简述工业机器人的定义

习题0.1简述工业机器人的定义，说明机器人的主要特征。0.2工业机器人与数控机床有什么区别？0.3工业机器人与外界环境有什么关系？0.4说明工业机器人的基本组成及三大部分之间的关系。0.5简述下面几个术语的含义：自由度、重复定位精度、工作原理、工作速度、承载能力。0.6什么叫冗余自由度机器人？0.7题0.7图所示为二自由度平面关节型机器人机械手，图中L1=2L2，关节的转角范围是01180，–902180，画出该机械手的工作范围(画图时可以设L2=3cm)。0.8工业机器人怎样按机械系统的基本结构来分类？0.9工业机器人怎样按控制方式来分类？0.10什么是SCARA机器人，应用上有何特点？0.11试总结机器人的应用情况。题0.7图1.1点矢量v为[10.0020.0030.00]T，相对参考系作如下齐次坐标变换：0.8660.5000.00011.00.5000.8660.0003.00.0000.0001.0009.00001A写出变换后点矢量v的表达式，并说明是什么性质的变换，写出旋转算子Rot及平移算子Trans。1.2有一旋转变换，先绕固定坐标系Z0轴转45°，再绕其X0轴转30°,最后绕其Y0轴转60°，试求该齐次坐标变换矩阵。1.3坐标系{B}起初与固定坐标系{O}相重合，现坐标系{B}绕ZB旋转30°，然后绕旋转后的动坐标系的XB轴旋转45°，试写出该坐标系{B}的起始矩阵表达式和最后矩阵表达式。1.4坐标系{A}及{B}在固定坐标系{O}中的矩阵表达式为1.0000.0000.0000.00.0000.8660.50010.0{}0.0000.5000.86620.00001A0.8660.5000.0003.00.4330.7500.5003.0{}0.2500.4330.8663.00001B画出它们在{O}坐标系中的位置和姿态：1.5写出齐次变换矩阵HAB，它表示坐标系{B}连续相对固定坐标系{A}作以下变换：(1)绕ZA轴旋转90°。(2)绕XA轴转–90°。(3)移动[3，7，9]T。1.6写出齐次变换矩阵BBH，它表示坐标系{B}连续相对自身运动坐标系{B}作以下变换：(1)移动[3，7，9]T。(2)绕XB轴旋转90°。(3)绕ZB轴转–90°。1.7题1.7图(a)所示的两个楔形物体，试用两个变换序列分别表示两个楔形物体的变换过程，使最后的状态如题1.7图(b)所示。题1.7图1.8如题1.8图所示的二自由度平面机械手，关节1为转动关节，关节变量为1；关节2为移动关节，关节变量为d2。试：(1)建立关节坐标系，并写出该机械手的运动方程式。(2)按下列关节变量参数求出手部中心的位置值。10°30°60°90°d2/m0.500.801.000.70题1.8图1.9题1.8图所示二自由度平面机械手，已知手部中心坐标值为X0、Y0。求该机械手运动方程的逆解1、d2。1.10三自由度机械手如题1.10图所示，臂长为l1和l2，手部中心离手腕中心的距离为H，转角为1、2、3，试建立杆件坐标系，并推导出该机械手的运动学方程。题1.10图1.11题1.11图所示为一个二自由度的机械手，两连杆长度均为1m，试建立各杆件坐标系，求出A1、A2及该机械手的运动学逆解。题1.11图1.12什么是机器人运动学逆解的多重性？1.13有一台如题1.13图所示的三自由度机械手的机构，各关节转角正向均由箭头所示方向指定，请标出各连杆的D-H坐标系，然后求各变换矩阵A1、A2、A3。题1.13图1.14试按D-H坐标系建立题1.14图所示机器人各杆的坐标系(各Z轴正向位于有旋转标志一端，Z0、Z6如题1.14图所示)。题1.14图1.15试求题1.15图所示V80机器人的运动学方程。题1.15图2.1简述欧拉方程的基本原理。2.2简述用拉格朗日方法建立机器人动力学方程的步骤。2.3动力学方程的简化条件有哪些？2.4简述空间分辨率的基本概念。2.5机器人的稳态负荷的研究包括哪些内容？2.6简述计算机控制机器人获得良好的重复性的处理步骤。2.7分别用拉格朗日动力学及牛顿力学推导题2.8图所示单自由度系统力和加速度的关系。