最新工业机器人复习资料.docx

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最新工业机器人复习资料

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《工业机器人》复习题

一、名词解释

1．驱动系统：

发动机带动变速箱，经过变速后再经过传动轴，差速器，左右半轴传到轮胎，达到行走的系统．

2.自由度：

指描述物体运动所需要的独立坐标系。

3．磁致伸缩驱动：

某些磁性体的外部一旦加上磁场则磁性体的外形尺寸会发生变化，利用这种现象制作的驱动器称为磁致伸缩驱动器。

4.重复定位精度：

工件某一个自由度（或某几个自由度）被两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。

也称为重复定位或超定位。

5.示教再现：

一种可重复再现通过示教编程存储起来的作业程序的机器人

6.机器人的正运动学：

当已知所有的关节变量时，可用正运动学来确定机器人末端手的位姿。

7.机器人的逆运动学：

要使机器人末端手放在特定的点上并且具有特定的姿态，可用逆运动学来计算出每一关节变量的值。

二、选择题

1、机器人语言是由（ A ）表示的"0"和"1"组成的字串机器码。

A二进制B十进制C八进制D十六进制

2、机器人的英文单词是（C）

A、botreB、boretC、robotD、rebot

3、机器人能力的评价标准不包括：

（C）

A智能B机能C动能D物理能

4、下列那种机器人不是军用机器人。

（C）

A“红隼”无人机B美国的“大狗”机器人C索尼公司的AIBO机器狗D“土拨鼠”

5、人们实现对机器人的控制不包括什么？

（D）

A输入B输出C程序D反应

6．FMC是（D　　）的简称。

A．加工中心

B．计算机控制系统

C．永磁式伺服系统

D．柔性制造单元。

7．由数控机床和其它自动化工艺设备组成的（B　　），可以按照任意顺序加工一组不同工序与不同节拍的工件，并能适时地自由调度和管理。

A．刚性制造系统

B．柔性制造系统

C．弹性制造系统

D．挠性制造系统

8、工业机器人的额定负载是指在规定范围内（A　）所能承受的最大负载允许值

A．手腕机械接口处

B．手臂

C．末端执行器

D．机座

9、工业机器人运动自由度数，一般（　C　）

A．小于2个B．小于3个C．小于6个D．大于6个

解析：

手腕一般有2～3个回转自由度

10、步行机器人的行走机构多为（C　　）

A．滚轮B．履带C．连杆机构D．齿轮机构

11、世界上第一家机器人制造工厂--尤尼梅逊公司，并将第一批机器人称为"尤尼梅物"，意思是"万能自动"，（ C ）因此被称为"工业机器人之父"。

A．德沃尔   B．英格伯格、德沃尔  C．英格伯格

12、机器人系统的结构由机器人的机构部分、传感器组、控制部分及信息处理部分组成。

感知机器人自身或外部环境变化信息是依靠（ A）完成。

A．传感器组   B．机构部分  C．控制部分

13、工业机器人的手爪主要有钳爪式、磁吸式、气吸式三种。

气吸式靠（C ）把吸附头与物体压在一起，实现物体的抓取。

A．机械手指   B．电线圈产生的电磁力  C．大气压力

14、机器人的控制信号由计算机发出的数字信号，必须通过D/A（数字/模拟）转换器，转换成（B）信号，才能让执行装置接收。

A．数字B．模拟C．“0”或“1”

三、填空题

1．按应用类型分类，机器人可分为产业用机器人、极限作业机器人和服务型机器人。

2．工业机器人由3大部分、6个子系统组成。

其中6个子系统是驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人和环境交互系统、人机交互系统、控制系统。

3.工业机器人的坐标形式有直角坐标、圆柱坐标、球坐标、关节坐标和平面关节坐标。

4．目前常用的传动件的定位方法有电气电气开关定位、伺服定位系统、和机械挡块定位。

5．工业机器人的驱动方式有电（直，交流）、液压、气压。

其中机器人中用的最多的、精度最高的是气动驱动。

液压驱动的缺点是。

6．工业机器人的机械结构系统由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成，每一个部分都有若干个自由度。

