往复移动机构、平面平行移动机构）。回转型手部,其手指就是一对杠杆,一般再同斜楔、滑槽,连杆,齿轮、蜗轮蜗杆或螺杆等机构组成复合式杠杆传动机构,用以改变传动比和运动方向等。平移型夹钳式手部是通过手指的指面作直线往复运动或平面移动来实现张开或闭合动作的,常用于夹持具有平行平面的工件(如冰箱等)。其结构较复杂,不如回转型手部应用广泛。钩托式手部的主要特征是什么？与其他手部相比有什么特点？答：它的主要特征是不靠夹紧力来夹持工件,而是利用手指对工件钩、托、捧等略手部驱动装置。它适用于在水平面内和垂直面内作低速移动的搬运工作,尤其对大型笨重的工件或结构粗大而质量较轻且易变形的工件更为有利。弹簧式手部的工作原理是什么？答：一般多采用气动方式，克服弹簧力，拉开夹爪，释放工件。吸附类手部有哪几类？为什么要用吸附类手部？答：微小(不易抓取)的物体,因此使用面很广。气吸式手部有哪几类?各依靠什么原理？答：真空吸附取料手，其真空的产生是利用真空泵,真空度较高。气流负压吸附取料手，气流负压吸附取料手是利用流体力学的原理,当需要取物时,压缩空气高速流经喷嘴时,其出口处的气压低于吸盘腔内的气压,于是腔内的气体被高速气流带走而形成负压,完成取物动作;当需要释放时,切断压缩空气即可。气,取料手上升,靠橡胶吸盘的恢复力形成负压,将物体吸住;释放时,压下拉杆,使吸盘腔与大气相连通而失去负压。磁吸式手部有哪几类，各有什么优缺点？答：常用磁吸式手有两类。电磁铁磁吸附式取料手是利用电磁铁通电后产生的电磁吸力取料,因此只能对铁磁物体起作用;另外,对某些不允许有剩磁的零件要禁止使用。所以,磁吸附式取料手的使用有一定的局限性。盘状磁吸附取料手，铁心,磁盘和壳体均采用8~10号低碳钢制成,可减少剩磁,并在断电时不吸或少吸铁屑。可以实现在不停车的情况下自动上下料。气吸式与磁吸式手部各有什么优缺点？答：附工件，因而需要一定时间、结构较复杂、使用寿命有限。快速吸附工件、结构简单、使用寿命较长。试述磁力吸盘的基本原理。答：对工件产生吸力，即可顺利实现卸载。盘三种。真空吸盘有哪几种？试说明它们的工作原理。答：盘和特殊吸盘。工作原理是：首先将真空吸盘通过接管与真空设备接通,然后与待提升物如吸牢，即可开始搬送待提升物。气压变成零气压或正气压，真空吸盘就脱离待提升物,从而完成了提升搬送重物的任务。夹持类手部、吸附类手部和仿人类手部分别适用于哪些作业场合？答：（如平面玻璃制品（有时用磁性吸盘也是很好的选择；而对于有抓取力度要求或某些不规则的工件，（如适用于三点抓取或柔性的工件），使用仿人手类夹爪更好。设想一种零件的特定作业，在生产中使用什么末端执行器较为合用，画出其结构示意图。答：学生按自己的理解答题。为什么在机器人集成系统中要使用变位机，其作用是什么？答：不理想或根本无法作业的情形。解决了机器人与工件相对位置变换的问题。变位机的基本要求有哪些？答：变位机要能把工件变换到最佳位置，以保证机器人工具(如焊枪等)处于最合理的工作状态。现的位置或加工死区，可由人工处理或在下一工作站中通过转变装夹设法解决。变位机要具有较高的重复定位精度，保证工件加工的一致性和稳定的加工质量。变位机要尽可能地缩短机器人的等待时间，通过两工位或多工位的构产率。变位机要有足够的强度和刚度，足以抵抗正常外力，使综合变形量不影响机器人的正常作业和工件的焊接质量。变位机运转时必须解决电气导线和气路软管的破坏性缠绕问题，设置必要的引线和进气装置，保护导线和管路不受损坏。变位机用于焊接作业时，焊接电源的负极要尽量靠近被焊工件，并要和不损坏机械运动器件。对于振动性较大的作业，变位机应与机器人本体通过底座等结构件连成一体，保证机器人与变位机的相对位置精度。简述你知道的变位机的结构形式有哪些？分别用在什么场合？答：单轴悬臂型，适合于小型焊接工作站单轴水平型，适合于小型工作站和小型工件的焊接，单轴双支点型，是简单工作站常用的一种，双轴标准型，常用于小工件的焊接，如消声器的尾管、油箱等。5）L6）C三轴垂直翻转型，一般用于车桥等较大型工件的焊接。三轴水平翻转型，一般用于车桥等较大型工件的焊接。五轴两工位型，对于某些特殊结构、特殊要求的作业。使用现有结构形式或尺寸的变位机不能满足其生产要求，为此需要设计专用的变位机。为什么使用机器人移动架台？伺服型移动架台用在什么场合？答：或多个方向移动机器人本体，便大大提高了机器人的工作能力和它的应用领域。低噪音、响应快，特别是作为机器人的外部轴，与机器人协调动作的场合。气体保护焊的焊枪清理最主要的三个单元是什么？有何作用？答：剪丝单元，受焊接电流收弧电压及收弧控制参数波动的影响，断弧后成球型状渣瘤，而这些现象对下次准确起弧和起弧质量有着很大的影响。因此，的长度为一定值，这样就保证了再次起弧的质量。清渣单元，一般由电机驱动带有钢丝刷的旋转头旋转，清理焊嘴内腔和嘴部的焊渣。保持焊嘴内腔清洁和通畅，保证送丝和保护气体的畅通，喷液单元，通过启动和关闭开关气阀，定量的将防粘油均匀地喷撒在焊嘴的内腔，使焊渣不易粘接，也易于再次清理。随行夹具的作用是什么？说说你所知道的随行夹具种类或者实例。答：检测等相关的作业。多采用自锁夹紧机构。等等。工业机器人传感器分为哪几类?它们分别有什么作用?答：采集机器人本体、关节和手爪的位移、速度、加速度等来自机器人内部的信息,的状态特征信息,使机器人和环境发生交互作用,从而使机器人对环境有自校正和自适应能力。选择工业机器人传感器时主要考虑哪些因素?答：选择工业机器人传感器时主要考虑的因素有:灵敏度、线性度、测量范围、际工况、检测精度、控制精度等具体的要求来确定所用传感器的各项性能指标,同时还需要考虑机器人工作的一些特殊要求,比如重复性、稳定性、可靠性、抗干扰性要求等,最终选择出性价比较高的传感器。如何评价机器人传感器特性？常用的技术参数有哪些？答：1.2.345678.抗干扰能力等方面综合评价其特性。这些也正是传感器常用的技术参数。什么是旋转编码器？试说明光学式旋转编码器的工作原理。答：输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出（REP）。A/B90量转速，还可以判断旋转的方向。什么是绝对式编码器和增量式编码器？谈谈两者的区别，各自适用什么场合？答:绝对式光电编码器是一种直接编码式的测量元件,它可以直接把被测转角或位移转化成相应的代码,指示的是绝对位置而无绝对误差,在电源切断时不会失装在机器人各关节轴上,用来测量各关节轴转过的角度。增量式光电编码器能够以数字形式测量出转轴相对于某一基准位置的瞬时角位置,此外还能测出转轴的转速和转向。增量式光电编码器广泛应用于数控机置和设备中。什么是机器人的速度传感器？都有哪几种？答：感器有测速发电机、增量式光电编码器和微硅陀螺仪三种。测速发电机，是一种用于检测机械转速的电磁装置,它能把机械转速变换成电压信号,其输出电压与输入的转速成正比。测速发电机按输出信号的形式,可分为交流测速发电机和直流测速发电机两大类。在机器人中,多数情况下用的是直流测速发电机。增量式光电编码器，在机器人中既可以作为位置传感器测量关节相对位置,又可以作为速度传感器测量关节速度。作为速度传感器时,既可以在模拟方式下使用,又可以在数字方式下使用。冲频率转换成与速度成正比的模拟电压。数字方式测速是指基于数学公式,利用计算机软件计算出速度。由于角速度是转角对时间的一阶导数,测得单位时间t内编码器转过的角度,就计算出了该时间内的平均转速为。可产生一正比于旋转速度的精确模拟直流电压输出。编码器可以做速度传感器吗？有哪些类型？为什么？答：增量式光电编码器可以做速度传感器有模拟方式、数字方式两种。冲频率转换成与速度成正比的模拟电压。数字方式测速是指基于数学公式,利用计算机软件计算出速度。由于角速度是转角对时间的一阶导数,测得单位时间t内编码器转过的角度,就计算出了该时间内的平均转速为。利用增量式光电编码器以数字方式测量机器人关节转速,若已知编码器输出1500脉冲/转,0.2ms,120,求关节转动角速度的值。答：