假设车轮的惯量可忽略不计，X轴表示小车的运动方向。题2.8图2.8推导题2.8图所示两自由度系统的运动方程。2.9推导题2.9图所示的两自由度系统的运动方程。题2.8图题2.9图2.10用拉格朗日法推导题2.10图所示两自由度机器人手臂的运动方程。连杆质心位于连杆中心，其转动惯量分别为I1和I2。2.11简述机器人速度雅可比、力雅可比的概念及其二者之间的关系。2.12已知二自由度机械手的雅可比矩阵为1121221211212212ssscccllllllJ若忽略重力，当手部端点力F=[10]T时，求相应的关节力矩τ。2.13如题2.13图所示，一个三自由度机械手，其末端夹持一质量m=10kg的重物，l1=l2=0.8m，θ1=60°，θ2=–60°，θ3=–90°。若不计机械手的质量，求机械手处于平衡状态时的各关节力矩。题2.10图题2.13图三自由度机械手2.14如题2.14图所示二自由度机械手，杆长l1=l2=0.5m，求下面三种情况时的关节瞬时速度1、2。vX/(m/s)–1.001.0vY/(m/s)01.01.0130°30°30°2–60°120°–30°题2.14图二自由度机械手2.15如题2.15图所示三自由度平面关节机械手，其手部握有焊接工具，若已知各个关节的瞬时角度及瞬时角速度，求焊接工具末端A的线速度vX、vY。题2.15图三自由度平面关节机械手3.1何谓轨迹规划?简述轨迹规划的方法并说明其特点。3.2设一机器人具有6个转动关节，其关节运动均按三次多项式规划，要求经过两个中间路径点后停在一个目标位置。试问欲描述该机器人关节的运动，共需要多少个独立的三次多项式?要确定这些三次多项式，需要多少个系数?3.3单连杆机器人的转动关节，从=–5°静止开始运动，要想在4s内使该关节平滑地运动到=+80°的位置停止。试按下述要求确定运动轨迹：(1)关节运动依三次多项式插值方式规划。(2)关节运动按抛物线过渡的线性插值方式规划。3.4目前有哪几种模型应用于机器人系统构型？各自有何优、缺点？4.1机器人本体主要包括哪几部分？以关节型机器人为例说明机器人本体的基本结构和主要特点。4.2如何选择机器人本体的材料，常用的机器人本体材料有哪些？4.3何谓材料的E/？为提高构件刚度选用材料E/大些还是小些好，为什么？4.4机身设计应注意哪些问题？4.5何谓升降立柱下降不卡死条件？立柱导套为什么要有一定的长度？4.6机器人臂部设计应注意哪些问题？4.7常用的臂杆平衡方法有哪几种？试述质量平衡常用的平行四边形平衡机构。4.8什么叫BBR手腕、RRR手腕？什么叫手腕自由度退化？4.9机器人手爪有哪些种类，各有什么特点？4.10试述磁力吸盘和真空吸盘的工作原理。4.11何谓自适应吸盘及异形吸盘？4.12机器人对移动关节有何要求？为什么常用滚动导轨？4.13机器人专用滚动轴承有何特点？机器人为什么要采用谐波传动？4.14传动件定位常有哪几种方法？4.15传动件消隙常有哪几种方法，各有什么特点？4.16简述机器人行走机构结构的基本形式和特点。4.17简述两足步行机器人行走机构的工作原理。5.1说明工业机器人常用的控制结构形式，就你所熟知的某种工业机器人分析其控制器的控制结构。5.2机器人传感器常用的有哪几种？5.3传感器的主要性能参数有哪几个？5.4简述电位式位移传感器的工作原理。5.5分析二进制吗盘与格雷吗盘结构的异同。5.6角速度传感器常用的有哪几种？举例说明其中一种的工作原理。5.7分析外部传感器中力矩传感器的测量原理。5.8简述触觉传感器的测量原理。5.9采用基于芯片的运动控制器来控制机器人的运动有什么特点？5.10LM628芯片有什么功能？5.11分析运动控制卡控制的结构特点？举例说明你所了解的运动控制卡的应用。5.12步进电机具有哪些优点？说明反应式步进电机的工作原理。5.13MOTOMAN-UP6型机器人的控制器XRC有哪些控制功能？5.14分析XRC外部控制功能的作用及应用。5.15何为分解运动控制？为什么要进行分解运动控制？5.16分解运动控制的思路及实现方法是什么？5.17分解运动加速度控制的目标是什么？怎么实现？