華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機(jī)器人作業(yè)1答案

1、6R-作業(yè)作業(yè)（機(jī)類專業(yè)）1、工業(yè)機(jī)器人和智能機(jī)器人的定義分別是什么？工業(yè)機(jī)器人是一種能夠執(zhí)行與人的上至類似動(dòng)作的的多功能機(jī)器。智能機(jī)器人是一種具有感覺和識(shí)別能力，并能夠控制自身行為的機(jī)器。2、智能機(jī)器人的含義是什么？智能機(jī)器人是指一個(gè)獨(dú)特的進(jìn)行自我控制的“活物”。3、什么是機(jī)器人的自由度？試舉出一種或兩種你知道的機(jī)器人的自由度數(shù)，并說明為什么需要這個(gè)數(shù)目。機(jī)器人的自由度是機(jī)器人末端所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。例如：要對某一個(gè)旋轉(zhuǎn)鉆頭進(jìn)行定位與定向，就需要五個(gè)自由度，這鉆頭可表示為某個(gè)繞著它的主軸旋轉(zhuǎn)的圓柱體。4、什么是“機(jī)器人三守則”？它的重要意義是什么？（1）機(jī)器人不傷害人（機(jī)器人必須不危害人

2、類，也不允許它眼看人將受害而袖手旁觀）；（2）機(jī)器人服從與原則（1）不矛盾的指令（機(jī)器人必須絕對服從于人類，除非這種服從有害于人類）；（3）機(jī)器人在原則（1）和（2）不矛盾的情況下，維護(hù)自身的存在（機(jī)器人必須保持自身不受傷害，除非為了保護(hù)人類或者是人類命令它做出犧牲）。意義：機(jī)器人三守則，給機(jī)器人社會(huì)賦以新的倫理性，并使機(jī)器人概念通俗化，更易于為人類社會(huì)所接受。為機(jī)器人研究人員、設(shè)計(jì)制造廠家和用戶，提供了十分有意義的指導(dǎo)方針。5、工業(yè)機(jī)器人常用的驅(qū)動(dòng)器有那些類型，并簡要說明其特點(diǎn)。按照控制方式可把機(jī)器人分為非伺服機(jī)器人和伺服控制機(jī)器人兩種。特點(diǎn)：（1）非伺服機(jī)器人工作能力比較有限，它們往往涉及

3、那些叫做“終點(diǎn)”、“抓放”或“開關(guān)”式機(jī)器人，尤其是“有限順序”機(jī)器人。這種機(jī)器人按照預(yù)先編好的程序順序進(jìn)行工作，使用終端限位開關(guān)、制動(dòng)器、插銷板和定序器來控制機(jī)器人機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)。（2）伺服機(jī)器人有更強(qiáng)的工作能力，伺服系統(tǒng)的被控制量可為機(jī)器人端部執(zhí)行裝置的位置、速度、加速度和力等，通過反饋傳感器取得的反饋信號(hào)與來自給定裝置的綜合信號(hào)，用比較器加以比較后，得到誤差信號(hào)，經(jīng)過放大后用以激發(fā)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置，進(jìn)而帶動(dòng)末端執(zhí)行裝置以一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，達(dá)到規(guī)定的位置或速度等。6、常用的工業(yè)機(jī)器人的傳動(dòng)系統(tǒng)有那些？1.液壓缸伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，2.電-液壓伺服控制系統(tǒng)，3.滑閥控制液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。7、機(jī)器人雅可比矩陣

4、的含義是什么？機(jī)械手的操作速度與關(guān)節(jié)速度的線性變換定義為機(jī)械手的雅可比矩陣，可視它為從關(guān)節(jié)空間向操作空間運(yùn)動(dòng)速度的傳動(dòng)比。8、在機(jī)器人系統(tǒng)中為什么往往需要一個(gè)傳動(dòng)（減速）系統(tǒng)？因?yàn)楝F(xiàn)在的電機(jī)一般速度較高，力矩較小，需要通過傳動(dòng)系統(tǒng)降低轉(zhuǎn)速、提高力矩。9、分析一個(gè)空間激光切割機(jī)械手需要多少自由度？要求能使激光束的焦點(diǎn)定位，并可切割任意曲面。三個(gè)自由度，因?yàn)槭羌す馇懈?，所以沒有轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)自由度，所以只需要三個(gè)自由度，就可以實(shí)現(xiàn)空間中的任意點(diǎn)線切割。10、什么是機(jī)器人的奇異狀態(tài)？機(jī)器人的奇異狀態(tài)是指它在該狀態(tài)下失去了一些運(yùn)動(dòng)自由，就像我們的手一樣，如果我們手臂完全伸直，這就是一個(gè)奇異狀態(tài)，因?yàn)檫@時(shí)我