0.024s

=22rad=0.0084rad1500

t常用的机器人位置传感器有哪些？答：谈谈典型的位置传感器电位器的原理。答：点组成。滑动触点由机械装置带动,当被检测的位置发生变化时,滑动触点也发生位移,从而改变滑动触点与电位器各端之间的电阻值和输出电压值，传感器根据输出电压值的变化,就可以检测出机器人各关节的位置和位移量。谈谈光电式位置传感器的工作原理。答：光电式位置传感器是利用被检测物体对红外光束的遮挡或反射,由同步回路选通来检测物体的有无。一般由发射器、接收器和检测电路三部分构成,发射器对准目标发射光束,发射的光束一般来自于半导体光源,如发光二极管(LED)二极管。工作时发射器不间断地发射光束,或者改变脉冲宽度。接收器由光电二试举例说明工业机器人的位置及位移传感器有哪些？并说明各自的特点。答：距离、外形，控制抓取位置。机器人的接近觉传感器有哪些类型？其工作原理是什么？答:电磁式接近觉传感器(2)光学接近觉传感器(3)超声波接近觉传感器(4)感应式接近觉传感器(5)电容式接近觉传感器(6)涡流接近觉传感器(7)霍尔式传感器。接近传感器又称接近开关，能以非接触方式检测到物体的接近和附近物目的的传感器的总称。例如电感式接近觉传感器是一种利用涡流感知物体接近的接近开关,它由高检测线圈,它是振荡电路的一个组成部分。在检测线圈的工作面上存在一个交变磁场,当金属物体接近检测线圈时,金属物体就会产生涡流而吸收振荡能量,使振荡减弱直至停振。振荡与停振这两种状态经检测电路转换成开关信号输出,从而实现对物体的感知。工业机器人的接触觉传感器能感知哪些环境信息?有哪些类型和功能？其工作原理是什么？答：狭义上，它是机械手与对象接触面上的力感觉。传感器可装在机器人的运动部件或末端执行器(如手爪)上,用以判断机器人部件是否和对象物体发生了接触,以确定机器人的运动正确性,实现合理抓握或防止碰撞。接触觉是通过与对象物体彼此接触而产生的,接触觉传感器如果具有柔性,易于变形,便于和物体接触,则具有较好的感知能力。例如最常见的微动开关是一种最简单的接触觉传感器,它主要由弹簧和触头体的接触。机器人的压觉传感器有哪些种类？有什么作用？其工作原理是什么？答:料是导电硅橡胶，利用其受压后阻抗随压力变化而变化达到测量目的。机器人的滑觉传感器有哪些种类？有什么作用？其工作原理是什么？答：器和全方向性传感器三类。用以测量工件相对于手爪是否有移动。被抓物体的滑移使滚轮转动,同轴装在滚轮上的码盘测出滚轮转角，由此导分布的导电与不导电区的金属球,当传感器接触物体并产生滑动时,金属球发生信号的频率反映了滑移速度,个数对应滑移的距离。这种传感器的制作工艺要求较高。机器人的力觉传感器有哪些种类？有什么作用？其工作原理是什么？答：原理都是通过弹性敏感元件将被测力或力矩转换成某种位移量或变形量,然后通过各自的敏感介质把位移量或变形量转换成能够输出的电量。机器人的距离传感器有哪些种类？有什么作用？其工作原理是什么？答：表明距离较远，无需关闭屏幕。5-19图上，原来的右2倍。5-19图力觉传感器测量状态答：I，流过电桥上侧和下侧的电流分别为I/2,V1和V2分别是电桥上侧和下侧的右半部分的电压,则有(R+ΔR)I,V

