機(jī)器人思考題

1、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)1.1 智能機(jī)器人的所謂智能的表現(xiàn)形式是什么？答: 推理判斷、記憶1.2 人有哪些功能？答:推理判斷、記憶、思維、情感1.3 人是怎么來(lái)的？答:人的記憶源于類人猿在科學(xué)上是公認(rèn)的事實(shí)，目前對(duì)人類起源有兩種理論即單地起源說和多地起源說，19世紀(jì)時(shí)西方國(guó)家的人類學(xué)家抱有種族歧視觀念，大部分同意地源說，認(rèn)為白種人和其他人種起源不同，從根本上就處于一優(yōu)越地方。20世紀(jì)的新考古發(fā)現(xiàn)，基因檢測(cè)技術(shù)發(fā)展和思想的進(jìn)步，導(dǎo)致大部分科學(xué)家同意單地起源說。1.4機(jī)器人分為幾類？答:首先，機(jī)器人按應(yīng)用分類可分為工業(yè)機(jī)器人、極限機(jī)器人、娛樂機(jī)器人。1)工業(yè)機(jī)器人有搬運(yùn)、焊接、裝配、噴漆、檢驗(yàn)機(jī)器人，主要用

2、于現(xiàn)代化的工廠和柔性加工系統(tǒng)中。2)極限機(jī)器人主要是指用在人們難以進(jìn)入的核電站、海底、宇宙空間進(jìn)行作業(yè)的機(jī)器人，包括建筑、農(nóng)業(yè)機(jī)器人。3)娛樂機(jī)器人包括彈奏機(jī)器人、舞蹈機(jī)器人、玩具機(jī)器人等 。也有根據(jù)環(huán)境而改變動(dòng)作的機(jī)器人。其次，按照控制方式機(jī)器人可分為操作機(jī)器人、程序機(jī)器人、示教機(jī)器人、智能機(jī)器人和綜合機(jī)器人。1.5 機(jī)器人由哪幾部分組成？各部分什么功能？答:機(jī)器人由三大部分六個(gè)子系統(tǒng)組成。三大部分是機(jī)械部分、傳感部分和控制部分。六個(gè)子系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、機(jī)器人一環(huán)境交換系統(tǒng)、人機(jī)交換系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，要使機(jī)器人運(yùn)作起來(lái)，各需各個(gè)關(guān)節(jié)即每個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度安置傳動(dòng)裝置。

3、這就是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以是液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電動(dòng)傳動(dòng)、或者把它們結(jié)合起來(lái)應(yīng)用綜合系統(tǒng)，可以是直接驅(qū)動(dòng)或者通過同步帶、鏈條、輪系、諧波齒輪等機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行間接傳動(dòng)。機(jī)械結(jié)構(gòu)傳動(dòng)，工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由機(jī)座、手臂、末端操作器三大部分組成，每一個(gè)大件都有若干個(gè)自由度的機(jī)械系統(tǒng)。若基座不具備行走機(jī)構(gòu)，則構(gòu)成行走機(jī)器人；若基座不具備行走及彎腰機(jī)構(gòu)，則構(gòu)成單機(jī)器人臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕組成。末端操作器是直接裝在手腕上的一個(gè)重要部件，它可以是二手指或多手指的手抓，也可以是噴漆槍、焊具等作業(yè)工具。感受系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成，用以獲得內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)中有意義的信息。智能傳

4、感器的使用提高了機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性、適應(yīng)性和智能化的水準(zhǔn)。人類的感受系統(tǒng)對(duì)感知外部世界信息是極其靈巧的，然而，對(duì)于一些特殊的信息，傳感器比人類的感受系統(tǒng)更有效。機(jī)器人一環(huán)境交換系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人雨外部環(huán)境中的設(shè)備互換聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)器人與外部設(shè)備集成為一個(gè)功能單元，如加工單元、焊接單元、裝配單元等。當(dāng)然，也可以是多臺(tái)機(jī)器人、多臺(tái)機(jī)床或設(shè)備、多個(gè)零件存儲(chǔ)裝置等集成為一個(gè)去執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的功能單元。人工交換系統(tǒng)是操作人員與機(jī)器人控制并與機(jī)器人聯(lián)系的裝置，例如，計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)終端，指令控制臺(tái)，信息顯示板，危險(xiǎn)信號(hào)報(bào)警器等。該系統(tǒng)歸納起來(lái)分為兩大類：指令給定裝置和信息顯示裝置?？刂葡到y(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)

5、器人的作業(yè)指令程序以及傳感器反饋回來(lái)的信號(hào)支配機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)去完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)和功能。假如工業(yè)機(jī)器人不具備信息反饋特征，則為開環(huán)控制系統(tǒng)；若具備信息反饋特征，則為閉環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)控制原理，控制系統(tǒng)可分為程序控制系統(tǒng)、適應(yīng)性控制系統(tǒng)和人工智能控制系統(tǒng)。根據(jù)控制運(yùn)行的形式，控制系統(tǒng)可分為點(diǎn)位控制和軌跡控制。1.6 什么是自由度？這樣計(jì)算自由度？答:人們把構(gòu)建相對(duì)于參考系具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目稱為自由度。設(shè)一個(gè)平面運(yùn)動(dòng)鏈包含N個(gè)機(jī)構(gòu)，其中1個(gè)構(gòu)建為機(jī)架 則有n-1個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，另外舍友P1個(gè)低副和P2個(gè)高副。憂郁1個(gè)活動(dòng)構(gòu)件有3個(gè)自由度F 即機(jī)構(gòu)間的地有毒應(yīng)為F=3n-2P1-P21.7 機(jī)器人技

6、術(shù)參數(shù)有哪些？各參數(shù)的意義是什么？答:機(jī)器人技術(shù)參數(shù)有:自由度、精度、工作范圍、速度、承載能力1）自由度：是指機(jī)器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸的數(shù)目，不包括手爪（末端操作器）的開合自由度。在三維空間里描述一個(gè)物體的位置和姿態(tài)需要六個(gè)自由度。但是，工業(yè)機(jī)器人的自由度是根據(jù)其用途而設(shè)計(jì)的，也可能小于六個(gè)自由度，也可能大于六個(gè)自由度。2）精度：工業(yè)機(jī)器人的精度是指定位精度和重復(fù)定位精度。定位精度是指機(jī)器人手部實(shí)際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間的差異。重復(fù)定位精度是指機(jī)器人重復(fù)定位其手部于同一目標(biāo)位置的能力，可以用標(biāo)準(zhǔn)偏差這個(gè)統(tǒng)計(jì)量來(lái)表示，它是衡量一列誤差值的密集度（即重復(fù)度）。3）工作范圍：是指機(jī)器人手臂末端或手腕

7、中心所能到達(dá)的所有點(diǎn)的集合，也叫工作區(qū)域。4）速度；速度和加速度是表明機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性的主要指標(biāo)。5)承載能力：是指機(jī)器人在工作范圍內(nèi)的任何位姿上所能承受的最大質(zhì)量。承載能力不僅取決于負(fù)載的質(zhì)量，而且還與機(jī)器人運(yùn)行的速度和加速度的大小和方向有關(guān)。為了安全起見，承載能力這一技術(shù)指標(biāo)是指高速運(yùn)行時(shí)的承載能力。通常，承載能力不僅指負(fù)載，而且還包括機(jī)器人末端操作器的質(zhì)量。1.8 機(jī)器人坐標(biāo)有哪些？各坐標(biāo)這樣表述？答:工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)形式有直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型和平面關(guān)節(jié)型。1）直角坐標(biāo)/笛卡兒坐標(biāo)/臺(tái)架型（3P） 這種機(jī)器人由三個(gè)線性關(guān)節(jié)組成，這三個(gè)關(guān)節(jié)用來(lái)確定末端操作器的位置，通

