工业机器人技术课后题答案

第一章课后习题：

3、说明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、机械结构系统、感受系统、机器人－环境交互系统、人机交互系统和控制系统。各部分之间的关系可由下图表明：

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

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, 可以用标准偏差这个统计量来表示, 它是衡量一列误差值的密集度(即重复度)。

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。

工作速度一般指工作时的最大稳定速度。

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。承载能力不仅指负载, 而且还包括了机器人末端操作器的质量。

第二章课后习题：

1、

答：工业上的机器人的手一般称之为末端操作器, 它是机器人直接用于抓取和握紧(吸附)专用工具(如喷枪、扳手、焊具、喷头等)进行操作的部件。具有模仿人手动作的功能, 并安装于机器人手臂的前端。大致可分为以下几类: (1) 夹钳式取料手；(2) 吸附式取料手；(3) 专用操作器及转换器；(4) 仿生多指灵巧手。

4、

答：R关节是一种翻转(Roll)关节。B关节是一种折曲(Bend)关节。Y关节是一种偏转(Yaw)关节。具有俯仰、偏转和翻转运动, 即RPY运动。

5、

答：行走机构分为固定轨迹式和无固定轨迹式。无固定轨迹式又分为与地面连续接触（包括轮式和履带式）和与地面间断接触（步行式）。轮式在平地上行驶比较方便，履带式可以在泥泞道路上和沙漠中行驶。步行式有很大的适应性, 尤其在有障碍物的通道(如管道、台阶或楼梯)上或很难接近的工作场地更有优越性。

第三章课后习题：

1、点矢量v 为]00.3000.2000.10[T ，相对参考系作如下齐次坐标

变换：

A=⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤⎢⎢⎢

⎢⎣⎡--10000.9000.1000.0000.00.3000.0866.0500.00.11000.0500.0866.0 写出变换后点矢量v 的表达式，并说明是什么性质的变换，写出旋转算子Rot 及平移算子Trans 。

解：v ，

=Av=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢

⎢⎣⎡--1000

0.9000.1000.0000.00.3000.0866.0500.00.11000.0500.0866.0⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢

⎢⎢⎢⎣⎡100.3000.2000.10=⎥⎥

⎥⎥

⎦⎤

⎢⎢⎢⎢⎣⎡13932.1966.9 属于复合变换： 旋转算子

Rot （Z ，30̊）=⎥⎥

⎥⎥⎦

⎤

⎢

⎢⎢

⎢⎣⎡-1000

010000866

.05.0005

.0866.0

平移算子

Trans （11.0，-3.0，9.0）=⎥

⎥

⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢

⎢⎣⎡-10000.91000.3010

0.11001 2、有一旋转变换，先绕固定坐标系Z 0 轴转45̊，再绕其X 0轴转30̊，最后绕其Y 0轴转60̊，试求该齐次坐标变换矩阵。

解：齐次坐标变换矩阵R=Rot(Y ，60̊）Rot （X ，30̊）Rot(Z ，45̊） =

⎥⎥

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎣⎡-⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢

⎢⎢

⎢⎣⎡-⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢

⎢⎣⎡-100

0010000707.0707.000707

.0707.010

000866

.05.0005.0866.0000

011000

05.00866.000100866.005

.0=

⎥⎥⎥⎥⎦

⎤

⎢

⎢⎢

⎢⎣⎡----10000433.0436.0436.005.0612.0612.00750.0047.0660.0 3、坐标系{B}起初与固定坐标系{O}相重合，现坐标系{B}绕Z B 旋转30̊，然后绕旋转后的动坐标系的X B 轴旋转45̊，试写出该坐标系{B}的起始矩阵表达式和最后矩阵表达式。

解：起始矩阵：B=O=⎥

⎥

⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢

⎢⎣⎡1000

01000010

0001 最后矩阵：B´=Rot(Z ，30̊）Rot （X ，45̊）=⎥⎥⎥⎥⎦

⎤

⎢

⎢⎢

⎢⎣⎡--10000707.0707.000612

.0612.05.000353

.0866.0 4、如题图所示的二自由度平面机械手，关节1为转动关节，关节变量为θ1；关节2为移动关节， 关节变量为d 2。试： （1）建立关节坐标系，并写出该机械手的运动方程式。 （2）按下列关节变量参数求出手部中心的位置值。

解：建立如图所示的坐标系

参数和关节变量 连杆 连杆转

角θ

连杆扭角α 连杆长

度а 连杆距离 d

1

θ1 0 0 0 2

d 2

⎥

⎥

⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢

⎢⎣⎡-==1000010000cos sin 00sin cos ),(11

1111θθ

θθθZ Rot A ⎥

⎥

⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡==1000

010********

)0,0,(222d d Trans A 机械手的运动方程式：

=•=2

12A A T ⎥

⎥

⎥⎥⎦

⎤

⎢

⎢⎢⎢⎣⎡-1000

0100sin 0cos sin cos 0sin cos

12111211θθθθθθd d 当θ1=0 ， d 2=0.5时：

手部中心位置值⎥

⎥

⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢

⎢⎣⎡=1000

01000010

5.0001

B