=RI因此，

2 1 ΔRI ΔR

2 2v ΔR/RΔV=V1−V2=

2 =2⋅2R+ΔR=2⋅1+ΔR/2RΔRΔRR=2⋅ 1−

VΔR2R≈2ΔR2R

ΔR=R

VΔR2R(VΔR/4R)22机器视觉系统包括哪些组成部分?简要叙述机器视觉系统的工作原理,并说明机器视觉伺服系统与机器视觉系统的区别。答：显示器、计算机、通信(输入/输出)单元等组成,各部分之间的关系如图所示。机器视觉系统是通过机器视觉传感器抓取图像,然后将该图像传送至处理单元,通过数字化处理,根据像素分布和亮度、颜色等信息,进行尺寸、形状、颜色等的判别,进而根据判别的结果来控制现场设备动作的系统。机器人视觉伺服系统是指利用视觉传感器得到的图像作为反馈信息,构造的视觉伺服则是以实现对机器人的控制为目的而进行图像的自动获取与分析,它是根据机器视觉的原理,利用直接得到的图像反馈信息快速进行图像处理,并在尽量短的时间内给出反馈信息,以便于控制决策的产生,从而构成机器人的位置闭环控制系统。机器人的视觉传感器有哪些种类？CCD原理是什么？答：典型视觉传感器主要有CCD图像传感器和CMOS图像传感器等固体视觉传感器。固体视觉传感器又可以分为一维线性传感器和二维线性传感器,固体视觉传感器具有体积小、重量轻等优点,因此应用日趋广泛。CCD是典型的固体成像器件。它存储由光或电激励产生的信号电荷,当对它施加特定CCDCCD图像传感器内部P型硅衬底上有一层SiO2绝缘层,其上排列着多个金属电极。在金属电极上加正电压,电极下面产生势阱,势阱的深度随电压变化。如果依次改变在电极上的电压,则势阱随着电压的变化而移动,于是注入势阱中的电荷发生转移。通过电荷的依次转移,将多个像素的信息分时、顺序地取出来。CCD成电信号,然后被读取。机器人的图像信号处理有哪些环节？图像的预处理有哪些步骤？答：（3）边缘锐化（4）图像分割（5）图像识别（6）图像编码与压缩。预处理中机器视觉常用的预处理包括去噪、灰度变换和锐化等。机器人的图像信号的编码有哪些方法？图像的编码处理有哪些过程？答：常用的编码方法有轮廓编码和扫描编码;轮廓编码是在图像灰度变化较小的情况下,用轮廓线来描述图像的特征。扫描编码是将一张图像按一定的间距进行扫描,在每条扫描线上找出浓度相同区域的起点和长度,将编号的扫描线段的起点、长度连同号码按先后顺序存储起来。列举你所知道的工业机器人的控制方式，并简要说明其应用场合。答:根据不同的分类方法，机器人控制方式可以划分为不同类别。总体上看，机器人控制方式可以分为动作控制方式、示教控制方式。焊、搬运作业)、力（力矩）控制（打磨和装配作业）等。请简单叙述机器人控制系统有哪些特点。答：机器人控制系统本质上是一个非线性系统。引起机器人非线性的因素很多，如机器人的结构、传动件和驱动元件等都会引起系统的非线性。机器人控制系统是由多关节组成的一个多变量控制系统，且各关节间每一个关节都要受到其他关节运动所产生的扰动。机器人控制系统是一个时变系统，其动力学参数随着关节运动位置的变化而变化。说说机器人控制系统的基本结构，他们有什么区别与联系？答：（IPC)+运动控制卡的工业机器人控制系统。力有限且抗干扰能力较差，难以满足高性能机器人控制系统的要求；的要求；IPC+运动控制卡的开放式工业机器人控制系统采用上、下位机的二级IPC+运动控制卡的机器人控制系统将是未来工业机器人控制系统的主流。画出机器人控制系统的硬件组成，各部分有什么功能？答：机器人控制系统的硬件组成如图示。控制计算机：控制系统的调度指挥中心。一般为微型机、微处理器，3264CPUCPU。示教盒：示教机器人的工作轨迹和设定参数，以及所有人机交互操作交互。操作面板：由各种操作按键、状态指示灯构成，以完成基本功能的操作。硬盘和软盘存储器：是机器人工作程序的外围存储器。数字和模拟量输入／输出：实现各种状态和控制命令的输入或输出。打印机接口：记录需要输出的各种信息。传感器接口：用于信息的自动检测，实现机器人柔顺控制，一般为力觉、触觉和视觉传感器。轴控制器：完成机器人各关节位置、速度和加速度控制。辅助设备控制：用于和机器人配合的辅助设备控制，如手爪、变位机等。通信接口：实现机器人和其他设备的信息交换，一般有串行接口、并行接口等。网络接口：包括EthernetFieldbusPCWindws95或WindowsNT库函数进行个机器人控制器中。I/O、Interbus-s,profibus-DP、M-NET工业机器人的控制系统与普通控制系统相比有哪些特点？答：是比普通自动化设备的控制系统就要复杂得多。知机器人控制系统具有以下特点。机器人控制系统本质上是一个非线性系统。引起机器人非线性的因素很多，如机器人的结构、传动件和驱动元件等都会引起系统的非线性。机器人控制系统是由多关节组成的一个多变量控制系统，且各关节间每一个关节都要受到其他关节运动所产生的扰动。机器人控制系统是一个时变系统，其动力学参数随着关节运动位置的变化而变化。机器人控制理论还不完整、不系统，但发展速度很快，正在逐步走向成熟。工业机器人控制系统的主要功能有哪些？答：工业机器人控制系统的主要功能有：记忆功能：存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息。示教功能：离线编程，在线示教，间接示教。在线示教包括示教盒和导引示教两种。与外围设备联系功能：输入／输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。坐标设置功能：有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。人机接口：示教盒、操作面板、显示屏。传感器接口：位置、视觉、触觉、力觉等检测。位置伺服功能：机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。故障诊断安全保护功能：运行时系统状态监视、故障状态下的安全保护和故障自诊断。在机器人控制中，试分析半闭环系统比全闭环系统应用更为广泛的原因。答：同。成本比闭环系统低很多。全闭环伺服系统定位精度可以达到亚微米量级，从理论上讲，其精度主要取决于检测反馈部件的误差，而与放大器、传动装置没有直接的联系，是实现高精度位置控制的一种理想的控制方案。但实现起来难度很大，机械传动链的惯量、间隙、摩擦、刚性等非线性因素都会给伺服系统造成影响，从而使系统的控制和调试变得异常复杂，制造成本亦会急速攀升。因此，全闭环伺服系统主要用于高所以它的应用更为广泛。何谓点位控制和连续轨迹控制？举例说明它们在工业上的典型应用。答：点位控制要求机器人末端以一定的姿态尽快且无超调地实现相邻点之间的的工业机器人采用的都是点位控制方式；的工业机器人采用的都是连续轨迹控制方式。PID控制的基本原理。答：积分单元（Ⅰ）和微分单元（D）组成，利用信号的偏差值、偏差的积分值、偏三方面的信息，是一种经典控制方式。控制器各单元的调节作用分别如下：比例单元按比例反映系统的偏差，系统一旦出现了偏差，它将立即产会使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。积分单元可使系统消除稳态误差，提高无差度。只要有误差，它就进弱取决于积分时间常数