手臂一般由上臂、下臂和手腕组成。

末端操作器是直接装在手腕上的一个重要部件，它可以是二手指或多手指的手抓，也可以是抓取、握紧等作业工具。

7．机器人的轨迹控制方式有点位控制方式和连续轨迹控制方式。

8.直流电机调速方法有调节电枢电压、调节励磁电流和弱磁调速。

9.伺服电动机的作用是转换成轴上的。

10.常规的弧焊机器人系统由以下5部分组成机器人本体、机器人控制柜、焊接电源系统、焊接传感器及系统安全保护设施、焊接工装夹具。

11、按用途划分机器人分为：

工业机器人、特种机器人。

12、工业机器人最显著的特点有拟人化、通用性、机电一体化、可编程。

13、工业机器人材料选择的基本要求：

强度高、弹性模量大、重量轻、阻尼大、材料价格低。

14、移动关节导轨有五种普通滑动导轨、气浮导轨、滚动导轨、液压动压滑动导轨、液压静压滑动导轨。

15、在工业机器人设计中采用的四种常用的传动消隙方法分别是：

消隙齿轮、柔性齿轮消隙、偏心机构消隙、齿廓弹性复层消隙。

16、工业机器人手臂的设计中常用结构为：

手臂直线运动机构、手臂回转运动机构。

17、按几何结构分划分机器人分为：

串联机器人、并联机器人。

四、问答题

1、工业机器人对移动导轨的要求？

1间隙小或能消除间隙2在垂直于速度方向上的刚度高3摩擦系数小但不随速度变化4高阻尼5移动导轨和其辅助元件尺寸小，惯量低。

2、传动间隙产生的主要原因有哪些？

1由于制造及装配误差所产生的间隙，2为适应热膨胀而特意留出的间隙

3、消除传动间隙的主要途径有哪些？

1提高装配和制造精度，2设计可调整传动间隙的机构3设计弹性补偿零件。

4、臂部设计的基本要求有哪些？

1强度要求高2导向性好3重量轻4运动要平稳、定位精度要高。

5、按驱动形式划分工业机器人分为哪几类？

气压传动，液压传动，电驱动

6、在工业机器人设计中对手腕设计主要的要求是什么？

为了使手部能处于空间任意方向，要求腕部能实现对空间三个坐标轴X、Y、Z的转动，即具有翻转、俯仰和偏转三个自由度

7、在工业应用中，工业机器人主要分为哪几类？

弧焊，点焊，装配，喷漆，抛光，搬运

8、工业机器人的主要技术参数有哪些？

自由度，重复定位精度，工作范围，承载能力，最大工作速度。

9、按机器人研究、开发和实用化的进程分类，机器人划分为三代，简述这三代机器人的主要特性？

1具有示教再现功能，或具有可编程的NC装置，但对外部信息不具有反馈功能。

2不但具有内部传感器而且具有外部传感器，能获取外部信息。

3具有多种传感器，能感知和领会外部环境信息，包括具有理解像人下达的语言指令这样的能力，能够学习，具有决策上的自治能力。

10．什么是自由度？

怎样计算自由度？

自由度指的是计算某一统计量时，取值不受限制的变量个数。

通常df=n-k。

其中n为样本含量，k为被限制的条件数或变量个数，或计算某一统计量时用到其它独立统计量的个数。

自由度通常用于抽样分布中。

11．在工业机器人设计中对手腕设计主要的要求是什么？

为了使手部能处于空间任意方向，要求腕部能实现对空间三个坐标轴X、Y、Z的转动，即具有翻转、俯仰和偏转三个自由度

12.简述绝对式光电编码器的工作原理。

绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（葛莱码）方式进行光电转换的，编码的设计可采用二进制码、循环码、二进制补码等。

13.气吸附式取料手与夹钳式取料手相比，有什么优缺点？

14.简述普通丝杠传动的原理。

为什么它在机器人上很少采用。

普通丝杠驱动是由一个旋转的精密丝杠驱动一个螺母沿丝杠轴向移动。

由于普通丝杠的摩擦力较大,效率低,惯性大,在低速时容易产生爬行现象,而且精度低,回差大,因此在机器人上很少采用。

15.试述滚珠丝杠传动的优点。

可以消除传动过程中正负方向的间隙，精度很高，在良好的润滑下摩擦系数很低，便宜。

五、分析题

1.试画出机器人控制的结构框图。

图5.5电动机控制系统的构成

2．图a所示柱型滚轮式滑觉传感器；图b所示为南斯拉夫贝尔格莱德大学研制的机器人专用滑觉传感器。

试分别叙述它们的工作原理。

并比较它们的优缺点。

（a）

。

滚轮式滑觉传感器的原理:

小型滚轮安装在机器人手指上,其表面稍突出手指表面,使物体的滑动变成转动。

滚轮表面贴有高摩擦因数的弹性物质,一般用橡胶薄膜。

用板型弹簧将滚轮固定,可以使滚轮与物体紧密接触,并使滚轮不产生纵向位移。

滚轮内部装有发光二极管和光电三极管,通过圆盘形光栅把光信号转变为脉冲信号。

滚轮式传感器只能检测一个方向的滑动.

