机器人学考试演示教学

机器人学考试

第一章

1.机器人的定义：工业机器人，一种用于移动各种材料、零件、工具或者专用装置的、通过可编程序动

作来执行各种任务的，具有一定的记忆存储和感知能力的，并且具有各种编程能力的多功能机械手。

机器人特征：

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2.机器人的分类：

第一代机器人（可编程、示教的工业机器人）

第二代机器人（具有一定的感知能力，低级智能机器人）

第三代机器人（具有高度适应性的自治机器人）

3.按照开发内容和目的区分，可分为以下三类机器人

•工业机器人（ Industrial Robot）：如焊接、喷漆、装配机器人。

•操纵机器人（ Teleoperator Robot）：如主从手，遥控排险、水下作业机器人。

•智能机器人（ Intelligent Robot）：如演奏、表演、下棋、探险机器人。

4.机器人结构：

1）执行机构: 机器人的足、腿、手、臂、腰及关节等，它是机器人运动和完成某项任务所必不可少的组成部分。

2）驱动和传动装置:用来有效地驱动执行机构的装置，通常采用液压、电动和气动，有直接驱动和间接驱动二种方式。

3）传感器:是机器人获取环境信息的工具，如视觉、听觉、嗅觉、触觉、力觉、滑觉和接近觉传感器等，它们的功能相当于人的眼、耳、鼻、皮肤及筋骨。

4）控制器:是机器人的核心，它负责对机器人的运动和各种动作控制及对环境的识别。

5.机器人工作原理：

1）“示教再现”方式：通过“示教盒”或者人“手把手”两种方式教机械手如何工作，控制器将示教过程记忆下来，然后机器人按照记忆周而复始的工作。

2）“可编程控制”方式：工作人员事先根据机器人的工作任务和运动轨迹编制控制程序，然后将控制程序输入给机器人的控制器，起动控制程序，机器人就按照程序所规定的动作一步一步地去完成，如果任务变更，只要修改或重新编写控制程序，非常灵活方便。大多数工业机器人都是按照前两种方式工作的。

3）“遥控”方式：由人用有线或无线遥控器控制机器人在人难以到达或危险的场所完成某项任务。

4）“自主控制”方式：是机器人控制中最高级、最复杂的控制方式，它要求机器人在复杂的非结构化环境中具有识别环境和自主决策能力，也就是要具有人的某些智能行为。

6.位置控制

•点位控制－PTP（Point to Point）：只考虑起始点和目的点的位置，而不考虑两点之间的移动路径的控制方式，适用于上下料、点焊、搬运等；

•连续路径控制－ CP（ Continuous Path）：不但要求机器人以一定的精度到达目标点，而且对其移动的轨迹形式有一定精度范围的要求。

第二章

1.机器人的分类

1）按机器人的控制方式分类：非伺服机器人、伺服控制机器人（点位伺服控制、连续轨迹伺服控制2）按机器人结构坐标系特点方式分类：直角坐标机器人、圆柱坐标型机器人、极坐标机器人、多关节机器人。

2.驱动方式：

a.液压驱动

优点：

1)液压容易达到较高的压力(常用液压为2.5~6.3MPa)

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3)

4)液压系统采用油作介质，具有防锈性和自润滑性能，可以提高机械效率，使用寿命长。

液压传动系统的不足：

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b.气压驱动

与液压驱动相比，气压驱动的特点：

1)压缩空气粘度小，容易达到高速(1m/s)；

2)利用工厂集中的空气压缩机站供气，不必添加动力设备；

3)

4)气动元件工作压力低，故制造要求比液压元件低。

不足：

1)压缩空气常用压力为0.4~0.6MPa，若要获得较大的力，其结构就要相对增大；

2)

3)压缩空气的除水问题是一个很重要的问题，处理不当会使钢类零件生锈，导致机器人失灵。此外，

排气还会造成噪声污染。

c.电动机驱动

电动机驱动分为普通交流电动机驱动，交、直流伺服电动机和步进电动机驱动。

普通交、直流电动机驱动需要加减速装置，输出力矩大，但控制性能差，惯性大，适用于中型或重型机器人。

型机器人。

3.机器人的构型

1、直角坐标型 (3P)

结构、控制算法简单，定位精度高；但工作空间较小，占地面积大，惯性大，灵活性差。

2、圆柱坐标型 (R2P)

结构简单紧凑，运动直观，其运动耦合性较弱，控制也较简单，运动灵活性稍好。但自身占据空间也较大，但转动惯量较大，定位精度相对较低。

3、极坐标型（也称球面坐标型） (2RP)

有较大的作业空间，结构紧凑较复杂，定位精度较低。

4、关节坐标型 (3R)

对作业的适应性好，工作空间大，工作灵活，结构紧凑，通用性强，但坐标计算和控制较复杂，难以达到高精度。

5、平面关节型 (Selective Compliance Assembly Robot Arm ，简称SCARA)

仅平面运动有耦合性，控制较通用关节型简单。运动灵活性更好，速度快，定位精度高，铅垂平面刚性好，适于装配作业。

4.自由度

自由度是指描述物体运动所需要的独立坐标数。机器人的自由度表示机器人动作灵活的尺度，一般以轴的直线移动、摆动或旋转动作的数目来表示，手部的动作不包括在内。

机器人的自由度越多，就越能接近人手的动作机能，通用性就越好；但是自由度越多，结构越复杂，对机器人的整体要求就越高，这是机器人设计中的一个矛盾。

第三章

1.

器人运动学有如下两类基本问题：

1）机器人运动方程的表示问题，即正向运动学：对一给定的机器人，已知连杆的几何参数和关节变量，欲求机器人末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态。

2）机器人运动方程的求解问题，即逆向运动学：已知机器人连杆的几何参数，给定机器人末端执行器相对于参考坐标系的期望位置和姿态（位姿），求机器人能够达到预期位姿的关节变量。

2.

3.小结: