工业机器人答案

1. 机器人发展的阶段或分类

第一代是示教再现型机器人，能在人的“示教”和编程下从事简单的重复劳动．

第二代是有感觉的机器人，包括力觉、触觉、视觉、接近觉等，能够根据不同的作业任务适应作业需要。 第三代是智能机器人，是以感觉为基础，以人工智能为特征，具有逻辑判断和局部自主功能的机器人。 机器人设计的主要内容

机器人设计包括机械结构设计，检测传感系统设计和控制系统设计 3工业机器人的主要技术参数：

自由度、定位精度、重复定位精度、工作范围、最大工作速度、承载能力等

4.阿西莫夫机器人三原则

第一：机器人不能伤害人类，也不能眼见人类受到伤害而袖手旁观；

第二：机器人必须绝对服从人类，除非人类的命令与第一条相违背；

第三：机器人必须保护自身不受伤害，除非与上两条相违背

5.H 变换矩阵

H 变换矩阵描述了一个坐标系绕原参考坐标系旋转和对参考坐标系平移的三个轴的方向和原点的位

置

6.坐标系的相对变换

（1）相对于参考系的相对变化相对变换，始终相对于

7.机器人动力学方程及其正逆问题

动力方程：用与描述机器人运动与关节力间的动态关系的微分方程，成为机器人的动力学方程。

动力学正问题是——根据关节驱动力矩或力，计算机器人的运动(关节位移、速度和加速度)；

动力学逆问题是——已知轨迹对应的关节位移、速度和加速度，求出所需要的关节力矩或力。

8.机器人轨迹控制主要内容 1、目标轨迹的给定方法，2、如何控制手臂，使之高精度得跟踪目标轨迹。

9.圆柱坐标机器人机械手位置变幻时的坐标变换矩阵的计算 答案P38

10.光滑函数的计算

例：

设机械手的某个关节的起始关节角θ0＝150，并且机械手原来是静止的。要求在3秒钟

内平滑地运动到θf=750时停下来(即要求在终端时速度为零)。规划出满足上述条件的平滑运动的轨迹，并画出关节角位置、角速度及角加速度随时间变化的曲线。

解：

根据所给约束条件，直接代入式(4-4)，可得：

a0=15， a1=0， a2=20， a3=-4.44

所求关节角的位置函数为 ：

对上式求导，可以得到角速度和角加速度

根据式(4-5)～(4-7)可画出它们随时间的变化曲线如下图所示。由图看出，速度曲线为一抛物线，加速度则为一直线。

11.何为自然约束，人为约束，两者的关系如何？

自然约束：它是指机器人手爪或工具与环境接触时，环境的几何特性构成对作业的约束。

认为约束：人为给定的约束，用来描述机器人预期的运动或施加的力。

()231520 4.44t t t θ=+-()()

001202303032f f f f a q a a q q t a q q t ===-=--()()24013.334026.66t t t t t θθ=-=-

认为约束和自然约束一起规定出希望的运动或作用力，每当指定的一个需要的位置轨迹或力时，就要定义一组认为约束条件。人为约束也定义在广义曲面的法线和切线方向上，但人为力约束在法线方向上，人为位置约束在切线方向上，以保证与自然约束相容。

12.什么是机器人？

机器人是一种自动的，位置可控的，具有编程能力的多功能机械手，这种手具有几个轴，能够借助于可编程操作来处理各种材料，零件工具和专用装置，以执行多种任务。

分类：按几何结构----柱面坐标机器人、直角坐标机器人、极坐标机器人、关节式机器人按控制方式----非伺服机器人、伺服控制机器人

13何为腕力传感器？

作用在一点的负载，包含里的三个分量，能够同时检测出这六个分量的传感器的六轴力觉传感器。机器人的力控制主要控制机器人手抓的任意方向的负载分量，因此需要六轴力觉传感器。六轴力觉传感器一般安装在机器人手腕上，因此也称腕力传感器。

14.拉格朗日动力学方程？

(1)计算任一连杆上任一点的速度。

（2）计算各个连杆的动能和机器人的总动能

（3）计算各连杆的位能和机器人的总位能。

（4）建立机器人的拉格朗日函数

（5）对拉格朗日函数求导，得到动力学方程。

15.坐标前乘变换和后乘变换的相对变换意义？

前乘变换：得到的TC是{C}始终相对于统一参考系的变换，变换的动作有T的最后因子开始，以最前的因子结束

后乘变换：得到的TC是{C}相对于不同当前坐标系的变换，变换的动作顺序有T的最前因子开始，以最后的因子结束其变换

16.简述机器人运动学的基本任务？

机器人的末端执行器在空间运动的轨迹是由机器人工作任务决定的，轨迹上的各点对应他们所要求q,解出这些q去控制各执行机构的运动，从而实现所规划的跟踪，就是机器人运动学的基本任务。17.论述机器人控制系统的特点

1)机器人有若干个关节，典型工业业机器人有5至6个关节。每个关节由一个伺服系统控制，多个关节的运动要求各个伺服系统协同工作。

2)机器人的工作任务是要求操作机的末端执行器进行空间点位运动或轨迹运动。对机器人运动的控制，需要进行复杂的坐标变换运算，以及矩阵函数的逆运算。

3)机器人的数学模型是一个多变量、非线性和变参数的复杂模型，各变量之间还存在着耦合，因此机器人的控制中经常使用前馈、补偿、解耦、自适应等复杂控制技术。

4)较高级的机器人要求对环境条件、控制指令进行测定和分析，采用计算机建立庞大的信息库，用人工智能的方法进行控制、决策、管理和操作，按照给定的要求自动选择最佳控制规律.

18.什么是机器人规划？论述机器人的过程？

机器人根据自身的任务，求的完成这一任务解决方案的过程。

规划的全过程：通过规划，将要求的任务变为期望的运动和力，由控制环节根据期望的运动和力的信号产生相应的控制作用，以使机器人输出实际的运动和力，从而完成期望的任务。

规划的分层：任务规划，动作规划、轨迹规划、运动规划、力的规划。

19.论述机器人语言的编程要求

a能够建立世界模型：建立一个能够描述机器人运动的参考坐标系，建立当前坐标系，当前坐标系与参考坐标系的转换关系

b)能够描述机器人的作业：机器人作业的描述与环境相关

c)能够描述机器人的运动：描述机器人需要进行的运动是机器人编程语言的基本功能之一。

d)允许用户规定执行流程：用复杂的并行执行结构实现执行流程的规定。

e)要有良好的编程环境：好的编程环境有助于提高程序的工作效率。

f)需要人机接口和综合传感信号：其功能是便于人与机器人之间进行信息交换，出现故障能够及时处理。

20.机器人编程系统的三种状态

1.监控状态

2.编辑状态

3.执行状态

21.论述示教再现型机器人的示教过程

示教人员将机器人作业任务中要求手的运动预先教给机器人，在示教的过程中，机器人控制系统就将关节运动状态参数记忆存储在存储器中。当需要机器人工作时，机器人的控制系统就调用存储器中存储的各项数据，驱动关节运动，使机器人再现示教过的手的运动，由此完成要求的作业任务。22.何为机器人运动学方程，简述其分类和作用