滑觉传感器原理:

当工件滑动时,金属球也随之转动,在触针上输出脉冲信号。

脉冲信号的频率反映了滑移速度,脉冲信号的个数对应滑移的距离。

接触器触头面积小于球面上露出的导体面积,它不仅可做得很小,而且提高了检测灵敏度。

球与被握物体相接触,无论滑动方向如何,只要球一转动,传感器就会产生脉冲输出。

该球体在冲击力作用下不转动,因此抗干扰能力强。

（b）

3．如图所示，属于哪种末端操作器？

其工作原理是什么？

有什么缺点？

双支点连杆杠杆式手部简图。

驱动杆2末端与连杆4由铰销3铰接,当驱动杆2作直线往复运动时,则通过连杆推动两杆手指各绕其支点作回转运动,从而使手指松开或闭合。

缺点：

活动环节多，定位精度比斜楔传动差。

4.图a为具有视觉焊缝对中的弧焊机器人的系统结构；图b所示为弧焊机器人工作的自动跟踪原理图。

试分析其工作原理。

5.如果让你设计一个机器人，你最希望设计一个什么样的机器人？

它由哪几个部分组成？

制作它需要完成些什么工作？

我想有个机器人，它不是一个只会不停工作的机器人，我只希望它能在我孤独寂寞的时候陪伴我，让我可以把所有的心事跟它分享，它会在我失落的时候鼓励我，不要放弃和气馁。

网络与继续教育学院课程考试试卷

专业：

机电一体化技术

课程名称【编号】：

工业机器人【0941】B卷

闭/开卷闭卷考试时间：

80分钟满分：

100分

答案必须做在答题卷上，做在试卷上不予记分。

一、填空题（每空1.5分，共18分）

（1）机器人是（指代替原来由人直接或间接作业的自动化机械）（第一章学习单元1）

（2）在选定的直角坐标系{A}中，空间任一点P的位置可用的位置矢量AP表示，其左上标A代表选定的参考坐标系

，PxPyPz是点P在坐标系{A}中的三个位置坐标分量。

（第二章学习单元1）

答：

3×1

（3）齐次坐标的表示不是的，我们将其各元素同乘一非零因子后，仍然代表同一点。

（第二章学习单元1）

答：

唯一。

（4）斯坦福机器人的手臂有转动关节，且两个转动关节的轴线相交于一点，一个移动关节，共三个自由度。

（第二章学习单元5）

答：

两个。

（5）在θ和d给出后,可以计算出斯坦福机器人手部坐标系{6}的和姿态n、o、a，这就是斯坦福机器人手部位姿的解，这个求解过程叫做斯坦福机器人运动学正解。

（第二章学习单元5）

答：

位置p。

（6）若给定了刚体上和该刚体在空间的姿态，则这个刚体在空间上是完全确定的。

（第二章学习单元1）

答：

某一点的位置。

（7）机器人运动学逆解问题的求解主要存在三个问题：

逆解可能不存在、和求解方法的多样性。

（第二章学习单元6）

答：

逆解的多重性

（8）机器人逆运动学求解有多种方法，一般分为两类：

封闭解和。

（第二章学习单元6）

答：

数值解

（9）“角度设定法”就是采用相对参考坐标系或相对运动坐标系作三次来规定姿态的方法。

和欧拉角法、RPY角法是角度设定法中常用的方法。

（第二章学习单元7）

答：

连续转动

（10）在工业机器人速度分析和以后的静力学分析中都将遇到类似的雅可比矩阵，我们称之为工业机器人雅可比矩阵，或简称雅可比，一般用符号表示。

（第三章学习单元1）

答：

J。

（11）J反映了关节空间微小运动dθ与之间的关系且dX此时表示微小线位移。

（第三章学习单元1）

答：

手部作业空间微小位移dX。

（12）对于n个自由度的工业机器人，其关节变量可以用广义关节变量q表示；当关节为转动关节时，qi＝di，当关节为移动关节时，qi＝di，dq＝[dq1dq2…dqn]T，反映了关节空间的。

（第三章学习单元1）

答：

微小运动。

二、名词解释题（每题3分，共6分）

1、柔性手（第四章学习单元1）

可对不同外形物体实施抓取，并使物体表面受力比较均匀的机器人手部结构。

2、制动器失效抱闸（第四章学习单元1）

指要放松制动器就必须接通电源，否则，各关节不能产生相对运动。

三、简答题（每题6分，共36分）

1、简述脉冲回波式超声波传感器的工作原理。

（第五章学习单元3）

在脉冲回波式中，先将超声波用脉冲调制后发射，根据经被测物体反射回来的回波延迟时间Δt，计算出被测物体的距离R，假设空气中的声速为v，则被测物与传感器间的距离R为：