TI。TITI越大，则积分作用越弱。加入积分调节单元可使系统稳定性下降，动态响应变慢。微分单元反映系统偏差信号的变化率，能够预见偏差变化的趋势，从PDPID什么是开环控制系统？什么是闭环控制系统？有什么区别？答:开环控制是无反馈信息的系统控制方式。当操作者启动系统，使之进入运行状态后，系统将操作者的指令一次性输向受控对象。闭环控制是控制论的一个基本概念。指作为被控的输出以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的一种控制关系。开环控制与闭环控制的区别：有无反馈；是否对当前控制起作用。开出的状态对输入进行调节。什么是比例控制？比例控制的特点是什么？答：统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。什么是积分控制？积分控制的特点是什么？答：

TI。TI越小，积分作用就越强；反之，TI越大，则积分作用越弱。加入积分调节单元可使系统稳定性下降，动态响应变慢。什么是微分控制？微分控制的特点是什么？答：PDPID制器。如题6-14图所示，为工业机器人双手指的控制原理图，机器人两手指由直流电动机驱动，经传动齿轮带动手指转动。每个手指的转动惯量为J，阻尼系数为b，已知直流电动机的传递函数（输入电枢电压为Ua,输出电动机的转矩为Tm)为Tm(s) 1Ua(s) LsRL,R分别为电动机电枢的电感和电阻。（1)证明手指的传递函数为6-14图双手指控制原理1s)

，2s) k2Tm(s)

s(Jsb)

Tm(s)

s(Jsb)k1k2。)d（3)（Gck),k是否存在极大值？为什么？答：列出两个手指驱动力矩T1和T2的微分方程：.. . .. .TJ1B1TJ2B21 2又有n nT2TT2T1 nm 2 nm1 4整理后：.. . n .. . nJ1B1T2TJ2B22T1 nm nm1 4对上式进行拉普拉斯变换：得到手指的传递函数为1 )

1

2 )

2 T(s)

T(s) m s证毕。

，m sdp1下所示。

Kp，其闭环系统框图如根据闭环系统的传递函数，求得系统的闭环特征方程式：a2a

RJB2

kk0a a a p1 故：A、劳斯数列a a a p1 s3 LαJ RαBs2 RuJ+LaB Kpk1+k2RaJ+LaBRaB−LsJKpk1+k2RaJ+LRaJ+LαBs0 Kpk1+k2求解得

