機(jī)器人導(dǎo)論-習(xí)題答案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上機(jī)器人技術(shù)導(dǎo)論課后習(xí)題1、智能機(jī)器人的含義是什么？答：智能之所以叫智能機(jī)器人，這是因?yàn)樗邢喈?dāng)發(fā)達(dá)的“大腦”。在腦中起作用的是中央，這種計(jì)算機(jī)跟操作它的人有直接的聯(lián)系。最主要的是，這樣的計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行按目的安排的動(dòng)作。正因?yàn)檫@樣，我們才說這種機(jī)器人才是真正的機(jī)器人，盡管它們的外表可能有所不同。2、直流電機(jī)的額定值有哪些？答：型號(hào)、額定功率、額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速、勵(lì)磁方式、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、定額、絕緣等級(jí)、額定溫升。3、機(jī)器人視覺的硬件系統(tǒng)由哪些部分組成？答：光源：用于表現(xiàn)特征光源控制器：用于給光源供電鏡頭：用于成像延長(zhǎng)管：用于改變像距相機(jī)：用于物理圖像到電子

2、信號(hào)的轉(zhuǎn)換采集卡：用于將相機(jī)中的電子信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中計(jì)算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)、智能相機(jī)等：用于分析圖像機(jī)器視覺軟件：用于處理圖像，得到所以需要數(shù)據(jù)結(jié)果運(yùn)動(dòng)控制：用于控制氣缸、機(jī)械手、馬達(dá)等運(yùn)動(dòng)，以完成機(jī)器的功能傳感器：位置傳感器、存在傳感器、安全傳感器，用于判斷產(chǎn)品有沒有、到位否之類4、簡(jiǎn)述模糊控制器的組成及各組成部分的用途。答：模糊邏輯控制器由4個(gè)基本部分組成，即模糊化、知識(shí)庫(kù)、推理算法和逆模糊化。(1) 模糊化：將檢測(cè)輸入變量值變換成相應(yīng)的論域，將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成合適的語(yǔ)言值。(2) 知識(shí)庫(kù)：包含應(yīng)用領(lǐng)域的知識(shí)和控制目標(biāo)，它由數(shù)據(jù)和模糊語(yǔ)言控制規(guī)則組成。(3) 推理算法：從一些模糊前提條件推導(dǎo)出

3、某一結(jié)論，這種結(jié)論可能存在模糊和確定兩種情況。(4) 逆模糊化：將推理所得到的模糊值轉(zhuǎn)換為明確的控制訊號(hào)，作為系統(tǒng)的輸入值。5、試述機(jī)器人滑模變結(jié)構(gòu)控制的基本原理。答：滑模變結(jié)構(gòu)控制是變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的一種控制策略。這種控制策略與常規(guī)控制的根本區(qū)別在于控制的不連續(xù)性，即一種使系統(tǒng)“結(jié)構(gòu)”隨時(shí)間變化的開關(guān)特性。該控制特性可以迫使系統(tǒng)在一定特性下沿規(guī)定的狀態(tài)軌跡作小幅度、高頻率的上下運(yùn)動(dòng)，即所謂的“滑動(dòng)模態(tài)”或“滑模”運(yùn)動(dòng)。這種滑動(dòng)模態(tài)是可以設(shè)計(jì)的，且與系統(tǒng)的參數(shù)及擾動(dòng)無關(guān)。這樣，處于滑模運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)就具有很好的魯棒性。6、機(jī)器人軌跡控制過程如圖所示。試列出各步的主要內(nèi)容。 答：1）通過示教過程得到機(jī)

4、器人軌跡上特征點(diǎn)的位姿。對(duì)于直線需要得到起始點(diǎn)和終點(diǎn)，對(duì)于圓弧需要得到弧上三點(diǎn)； 2）根據(jù)軌跡特征（直線/園弧/其它）和插補(bǔ)策略（定時(shí)/定距/其它）進(jìn)行相應(yīng)的插補(bǔ)運(yùn)算，求出該插補(bǔ)點(diǎn)的位姿值；      3）根據(jù)機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，求出手臂解，即對(duì)應(yīng)于插補(bǔ)點(diǎn)位姿的全部關(guān)節(jié)角(q1, , qn)；    4）以求出的關(guān)節(jié)角為相應(yīng)關(guān)節(jié)位置控制系統(tǒng)的設(shè)定值，分別控制n個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)； 5）和關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)同軸連接的光軸編碼器給出該關(guān)節(jié)當(dāng)前實(shí)際位置值，進(jìn)行反饋，位置控制系統(tǒng)根據(jù)

5、此位置誤差（設(shè)定值反饋值）實(shí)施控制以消除誤差，使機(jī)器人達(dá)到所要求的位姿。7、對(duì)（工業(yè)）機(jī)器人進(jìn)行位置和力的控制時(shí)，試比較關(guān)節(jié)空間控制器設(shè)計(jì)和操作空間控制器設(shè)計(jì)的不同點(diǎn)，并畫出一個(gè)機(jī)器人單關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)空間控制器和操作空間控制器的控制系統(tǒng)框圖。答：操作空間控制器設(shè)計(jì)時(shí)，是通過關(guān)節(jié)位置確定各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角，必須先求出運(yùn)動(dòng)方程的正解，進(jìn)行空間運(yùn)動(dòng)后，再求出運(yùn)動(dòng)方程的反解。而關(guān)節(jié)空間控制器設(shè)計(jì)是直接針對(duì)旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行的，不需要對(duì)運(yùn)動(dòng)方程求正解和反解。單關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)空間控制器控制系統(tǒng)框圖：?jiǎn)侮P(guān)節(jié)操作空間控制器的控制系統(tǒng)框圖：8、以多自由度工業(yè)機(jī)器人為例，分析討論機(jī)器人的控制： （1）分析討論工業(yè)機(jī)器人的位置控制、速