8、常還帶有附加道德旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，用來(lái)確定末端操作器的姿態(tài)。這種機(jī)器人在X、Y、Z軸上的運(yùn)動(dòng)是獨(dú)立的，運(yùn)動(dòng)方程可獨(dú)立處理，且方程是線性的，因此，很容易通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)；它可以兩端支撐，對(duì)于給定的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，剛性最大：它的精度和位置分辨率不隨工作場(chǎng)合而變化，容易達(dá)到高精度。但是，它的操作范圍小，手臂收縮的同時(shí)又向相反的方向伸出，即妨礙工作，且占地面積大，運(yùn)動(dòng)速度低，密封性不好。2）圓柱坐標(biāo)型（R3P）圓柱坐標(biāo)機(jī)器人由兩個(gè)滑動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來(lái)確定部件的位置，再附加一個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來(lái)確定部件的姿態(tài)。這種機(jī)器人可以繞中心軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角，工作范圍可以擴(kuò)大，且計(jì)算簡(jiǎn)單；直線部分可采用液壓驅(qū)動(dòng)，可輸出較大的動(dòng)力；能夠伸入

9、型腔式機(jī)器內(nèi)部。但是，它的手臂可以到達(dá)的空間受到限制，不能到達(dá)近立柱或近地面的空間；直線驅(qū)動(dòng)器部分難以密封、防塵；后臂工作時(shí)，手臂后端會(huì)碰到工作范圍內(nèi)的其它物體。3）球坐標(biāo)型（2RP）球坐標(biāo)機(jī)器人采用球坐標(biāo)系，它用一個(gè)滑動(dòng)關(guān)節(jié)和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來(lái)確定部件的位置，再用一個(gè)附加的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)確定部件的姿態(tài)。這種機(jī)器人可以繞中心軸旋轉(zhuǎn)，中心支架附近的工作范圍大，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置容易密封，覆蓋工作空間較大。但該坐標(biāo)復(fù)雜，難于控制，且直線驅(qū)動(dòng)裝置仍存在密封及工作死區(qū)的問題。4）關(guān)節(jié)坐標(biāo)型/擬人型（3R）關(guān)節(jié)機(jī)器人的關(guān)節(jié)全都是旋轉(zhuǎn)的，類似于人的手臂，是工業(yè)機(jī)器人中最常見的結(jié)構(gòu)。5）平面關(guān)節(jié)型這種機(jī)器人可看作是關(guān)節(jié)

10、坐標(biāo)式機(jī)器人的特例，它只有平行的肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)軸線共面。1.9 機(jī)器人參數(shù)坐標(biāo)系有哪些？各參數(shù)坐標(biāo)系有何作用？答:機(jī)器人可以相對(duì)于不同的坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng) 在每一種坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)都不相同 通常 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)在全局參考坐標(biāo)系 關(guān)節(jié)參考坐標(biāo)系和工具參考坐標(biāo)系中完成 1) 全局參考系坐標(biāo)系是一種通用坐標(biāo)系由X,Y,Z軸所定義2) 關(guān)節(jié)參考坐標(biāo)系用來(lái)描述機(jī)器人每一個(gè)獨(dú)立關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)3) 工具參考坐標(biāo)系描述機(jī)器人手相對(duì)與固連在手上的坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)2.1 機(jī)器人末端操作器有幾種？試述每種工作原理。答:工業(yè)機(jī)器人末端操作器是多種多樣的，大致可分為夾鉗式取手 、吸附式取料手 專用操作器及轉(zhuǎn)換器 仿生多指靈巧手。1）

11、. 夾鉗式取料手夾鉗式手部與人手相似, 是工業(yè)機(jī)器人廣為應(yīng)用的一種手部形式。 它一般由手指(手爪)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、連接與支承元件組成。 如圖2.3所示, 能通過手爪的開閉動(dòng)作實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的夾持。 圖 2.3 夾鉗式手部的組成A 手指手指是直接與工件接觸的部件。手部松開和夾緊工件是通過手指的張開與閉合實(shí)現(xiàn)的。機(jī)器人的手部一般有兩個(gè)手指, 也有三個(gè)或多個(gè)手指,其結(jié)構(gòu)形式常取決于被夾持工件的形狀和特性。 指端的形狀通常有兩類: V型指、平面指、尖指及特形指。如圖2.3所示V型指的三種形狀, 用于夾持圓柱形工件，特點(diǎn)是夾持平穩(wěn)可靠，誤差小。圖2.4（a)所示為平面指，一般用于夾持方形工件(具有兩

12、個(gè)平行平面), 板形或細(xì)小棒料。 圖2.4（b)所示為尖指，尖指和薄、長(zhǎng)指一般用于夾持小型或柔性工件, 其中薄指一般用于夾持位于狹窄工作場(chǎng)地的細(xì)小工件, 以避免和周圍障礙物相碰，長(zhǎng)指一般用于夾持熾熱的工件, 以免熱輻射對(duì)手部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的影響。 圖2.4（c)所示為特形指。根據(jù)工件形狀、大小及被夾持部位材質(zhì)軟硬程度、表面性質(zhì)等特性，指面常有光滑指面、齒形指面和柔性指面三種形式： 光滑指面平整光滑, 用來(lái)夾持已加工表面, 避免已加工表面受損。 齒形指面刻有齒紋, 可增加夾持工件的磨擦力,以確保夾緊牢靠, 多用來(lái)夾持表面粗糙的毛坯或半成品。 柔性指面內(nèi)鑲橡膠、泡沫、石棉等物,有增加磨擦力、保護(hù)工件表面

13、、 隔熱等作用, 一般用于夾持已加工表面、熾熱件,也適于夾持薄壁件和脆性工件。 材料影響：夾鉗式手指一般選用碳素鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼。為使手指經(jīng)久耐用，指面可鑲嵌硬質(zhì)合金；高溫作業(yè)的手指，可選用耐熱鋼；在腐蝕性氣體環(huán)境下，可鍍鉻或進(jìn)行搪瓷處理，也可選用耐腐蝕的玻璃鋼或聚四氟乙烯。B 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是向手指?jìng)鬟f運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力, 以實(shí)現(xiàn)夾緊和松開動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)根據(jù)手指開合的動(dòng)作特點(diǎn)分為回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型?；剞D(zhuǎn)型又分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)和多支點(diǎn)回轉(zhuǎn)。根據(jù)手爪夾緊是擺動(dòng)還是平動(dòng),又可分為擺動(dòng)回轉(zhuǎn)型和平動(dòng)回轉(zhuǎn)型。 (1) 回轉(zhuǎn)型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。夾鉗式手部中較多的是回轉(zhuǎn)型手部, 其手指就是一對(duì)杠桿或多對(duì)杠桿,一般再同斜楔、滑槽

14、、連桿、齒輪、蝸輪蝸桿或螺桿等機(jī)構(gòu)組成復(fù)合式杠桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu), 用以改變傳動(dòng)比和運(yùn)動(dòng)方向等。 圖2.6所示為滑槽式杠桿回轉(zhuǎn)型手部簡(jiǎn)圖, 杠桿形手指4的一端裝有V形指5,另一端則開有長(zhǎng)滑槽。 驅(qū)動(dòng)桿1上的圓柱銷2套在滑槽內(nèi), 當(dāng)驅(qū)動(dòng)連桿同圓柱銷一起作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí), 即可撥動(dòng)兩個(gè)手指各繞其支點(diǎn)(鉸銷3)作相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng), 從而實(shí)現(xiàn)手指的夾緊與松開動(dòng)作。 圖2.7所示為雙支點(diǎn)連桿杠桿式手部簡(jiǎn)圖。 驅(qū)動(dòng)桿2末端與連桿4由鉸銷3鉸接, 當(dāng)驅(qū)動(dòng)桿2作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí), 則通過連桿推動(dòng)兩桿手指各繞其支點(diǎn)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng), 從而使手指松開或閉合。缺點(diǎn)：活動(dòng)環(huán)節(jié)多，定位精度比斜楔傳動(dòng)差。圖2.8所示為齒輪齒條直接傳動(dòng)的杠桿式手