RaJ+LaBRaB−LaJKpk1+k2>0RaJ+LaBKpk1+k2>00<Kp

<RaJ+LaBRaBLaJk1+k2上式中右边表达式各参数均是由物理系统本体决定的具体值,所以比例控制器的比例系数存在极限最大值。在满足系统稳定的条件下该值为:RRaJ+LaBRaBLaJk1+k2机器人在什么场合中要实施力—位置控制？说明位置与力混合控制模型（见图6-12)S的作用。答：过混合控制方法来实现；S定义为模式选择矩阵：01S0 0011，0。它是位置与力选择的因子。简述IPC+运动控制卡的开放式工业机器人控制系统的特点以及采用运动控制卡控制伺服电动机时的两种指令方式。答：IPCIPC+运动控制卡的机器人控制系统将是未来工业机器人控制系统的主流；采用运动控制卡控制伺服电动机，通常使用以下两种指令方式：伺服驱动器发送“脉冲／方向”或“CW/CCW”类型的脉冲指令信号;模拟电压指令，同时接收来自于电动机编码器的位置反馈信号。工业机器人与人比较有哪些优势和劣势？答：1、节省成本24节省场地，使工厂的规划更加紧凑，节省土地资源成本。2、方便监管效。3、生产效率高也是固定的，不会忽高忽低。产品的成品率也高。4、安全性高者疲劳而产生的安全事故。1、易用性不如人类比之下，对于一些简单的工序，由人工来完成会方便很多。2、不具备创造能力成分的工业和产品设计上，机器人更加难以达到人类的水准。3、作业平稳性问题虑运动副间隙影响下的机器人平稳作业问题。4、布局多样性品、新工艺。产业结构的智能化调整，最终形成人机平衡的智能化情景。在工业生产中引入工业机器人有哪些步骤？其基本要求是什么？答：在工业生产中引入工业机器人的步骤：可行性分析技术上的可能性和先进性投资上的可能性和合理性工程实施过程中的可能性和可变更性机器人工作站和生产线的详细设计术和设备的局部实验或试制、绘制施工图和编制说明书。制造与试运行求，同时对管理人员、操作人员进行培训。交付使用行综合评价。说说焊接机器人系统的组成？其工作机理是什么？答：来越多的企业优选焊接机器人作为工艺改造的方案。统组成。次循环的作业指令。选择工业机器人和其外围设备时应注意哪些问题？答：才是可用的。生产厂家提供的产品说明。说说你所了解的机器人应用领域有哪些？答：学生应按自己的理解答题。这里给出一个例子以供参考。人未来将承担更多的工作职责。进课堂和家庭。务、护理服务、安全服务等内容。如何看待使用机器人的成本问题？答：线规模越大，工厂运行时间越长，机器人的相对成本就越低。响？答：行器，其重心位置偏离手腕中心（P）越远，对该中心形成的弯矩也就越大，所尺寸界限图如图所示。以机器人手腕基点（P点）为基准，在大约500500mm230kg10kg试述生产节拍与计划年产量的关系，可举例说明。答：按照用户技术要求中提出的工件年产量、全年工作日、每日班数和每班工T。T60DCHII—工件年产量，单位为件/a；D——全年工作日，即全年实际工作天数，单位为d；C—每日班数，C=1~3，单位为个；H—每天实际工作小时数，h。例如某个产品要求年产量是20万件，按全年工作320天，每日两班，每班7T=(60×320×2×7.5)÷200000=1.44分/件1.44（重点是持重能力与工作范围）。答：学生应按自己的理解答题。举例说明工业机器人怎样用在机械加工作业中。答：学生应按自己的理解答题。举例说明工业机器人怎样用在产品装配作业中。答：学生应按自己的理解答题。举例说明工业机器人怎样用在结构件焊接作业中。答：学生应按自己的理解答题。点焊机器人和弧焊机器人各有什么特点？答：点焊机器人由于在工作的时候是点和工件的触碰,点和工件的准确定位是非常重要的。对于点焊机器人的移动轨迹倒是没有严格的规定,点焊机器人的持重大,而且在点与点之间移位时速度要快捷,动作要平稳,定位要准确,以减少移位的时间,提高工作效率。弧焊机器人的工序要比点焊机器人的工序复杂的太多了,由工具中心点,也持重一般较小，6-10点焊机器人系统组成有哪些？选择机器人时要考虑哪些问题？答：机器人变压器、焊钳水冷管及相关电缆等组成,如图所示。点焊对所用机器人的要求并不高,因为点焊只需点位控制,而对焊钳在点与点之间的移动轨迹则没有严格要求。点焊用机器人不仅要有足够的承载能力,而且在点与点之间移位时速度要快捷、动作要平稳、定位要准确,以减少移位的时面由于二次电缆线长,电能损耗大,也不利于机器人将焊钳伸入工件内部焊接,另70kg载能力,能以较大的加速度将焊钳送到空间位置进行焊接,一般都选用可搬质量100~150kg弧焊机器人在操作和安全上要考虑哪些因素？答：等。让机器人的运动轨迹,并确认该线路不受干涉。在运行机器人前,须知晓机器人根据所编程序将要执行的全部任务；永远不要认为机器人没有移动，其作业程序就已经全部结束了,因为机器人很有可能是在等待让它继续移动的某个输入信号。在进行机器人维修的时候,必须确保机器人运动程序和电源处于关闭状态；在任何新程序开始运行之前,必须先以最慢的速度确认一次机器人的运行,确定运行轨迹正确之后,再以生产速度进行测试。时可操纵急停开关。全防护装置。搬运码垛机器人工作站的组成有哪些？答：传送链等。喷涂机器人有哪些特点和技术要求？答：可做复杂的轨迹运动，其腕部一般有2～3个自由度，可灵活运动。喷漆机器人柔性大。工作范围大大。（2）90%-95%。对喷涂机器人的要求有：（1）机器人的工作轨迹范围必须能完全覆盖被涂机器人的外部导轨来扩展其工作轨迹范围。（2）喷涂机器人的重复精度在3mm0.1mm，这个精度能满足喷涂工艺的要求。（3）喷涂行程的时间就越短，应根据工艺要求来设定机器人的运动速度。（4）喷涂机器20kg3kg的机器人能匹配除了静电旋杯以外的各种空气喷枪和普通静电喷枪。述你的观点。答：学生应按自己的理解答题。这里给出一个例子以供参考。1、机器人会提高更多的就业机会。机器人的发展会提高劳动生产率和产品展可能会威胁到部分人的就业。机器人的发展会替代一部分操作简单的工人，这会威胁到人类的生存。机器人可以应用到不同的领域，因此，会取代部分人的工作，导致部分人失业。3、机器人可以提高社会效率。机器人的应用减轻了人类的工作量，解决了人类解决不了的一些难题，例如阿里的城市大脑，可以优化路口的时间分配，提高交通效率，让繁忙的城市更加智能。4、机器人的发展促进创新。企业对机器人系统的大量部署和应用减少了操作技术含量低的工作岗可以为人提获得更高的工资回报率。5、机器人的发展方便了人类的生活。如今机器人已然很普通的展现在我们生活中，如智能扫地机器人、陪伴机器人、家庭陪伴机器人等等，使得人类的生活更加智能和方便。以及未来的发展方向。答：学生应按自己的理解答题。这里给出一个例子以供参考。（可阅读一篇期刊论文）一、国内外焊接机器人技术研究现状焊电源技术、焊接机器人系统仿真技术与机器人用焊接工艺方法几个方面。