机器人复习.docx

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机器人复习

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机器人技术及其应用课后习题答案

1、机器人三定律对机器人做了哪些要求？

第一，机器人必须不危害人类，也不允许它眼看人类将受害而袖手旁观；第二，机器人必须绝对服从人类，除非这与第一原则矛盾；

第三，机器人必须保护自身不受伤害，除非这与第一或第二原则相矛盾。

2、简述第一代、第二代、第三代机器人的主要特征与区别。

第一代机器人即可编程、示教再现工业机器人，已进入商品化、实用化。

第二代机器人装备有一定的传感装置，能获取作业环境、操作对象的简单信息，通过计算机处理、分析，能做出简单的推理，对动作进行反馈，通常称为低级智能机器人。

第三代机器人具有高度适应性的自治机器人。

它具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑思维、判断决策，在作业环境中独立行动。

又称为高级智能机器人。

3、在使用过程中，在位置精度要求高、运动范围相对较大的工作场合，你认为选择什么形式的机器人较合适？

对于要求占地面积小、活动范围大、运动灵活的工作场合，你认为选什么形式的机器人比较合适？

前者选择：

如果运动范围是球面覆盖则选择球坐标机器人，如果运动范围是圆周覆盖则选择圆柱坐标机器人，如果是单向运动范围大则应选择直角坐标型机器人；后者选择关节坐标机器人

4、简述机器人常有哪几种驱动方式，各自优缺点是什么，驱动发展的趋势是什么？

液力驱动：

优点相比气力驱动机器人抓举力大，结构紧凑，传动平稳且动作灵活；缺点对密封的要求较高，不宜在高温或低温的场合工作，且制造精度要求高，成本大。

电力驱动：

优点无环境污染、易于控制、运动精度高、成本低、驱动效率高等优点

发展趋势：

新的工作原理制造新型驱动器，如静电驱动器、压电驱动器、形状记忆合金驱动器、人工肌肉及光驱动器等。

5、你能否通过机器人学的研究内容所介绍的8个方面，归纳哪些属于基础研究，哪些属于应用研究？

基础研究：

机器人基础理论与方法的研究、机器人系统与技术要求、类人机器人的研究、微型机器人的研究。

应用研究：

机器人设计理论与技术的研究、机器人操作和移动理论与技术研究、特种机器人的研究、机器人仿生学的研究

6、简述机器人通常由哪几部分构成？

一个机器人系统，通常有三部分、六个子系统组成。

这三个部是机械部分、传感部分、控制部分；六个子系统是驱动系统、机械系统、感知系统、人机交互系统、机器人-环境交互系统、控制系统等。

7、机器人主要技术参数应包括哪些？

一般来说，机器人的技术参数主要包括自由度、工作范围、工作速度、承载能力、精度、驱动方式、控制方式等。

（定位精度、重复精度和分辨率）

1.自由度机器人的自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，但是一般又不包括手部（末端操作器）的开合自由度。