15、部的結(jié)構(gòu)。 驅(qū)動(dòng)桿2末端制成雙面齒條,與扇齒輪4相嚙合, 而扇齒輪4與手指5固連在一起, 可繞支點(diǎn)回轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)力推動(dòng)齒條作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng), 即可帶動(dòng)扇齒輪回轉(zhuǎn), 從而使手指松開或閉合。 (2) 平移型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。平移型夾鉗式手部是通過手指的指面作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或平面移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)張開或閉合動(dòng)作, 常用于夾持具有平行平面的工件(如冰箱等)。其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,不如回轉(zhuǎn)型手部應(yīng)用廣泛。 直線往復(fù)移動(dòng)機(jī)構(gòu):實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)移動(dòng)的機(jī)構(gòu)很多, 常用的斜楔傳動(dòng)、齒條傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)等均可應(yīng)用于手部結(jié)構(gòu)。 如圖2.9所示中，(a)為斜楔平移機(jī)構(gòu), (b)為連桿杠桿平移結(jié)構(gòu), (c)為螺旋斜楔平移結(jié)構(gòu)。 它們既可是雙指型的, 也可是

16、三指(或多指)型的; 既可自動(dòng)定心, 也可非自動(dòng)定心。 平面平行移動(dòng)機(jī)構(gòu)： 圖2.10所示為幾種平面平行平移型夾鉗式手部的簡(jiǎn)圖。 它們的共同點(diǎn)是: 都采用平行四邊形的鉸鏈機(jī)構(gòu)雙曲柄鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu), 以實(shí)現(xiàn)手指平移。其差別在于分別采用齒條齒輪、 蝸桿蝸輪、 連桿斜滑槽的傳動(dòng)方法。 2).吸附式取料手分類：根據(jù)吸力的不同分為氣吸附和磁吸附 應(yīng)用范圍：大平面（單面接觸無(wú)法抓?。┮姿椋úＡ?、磁盤）汽車玻璃安裝 微小（不易抓?。?工件分撿2.吸附式取料手A 氣吸附式取料手氣吸附式取料手是利用吸盤內(nèi)的壓力和大氣壓之間的壓力差而工作的。 按形成壓力差的方法,可分為真空吸附、氣流負(fù)壓氣吸、擠壓排氣負(fù)壓氣吸式等

17、幾種。 氣吸式取料手與夾鉗式取料手相比, 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,重量輕, 吸附力分布均勻等優(yōu)點(diǎn),對(duì)于薄片狀物體的搬運(yùn)更有其優(yōu)越性(如板材、 紙張、 玻璃等物體), 廣泛應(yīng)用于非金屬材料或不可有剩磁的材料的吸附。但要求物體表面較平整光滑, 無(wú)孔無(wú)凹槽。1) 真空吸附取料手圖2.11所示為真空吸附取料手的結(jié)構(gòu)原理。其真空的產(chǎn)生是利用真空泵, 真空度較高。主要零件為碟形橡膠吸盤1, 通過固定環(huán)2安裝在支承桿4上, 支承桿由螺母5固定在基板6上。 取料時(shí), 碟形橡膠吸盤與物體表面接觸, 橡膠吸盤在邊緣既有密封作用,又起到緩沖作用, 然后真空抽氣,吸盤內(nèi)腔形成真空, 吸取物料。放料時(shí), 管路接通大氣, 失去真空

18、, 物體放下。為避免在取、 放料時(shí)產(chǎn)生撞擊, 有的還在支承桿上配有彈簧緩沖。為了更好地適應(yīng)物體吸附面的傾斜狀況,有的在橡膠吸盤背面設(shè)計(jì)有球鉸鏈。真空吸附取料手有時(shí)還用于微小無(wú)法抓取的零件, 如圖2.12所示。 2) 氣流負(fù)壓吸附取料手氣流負(fù)壓吸附取料手如圖2.14所示。氣流負(fù)壓吸附取料手是利用流體力學(xué)的原理, 當(dāng)需要取物時(shí), 壓縮空氣高速流經(jīng)噴嘴5時(shí), 其出口處的氣壓低于吸盤腔內(nèi)的氣壓, 于是腔內(nèi)的氣體被高速氣流帶走而形成負(fù)壓, 完成取物動(dòng)作;當(dāng)需要釋放時(shí), 切斷壓縮空氣即可。這種取料手需要壓縮空氣,工廠里較易取得,故成本較低。 3) 擠壓排氣式取料手?jǐn)D壓排氣式取料手如圖2.15所示。其工作原

19、理為: 取料時(shí)吸盤壓緊物體, 橡膠吸盤變形, 擠出腔內(nèi)多余的空氣,取料手上升, 靠橡膠吸盤的恢復(fù)力形成負(fù)壓, 將物體吸住; 釋放時(shí),壓下拉桿3, 使吸盤腔與大氣相連通而失去負(fù)壓。 該取料手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 但吸附力小, 吸附狀態(tài)不易長(zhǎng)期保持。 B 磁吸附式取料手磁吸附式取料手是利用電磁鐵通電后產(chǎn)生的電磁吸力取料, 因此只能對(duì)鐵磁物體起作用; 另外,對(duì)某些不允許有剩磁的零件要禁止使用。所以, 磁吸附式取料手的使用有一定的局限性。電磁鐵工作原理如圖2.16(a)所示。當(dāng)線圈1通電后, 在鐵心2內(nèi)外產(chǎn)生磁場(chǎng), 磁力線穿過鐵心, 空氣隙和銜鐵3被磁化并形成回路, 銜鐵受到電磁吸力F的作用被牢牢吸住。實(shí)際使用

20、時(shí), 往往采用如圖2.16(b)所示的盤式電磁鐵, 銜鐵是固定的, 銜鐵內(nèi)用隔磁材料將磁力線切斷, 當(dāng)銜鐵接觸磁鐵物體零件時(shí), 零件被磁化形成磁力線回路,。圖2.17所示為幾種電磁式吸盤吸料示意圖。 圖(a)為吸附滾動(dòng)軸承底座的電磁式吸盤; 圖(b)為吸取鋼板的電磁式吸盤; 圖(c)為吸取齒輪用的電磁式吸盤; 圖(d)為吸附多孔鋼板用的電磁式吸盤。 電磁吸盤適用范圍：適用于用鐵磁材料做成的工件；不適合于由有色金屬和非金屬材料制成的工件。適合于被吸附工件上有剩磁也不影響其工作性能的工件。適合于定位精度要求不高的工件。適合于常溫狀況下工作。鐵磁材料高溫下的磁性會(huì)消失。3)、專用操作器及轉(zhuǎn)換器A.

21、專用末端操作器機(jī)器人是一種通用性很強(qiáng)的自動(dòng)化設(shè)備,根據(jù)作業(yè)要求, 配上各種專用的末端操作器,就能完成各種不同的工作。如在通用機(jī)器人上安裝焊槍就成為一臺(tái)焊接機(jī)器人, 安裝擰螺母機(jī)則成為一臺(tái)裝配機(jī)器人。目前有許多由專用電動(dòng)、氣動(dòng)工具改型而成的操作器, 如圖2.19所示, 有擰螺母機(jī)、焊槍、電磨頭、電銑頭、拋光頭、激光切割機(jī)等，形成一整套系列供用戶選用, 使機(jī)器人勝任各種工作。 圖2.19還有一個(gè)裝有電磁吸盤式換接器的機(jī)器人手腕, 電磁吸盤直徑60 mm, 質(zhì)量為1 kg,吸力1100 N, 換接器可接通電源、信號(hào)、壓力氣源和真空源,電插頭有18芯,氣路接頭有5路。為了保證聯(lián)接位置精度,設(shè)置了兩個(gè)定

22、位銷。在各末端操作器的端面裝有換接器座,平時(shí)陳列于工具架上,需要使用時(shí)機(jī)器人手腕上的換接器吸盤從正面吸牢換接器座,接通電源和氣源, 然后從側(cè)面將末端操作器退出工具架, 機(jī)器人便可進(jìn)行作業(yè)。 B. 換接器或自動(dòng)手爪更換裝置使用一臺(tái)通用機(jī)器人,要在作業(yè)時(shí)能自動(dòng)更換不同的末端操作器, 就需要配置具有快速裝卸功能的換接器。換接器由兩部分組成: 換接器插座和換接器插頭, 分別裝在機(jī)器腕部和末端操作器上,能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人對(duì)末端操作器的快速自動(dòng)更換。 專用末端操作器換接器的要求主要有:同時(shí)具備氣源、電源及信號(hào)的快速聯(lián)接與切換; 能承受末端操作器的工作載荷; 在失電、 失氣情況下, 機(jī)器人停止工作時(shí)不會(huì)自行脫離

23、;具有一定的換接精度等。圖2.20所示為氣動(dòng)換接器和專用末端操作器庫(kù)。該換接器也分成兩部分: 一部分裝在手腕上, 稱為換接器; 另一部分裝在末端操作器上, 稱為配合器。利用氣動(dòng)鎖緊器將兩部分進(jìn)行聯(lián)接, 并具有就位指示燈以表示電路、 氣路是否接通。 4)、仿生多指靈巧手A. 柔性手為了能對(duì)不同外形的物體實(shí)施抓取, 并使物體表面受力比較均勻, 研制出了柔性手。如圖2.22所示為多關(guān)節(jié)柔性手腕,每個(gè)手指由多個(gè)關(guān)節(jié)串聯(lián)而成。手指?jìng)鲃?dòng)部分由牽引鋼絲繩及摩擦滾輪組成,每個(gè)手指由兩根鋼絲繩牽引, 一側(cè)為握緊, 另一側(cè)為放松。 驅(qū)動(dòng)源可采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)或液壓、氣動(dòng)元件驅(qū)動(dòng)。 柔性手腕可抓取凹凸不平的外形并使物體受

24、力較為均勻。 圖2.23為用柔性材料做成的柔性手。一端固定,一端為自由端的雙管合一的柔性管狀手爪, 當(dāng)一側(cè)管內(nèi)充氣體或液體、另一側(cè)管內(nèi)抽氣或抽液時(shí)形成壓力差,柔性手爪就向抽空側(cè)彎曲。此種柔性手適用于抓取輕型、圓形物體, 如玻璃器皿等。 B. 多指靈巧手機(jī)器人手爪和手腕最完美的形式是模仿人手的多指靈巧手。 如圖2.24所示,多指靈巧手有多個(gè)手指, 每個(gè)手指有3個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié), 每一個(gè)關(guān)節(jié)的自由度都是獨(dú)立控制的。因此,幾乎人手指能完成的各種復(fù)雜動(dòng)作它都能模仿,諸如擰螺釘、彈鋼琴、 作禮儀手勢(shì)等動(dòng)作。在手部配置觸覺、力覺、視覺、溫度傳感器, 將會(huì)使多指靈巧手達(dá)到更完美的程度。多指靈巧手的應(yīng)用前景十分廣泛

25、,可在各種極限環(huán)境下完成人無(wú)法實(shí)現(xiàn)的操作, 如核工業(yè)領(lǐng)域、宇宙空間作業(yè), 在高溫、高壓、高真空環(huán)境下作業(yè)等。 5)、 其它手A. 彈性力手爪彈性力手爪的特點(diǎn)是其夾持物體的抓力是由彈性元件提供的,不需要專門的驅(qū)動(dòng)裝置, 在抓取物體時(shí)需要一定的壓入力, 而在卸料時(shí), 則需要一定的拉力。 圖2.25所示為幾種彈性力手爪的結(jié)構(gòu)原理圖。圖2.25(a)所示的手爪有一個(gè)固定爪, 另一個(gè)活動(dòng)爪6靠壓簧4提供抓力, 活動(dòng)爪繞軸5回轉(zhuǎn), 空手時(shí)其回轉(zhuǎn)角度由平面2、3限制。 抓物時(shí),爪6在推力作用下張開,靠爪上的凹槽和彈性力抓取物體; 卸料時(shí), 需固定物體的側(cè)面,手爪用力拔出即可。 B. 勾托式手部圖2.26所示

26、為勾托式手部結(jié)構(gòu)示意圖。勾托式手部并不靠夾緊力來(lái)夾持工件, 而是利用工件本身的重量, 通過手指對(duì)工件的勾、托、捧等動(dòng)作來(lái)托持工件。應(yīng)用勾托方式可降低對(duì)驅(qū)動(dòng)力的要求,簡(jiǎn)化手部結(jié)構(gòu), 甚至可以省略手部驅(qū)動(dòng)裝置。該手部適用于在水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)搬運(yùn)大型笨重的工件或結(jié)構(gòu)粗大而質(zhì)量較輕且易變形的物體。 勾托式手部又有手部無(wú)驅(qū)動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)裝置兩種類型。 2.2 機(jī)器人手腕有幾種？試述每種手腕結(jié)構(gòu)。答：1）機(jī)器人的手腕按自由度數(shù)目來(lái)分 可分為單自由度手腕 2自由度手腕和3自由度手腕 單自由度手腕可以由一個(gè)R關(guān)節(jié)和一個(gè)B關(guān)節(jié)組成的BR手腕也可以由2個(gè)B關(guān)節(jié)組成的BB手腕 但是 不能有2個(gè)R關(guān)節(jié)組成的RR手腕

27、因?yàn)?個(gè)R共軸線 所以退化了一個(gè)自由度 實(shí)際只構(gòu)成了單自由度手腕 三自由度手腕可以由B關(guān)節(jié)和R關(guān)節(jié)組成許多種形式 （2）按驅(qū)動(dòng)方式來(lái)分 可分為直接驅(qū)動(dòng)手腕和遠(yuǎn)距離傳動(dòng)手腕2.3 機(jī)器人手臂有幾種？試述每種手臂結(jié)構(gòu)。答：機(jī)器人的手臂按結(jié)構(gòu)形式分可分為單臂式，雙臂式及懸掛式 按手臂的運(yùn)動(dòng)形式區(qū)分，手臂有直線運(yùn)動(dòng)的。如手臂的伸縮，升降及橫向移動(dòng)，有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的 如手臂的左右回轉(zhuǎn) 上下擺動(dòng)有復(fù)合運(yùn)動(dòng) 如直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組合。2直線運(yùn)動(dòng)的組合 2回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組合。 手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式是多種多樣的 ，常用的有葉片是回轉(zhuǎn)缸，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，鏈輪傳動(dòng)和連桿機(jī)構(gòu)手臂俯仰運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，一

28、般采用活塞油（氣）缸與連桿機(jī)構(gòu)聯(lián)用來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，多數(shù)用于動(dòng)作程度固定不變的專用機(jī)器人。2.4 機(jī)器人機(jī)座有幾種？試述每種機(jī)座結(jié)構(gòu)。答：機(jī)器人幾座有固定式和行走時(shí)2種1) 固定式機(jī)器人的級(jí)左右直接接地地面基礎(chǔ)上，也可以固定在機(jī)身上2) 移動(dòng)式機(jī)器人有可分為輪車機(jī)器人，有3組輪子組成的輪系四輪機(jī)器人三角論系統(tǒng)，全方位移動(dòng)機(jī)器人，2足步行式機(jī)器人，履帶行走機(jī)器人2.5工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有幾種？試述每種機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及原理。答：驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分位直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 又分位齒輪齒條裝置，普通絲桿，滾珠絲桿，液壓驅(qū)動(dòng)，氣壓驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)又分為齒輪鏈，同步皮帶，諧波齒輪齒輪齒條齒條固定不動(dòng)

29、，齒輪軸連同托板延遲方向做直線運(yùn)動(dòng)，普通絲桿摩擦力大，精度低效率低滾珠絲桿摩擦小，速度快，液壓驅(qū)動(dòng)有高精度的缺體和活塞一定完成的 氣壓驅(qū)動(dòng)有3個(gè)自由度，分別為轉(zhuǎn)動(dòng)，X軸移動(dòng)沒和Z軸升降：出倫理按是有2個(gè)或者2個(gè)以上的齒輪組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)同步皮帶韌性好價(jià)格便宜 諧波齒輪精度高回差小2.6工業(yè)機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有幾種？試述每種機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及原理。答：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)非為齒輪傳動(dòng)，蝸桿傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)行星齒輪傳動(dòng)，滾珠絲桿，諧波齒輪，鋼帶，同步齒型帶和繩輪傳動(dòng)三菱轉(zhuǎn)偶爾機(jī)器人采用電動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)有2個(gè)自由度，分別為腰部旋轉(zhuǎn)，肩旋轉(zhuǎn)肘部旋轉(zhuǎn)，手腕的俯仰與翻轉(zhuǎn)，均有直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其余為同步帶傳動(dòng)。PUMA562機(jī)器有6個(gè)自

