机器人复习题

第一章
1、工业机器人的定义（国标）。

1机器人的动作机构具有类似于人或其他生物体某些器官（肢体、感官等）的功能；2机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变；3机器人具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等；4机器人具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人类的干预。

2、工业机器人的分类。

按几何结构分类直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐标型
按驱动方式分类电力驱动、液压驱动、气压驱动、新型驱动
3、工业机器人的坐标系、自由度和工作空间。

44
定义：参考坐标系是用来表示机器人旋转、移动等运动的坐标系。

通常使用的有三种：全局参考坐标系、关节参考坐标系、工具参考坐标系
（2）机器人的自由度是指其末端执行器相对于参考坐标系能够独立运动的数目，但并不包括末端执行器的开合自由度。

自由度是机器人的一个重要技术指标，它是由机器人的结构决定的，并直接影响到机器人是否能完成与目标作业相适应的动作。

(3)机器人的工作空间是指机器人末端上参考点所能达到的所有空间区域。

由于末端执行器的形状尺寸是多种多样的，为真实反映机器人的特征参数，工作空间是指不安装末端执行器时的工作区域。

第二章
1、机器人的系统组成。

操作机（由手部、腕部、臂部和机座构成）、驱动器、控制系统
2、手部的作用和分类。

作用：机器人的手部又称为末端执行器，它是机器人直接用于抓取和握紧（或吸附）工件或操持专用工具（喷枪、扳手、砂轮、焊枪等）进行操作的部件，它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的最前端。

分类：机械夹持式手、吸附式手、专用手、灵巧手
3、机械夹持式手和吸附式手。

1（1）机械夹持式手由手指（或手爪）、传动机构、驱动机构及连接与支承元件组成，它通过手指的开、合动作实现对物体的夹持操作。

（2）分类：按手爪的运动方式分为回转型和平移型。

按夹持工件的方式分为外夹式和内撑式。

按驱动方式分为电动、液动、气动和弹性力驱动。

2（1）根据吸附力的产生方法不同分为：气吸式、磁吸式（永磁式、励磁式）（2）根据压力差形成的原理不同分为：挤压排气式、气流负压式、真空抽气式
4、手腕的作用及其三个自由度。

1）腕部作用：改变或调整机器人手部在空间的姿态(方向)，并连接机器人的手部和臂部。

（2）自由度：分别为回转（x）俯仰（y）偏摆（z）由三个回转关节组合而成。

5、柔顺手腕的作用及装配误差及消除方法。

柔顺腕部（1）作用：消除机器人在进行装配作业时的装配误差。

（2）装配误差：①角度误差②位置误差（3）解决办法①主动柔顺——边检测，边修正。

②被动柔顺角度误差（回转运动、回转机构）位置误差（平移运动-平移机构）
6手臂的作用（1）作用：改变机器人手在空间的位置（2）关节类型：平移关节、回转关节。

8、机器人系统设计的基本原则。

39
在设计时首先要考虑的是机器人的整体性、整体功能和整体参数，然后再对局部细节进行设计。

机器人设计的整体性原则、控制系统设计优先于机械结构设计（理论设计优先于实际设计）原则
9、机器人系统设计的三个阶段。

（1）总体方案设计（2）详细设计（3）制造、安装、调试和编写设计文档
7、操作机的机构简图。

第三章
一1、齐次变换矩阵的意义；
意义：左上角的3×3矩阵是两个坐标系之间的旋转变换矩阵，它描述了姿态关系；右上角的3×1矩阵是两个坐标系之间的平移变换矩阵，它描述了位置关系，所以齐次坐标变换矩阵又称为位姿矩阵。

2、单步变换的齐次变换矩阵；
3、多步变换的齐次变换矩阵；
4、齐次变换的逆变换。

二1、建立坐标系；2、确定参数；3、相邻杆件的位姿矩阵；4、建立运动学方程。

5、运动学方程的正解和逆解
第四章1、关节承受的力和力矩与关节驱动力（矩）的关系。

2、动力学模型及其各项含义。

3、牛顿方程、欧拉方程。

4、正向递推步骤及其计算公式。

5、反向递推步骤及其计算公式。

6、递推的初始条件。

第五章
1、控制系统的两大功能。

1、示教再现功能
2、运动控制功能
2、控制系统的组成及其各个部分的作用。

硬件
上位机的功能：
人机对话：人将作业任务给机器人，同时机器人将结果反馈回来，即人与机器人之间的交流。

数学运算：机器人运动学、动力学和数学插补运算。

⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧→⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧参数变化检测外部传感器：外部环境运动状态检测内部传感器：自身关节检测传感器伺服驱动控制器下位机：单片机、运动数据存储通信数学运算人机对话型计算机上位机：个人微机、小控制器
通信功能：与下位机进行数据传送和相互交换。