6、度控制、加速度控制和力控制的特點(diǎn)及其區(qū)別； （2）給出操作空間及驅(qū)動(dòng)空間的單個(gè)關(guān)節(jié)的機(jī)器人控制框圖，并說明其控制過程。（3）比較關(guān)節(jié)空間控制器設(shè)計(jì)和操作空間控制器設(shè)計(jì)的不同點(diǎn)。答：（1）位置控制：工業(yè)機(jī)器人位置控制的目的，就是要使機(jī)器人各關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)預(yù)先所規(guī)劃的運(yùn)動(dòng)，最終保證工業(yè)機(jī)器人終端(手爪)沿預(yù)定的軌跡運(yùn)行。這類運(yùn)動(dòng)控制的特點(diǎn)是連續(xù)控制工業(yè)機(jī)器人手爪(或工具)的位姿軌跡。一般要求速度可控、軌跡光滑且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。軌跡控制的技術(shù)指標(biāo)是軌跡精度和平穩(wěn)性。速度控制意味著各個(gè)關(guān)節(jié)馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)聯(lián)合進(jìn)行，并以不同的速度同時(shí)運(yùn)行以保證夾手沿著笛卡爾坐標(biāo)軸穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。分解運(yùn)動(dòng)速度控制先把期望的夾手運(yùn)動(dòng)分解為各個(gè)關(guān)節(jié)

7、的期望速度，然后對(duì)各個(gè)關(guān)節(jié)實(shí)行速度伺服控制。加速度控制分解運(yùn)動(dòng)加速度控制首先計(jì)算出工具的控制加速度，然后把它分解為相應(yīng)的各個(gè)關(guān)節(jié)加速度，再按照動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算出控制力矩。力控制除了在一些自由度方向進(jìn)行位置控制外，還需要在另一些自由度方向進(jìn)行力控制。（2）機(jī)器人控制器的控制結(jié)構(gòu)形式，常見的有：集中控制、分散控制和遞階控制等。如圖表示PUMA機(jī)器人兩級(jí)遞階控制的結(jié)構(gòu)圖。機(jī)器人控制系統(tǒng)以機(jī)器人作為控制對(duì)象，它的設(shè)計(jì)方法及參數(shù)選擇，仍可參照一般計(jì)算機(jī)/嵌入式控制系統(tǒng)?，F(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人大多采用獨(dú)立關(guān)節(jié)的PID控制。如圖所示PUMA機(jī)器人的控制結(jié)構(gòu)即為一典型。由于獨(dú)立關(guān)節(jié)PID控制未考慮被控對(duì)象（機(jī)器人）的

8、非線性及關(guān)節(jié)間的耦合作用，因而控制精度和速度的提高受到限制。斯坦福機(jī)械手具有反饋控制，其一個(gè)關(guān)節(jié)控制方框圖如圖所示。從圖可見，它有個(gè)光學(xué)編碼器，與測(cè)速發(fā)電機(jī)一起組成位置和速度反饋。這種工業(yè)機(jī)器人是一種定位裝置，它的每個(gè)關(guān)節(jié)都有一個(gè)位置控制系統(tǒng)。要提高響應(yīng)速度，通常是要提高系統(tǒng)的增益以及由電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)軸速度負(fù)反饋把某些阻尼引入系統(tǒng)，以加強(qiáng)反電勢(shì)的作用。要做到這一點(diǎn)，可以采用測(cè)速發(fā)電機(jī)，或者計(jì)算一定時(shí)間間隔內(nèi)傳動(dòng)軸角位移的差值。傳遞函數(shù)： 要提高響應(yīng)速度，通常是要提高系統(tǒng)的增益以及由電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)軸速度負(fù)反饋把某些阻尼引入系統(tǒng)，以加強(qiáng)反電勢(shì)的作用。要做到這一點(diǎn)，可以采用測(cè)速發(fā)電機(jī)，或者計(jì)算一定時(shí)間間隔內(nèi)

9、傳動(dòng)軸角位移的差值。由于機(jī)器人機(jī)械手是通過工具進(jìn)行操作作業(yè)的，所以其末端工具的動(dòng)態(tài)性能將直接影響操作質(zhì)量。又因末端的運(yùn)動(dòng)是所有關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜函數(shù)，因此，即使每個(gè)關(guān)節(jié)的動(dòng)態(tài)性能可行，而末端的動(dòng)態(tài)性能則未必能滿足要求。（3）操作空間控制器設(shè)計(jì)時(shí)，是通過關(guān)節(jié)位置確定各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角，必須先求出運(yùn)動(dòng)方程的正解，進(jìn)行空間運(yùn)動(dòng)后，再求出運(yùn)動(dòng)方程的反解。而關(guān)節(jié)空間控制器設(shè)計(jì)是直接針對(duì)旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行的，不需要對(duì)運(yùn)動(dòng)方程求正解和反解。 9、寫出齊次變換矩陣，它表示相對(duì)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)(3,7,9)T。答： 10、寫出齊次變換矩陣，它表示相對(duì)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。答：11、求下面齊次變換的逆變換T-1。 答：題21圖 二連桿機(jī)械手12、如圖所示為二