30、由度。信心的驅(qū)動(dòng)方式有磁致伸縮傳動(dòng)嗎，形狀記憶金屬 靜電驅(qū)動(dòng)。4.1 試述機(jī)器人視覺的結(jié)構(gòu)及工作原理答:機(jī)器人視覺由 視覺傳感器 攝像機(jī)和光源控制 計(jì)算器和圖像處理機(jī)組成 原理：由視覺傳感器講景物的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳遞給圖像處理器，同時(shí)光源控制器和攝像機(jī)控制器把把光線，距離顏色 光源方向等等參數(shù)傳遞給圖像處理器 ，圖像處理器對(duì)圖像數(shù)據(jù)做一些簡(jiǎn)單的處理 將數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)算機(jī) 最后由計(jì)算器存儲(chǔ)和處理。4.2 試述機(jī)器人觸覺的結(jié)構(gòu)及工作原理答：機(jī)器人觸覺機(jī)構(gòu)：聲波安全傳感器 安全傳感器 位置速度加速度傳感器 超聲波測(cè)距傳感器 多方向接觸傳感器 電視攝像頭 多自由度力傳感器

31、握力傳感器 觸頭 工作原理：用接近覺課感知對(duì)象物體在附近，手臂減速慢慢接近物體，用接觸覺可知已接觸帶物體，控制手臂讓物體到手指中間 和尚手指握住物體，用壓覺控制握力。如果物體較重，則靠滑覺來(lái)檢測(cè)滑動(dòng)，修正設(shè)定的窩里來(lái)防止滑動(dòng)，靠力覺控制與被測(cè)物體自重和轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的力，或者舉起或者移動(dòng)物體，另外 力覺在旋緊螺母 軸和孔的嵌入等裝配工作中也有廣泛的應(yīng)用4.3 試述機(jī)器人接近覺的結(jié)構(gòu)及工作原理答：機(jī)器人接近覺的結(jié)構(gòu)：測(cè)量量 媒介 對(duì)象物的反應(yīng)接近覺傳感器可分為6種 電磁式 光電式 靜電容式 氣壓式 超聲波式和紅外線式電磁式傳感器：在一個(gè)線圈中通入高頻電流就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)， 這個(gè)磁場(chǎng)接近金屬物時(shí)會(huì)在金屬物種

32、纏身感應(yīng)電流， 就是渦流。 渦流的大小隨對(duì)像物體表面和線圈距離的大小而變化，這個(gè)變化反過來(lái)又影響線圈內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度可用另一組線圈檢測(cè)出來(lái)，也可以根據(jù)激磁線圈本身電感的變化或激勵(lì)電流的變化來(lái)檢測(cè)。靜電容式傳感器是根據(jù)傳感器表面與對(duì)象物體表面所形成的電容隨距離變化的原理。氣壓式接近覺傳感器是有一根細(xì)的噴嘴噴出氣流。如果噴嘴靠近物體，則內(nèi)部壓力會(huì)發(fā)生變化，這一變化可用壓力計(jì)來(lái)測(cè)量課計(jì)算出與物體間的距離 4.4 試述機(jī)器人壓覺的結(jié)構(gòu)及工作原理 答： 陣列式壓覺傳感器的結(jié)構(gòu)和原理：（1）由條狀的導(dǎo)電橡膠排成網(wǎng)狀，每個(gè)棒子上附上一層導(dǎo)體引出，送給掃描電路；（2）由單向?qū)щ娤鹉z和印制電路板組成，電路板上

33、附有條狀金屬箔，兩塊板上的金屬條方向互相垂直。比較高級(jí)的壓覺傳感器的結(jié)構(gòu)和原理：是在陣列式觸電上附一層導(dǎo)電橡膠，并在基板上裝有集成電路，壓力的變化使各接點(diǎn)間的電阻發(fā)生變化，信號(hào)經(jīng)過集成電路處理后送出。4.5 論述機(jī)器人滑覺得結(jié)構(gòu)及工作原理 答：機(jī)器人的握力應(yīng)滿足物體即不產(chǎn)生滑動(dòng)而握力又為最小臨界握力。如果能在剛開始滑動(dòng)之后便立即檢測(cè)出物體和手指間產(chǎn)生的相對(duì)位移，且增加握力就能使滑動(dòng)迅速停止，那么該物體就可用最小的臨界點(diǎn)握力抓住。 1）剛力握持機(jī)器人手紫紅用一個(gè)固定的力，通常是用最大可能的力握持物體。 2）柔力握持根據(jù)物體和工作目的的不停，使用適當(dāng)?shù)牧ξ粘治矬w。握力可變或是自適應(yīng)控制的。 3）零

34、力握持可握住物體但不用力，即只感覺到物體的存在。它主要用于探測(cè)物體，探索路徑，識(shí)別物體的形狀等目的。4.6 試論述機(jī)器人力覺的結(jié)構(gòu)和工作原理 答：機(jī)器人作業(yè)時(shí)一個(gè)其與周圍環(huán)境的交互過程。作業(yè)過程有兩類：一類是非接觸式的，如弧焊，噴漆等?；静簧婕傲?。另一類工作室通過接觸才能完成的，如擰螺釘，點(diǎn)焊，裝配，拋光，加工等。目前已有將視覺和力覺裝安琪用于非事先定位的軸孔裝配，其中，視覺完成大致的定位，裝配過程靠孔德倒角作用不斷產(chǎn)生的力反饋得以順利完成。又如高樓清潔機(jī)器人，當(dāng)它在擦拭干凈玻璃時(shí)，顯然用力不能太大也不能太小，這要求機(jī)器人作業(yè)時(shí)具備有力控制功能。當(dāng)然，對(duì)于機(jī)器人的力傳感器，不僅僅在上面描述的

35、機(jī)器人末端執(zhí)行器與環(huán)境作用過程中發(fā)生的力測(cè)量，還有如機(jī)器人自行運(yùn)動(dòng)控制過程中的力反饋測(cè)量，機(jī)器手爪抓握物體時(shí)的我咯測(cè)量等。1) 裝在關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器上的力傳感器，稱為關(guān)節(jié)力傳感器。它測(cè)量驅(qū)動(dòng)器本身的輸出力合力矩，用于控制中的力反饋。2) 裝在末端執(zhí)行器和機(jī)器人最后一個(gè)關(guān)節(jié)之間的力傳感器，稱為腕力傳感器。腕力傳感器能直接測(cè)出作用在末端執(zhí)行器上的各向力合力矩。3) 裝在機(jī)器人手爪指關(guān)節(jié)上的力傳感器，稱為指力傳感器。它用來(lái)測(cè)量夾持物體時(shí)的手里情況。4.7論述機(jī)器人位置傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理 答：位置感覺和唯一感覺是機(jī)器人最起碼的感覺要求，沒有它機(jī)器人講不能正常工作。它可以通過多種傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，常用的機(jī)器人

36、位置，位移傳感器有電位器式位移傳感器，電容式位移傳感器，電感式位移傳感器，光電式位移傳感器，霍爾元件位移傳感器，磁柵式位移傳感器，以及機(jī)械式位移傳感器等。4.8 試述機(jī)器人位移傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理？ 答： 按照電位器式位移傳感器的結(jié)構(gòu)，可以把它分為兩大類：一類是直線型電位器，另一類是旋轉(zhuǎn)型電位器。直線型電位器主要用于檢測(cè)直線位移，其電阻器采用直線型螺線管或直線型碳膜電阻，滑動(dòng)觸點(diǎn)也只能沿電阻的直線方向做直線運(yùn)動(dòng)。直線型電位器的工作范圍和分辨率受電阻器長(zhǎng)度的限制。線繞電阻，電阻絲本身的不均勻性會(huì)造成電位器式傳感器的輸入輸出關(guān)系的非線性。旋轉(zhuǎn)型電位器的電阻元件呈圓弧狀，滑動(dòng)觸點(diǎn)也只能在電阻元件上