2.工作范围机器人的工作范围是指机器人手臂或手部安装点所能达到的空间区域。

3.工作速度是指机器人在工作载荷条件下、均匀速度过程中，机械接口中心或工具中心点在单位时间内所以懂得距离或转动的角度。

4.承载能力是指机器人在工作范围内的任何位置上所能承受的最大负荷。

5.定位精度、重复定位精度和分辨率定位精度是指机器人手部实际达到位置与目标位置之间的差异。

6.驱动方式是指机器人的动力源形式，主要有液压驱动、气压驱动和电力驱动等方式。

7.控制方式是指机器人用于控制轴的方式，目前主要分为伺服控制和非伺服控制等。

8、在设计机械手的把握能时，除必须考虑机械手自身的机构外，还必须对对象及环境等进行哪些考虑？

约束内容、基本形状、局部特征形状、基本尺寸、重量、变形特征、损伤性、特殊性、稳定性、堆放性、被放置状态、作业空间大小、作业空间的障碍、周围介质

9、简述机器人手指的结构形式与夹持工件形状的关系？

手指是直接与物件接触的构件。

手指的张开和闭合实现了松开和夹紧物件。

通常机器人的手部只有两个手指，也有三个或多个手指。

它们的结构形式常取决于被夹持工件的形状和特性。

把持机能良好的机械手，除手指具有适当的开闭范围、足够的握力与相应的精度外，其手指的形状应顺应被抓去对象物的形状。

例如，对象物若为圆柱形，则往往采用V行手指；对象物为方形，则大多采用平面行手指；用于夹持小型或者柔性工件的尖指；适用于形状不规则工件的专用特型指。

10、简述机器人气吸式手部和磁吸式手部各自优缺点及用途？

气吸式手部：

优点：

不会破坏被吸件表面质量，结构简单、重量轻、使用方便。

缺点：

要求物体表面较平整光洁，没有透气空隙。

用途：

广泛应用于非金属材料（如板材、纸张、玻璃等物体）或不可剩磁的材

料吸附。

磁吸式手部：

优点：

不会破坏被吸件表面质量，有较大的单位面积吸力，对工件表面粗糙度

及通孔、沟槽等无特殊要求。

缺点：

只对铁磁物体起作用，被吸工件存在剩磁，吸附头上常吸附磁性屑（如

铁屑等），往往会影响正常工作。

用途：

利用永久磁铁或电磁铁通电后产生的磁力来吸附铁磁工作。

11、机器人手腕要完成空间任意方向动作需要几个自由度，手腕自由度是如何划分的？

为使手部能处于空间任意方向，需要腕部实现对空间三个坐标轴某,y,z的转动，即具有翻转、俯仰和偏转三个自由度。

一般手腕结构多为以上三种回转方式组合。

手腕按自由度数目可以分为单自由度手腕，二自由度手腕和三自由度手腕。

12、机器人手臂通常有哪几种形式，各有什么优缺点？

1圆柱坐标型：

它与直角坐标型比较，在相同的工作空间条件下，机体所占体积小，而运动范围大。

2直角坐标型：

它在各个轴向的移动距离，可在各个坐标轴上直接读出，直观性强，易于位置和姿态的编程计算，定位精度高、结构简单，但机体所占空间体积大、灵活性差。

3球坐标型：

具有结构紧凑、工作空间范围大的特点，但结构较复杂。

4关节型：

工作空间范围大，动作灵活，通用性强，能抓取靠近机座的物体。

5平面关节型：

结构简单，动作灵活，多用于装配作业中，特别适合小规格零件的插接装配。

13、机器人机身通常有哪几种形式，各有什么优缺点及用途？

1直线移动机身优点：

占地面积小，能有效地利用空间，直观。

缺点：

运作路线单一

用途：

可以用于远距离的传送2回转与升降机身优点：

工作空间大，回转角大缺点：

承载能力弱，不能移动用途：

小范围内的货物堆放

3回转与俯仰机身优点：

工作空间进一步扩大，实现的自由度更多缺点：

承载能力弱，不能移动用途：

可做焊接机器人

4类人式多自由度机身优点：

运作灵活，能进行复杂的工作缺点：

机构复杂，研发困难

用途：

未来可用于家庭服务和特殊工作环境

14、机器人的行走机构通常有哪几种形式，各有什么优缺点及用途？

机器人的行走机构按其行走轨迹可分为固定轨迹式和无固定轨迹式。

对于无固定轨迹式行走方式，按其行走机构的结构特点可分为轮式、履带式和足式。

A、固定轨迹式行走机构

主要用在作业区域大的场合，比如大型设备装配，立体化仓库中材料搬运等。

B、无固定轨迹式行走机构

1、轮式行走机构：

迄今为止，轮子一般是移动机器人中最流行的行走运动机构，它可达到很高的效率，而且用比较简单的机械就可以实现。

2、履带式行走机构：

主要特征是将圆环状的无限轨道带卷绕在多个车轮上，使车轮不直接与路面接触。

利用履带可以缓冲路面状态，因此可以在各种路面条件下行走。

3、足式行走机构：

足式的运动方式立足点是离散的点，它可以在可能达到的地面上选择最优的支撑点；足式运动方式具有主动隔振能力，尽管地面高低不平，机身的运动仍可以相当的平稳；足式行走在不平地面和松软地面上的运动速度较高、能耗较小。

