工业机器人课程

1、请为工业机器人和智能机器人给出定义。

答：工业机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置，通过可编程动作来完成各种任务并具有编程能力的多功能机械手。

智能机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。

2、简述工业机器人的组成部分及其作用。

答：工业机器人是由机械系统、驱动系统、控制系统和感知系统四部分组成。

其中，机械系统由机身、肩部、手腕、末端操作器和行走机构组成；工业机器人的机械系统的作用相当于人的身体。

驱动系统可分为电气、液压、气压驱动系统以及它们结合起来应用的综合系统组合；该部分的作用相当于人的肌肉。

控制系统的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，使其完成规定的运动和功能；该部分的作用相当于人的大脑。

感知系统由内部传感器和外部传感器组成。其中，内部传感器用于检测各关节的位置、速度等变量，为闭环伺服控

制系统提供反馈信息；外部传感器用于检测机器人与周围环境之间的一些状态变量，如距离、接近程度、接触程度等，用于引导机器人，便于其识别物体并作出相应的处理。

该部分的作用相当于人的五官。

3、简述工业机器人各参数的定义：自由度、重复定位精度、工作范围、工作速度、承载能力。

答：自由度：自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，不包括手爪（末端操作器）的开合自由度。

重复定位精度：工业机器人的精度指定位精度和重复定位精度。重复定位精度是指机器人重复定位其手部于同一目标位置的能力。

工作范围：工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能达到的的所有点的集合，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：承载能力是指机器人的工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。

4、工业机器人按坐标形式分为哪几类？各有什么特点？

答：工业机器人的坐标形式有直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐标型和平面关节型。

直角坐标型：机器人的运动方程可独立处理，且方程是

线性的，容易通过计算机控制实现，工作范围呈立方体形状。

圆柱坐标型：机器人可以绕中心轴旋转一个角，工作范围扩大，且计算简单，工作范围呈圆柱形状。

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，覆盖空间大，但是坐标复杂，难于控制，且直线驱动装置仍尊在密封及工作死区问题。工作范围呈球缺状。

关节坐标型：关节坐标机器人关节全部旋转，是工业机器人中最常见的结构，工作范围比较复杂。

平面关节型：只有平行的肘关节和肩关节，关节轴线共面。

5、工业机器人与数控机床有什么区别？

答：1.机器人的运动为开式运动链而数控机床为闭式运动链；

2.工业机器人一般具有多关节，数控机床一般无关节且均

为直角坐标系统；

3.工业机器人是用于工业中各种作业的自动化机器而数

控机床应用于冷加工。

4.机器人灵活性好，数控机床灵活性差。

6、什么叫冗余自由度机器人？

答：从运动学的观点看，完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人称为冗余自由度机器人。

7、什么是SCARA机器人？应用上有何特点？

SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm，选择顺应性装配机器手臂）有两个并联的旋转关节，可以使其做平面运动，此外还有一个附加的滑动关节做垂直运动。

SCARA机器人常用于装配作业，其在XY平面有较好的柔性，而在Z轴有很大刚性，它具有选择性柔性。

8、机器人的三种驱动方式各自的优缺点是什么？

答：机器人常用的驱动方式主要有液压驱动、气压驱动和电气驱动三种基本类型。

液压驱动方式

液压驱动的特点是功率大，结构简单，可以省去减速装置，能直接与被驱动的连杆相连，

响应快，伺服驱动具有较高的精度，但需要增设液压源，而且易产生液体泄漏，故目前多用

于特大功率的机器人系统。

优点:(1)液压容易达到较高的单位面积压力体积较小,可以获得较大的推力或转矩。(2)液压系统介质的可压缩性小,工作平稳可靠,并可得到较高的位置精度

(3)液压传动中,力、速度和方向比较容易实现自动控

制

(4)液压系统采用油液作介质,具有防锈性和自润滑

性能,可以提高机械效率,使用寿命长。

缺点:(1)油液的粘度随温度变化而变化,这将影响工作性能。高温容易引起燃烧、爆炸等危险

(2)液体的泄漏难于克服,要求液压元件有较高的

精度和质量,故造价较高

(3)需要相应的供油系统,尤其是电液伺服系统要

求严格的滤油装置,否则会引起故障。

气压驱动方式

气压驱动的能源、结构都比较简单，但与液压驱动相比，同体积条件下功率较小，而且速度不易控制，所以多用于精度不高的点位控制系统。

优点：(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)空气介质对环境无污染,使用安全,可直接应用于高温作业

(4)气动元件工作压力低,故制造要求也比液压元件低。

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

(2)空气压缩性大,工作平稳性差,速度控制困难,

要达到准确的位置控制很困难。

(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。

电气驱动方式

电气驱动所用能源简单，机构速度变化范围大，效率高，速度和位置精度都很高，且具有使用方便、噪声低和控制灵活的特点。

9、工业机器人对臂部设计有什么基本要求？

答：（1）手臂应具有足够的承载能力和刚度。

（2）导向性要好。

（3）重量和转动惯量要小。

（4）运动要平稳、定位精度要高。

11、简述磁力吸盘的基本原理。

磁吸附式取料手是利用电磁铁通电之后产生的电磁吸力取料。对于磁力吸盘，铁心和磁盘之间用黄铜焊料焊接并构成隔磁环，即焊为一体又将铁心与磁盘分开，使铁心成为内