37、做圓周運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)型電位器有單圈電位器和多圈電位器兩種。由于滑動(dòng)觸點(diǎn)等的限制，單圈電位器的工作范圍只能小于360；對(duì)分辨率也有一定限制。對(duì)于多數(shù)應(yīng)用情況來(lái)說，這并不會(huì)妨礙他的使用。假如需要更高的分辨率個(gè)更大的工作范圍，可以選用多圈電位器。4.9試述機(jī)器人編碼器的結(jié)構(gòu)及工作原理？ 答：光電編碼器是一種應(yīng)用廣泛的位置傳感器，其分辨率完全能滿足機(jī)器人的技術(shù)要求。這種非接觸型傳感器可分為絕對(duì)型和相對(duì)型。前者只要電源加到這種傳感器的機(jī)電系統(tǒng)中，編碼器就能給出實(shí)際的線性或旋轉(zhuǎn)位置。因此，用絕對(duì)型編碼器裝備的機(jī)器人關(guān)節(jié)不要求校準(zhǔn)，只要一通電，控制器就知道實(shí)際的關(guān)節(jié)位置。相對(duì)型編碼器只能提供某基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)得位置信

38、息，所以，用相對(duì)型編碼器的機(jī)器人在獲得真實(shí)位置信息以前，必須首先完成校準(zhǔn)程序。4.10試述機(jī)器人角速度傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理？答:旋轉(zhuǎn)編碼器和測(cè)速發(fā)電機(jī)是兩種廣泛采用的角速度傳感器。1旋轉(zhuǎn)編碼器絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出表示的是旋轉(zhuǎn)角度的實(shí)際值，所以若對(duì)單位時(shí)間前的值進(jìn)行記憶，并取它與現(xiàn)時(shí)值之間的差值，就可以求得角速度。相對(duì)型編碼器單位時(shí)間內(nèi)輸出脈沖的數(shù)目與角速度成比例。2測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)與普通發(fā)電機(jī)的原理相同，除具有直流輸出型和交流輸出型以外，還有感應(yīng)型。對(duì)于直流輸出型，在其定子的永久磁鐵產(chǎn)生的靜止磁場(chǎng)中，安裝繞有線圈的轉(zhuǎn)子。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生交流電流，因此，經(jīng)過二極管整流后，就會(huì)變換成

39、直流進(jìn)行輸出。輸出的電壓與轉(zhuǎn)子的角速度成比例。對(duì)于交流輸出型，在固定線圈的內(nèi)部安裝著用永久磁鐵做的轉(zhuǎn)子。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子時(shí)，定子線圈中會(huì)產(chǎn)生交流電流，并且原封不動(dòng)的作為測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出。這時(shí)，從低速旋轉(zhuǎn)到高速旋轉(zhuǎn)，均可獲得穩(wěn)定的輸出。4.11試述機(jī)器人位置傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理同4.7答：位置感覺和唯一感覺是機(jī)器人最起碼的感覺要求，沒有它機(jī)器人講不能正常工作。它可以通過多種傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，常用的機(jī)器人位置，位移傳感器有電位器式位移傳感器，電容式位移傳感器，電感式位移傳感器，光電式位移傳感器，霍爾元件位移傳感器，磁柵式位移傳感器，以及機(jī)械式位移傳感器等。5.1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)有何特點(diǎn)？答：1、示教再現(xiàn)

40、功能示教再現(xiàn)功能是指控制系統(tǒng)可以通過示教盒或手把手進(jìn)行示教，將動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)速度、位置等信息用一定的方法預(yù)先教給工業(yè)機(jī)器人，由工業(yè)機(jī)器人的記憶裝置將所教的操作過程自動(dòng)的紀(jì)錄在存儲(chǔ)器中，當(dāng)需要再現(xiàn)操作時(shí)，重放存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的內(nèi)容即可。如需要更改操作內(nèi)容時(shí)，只要重新示教一遍。2、運(yùn)動(dòng)控制功能運(yùn)動(dòng)控制功能是指對(duì)工業(yè)機(jī)器人末端操作器的位姿、速度、加速度等項(xiàng)目的控制。5.2 工業(yè)機(jī)器人控制方式有幾種？答：工業(yè)機(jī)器人的控制方式多種多樣，根據(jù)作業(yè)任務(wù)的不同，主要分為點(diǎn)位控制方式、連續(xù)軌跡控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式。1）點(diǎn)位控制方式（PTP）這種控制方式的特點(diǎn)是只控制工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空

41、間中某些規(guī)定的離散點(diǎn)上的位姿?？刂茣r(shí)只要求工業(yè)機(jī)器人快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)相鄰各點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)，而對(duì)達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡則不作任何規(guī)定。這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是定位精度和運(yùn)動(dòng)所需的時(shí)間。2）連續(xù)軌跡控制方式（CP）這種控制方式的特點(diǎn)是連續(xù)的控制工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間的位姿，要求其嚴(yán)格按照預(yù)定的軌跡和速度在一定的精度范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，而且速度可控，軌跡光滑，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，以完成工作任務(wù)。3）力（力矩）控制方式在完成裝配、抓放物體等工作時(shí)，除要準(zhǔn)確定位外，還要求使用適度的力或力矩進(jìn)行工作，這時(shí)就要利用力（力矩）伺服方式。這種方式的控制原理與位置伺服控制原理基本相同，只不過輸入量和反饋量不是位置信號(hào)，而是

42、力（力矩）信號(hào)，因此系統(tǒng)zhog必須有力（力矩）傳感器。有時(shí)也利用接近、滑動(dòng)等傳感功能進(jìn)行自適應(yīng)式控制。4）智能控制方式機(jī)器人的智能控制時(shí)通過傳感器獲得周圍環(huán)境的知識(shí)，并根據(jù)自身內(nèi)部的知識(shí)庫(kù)做出相應(yīng)的決策。采用智能控制技術(shù)，使機(jī)器人具有了較強(qiáng)的適應(yīng)性及自學(xué)習(xí)功能。智能控制技術(shù)的發(fā)展有賴于近年來(lái)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基因算法、遺傳算法、專家系統(tǒng)等人工智能的迅速發(fā)展。5.3 畫出交流電機(jī)的繼電器正反轉(zhuǎn)控制線路圖，敘述工作過程。答:在圖1是三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的電路和繼電器控制電路圖，圖2與3是功能與它相同的PLC控制系統(tǒng)的外部接線圖和梯形圖，其中，KM1和KM2分別是控制正轉(zhuǎn)運(yùn)行和反轉(zhuǎn)運(yùn)行的交流接觸器

43、.      在梯形圖中，用兩個(gè)起保停電路來(lái)分別控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。按下正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB2，X0變ON，其常開觸點(diǎn)接通，Y0的線圈“得電”并自保。使KM1的線圈通電，電機(jī)開始正轉(zhuǎn)運(yùn)行。按下停止按鈕SB1，X2變ON，其常閉觸點(diǎn)斷開，使Y0線圈“失電”，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。      在梯形圖中，將Y0與Y1的常閉觸電分別與對(duì)方的線圈串聯(lián)，可以保證他們不會(huì)同時(shí)為ON，因此KM1和KM2的線圈不會(huì)同時(shí)通電，這種安全措施在繼電器電路中稱為“互鎖”。除此之外，為了方便操作和保證Y0和Y1不會(huì)同時(shí)為ON，

44、在梯形圖中還設(shè)置了“按鈕互鎖”，即將反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕X1的常閉點(diǎn)與控制正轉(zhuǎn)的Y0的線圈串聯(lián)，將正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕X0的常閉觸點(diǎn)與控制反轉(zhuǎn)的Y1的線圈串聯(lián)。設(shè)Y0為ON，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，這是如果想改為反轉(zhuǎn)運(yùn)行，可以不安停止按鈕SB1，直接安反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB3，X1變?yōu)镺N，它的常閉觸點(diǎn)斷開，使Y0線圈“失電”，同時(shí)X1的敞開觸點(diǎn)接通，使Y1的線圈“得電”，點(diǎn)擊正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)。      在梯形圖中的互鎖和按鈕聯(lián)鎖電路只能保證輸出模塊中的與Y0和Y1對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的常開觸點(diǎn)心不會(huì)同時(shí)接通。由于切換過程中電感的延時(shí)作用，可能會(huì)出現(xiàn)一個(gè)觸點(diǎn)還未斷弧，另一個(gè)卻已合上的

