工业机器人技术试卷答案及评分标准

工业机器人技术 试卷B 卷 答案及评分标准
出卷教师： 适应班级：
考试方式： 本试卷考试分数占学生总评成绩的70 %
题号 一 二 三 四 五 总分 核分人 得分
复查总分 总复查人
（本题36分）一、简答(每小题6分，共36分)
1．简述工业机器人的主要应用场合。

1) 恶劣工作环境及危险工作，如：压铸车间及核工业等领域的作业环境。

(2分) 2) 特殊作业场合和极限作业，如：火山探险、深海探密和空间探索等领域。

(2分)
3) 自动化生产领域，如：焊接机器人、材料搬运机器人、检测机器人、装配机器人、喷漆和喷涂
机器人。

(2分)
2．说明工业机器人的基本组成部分。

工业机器人由三大部分六个子系统组成。

三大部分是机械部分、传感部分和控制部分。

六个子系统是驱动系统(1分)、机械结构系统(1分)、感受系统(1分)、机器人－环境交互系统(1分)、人机交互系统(1分)和控制系统。

(1分)
3．简述工业机器人关节制动器的作用。

许多机器人的机械臂都需要在各关节处安装制动器, 其作用是: 在机器人停止工作时, 保持机
械臂的位置不变; 在电源发生故障时, 保护机械臂和它周围的物体不发生碰撞。

(6分)
4．机器人的新型驱动方式有哪些？新型驱动方式有什么优点？
磁致伸缩驱动、压电晶体驱动器、形状记忆金属、静电驱动器(4分)。

新型驱动方式可以实现驱动元件的简单化和微型化，更适宜于机器人的使用。

(2分)
5．试述运用D-H 方法建立机器人运动学方程时，如何建立连杆坐标系？
建立连杆坐标系的规则如下:
① 连杆n 坐标系的坐标原点位于n +1关节轴线上,是关节n +1的关节轴线与n 和n +1关节轴
线公垂线的交点。

(2分)
② Z 轴与n +1关节轴线重合。

(2分)
③ X 轴与公垂线重合;从n 指向n +1关节。

(1分) ④ Y 轴按右手螺旋法则确定。

(1分)
6．工业机器人控制系统的特点有哪些？
(1) 机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关。

(2分) (2) 是一个多变量控制系统，要求系统具有一定的智能性。

(1分) (3) 是一个复杂的计算机控制系统。

(1分)
(4) 描述机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型,各变量之间还存在耦合。

(1分) (5) 机器人的动作往往可以通过不同的方式和路径来完成, 因此存在一个“最优”的问题。

(1
分)
得分 评卷人
学院名称 专业班级： 姓名： 学号： 密 封 线 内 不 要 答 题
┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃ 密
┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃ 封
┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃ 线 ┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃
（本题10分）二、有一旋转变换，先绕固定坐标系0X 轴转30°，再绕0Y 轴转60°，最后沿0Z 轴移动10，试求其变换矩阵。

(列出A 的计算式4分，列出齐次变换矩阵4分，
得出答案2分) 解：
(0,0,10)(,60)(,30)
1
3
0241
000cos 600sin 60010001
010001000cos30sin 30000 ==2200110sin 600cos 6000sin 30cos30010
00
1000100011040
01A Trans Rot Y Rot X =⎡⎤⎢
⎥⎢⎥
⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎢⎥⎢⎥⎢⎥--⎢⎢
⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎢⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎢⎢⎣⎦⎥⎥⎥
⎥⎥⎥⎥
（本题15分）三、三自由度平面关节机械手如图所示, 手部握有焊接工具。

已知:
1130,0.04rad/s θθ=︒=&，2245,0θθ=︒=&，33
45,0.1rad/s θθ=-︒=&求焊接工具末端A 点的线速度x V 及y V 的值。

解：机构的运动学方程为：
112123123112123123cos cos()cos()
sin sin()sin()x l l l y l l l θθθθθθθθθθθθ=+++++⎧⎨
=+++++⎩
(5分) 根据速度雅可经公式可得：
1
23112123123
2123123
31231121231232123123
31231
2
3s s s x x x l s l s l l s l l J l c l c l c l c l c l c y y y θθθθθθ∂∂∂⎡⎤
⎢⎥∂∂∂------⎡⎤
⎢
⎥==⎢
⎥++++∂∂∂⎢⎥⎣⎦
⎢⎥∂∂∂⎣⎦
(5分)
末端执行器的速度为：
1
1
112123123
21231233123221121231232123123
312333s s s x y V l s l s l l s l l V J V l c l c l c l c l c l c θθθθθ
θ⎡⎤⎡⎤------⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥
===⋅⎢⎥⎢
⎥⎢⎥⎢⎥++++⎣⎦⎣⎦⎢⎥⎢⎥⎣⎦
⎣⎦
&&&&&& (3分) 将已知条件代入可得：V x =(m/s)，V y =(m/s) (2分)
（本题15分）四、简述具有视觉焊缝对中的弧焊机器人的工作原理。

图像传感器直接安装在机器人末端执行器。

焊接过程中,图像传感器对焊缝进行扫描检测,获得焊前区焊缝的截面参数曲线，计算机根据该截面参数计算出末端执行器相对焊缝中心线的偏移量Δ,然后发出位移修正指令,调整末端执行器直到偏移量Δ=0为止。

弧焊机器人装上视觉系统后给编
程带来了方便, 编程时只需严格按图样进行。

在焊接过程中产生的焊缝变形、装卡及传动系统的误差均可由视觉系统自动检测并加以补偿。

（本题24分）五、试举出一例目前仍为人工作业，但其工作特性更适合运用机器人来
工作的场合，并根据该工作环境要求，设计可应用于该工作场合的机器人机构（说明设
计思路）。

叙述清楚，功能模块齐全，技术方案切实可行性，机构设计合理、新颖、有创意。

（17-24分）
叙述清楚，功能模块基本齐全，具有一定的可行性，机构设计合理。

（9-16分）
叙述不清楚，设计方案不可行，机构设计不合理。

（0-8分）
业班级： 姓名： 学号：
密 封 线 内 不 要 答 题
┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃ 密
┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃ 封
┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃
《工业机器人技术》试卷B 第2页（共4页）
《工业机器人技术》试卷B 第3页（共4页）。