5、們不能讓我們的手再伸向手臂所指的方向。而沒有伸直時(shí)，我們的手是可以往各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的。11、 機(jī)器人的靈活度、自由度的概念及其相互關(guān)系是什么？若機(jī)器人完成某一任務(wù)時(shí)，可以以多種末桿姿態(tài)去實(shí)現(xiàn)，則將每種可行的機(jī)構(gòu)位形稱為一條可行路徑，對于工作點(diǎn)P，所有可行路徑的包絡(luò)空間稱之為P點(diǎn)的可能碰撞區(qū)，意思指在該區(qū)內(nèi)的障礙有可能碰撞，令其體積為V，則機(jī)器人在P點(diǎn)的靈活度定義為式中為機(jī)器人桿臂的長度。由上式可知靈活度的大小反應(yīng)了機(jī)器人手臂達(dá)到工作點(diǎn)P的避障能力，也反應(yīng)了手臂在改點(diǎn)的柔性程度。而機(jī)器人的自由度能夠?qū)ψ鴺?biāo)系進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目稱為自由度。靈活度反應(yīng)的是機(jī)器人的避障哪能力和柔性程度，而自由度由反應(yīng)機(jī)器

6、人在各個(gè)方位獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的性能，它是機(jī)器人的機(jī)構(gòu)決定的，并直接影響到機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性和靈活度。12、通過機(jī)器人課程的學(xué)習(xí)，試述你對機(jī)械人及其技術(shù)的認(rèn)識(shí)和印象，收獲是什么？對課程的學(xué)習(xí)有什么建議？通過學(xué)習(xí)機(jī)器人的課程，我了解到工業(yè)機(jī)器人的起源和發(fā)展歷程、機(jī)器人的定義、特點(diǎn)、構(gòu)成和分類。經(jīng)過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)，我領(lǐng)悟了機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性和決定性作用，還有學(xué)到了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)的基本原理。通過老師播放的機(jī)器人視頻我們可以了解很多現(xiàn)代的先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)，這也讓我們對學(xué)習(xí)機(jī)器人產(chǎn)生了濃厚的興趣。但是如果通過一個(gè)實(shí)際的簡單的機(jī)器人例子，讓同學(xué)們親自完成它的設(shè)計(jì)及控制，這樣可以更深刻的學(xué)到知識(shí)。13、為了將圓柱形

7、的零件放在平板上，機(jī)器人應(yīng)具有幾個(gè)自由度？ 為了將圓柱形的零件放在平板上，機(jī)器人需要有五個(gè)自由度。14、機(jī)器人的精度、重復(fù)精度及空間分辨度的含義及其區(qū)別？精度是指各控制部件的分辨度，各機(jī)械部件的偏差，某個(gè)任意的從未接近的固定位置。重復(fù)精度：多次重復(fù)動(dòng)作后，由于機(jī)械干擾，機(jī)器的動(dòng)作將會(huì)有誤差，這時(shí)就要通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而重復(fù)精度就是指機(jī)器人多次重復(fù)動(dòng)作后，實(shí)現(xiàn)相同動(dòng)作的精度。空間分辨度是描述機(jī)器人工具末端運(yùn)動(dòng)的一個(gè)重要因素。分辨度是設(shè)計(jì)機(jī)器人控制系統(tǒng)的特性，它指明系統(tǒng)能夠區(qū)別工作空間所需要的最小運(yùn)動(dòng)增量。分辨度可以是控制系統(tǒng)能夠控制的最小位置增量的函數(shù)，或者是控制測量系統(tǒng)能夠辨別的最小位置增