如果空气温度为T（℃），则声速v可由下式求得：

2、机器人视觉的硬件系统由哪些部分组成？

（第五章学习单元9）

（1）景物和距离传感器，常用的有摄像机、CCD图像传感器、超声波传感器和结构光设备等；

（2）视频信号数字化设备，其任务是把摄像机或者CCD输出的信号转换成方便计算和分析的数字信号；

（3）视频信号处理器，视频信号实时、快速、并行算法的硬件实现设备：

如DSP系统；

（4）计算机及其设备，根据系统的需要可以选用不同的计算机及其外设来满足机器人视觉信息处理及其机器人控制的需要；

（5）机器人或机械手及其控制器。

3、为什么要做图像的预处理？

机器视觉常用的预处理步骤有哪些？

（第五章学习单元9）

预处理的主要目的是清楚原始图像中各种噪声等无用的信息，改进图像的质量，增强兴趣的有用信息的可检测性。

从而使得后面的分割、特征抽取和识别处理得以简化，并提高其可靠性。

机器视觉常用的预处理包括去噪、灰度变换和锐化等。

4、为什么我们说步进电动机是是位置控制中不可缺少的执行装置？

他有什么优缺点？

（第六章学习单元6）

因为可以对数字信号直接进行控制，能够很容易地与微型计算机相连接，不需要反馈控制，电路简单，容易用微型计算机控制，且停止时能保持转矩，维护也比较方便，但工作效率低，容易引起失歩，有时也有振荡现象产生。

5、描述一下液压传动装置的构成。

（第六章学习单元7）

①液压源。

包括油箱、油泵、驱动电机、发动机。

②控制阀。

包括压力控制阀、方向控制阀、流量控制阀。

③液压执行装置。

包括液压缸、液压马达、摆动液压马达。

④附属设备。

包括管件、仪表、冷却器等。

⑤其他设备。

6、简述相对位姿和A变换矩阵的概念（第二章学习单元4）

我们将为机器人的每一个连杆建立一个坐标系，并用齐次变换来描述这些坐标系间的相对关系，也叫相对位姿。

通常把描述一个连杆坐标系与下一个连杆坐标系问相对关系的齐次变换矩阵叫做A变换矩阵或A矩阵。

四、问答题（每题20分，共40分）

1、机器人分类（第一章学习单元1）

（1）按机器手的几何机构分：

a柱面坐标机器人（这种机器人的工作包迹（区间）形成一段圆柱面.eg：

Verstran，1R2P）；b球面坐标机器人（这种机器人的工作包迹形成球面的一部分eg：

Unimate,2R1P）;c关节式球面坐标机器人（3R）（这种机器人的工作包迹也形成球面,且其关节都由转动关节所组成.）；d平面关节式机器人（3R）；e直角坐标型（3P）；

（2）按机器人的控制方式分：

a非伺服机器人（按照预先编好的程序顺序进行工作，使用终端限位开关，制动器，插销板和定序器来控制机器人机械手的运动）；b伺服控制机器人（通过反馈传感器取得反馈信号与来自给定装置的综合信号，用比较器加以比较后，得到误差信号，经放大后用以激发机器人的驱动装置，进而带动末端执行装置以一定规律运动，到达规定的位置或速度等）

（3）按机器人控制器的信息输入方式分：

日本工业机器人协会（JIRA）；美国机器人协会（RIA）；法国工业机器人协会（AFRI）锁采用的分类法。

（4）按智能程度分：

a示教再现型机器人（通过手动或其它方式,先引导机器人动作,记录下工作程序,机器人则自动重复进行作业.）b数控型机器人（不必通过手动使机器人动作,通过数值、语言等为机器人提供运动程序,能进行可编程伺服控制.）c感知型机器人（利用传感器获取的信息控制机器人的动作.机器人对环境有一定的适应性.）d智能机器人（机器人具有感知和理解外部环境的能力,即使环境发生变化,也能够成功的完成任务.）

（5）按用途分：

（1）工业机器人；服务机器人；娱乐机器人；仿人形机器人；农业机器人；海洋探测机器人；空间机器人；军用机器人；特种机器人；微型机器人；微操作机器人

2、机器人技术的发展趋势（第一章学习单元2）

1.传感型智能机器人发展较快（超声波触觉传感器；静电电容式距离传感器；基于光纤陀螺惯性测量的三维运动传感器；视觉系统等,多传感器集成与融合技术在智能机器人上获得应用。

）；

2.开发新型智能技术（虚拟现实技术；形状记忆合金；多智能机器人系统）

3.微型机器人的研究有所突破（微型驱动器是开发微型机器人的基础和关键技术之一，比微型机器人还要小的超微型机器人,应用纳米技术,将用于医疗和军事侦察目的.）

4.应用领域向非制造业和服务业扩展5.行走机器人研究引起重视