焊缝跟踪技术的研究在弧焊机器人施焊过程中，如果焊接条件基本稳定，或者弧焊机器人的工作条件比较适宜，那么机器人一般能够保证焊接质量，但是，由于焊接环境等高温、烟尘、飞溅、坡口状况、加工误差、夹具装夹精度、表面状态和工件热变形等这些焊接中经常出现的情况，往往会使焊炬偏离焊缝，从而造成焊接质量下降甚至失败。焊接条件的这种变化要求弧焊机器人能够实时检测出焊缝的偏差，并调整焊接路径和焊接参数，保证焊接质量的可靠性。为了使得机器人在焊接过程中能实时地检测出焊缝的实际位置，开始了弧焊机器人焊缝跟踪技术的研究。弧焊机器人焊缝跟踪技术的研究又以传感器技术与控制理论方法为主。传感器技术人员的广泛关注。光学传感器的种类很多"主要包括红外、光电、激光、视觉、光谱和光纤的外部适应能力。焊缝跟踪控制理论与方法性系统中，使得焊缝跟踪进入一个崭新的时代--智能焊缝跟踪时代。模糊控制是智能控制的较早形式，它吸取了人的思维具有模糊性的特点，因而用传统的控制方法难以实现最佳控制，而模糊控制具有自适应和鲁棒性等特点，它为机器人焊接控制提供了一个极好的控制方法。将模糊控制理论和实际焊接过程相结合，发展成为专用焊接控制器，进一步发展成为了通用型焊接模糊控制器。模糊控制具有较完善的控制规则。但模糊控制综合定量知识的能力较差。另外，量化因子和比例因子的选择也影响着整个系统的品质，并且当对象动态特性发生变化时，或者受到随机干扰都会影响模糊控制的效果，以上问题都将导致模糊控制器在焊接应用中碰到较难以解决的问题。由于上述问题的存在，在模糊控制理论方面，人们对常规模糊控制进行了改进，设计了一些5积分作用的模糊控制器、参数自调整的模糊控制器、复合型模糊控制器、自学习模糊控制器。神经网络控制是研究和利用人脑的某些结构和机理以及人的知识经验对控制。与传统的专家系统相比，焊接参数处理神经网络系统有所不同：b$不精确或是模糊的。以采用。1986BP多台焊接机器人和外围设备的协调控制技术从严格意义上讲，焊接机器人是一个焊接机器人系统或工作站，通常包括在生产应用中，单台机器人往往不能充分发挥其作用，这就要求焊接机器人与变位机、弧焊电源等周边设备实现柔性化集成。在焊接过程中，焊接机器人与周边设备的柔性化协调控制，有助于减少辅助时间，是提高生产效率的关键之一，对于大多数工件而言，其焊缝总存在有平焊、横焊、立焊、仰焊等焊接位置，而这对于焊接品质及焊缝成形有很大的影响。若单靠调节机器人位姿来保证获得满意的接头是相当困难的。同时也给操作者带来很大不便，若此时能协即变位机在焊接过程中不是静止不动的，而是要做相应的协调运动，弧焊电源和工装夹具等也要在机器人统一控制下做相应的协调运动，才能保证整个系统高效率、高质量地工作。焊接机器人用弧焊电源的研究闸管电源与逆变电源。IGBT20-50KHZ，200KHZ，焊接系统具有十分优良的动特性，非常适合机器人自动化和智能化焊接。TIG带有专家系统的焊接电源等，但目前引起重视的是一种采用模糊控制方法焊接电源，这种电源适合于焊接表面有波浪型起伏的工件，或在焊接过程中有较大变形的工件。对这些工件机器人，即使进行了精确编程也很难保证焊接时焊丝伸出长度的稳定一致。采用前述的两种电源都可能焊出形状和尺寸不均匀的焊而且还能减少焊接缺陷。弧焊电源的发展不断向着数字化方向迈进!弧焊机器人焊接电源的发展方向是采用全数字化焊机。全数字化是指焊接参数数字信号处理器、主控系统、显示系统和送丝系统全部都是数字式的，所以电压和电流的反馈模拟信号必须这种焊接电源的最大特点是焊接参数稳定，受网路电压波动、温升、元器件老化等因素的影响很小，具有较高的重复性，焊接质量稳定、成形良好。同时，出，使之具有输出多种电流波形和弧压高速稳定调节的功能，适应多种焊接方法对电源的要求，只需要改变或输入相应的控制程序，一台电焊机可以顶多种电焊机用。仿真技术对象，运用计算机图形技术、CAD以很好地解决研发机械手过程中出现的问题。机器人用焊接工艺方法氩混合气体保护焊和熔化极（脉冲）氩弧焊；其次是钨极氩气保护焊，等离子弧焊、切割及机器人激光焊数量有限、比例较低。国外先进国家的弧焊机器人TIME了优良的焊接接头，还使焊接速度和熔敷效率提高数倍至几十倍。二、焊接机器人技术的发展趋势多传感器信息智能融和技术HILARE信息来创建世界模型的可移动机器人,它充分利用视觉、听觉、激光测距传感功能相比，性能大为提高。虚拟现实技术虚拟现实技术是一种对事件的现实性从时间和空间上进行分解后重新组等。基于多传感器#多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人的虚拟遥利于进行多工艺方案比较，更有利于多机器人焊接轨迹的选取与优化。多智能焊接机器人系统多智能机器人系统（MARS）是近年来开始探索的又一项智能技术，它是在单体智能机器发展到需要协调作业的条件下产生的。多个机器人主体具有共同复杂的体系，而是按控制应用的要求，从功能上、物理或时间上划分成多个具有一定自主能力的智能体，各智能体之间相互通信、彼此协调，共同完成复杂共享，各个局部（分散）运动的主体在全局前提下感知、行动、受控和协调，是群控机器人系统的发展。其目标是将大的、复杂的硬件或软件系统构造成相系统在制造业中的应用性研究正不断地成熟，这种趋势表明了多种智能自治主体间的相互协调、合作的分布式制造系统最有希望成为下一代制造业的生产模式。焊接是工业生产的一大领域，焊接机器人的发展基本上同步于整个机器人行业的发展。所以，多智能体机器人的研究与发展将很快应用于焊接机器人领的研究领域。智能化控制技术GTAWBPTIG焊接机器人控制系统等方面都是未来焊接机器人的发展方向。工业机器人技术的研究、发展与应用，有力地推动了世界工业技术的进步"特别是焊接机器人在高质、高效的焊接生产中!发挥了极其重要的作用"近年机器人弧焊电源与焊接工艺方法等方面进行了大量的研究与应用，取得了许多优秀的成果"随着计算机技术、网络化技术、智能机器人技术和人工智能理论的进一步发展，焊接机器人系统还有许多值得我们认真研究的问题，特别是焊接机器人智能化技术、虚拟现实技术和控制技术等方面将是未来研究的主要方向。查阅资料，以一种实际产品的作业为例，做出一套应用工业机器人的总体设计方案。答：学生应按自己的理解答题。第九章工业机器人的轨迹规划与编程要求一个六轴机器人的第一关节用3s由初始角50°移动到终止角80°止开始运动，最终停在目标点上，计算一条三次多项式关节空间轨迹的系数，确定第1s、2s3s时该关节的角位置、角速度和角加速度。解：由题目条件可知：θ()=θ0=50,θtf=θf=80,˙()=0，¨tf=¨()=0由四个约束条件可以确定唯一的三项多项式：θ(t)=a0+a1t+a2t2+a3t3则：˙(t)=1+22t+3a3t2,¨(t)=2a2+63t把题目给出的已知值带入θ(t)，̅(t)函数中可得三次多项式的系数：t2a0=θ0=50,a1=0,a2=3t2f209则:

θf−θ0=10,a3=−2t3t3

θf−θ0=−θ(t)=50+10t2−20t39˙(t)=20t−023可得:3θ()=.7∘, ˙(可得:3θ()=.7∘, ˙()=.∘s,¨()=.∘s2θ()=.∘, ˙()=.3∘s,¨()=−.∘s2θ()=0∘, ˙()=∘s,¨()=−∘s2要求一个六轴机器人的第三关节用4s由初始角20°移动到终止角80°止开始运动，抵达目标点时角速度为5(°)/s。计算一条三次多项式关节空间轨迹的系数，绘制出关节的角位置、角速度和角加速度曲线。解：由题目可知θ()=θ0=20,θtf=θf=80,˙()=0,˙tf=˙()=∘s由四个约束条件可以确定唯一的三项多项式:θ(t)=a0+a1t+a2t2+a3t3则:˙(t)=a1+22t+3a32,¨(t)=2a2+6a3t把题目给出的已知值带入θ(t.¨(t)函数中可得三次多项式的系数:a0=20，a1=0,a2=10,a3=−25则:θt=20+10t2−53，˙

¨ 75t2，θ(t)=20−75t 16 t=20t−16 8按要求规划的角位置、角速度和角加速度曲线如下图所示:一个六轴机器人的第二关节用5s由初始角20°移动到80°角的中间点，然后再用5s运动到25°角的目标点。计算关节空间的三次多项式的系数，并绘制关节的角位置、角速度和角加速度曲线。解：2520∘移动到80∘的中间点,然后再用525∘∼5s中加速，5∼10s中减速，因此通常将这种情况的中间点速度取为0,¨()=0,则:(1)当t=0∼s时,将θ0=20θ5=80¨0=0¨5=0代入三次多项式方程:θt=0+a1ta2t2+a3t3和¨t=a1+2a2t33t2，可得方程系数:a0=20,a1=0,a2=36,a3=−245 25∴θt=20+6t2−4t3,˙t=2t−22,¨t=2−4t5 25

5

5 25(2)当t=5∼s时,将θ5=80θ0=25¨5=0¨0=0代入三次多项式方程:θt=0+a1ta2t2+a3t3和¨t=a1+2a2t3a3t2，可得方程系数:a0=−195,a1=132,a2=−99,a3=225 25可得θt=−195+132t−99t222t3，5 25˙t=132−8t+6t2，5 25¨(t)=−8+2t5 25按要求规划的角位置、角速度和角加速度曲线如下图所示:要求用一个五次多项式来控制机器人在关节空间的运动，求五次多项式的系数，使得该机器人关节用3s由初始角0°运动到终止角75°，机器人的起始点和终止点角速度均为零，10(°)/s2,终止角减速度为－10(°)/s2。解：由题意可知θ0=0,θ3=75,˙0=0,˙3=0,¨0=∘，¨3−0∘,s2 s2˙t=1+22t+3a3t2+4a4t3+5a5t4，¨(t)=2a2+63t+12a4t2+20a5t345可得45a0=0,a1

9

9

=4027要求一个六轴机器人的第一关节用s以角速度0/s、初始角040运动到f

120。若使用抛物线过渡的线性运动来规划轨迹，求线性段与抛物线之间所必需的过渡时间，并绘制关节的角位置、角速度和角加速度曲线。解:12设a点为第一段抛物线与直线的交点,b点为直线与第二段抛物线的交点,ℎ 点为直线段的中点。12因为