45、現(xiàn)象，從而造成瞬間短路故障。      可以用正反轉(zhuǎn)切換時(shí)的延時(shí)來(lái)解決這一問題，但是這一方案會(huì)增大編程的工作量，也不能解決不述的接觸觸點(diǎn)故障引起的電源短路事故。如果因主電路電流過大或者接觸器質(zhì)量不好，某一接觸器的主觸點(diǎn)被斷電時(shí)產(chǎn)生的電弧熔焊而被粘結(jié)，其線圈斷電后主觸點(diǎn)仍然是接通的，這時(shí)如果另一個(gè)接觸器的線圈通電，仍將造成三相電源短路事故。為了防止出現(xiàn)這種情況，應(yīng)在PLC外部設(shè)置KM1和KM2的輔助常閉觸點(diǎn)組成的硬件互鎖電路（見圖2），假設(shè)KM1的主觸點(diǎn)被電弧熔焊，這時(shí)它與KM2線圈串聯(lián)的輔助常閉觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，因此KM2的線圈不可能得電。&#

46、160;     圖1中的FR是作過載保護(hù)用的熱繼電器，異步電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期嚴(yán)重過載時(shí)，經(jīng)過一定延時(shí)，熱繼電器的常開觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合。其常閉觸點(diǎn)與接觸器的線圈串聯(lián)，過載時(shí)接觸其線圈斷電，電機(jī)停止運(yùn)行，起到保護(hù)作用。      有的熱繼電器需要手動(dòng)復(fù)位，即熱繼電器動(dòng)作后要按一下它自帶的復(fù)位按鈕，其觸點(diǎn)才會(huì)恢復(fù)原狀，及常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合。這種熱繼電器的常閉觸點(diǎn)可以像圖2那樣接在PLC的輸出回路,仍然與接觸器的線圈串聯(lián)，這反而可以節(jié)約PLC的一個(gè)輸入點(diǎn)。    &

47、#160; 有的熱繼電器有自動(dòng)復(fù)位功能，即熱繼電器動(dòng)作后電機(jī)停止轉(zhuǎn)，串接在主回路中的熱繼電器的原件冷卻，熱繼電器的觸點(diǎn)自動(dòng)恢復(fù)原狀。如果這種熱斷電器的常閉觸點(diǎn)仍然接在PLC的輸出回路，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)后果一段時(shí)間會(huì)因熱繼電器的觸點(diǎn)恢復(fù)原狀而自動(dòng)重新運(yùn)轉(zhuǎn)，可能會(huì)造成設(shè)備和人身事故。因此有自動(dòng)復(fù)位功能的熱繼電器的常閉觸點(diǎn)不能接在PLC的輸出回路，必須將它的觸點(diǎn)接在PLC的輸入端（可接常開觸點(diǎn)或常閉觸點(diǎn)），用梯形圖來(lái)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊的過載保護(hù)。如果用電子式電機(jī)過載保護(hù)來(lái)代替熱繼電器，也應(yīng)注意它的復(fù)位.5.3 畫出直流電機(jī)的繼電器正反轉(zhuǎn)控制線路圖，敘述工作過程。答:6.1 試述工業(yè)機(jī)器人維修詳細(xì)步驟答: 示教器又

48、叫示教編程器（以下簡(jiǎn)稱示教器）是機(jī)器人控制系統(tǒng)的核心部件，是一個(gè)用來(lái)注冊(cè)和存儲(chǔ)機(jī)械運(yùn)動(dòng)或處理記憶的設(shè)備，該設(shè)備是由電子系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的。示教器故障及處理方案 示教器觸摸不良或局部不靈（更換觸摸面板） 示教器無(wú)顯示（維修或更換內(nèi)部主板或液晶屏） 示教器顯示不良、豎線、豎帶、花屏等（更換液晶屏） 示教器按鍵不良或不靈（更換按鍵面板） 示教器有顯示無(wú)背光（更換高壓板） 示教器操縱桿XYZ軸不良或不靈（更換操縱桿） 急停按鍵失效或不靈（更換急停按鍵） 數(shù)據(jù)線不能通訊或不能通電，內(nèi)部有斷線等（更換數(shù)據(jù)線） 6.2試述工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)詳細(xì)步驟答: 工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)步驟對(duì)于工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與大多數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)

49、過程相同；首先要知道為什么要設(shè)計(jì)機(jī)器人？機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)哪些功能？活動(dòng)空間（有效工作范圍）有多大？了解基本的要求后，接下來(lái)的工作就好作了。6 U, h6 P* 首先是根據(jù)基本要求確定機(jī)器人的種類，是行走的提升（舉升）機(jī)械臂、還是三軸的坐標(biāo)機(jī)器人、還是六軸的機(jī)器人等。選定了機(jī)器人的種類也就確定了控制方式，也就有了在有限的空間內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)的指導(dǎo)方向。% j4 f( Q& N2 8 q* 接下來(lái)的要做的就是設(shè)計(jì)任務(wù)的確定。這是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過程，在實(shí)現(xiàn)這一復(fù)雜過程的第一步是將設(shè)計(jì)要求明確的規(guī)定下來(lái)；第二步是按照設(shè)計(jì)要求制作機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)圖，分析簡(jiǎn)圖，制定動(dòng)作流程表（圖），初步確定傳動(dòng)功率、控制流程和方

50、式；第三步是明確設(shè)計(jì)內(nèi)容，設(shè)計(jì)步驟、攻克點(diǎn)、設(shè)計(jì)計(jì)算書、草圖繪制，材料、加工工藝、控制程序、電路圖繪制；第四步是綜合審核各方面的內(nèi)容，確認(rèn)生產(chǎn)。 A 可行性分析1. 技術(shù)上的可能性與先進(jìn)性這是可行性分析首先要解決的問題。為此,必須首先進(jìn)行可行性調(diào)查, 主要包括: 用戶現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和相似作業(yè)的實(shí)例調(diào)查等。 充分取得了調(diào)查資料之后, 就要規(guī)劃初步的技術(shù)方案, 為此要進(jìn)行如下工作: 作業(yè)量及難度分析; 編制作業(yè)流程卡片; 繪制時(shí)序表, 確定作業(yè)范圍并初選機(jī)器人型號(hào); 確定相應(yīng)的外圍設(shè)備; 確定工程難點(diǎn)并進(jìn)行試驗(yàn)取證; 確定人工干預(yù)程度等。 最后, 提出幾個(gè)規(guī)劃方案并繪制相應(yīng)的機(jī)器人工作站或生產(chǎn)線的平面配

51、置圖, 編制說明文件。然后對(duì)各方案進(jìn)行先進(jìn)性評(píng)估, 具體包括機(jī)器人系統(tǒng)、外圍設(shè)備以及控制、通訊系統(tǒng)等的先進(jìn)性。 2. 投資上的可能性和合理性根據(jù)前面提出的技術(shù)方案, 按機(jī)器人系統(tǒng)、 外圍設(shè)備、 控制系統(tǒng)以及安全保護(hù)設(shè)施等逐項(xiàng)進(jìn)行估價(jià), 并考慮工程進(jìn)行中可以預(yù)見和不可預(yù)見的附加開支, 按工程計(jì)算方法得到初步的工程造價(jià)。 3. 工程實(shí)施過程中的可能性和可變更性在滿足前兩項(xiàng)之后， 接下來(lái)便是引入方案, 還要對(duì)方案進(jìn)行施工過程中可能性和可變更性的分析。 這是因?yàn)樵诤芏嘣O(shè)備、原件等的制造、選購(gòu)、運(yùn)輸、安裝過程中, 還可能出現(xiàn)一些不可預(yù)見的問題, 必須找到發(fā)生問題時(shí)的替代方案。在進(jìn)行上述分析之后, 就可對(duì)