8、量?？臻g分辨度與機(jī)械偏差一起構(gòu)成控制分辨度。15、查閱參考資料說明什么是機(jī)器人的奇異狀態(tài)。機(jī)器人的奇異狀態(tài)是指它在該狀態(tài)下失去了一些運(yùn)動(dòng)自由，就像我們的手一樣，如果我們手臂完全伸直，這就是一個(gè)奇異狀態(tài)，因?yàn)檫@時(shí)我們不能讓我們的手再伸向手臂所指的方向。而沒有伸直時(shí)，我們的手是可以往各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的。16、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析的一般過程是什么？為什么要進(jìn)行機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)分析？動(dòng)力學(xué)分析也就是建立動(dòng)力學(xué)模型，動(dòng)力學(xué)模型可以在動(dòng)力學(xué)分析軟件中做運(yùn)動(dòng)仿真。機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析是建立動(dòng)力模型的基礎(chǔ)，在admas軟件中可以做動(dòng)力學(xué)仿真。機(jī)器人手臂的力學(xué)性能直接影響機(jī)器人的應(yīng)用水平，引起機(jī)器人手臂動(dòng)態(tài)特性變壞的原因不僅與

9、現(xiàn)場的工藝條件有關(guān)，而且還與機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性有關(guān)。因此，對機(jī)器人系統(tǒng)開展力學(xué)方面的研究是必要的。17、方向余弦矩陣的特點(diǎn)都有那些？對兩個(gè)沒有相對旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系，由于主對角線元素均為1，而其余元素均為零，這時(shí)的方向余弦矩陣然成為單位矩陣方向余弦矩陣為正交矩陣，其中每列或每行中各元素平方之和為一，而兩個(gè)不同列或不同行中對應(yīng)元素的乘積之和則為零。方向余弦矩陣中每一元素都等于其代數(shù)余子式方向余弦矩陣C的轉(zhuǎn)置矩陣CT既是轉(zhuǎn)置矩陣也是逆矩陣。 18、矩陣代表齊次坐標(biāo)變換，求其中的未知元素值(第一列元素)。 19、寫出齊次變換矩陣，它表示相對固定坐標(biāo)系A(chǔ)作以下變換：（a）繞zA軸轉(zhuǎn)900； （b）再繞x

10、A軸轉(zhuǎn)900； （c）最后作移動(dòng)(3,7,9)T。; 20、寫出齊次變換矩陣，它表示相對運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系B作以下變換：（a）移動(dòng)(3,7,9)T； （b）再繞xB軸轉(zhuǎn)900； （c）繞zB軸轉(zhuǎn)900。 21、求下面齊次變換的逆變換T-1。 22、已知某一坐標(biāo)變換矩陣則構(gòu)造兩種上述矩陣代表的坐標(biāo)變換過程。相對固定坐標(biāo)系A(chǔ)作以下變換：（a）繞xA軸轉(zhuǎn)900； （b）再繞yA軸轉(zhuǎn)900； （c）最后作移動(dòng)(-1,2,2)T。相對固定坐標(biāo)系A(chǔ)作以下變換：（a） 繞zA軸轉(zhuǎn)-900； （b）再繞xA軸轉(zhuǎn)900； （c）最后作移動(dòng)(-1,2,2)T。23、矢量Ap軸繞ZA軸旋轉(zhuǎn)300角，然后繞XA軸旋轉(zhuǎn)450角。試給出依次按上述次序完成旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)矩陣。；24、坐標(biāo)系B的位置變化如下：初始時(shí)，坐標(biāo)系A(chǔ)與B重合，讓坐標(biāo)系B繞ZB軸旋轉(zhuǎn)300角；然后再繞XB軸旋轉(zhuǎn)450角。給出把對矢量Bp的描述變?yōu)閷p描述的旋轉(zhuǎn)矩陣。 題23圖 三連桿非平面機(jī)械手 27、如圖1所示為一臺(tái)三自由度機(jī)械手的機(jī)構(gòu)。已知桿1的長度為L1，質(zhì)量為m1；桿2的長度為L2，質(zhì)量為m2；桿3的長度為L3，質(zhì)量為m3； 試完成：（1）進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的步驟有那些？結(jié)合如圖所示的三自由度機(jī)械手，通過建立坐標(biāo)系及坐標(biāo)變換矩陣0T1，1T2，2