=θℎ−θa，θ=θ

+˙ata，θ

θ+θ

，t=2ta tℎ−ta

a 0 2

0 f f ℎ把¨a=∘s,θ0=0∘θf=0∘tf=4s代入上述公式可得at=4sa3即:线性段与拋物线之间所必须的过渡时间为4。3则:θθ0θa的抛物线过渡段的角位置、角速度、角加速度方程分别为: θ(t)=40+5t2,˙(t)=5t,¨(t)=54 2 2θθaθk的线性段的角位置、角速度、角加速度方程分别为:θ(t)=20+3t˙(t)=30¨(t)=0θθkθf的抛物线过渡段的角位置、角速度、角加速度方程分别为:θ(t)=120−5(4−t2,˙(t)=5(4−t),¨(t)=54 2 2根据要求规划的角位置、角速度和角加速度曲线如下图所示:机器人从点AB，其坐标分别为且绕等效轴K匀速回转等效角为，求矢量K和转角，并求三个中间变换。解：RBAR01000010 1000 00011010矢量K= 10 1用VAL语言编程：装配标准电话机的手提部分，它的六个零件（手柄、发话器、受话器、两个圆帽盖和电缆）同时到达，由专用托盘装载各个零件，并用一个专用夹具装夹手提部分。在编程时可作适当的假设。解：设放置卡具的装配位置为P，六个零件的位置和到位信号分别为：P11P22P33P44；盖VALEDITDEMO 启动程序编辑状态；PROGRAMDEMO VL1？SPEED30ALWAYS 设定机器人速度；2？height=50 50mm；3？IFSIG1,2,3,4,5,6THEN6 6；4？WAIT3 否则等待零件全部到位；5？OPEN 打开手爪；6？MOVEP1 运动到P1；7？APPROheight 下降50mm；8？CLOSE 19？DEPARTheight 50mm；10？MOVEP P；11？APPROheight 50mm；12？OPEN 113？DEPARTheight 50mm（从这里返回到3，抓取2号零件，直到六个零件完成，以下略）80？TYPE“onedone” 示器上显示“完成一件”；81？GOTO200 再进入下一个装配循环；82？E 退出编辑状态，返回监控状态。机器人的示教方式有哪些种类？各有什么特点？答：机器人的示教方法主要有：直接示教法：①功率级脱离示教，②伺服级接通示教；(3)间接示教法：①模拟机器人示教，②专用工具示教；离线示教法：①数值输入示教，②图形示教，③软件语言示教。教方法；二是基于力矩控制的零力平衡的机器人直接示教法（有动力学模型）。上的按钮驱动机器人按需要的顺序进行运动。机器人在示教前的准备工作有哪些？示教步骤有哪些？答：以安川机器人为例，示教前准备工作是：打开XRC控制柜上的电源开关，示教盒的液晶显示屏显示出初始化后的画面。液晶显示屏开始显示系统控制软件菜单界面。左手“抬握”示教盒上的伺服安全开关，接通伺服电源，此时控制柜上的伺服电源指示灯亮。按下示教盒上的示教锁定操作键，此时控制柜正面的“REMOTE”指示灯处于熄灭状态。“TEACH”键，此时机器人即处于示教状态。示教步骤：（1）示教的操作1）按光标键移动光标，使光标处于显示屏中的程序菜单。按选择键打开程序菜单，接着按光标键移动光标到新建子菜单，按选择来输入。光标移动到执行上，创建的程序被送到控制器的内存中，显示程序，自动生成NOPEND11入的过程如下：①用轴操作键把机器人移到适合作业准备的位置。MOVJ表示关节插补命令。000050%.1(0001)。22程如下：①用轴操作键设定机器人为可作业姿态。②用轴操作键移动机器人到适当位置。6）3。①按手动速度高或低键选择示教速度。2轴操作键把机器人移到作业开始位置。0002④光标位于显示速度“VJ=50.00”上，按转换键的同时按光标键，设定再12%。3。输入作业结束位置即程序点4。①用轴操作键把机器人移到作业结束位置。则插补方式选为圆弧插补（MOVC)。0003V=66例如把速度设为138cm/min。4。61）等，各点的操作与上述点类似。所有各点的示教完成后进行示教轨迹的确认。1②手动速度设为中速。人移动一个程序点。④程序点完成确认后，机器人回到程序起始处。停止。生成的程序还可以进行点位置的修改、程序点插入或删除等。手把手示教和示教盒示教有何异同点？各有什么优缺点？答：运动。和高减速比机器人难以实现、不精确。难同步、具有一定危险性。什么是离线编程？有什么特点？答：机器人轨迹规划编程的一种方法。任务进行编程时，机器人仍可在生产线上进行当前任务的工作；②使编程者远CAD/CAMCAD/CAM/Robotics算机编程语言对复杂任务进行编程；⑥便于修改机器人程序。说说机器人语言的编程要求有哪些？答：机器人编程语言复杂且多样，其要求有①能够建立世界模型;②能够描述机器人的作业;③能够描述机器人的运动;④允许用户规定执行流程等。个坐标系与大地相连，也被称为"世界坐标系"。基础坐标系的转换。机器人编程系统应具有在各种坐标系中描述物体位置的能力和建模能力。业。儿直线运动。用户还可以控制运动的速度或运动的持续时间。要运动原语的差异不大。引入传感信息；要具有良好的通用性。机器人编程语言有哪些级别？各有何特点？答：机器人语言通常分为三级：动作级、对象级、任务级。VAL收传感器的开关信号，并且和其他计算机的通信能力较差。1）可进行运动控制，具有与动作级语言类似的功能；能处理传感器的信息，可以接收比开关信号复杂的传感器信号，并可以利用传感器信号进行控制、监督、修改和更新环境状态；可进行通信和数字运算，能方便地和计算机的数据文件进行通信，数字计算功能强，可以进行浮点运算；任务级语言是比较高级的机器人语言，这类语言允许操作者根据工作进行推理、计算，最后自动生成动作。动作级的语言编程有哪些分工？答：（指令）对机器人编程语言的基本特性和基本功能有哪些？答：基本特性：结构简单、概念统一、容易扩展感数据处理功能。说说你所知道的机器人编程语言。答：ALAMLMCLSERFSIGLAAutoPASSVAL答：VAL值指令、其他指令等；程序指令、系统状态控制指令等。第十章工业机器人运动学

20.00

0.0T0.8660.500A0.000

0.5000.8660.000

0.0000.0001.000

11.03.09.00001 0001 换后的齐次坐标变换矩阵。解：①变换后点矢量的表达式0.8660.500

0.5000.866

0.0000.000

11.010.003.020.00

9.6619.32A

0.000 0.000 1.000 9.030.00 3900011 00011 1 ②该变换属于复合变换；③平移坐标变换后的齐次坐标变换矩阵为1 0 0 1 ans1.3.9.00 0

11.03.09.00 0 0 0 1④平移坐标变换后的齐次坐标变换矩阵为0.8660.50.8660.50.8660001000Rot30

0.5

0 000011z045x0轴转30y0轴转60，试求该齐次变换矩阵。解：表示该变换的齐次坐标变换矩阵为RRot60Rot60Rotz45 0

0 1 0

010 0

00.866

0.8660

00.70700.707

0.7070.707

0 000 00.866 0 0.5 00

0.5 0

0 1 0000 000 10

10 1

10 0 10.6600.6120.436

0.0470.6120.436

0.750 000.5 00.433 01000 1000 动坐标系B起初与固定坐标系O相重合，现绕zB旋转30，然后绕旋转后的动坐xB轴旋转45，试写出该坐标系B的起始矩阵表达式和最终矩阵表达式。解：起始矩阵表达式为：1 0 0 000 1 0 0BO 0 0 1 001 01 0 0 最终矩阵表达式为：00.866 0.353 0 00B'Rotz30Rot45

0.500

0.6120.7070

0.612 0.707 01010BAH,它表示坐标系B连续相对固定坐标系A做以下变换：BzA轴旋转90；xA轴旋转90；(3)动3 7 9T。解：BAH为：BBAHTrans3，7，9RotxB

-90Rotz

901 0

0 310 70

0 0 000 1 01

1 0 0 0 0 0

0 0 300 1 71

1 0 00 0 0

0 0 0000

9010

1 0

0010

0 1 110 0

0 1 0000

9010

0 1 0110 0 00100

1 0 370 1 70 0 910 0 1BBH,它表示坐标系B连续相对自身动坐标系B做以下变换：B(1)动3 7 9TxB轴旋转90；zB轴旋转90；解：BBH为：BB9RotxB

90