52、機(jī)器人引入工程的初步方案進(jìn)行可行性排序, 得出可行性結(jié)論, 并確定一個(gè)最佳方案, 再進(jìn)行機(jī)器人工作站、 生產(chǎn)線的工程設(shè)計(jì)B 機(jī)器人工作站和生產(chǎn)線的詳細(xì)設(shè)計(jì)1. 規(guī)劃及系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃及系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)單位內(nèi)部的任務(wù)劃分, 機(jī)器人考查及詢價(jià), 編制規(guī)劃單, 運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì), 外圍設(shè)備(輔助設(shè)備、 配套設(shè)備以及安全裝置等)能力的詳細(xì)計(jì)劃, 關(guān)鍵問題的解決等。 2. 布局設(shè)計(jì)布局設(shè)計(jì)包括機(jī)器人選用, 人-機(jī)系統(tǒng)配置, 作業(yè)對(duì)象的物流路線,電、液、氣系統(tǒng)走線,操作箱、電器柜的位置以及維護(hù)修理和安全設(shè)施配置等內(nèi)容。 3. 擴(kuò)大機(jī)器人應(yīng)用范圍輔助設(shè)備的選用和設(shè)計(jì)此項(xiàng)工作的任務(wù)包括工業(yè)機(jī)器人用以完成作業(yè)的末端操作

53、器、固定和改變作業(yè)對(duì)象位姿的夾具和變位機(jī)、改變機(jī)器人動(dòng)作方向和范圍的機(jī)座的選用和設(shè)計(jì)。一般來(lái)說,這一部分的設(shè)計(jì)工作量最大。 4. 配套和安全裝置的選用和設(shè)計(jì)此項(xiàng)工作主要包括為完成作業(yè)要求的配套設(shè)備(如弧焊的焊絲切斷和焊槍清理設(shè)備等)的選用和設(shè)計(jì); 安全裝置(如圍欄、 安全門等)的選用和設(shè)計(jì)以及現(xiàn)有設(shè)備的改造等內(nèi)容。 5. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)此項(xiàng)設(shè)計(jì)包括選定系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)控制類型與追加性能, 確定系統(tǒng)工作順序與方法及互鎖等安全設(shè)計(jì); 液壓、 氣動(dòng)、 電氣、 電子設(shè)備及備用設(shè)備的試驗(yàn); 電氣控制線路設(shè)計(jì); 機(jī)器人線路及整個(gè)系統(tǒng)線路的設(shè)計(jì)等內(nèi)容。 6. 支持系統(tǒng)此項(xiàng)工作為設(shè)計(jì)支持系統(tǒng),該系統(tǒng)應(yīng)包括故障排隊(duì)與修

54、復(fù)方法, 停機(jī)時(shí)的對(duì)策與準(zhǔn)備, 備用機(jī)器的籌備以及意外情況下的救急措施等內(nèi)容。 7. 工程施工設(shè)計(jì)此項(xiàng)設(shè)計(jì)包括編寫工作系統(tǒng)的說明書, 機(jī)器人詳細(xì)性能和規(guī)格的說明書、接收檢查文本、標(biāo)準(zhǔn)件說明書, 繪制工程制圖, 編寫圖紙清單等內(nèi)容。 8. 編制采購(gòu)資料此項(xiàng)任務(wù)包括編寫機(jī)器人估價(jià)委托書, 機(jī)器人性能及自檢結(jié)果, 編制標(biāo)準(zhǔn)件采購(gòu)清單、培訓(xùn)操作員計(jì)劃、維護(hù)說明及各項(xiàng)預(yù)算方案等內(nèi)容C 制造與試運(yùn)行1. 制作準(zhǔn)備制作準(zhǔn)備包括制作估價(jià), 擬定事后服務(wù)及保證事項(xiàng), 簽訂制造合同, 選定培訓(xùn)人員及實(shí)施培訓(xùn)等內(nèi)容。 2. 制作與采購(gòu)此項(xiàng)任務(wù)包括設(shè)計(jì)加工零件的制造工藝, 零件加工, 采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件, 檢查機(jī)器人性能,

55、采購(gòu)件的驗(yàn)收檢查以及故障處理等內(nèi)容。 3. 安裝與試運(yùn)轉(zhuǎn)此項(xiàng)任務(wù)包括安裝總體設(shè)備, 試運(yùn)轉(zhuǎn)檢查, 試運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)整, 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn), 實(shí)施預(yù)期的機(jī)器人系統(tǒng)的工作循環(huán)、生產(chǎn)試車、 維護(hù)維修培訓(xùn)等內(nèi)容。 4. 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)包括按規(guī)劃中的要求進(jìn)行系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)和記錄, 發(fā)現(xiàn)和解決異常問題, 實(shí)地改造, 接受用戶檢查, 寫出驗(yàn)收總結(jié)報(bào)告等內(nèi)容。C 交付使用1. 運(yùn)轉(zhuǎn)率檢查此項(xiàng)任務(wù)包括正常運(yùn)轉(zhuǎn)概率測(cè)定、周期循環(huán)時(shí)間和產(chǎn)量的測(cè)定、停車現(xiàn)象分析及故障原因分析等內(nèi)容。 2. 改進(jìn)此項(xiàng)任務(wù)包括正常生產(chǎn)必須改造事項(xiàng)的選定及實(shí)施和今后改進(jìn)事項(xiàng)的研討及規(guī)劃等內(nèi)容。 3. 評(píng)估此項(xiàng)任務(wù)包括技術(shù)評(píng)估, 經(jīng)濟(jì)評(píng)估, 對(duì)現(xiàn)實(shí)效果和

56、將來(lái)效果的研討, 再研究課題的確定以及寫出總結(jié)報(bào)告等內(nèi)容。 由此看出, 在工業(yè)生產(chǎn)中引入機(jī)器人系統(tǒng)是一項(xiàng)相當(dāng)細(xì)致復(fù)雜的系統(tǒng)工程,它涉及機(jī)、電、液、氣、訊等諸多技術(shù)領(lǐng)域。 不僅要求人們從技術(shù)上進(jìn)行可行性研究, 而且要從經(jīng)濟(jì)效益、 社會(huì)效益、企業(yè)發(fā)展等多方面進(jìn)行可行性研究。只有立題正確、 投資準(zhǔn)、選型好、設(shè)備經(jīng)久耐用, 才能做到最大限度地發(fā)揮機(jī)器人的優(yōu)越性, 提高生產(chǎn)效率。 工程工業(yè)機(jī)器人和外圍設(shè)備1. 工業(yè)機(jī)器人和外圍設(shè)備的任務(wù) 1) 自動(dòng)化規(guī)模和工業(yè)機(jī)器人實(shí)施自動(dòng)化時(shí), 無(wú)論使用工業(yè)機(jī)器人與否, 其規(guī)模的大小是一個(gè)重要的問題。工業(yè)機(jī)器人的規(guī)格和外圍設(shè)備的規(guī)格都是隨著自動(dòng)化規(guī)模而變化的。 一般情

57、況下,靈活性高的工業(yè)機(jī)器人的價(jià)格也高,但外圍設(shè)備較為簡(jiǎn)單, 并能適應(yīng)產(chǎn)品的型號(hào)變化。靈活性低的工業(yè)機(jī)器人,其外圍設(shè)備較為復(fù)雜,當(dāng)產(chǎn)品型號(hào)改變時(shí),需要高額的投資。2) 工業(yè)機(jī)器人和外圍設(shè)備的選擇若要決定自動(dòng)化的程度, 就必須確定工業(yè)機(jī)器人和外圍設(shè)備的規(guī)格。 對(duì)于工業(yè)機(jī)器人而言, 首先必須確定的是選用市場(chǎng)出售的工業(yè)機(jī)器人還是選用特殊制造的工業(yè)機(jī)器人。 通常, 除生產(chǎn)一定數(shù)量的同類工業(yè)機(jī)器人外,從市場(chǎng)上選擇適合該系統(tǒng)使用的工業(yè)機(jī)器人, 既經(jīng)濟(jì)可靠, 又便于維護(hù)保養(yǎng)。 2. 外圍設(shè)備的種類及注意事項(xiàng)必須根據(jù)自動(dòng)化的規(guī)模來(lái)決定工業(yè)機(jī)器人與外圍設(shè)備的規(guī)格。 因作業(yè)對(duì)象不同, 其規(guī)格也多種多樣。 機(jī)器人的作業(yè)內(nèi)容大致可分為裝卸、搬運(yùn)作業(yè)和噴涂、焊接作業(yè)兩種基本類型(后者持有噴槍、 焊槍或焊炬)。 當(dāng)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)時(shí), 噴涂設(shè)備、焊接設(shè)備等作業(yè)裝置都