4、轮足混合式行走机构：

混合的解决方案是折中将腿的自适性和轮子的效率结合，被动适应地形的解决方案，这对野外和空间的机器人特别有意义

15、机器人内部传感器与外部传感器的作用是什么，它们都包括哪些？

内部传感器主要用于检测机器人自身状态（如手臂间角度、机器人运动过程中的位置、速度、加速度等）。

外部传感器主要用于检测机器人所处的外部环境和对象状况等，如判别机器人抓取对象的形状、空间位置，抓取对象周围是否存在障碍，被抓取物是否滑落等。

内部传感器：

1.位移传感器：

（1）电位器式位移传感器

（2）直线形感应同步器（3）圆形感应同步器

2.角数字编码器：

（1）光学式绝对型旋转编码器

（2）光学式增量型旋转编码器

（3）磁电感应式速度传感器

（4）绝对速度传感器（5）测速发电机

3.加速度传感器：

（1）电动式速度传感器

（2）压电式加速度传感器

外部传感器：

1.力或力矩（力觉）传感器

2.触觉传感器3.接近觉传感器4.滑觉传感器5.视觉传感器6.听觉传感器7.嗅觉传感器8.味觉传感器

16、机器人的速度与加速度测量通常都用哪些传感器？

速度：

测速发电机、增量式码盘

加速度：

压电式加速度传感器、压阻式加速度传感器

17、机器人的力或力矩（力觉）传感器有哪几种，机器人中哪些方面会用到力矩（力觉）传感器？

种类：

电阻应变片式、压电式、电容式、电感式以及各种外力传感器机器人常用的力传感器分为以下三类：

a、装在关节驱动器上的力传感器，称为关节力传感器

b、装在末端执行器和机器人最后一个关节之间的力传感器称为腕力传感器c、装在机器人手抓指关节上的力传感器，称为指力传感器

18、机器人的视觉传感器常用哪些方法，图像如何获取及处理？

视觉传感器：

摄像机为主，也可采用面阵传感器与线阵传感器，以及位置传感器、测距仪；获取方法：

1.照明2.图像聚焦成像3.图像处理形成输出信号。

处理方法：

图像增强、数据编码和传输、平滑、边缘锐化、分割、

特征抽取、图像识别与处理等。

19、能否设想一下，一个高智能类人机器人大约会用到哪些传感器技术？

内部传感器：

1.位移传感器2.角数字编码器3.加速度传感器

外部传感器：

1.力或力矩（力觉）传感器

2.触觉传感器3.接近觉传感器4.滑觉传感器5.视觉传感器6.听觉传感器7.嗅觉传感器8.味觉传感器

20、简述液压驱动、气压驱动、电气驱动各有什么优缺点？

液压驱动优点：

能够获取较大的功率重量比，结构简单紧凑，刚性好，可实现任意位置的开停，能在很大调整范围内实现无级调速，能防止过载现象的发生，具有润滑性能好、寿命长等特点。

缺点：

油液容易泄露，在高温和低温条件下很难使用，油液中容易混入气泡、水分等，使系统的刚性降低，速度特性及定位精度变坏，成本较高。

气压驱动优点：

快速性好，气源方便，废气不会造成污染，干净简单，具有较好的缓冲作用，结构简单、刚性好、成本低，功率重量比小、驱动装置体积大。

缺点：

很难保证较高的定位精度，有噪声，在低温下易结冰。

电气驱动优点：

比液压及气压驱动效率高，使用方便且成本低，步进电机可以达到较高的重复定位精度，直线电机结构简单、成本低。

缺点：

交流电机只能进行有限的有级调速，直线电机直流电源较高。

步进电机速

度不能太高，控制系统比较复杂，直线电机反接制动时，定位精度较低，必须增设缓冲及定位机构。

21、简述电液伺服系统驱动工作原理以及它在机器人驱动中有什么作用？

电液伺服系统通过电液传动方式，将电气信号输入系统来操纵有关的液压控制元件动

作，控制液压执行元件使其跟随输入信号而动作。

电液伺服驱动控制系统是由电气信号处理单元与液压功率输出单元组成的闭环控制系统。

它综合了电气和液压控制两方面的优点，具有控制精度高、响应速度快、信号处理灵活、输出功率大、结构紧凑、功率质量比大等特点，可以控制机器人的位置、速度、压力。

在机器人驱动系统中得到广泛应用。

采用电液伺服系统的工业机器人，具有点位控制和连续轨迹控制功能，并具有防爆功能。

22、.步进电动机通常分为几种形式？

简述反应式步进电动机工作原理？

分类：

1.永磁式步进电动机2.反应式步进电动机

3.永磁感应子式步进电动机

工作原理：

反应式步进电动机是一种定、转子磁场均由软磁材料制成，只有控制绕组，基于磁导的变化产生反映转矩的步进电动机，又称变磁阻步进电动机。

23、简述交直交变频调速的工作原理？

主要采用晶闸管和功率晶体管组成的静止变频器，将工频交流电压整流成直流电压，经过逆变器变换成可变频率的交流电压。