数据存储：存储编制好的作业任务程序和中间数据。

下位机的功能：
伺服驱动控制：接收上位机的关节运动参数信号和传感器的反馈信号，并对其进行比较，然后经过误差放大和各种补偿，最终输出关节运动所需的控制信号。

内部传感器是对自身的运动状态进行检测，
外部传感器的功能：对工作环境变化的检测
软件 3、示教再现控制过程及示教与记忆的相关知识。

控制过程：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。

示教的方式种类分为集中示教方式和分离示教方式
记忆过程：
1、记忆速度 取决于传感器的检测速度、变换装置的转换速度和控制系统存储器的存储速度。

2、记忆容量 取决于控制系统存储器的容量。

4、运动控制的两个步骤。

第一步：关节运动伺服指令的生成，即将机器人手部在空间的位姿变化转换为关节变量随时间按某一规律变化的函数。

这一步一般可离线完成。

第二步：关节运动的伺服控制，即采用一定的控制算法跟踪执行第一步所生成的关节运动伺服指令，这是在线完成的。

5、轨迹规划及其实现方法：
（1）轨迹规划的概念
机器人关节运动伺服指令的轨迹规划生成方法是指根据作业任务要求的机器人手部在空间的位姿、速度等运动参数的变化，通过机器人运动学方程的求解和各种插补运算等数学方法最终生成相应的关节运动伺服指令。

（2）PTP 下的轨迹规划步骤（关节坐标空间进行）
第一步：由手的位姿得到对应关节的位移；第二步：不同点对应关节之间位移的运动规划；第三步：由关节运动变化计算关节驱动力（矩）。

（3）CP 下的轨迹规划步骤（直角坐标空间进行）
第一步：连续轨迹离散化。

第二步：PTP 下的轨迹规划。

6、关节伺服驱动控制方法。

1、基于前馈和反馈的计算力(矩)的控制方法
2、线性多变量控制方法
3、自适应控制
4、自学习控制（迭代自学习控制、重复自学习控制）
⎪⎪⎪⎪⎩
⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧→→→→⎩⎨⎧→→程序实时监视、故障报警等监控软件程序作业任务程序编制环境编程软件程序运动学、动力学和插补运算软件实时动作解释执行程序动作控制软件应用软件单片机、运动控制器系统初始化程序个人微机、小型计算机计算机操作系统系统软件
1、控制系统的两大功能是什么？
2、简述两种控制方式及其技术指标。

3、简述控制系统的组成及各个部分的作用。

4、示教再现控制如何实现？影响示教和记忆的因素有哪些？
5、运动控制如何实现？可分为哪两步？
6、什么是轨迹规划？不同控制方式下各在什么坐标空间进行？
7、点位控制（PTP ）下的轨迹规划如何实现？
8、连续轨迹控制（CP ）下的轨迹规划如何实现？
9、关节运动伺服控制方法有哪些？各有何特点？
1机器人动力学解决什么问题？什么是动力学正问题和逆问题？ 2什么是牛顿方程？什么是欧拉方程？有何作用？ 3什么是惯性张量矩阵？如何计算？ 4正向递推的作用是什么?分哪几步实现？ 5反向递推的作用是什么?分哪几步实现？ 6正向递推和反向递推的初始条件各是什么？当考虑杆件自重或手部负载为重物时，正向递推初始条件有何变化？ 7写出机器人动力学模型，并简述各项的含义?
1什么是齐次坐标？与直角坐标有何区别？ 2齐次变换矩阵的意义是什么? 3联合变换与单步变换的关系是什么？ 4已知齐次变换矩阵，如何计算逆变换矩阵？ 5机器人运动学解决什么问题?什么是正问题和逆问题？ 6机器人的坐标系有哪些？如何建立？ 7建立运动学方程需要确定哪些参数？如何辨别关节变量？ 8第一种和第二种杆件坐标系下，相邻杆件位姿矩阵计算有何区别？ 9机器人运动学方程的正解和逆解有何特征？各应用在什么场合？逆解如何计算？
1、机器人系统由哪三部分组成？
2、什么是机器人的操作机？分为哪几部分？
3、简述机器人手部的作用，其分为哪几类？
4、机器人机械夹持式手按手爪的运动方式分为哪两种？各有何典型机构？
5、机器人吸附式手分为哪两种？各有何特点？
6、什么是机器人的换接器？有何作用？
7、机器人腕部的作用是什么？有哪些典型机构？
8、机器人柔顺腕部结构的作用是什么？柔顺装配有那两种方法？如何实现？
9、机器人臂部的作用是什么？实现两种运动方式的典型机构有哪些？10、机器人机座的作用是什么？可分为哪两类？11、机器人的机构简图如何绘制？12、机器人常见的驱动器有哪些？13、机器人电动驱动器有哪几种？14、直接驱动（DD ）电机有何特点？有几种类型？15、机器人控制系统的组成包括哪些部分？16、机器人传感器如何分类？方式和种类有哪些？17、机器人最基本的控制方法有哪些？18、机器人轨迹控制的两种方式是什么？19、机器人的现代控制方法有哪些？20、机器人系统设计的基本原则有哪些？21、机器人系统设计分为哪三个阶段？
m 化图形。

度和加速度随时间的变
并作出关节的位移、速式规划该关节的运动，并停止。

试用三次多项秒钟内移动到由静止开始在
节从、已知机器人的某一关 9051011e s ==θθ驱动力矩。

需要的驱动力或
试计算各个关节
时，
载为一质量当机器人手部负和为度和加速度分别
若各个关节的速
器人如图所示。

、已知二关节机
m d d ,,, 82
211 θθ。