機器人導論-習題答案

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上機器人技術導論課后習題1、智能機器人的含義是什么？答：智能之所以叫智能機器人，這是因為它有相當發(fā)達的“大腦”。在腦中起作用的是中央，這種計算機跟操作它的人有直接的聯系。最主要的是，這樣的計算機可以進行按目的安排的動作。正因為這樣，我們才說這種機器人才是真正的機器人，盡管它們的外表可能有所不同。2、直流電機的額定值有哪些？答：型號、額定功率、額定電壓、額定電流、額定轉速、勵磁方式、勵磁電壓、勵磁電流、定額、絕緣等級、額定溫升。3、機器人視覺的硬件系統由哪些部分組成？答：光源：用于表現特征光源控制器：用于給光源供電鏡頭：用于成像延長管：用于改變像距相機：用于物理圖像到電子

2、信號的轉換采集卡：用于將相機中的電子信號傳輸到計算機中計算機、嵌入式系統、智能相機等：用于分析圖像機器視覺軟件：用于處理圖像，得到所以需要數據結果運動控制：用于控制氣缸、機械手、馬達等運動，以完成機器的功能傳感器：位置傳感器、存在傳感器、安全傳感器，用于判斷產品有沒有、到位否之類4、簡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個基本部分組成，即模糊化、知識庫、推理算法和逆模糊化。(1) 模糊化：將檢測輸入變量值變換成相應的論域，將輸入數據轉換成合適的語言值。(2) 知識庫：包含應用領域的知識和控制目標，它由數據和模糊語言控制規(guī)則組成。(3) 推理算法：從一些模糊前提條件推導出

3、某一結論，這種結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換為明確的控制訊號，作為系統的輸入值。5、試述機器人滑模變結構控制的基本原理。答：滑模變結構控制是變結構控制系統的一種控制策略。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“結構”隨時間變化的開關特性。該控制特性可以迫使系統在一定特性下沿規(guī)定的狀態(tài)軌跡作小幅度、高頻率的上下運動，即所謂的“滑動模態(tài)”或“滑模”運動。這種滑動模態(tài)是可以設計的，且與系統的參數及擾動無關。這樣，處于滑模運動的系統就具有很好的魯棒性。6、機器人軌跡控制過程如圖所示。試列出各步的主要內容。 答：1）通過示教過程得到機

4、器人軌跡上特征點的位姿。對于直線需要得到起始點和終點，對于圓弧需要得到弧上三點； 2）根據軌跡特征（直線/園弧/其它）和插補策略（定時/定距/其它）進行相應的插補運算，求出該插補點的位姿值；      3）根據機器人逆運動學原理，求出手臂解，即對應于插補點位姿的全部關節(jié)角(q1, , qn)；    4）以求出的關節(jié)角為相應關節(jié)位置控制系統的設定值，分別控制n個關節(jié)驅動電機； 5）和關節(jié)驅動電機同軸連接的光軸編碼器給出該關節(jié)當前實際位置值，進行反饋，位置控制系統根據

5、此位置誤差（設定值反饋值）實施控制以消除誤差，使機器人達到所要求的位姿。7、對（工業(yè)）機器人進行位置和力的控制時，試比較關節(jié)空間控制器設計和操作空間控制器設計的不同點，并畫出一個機器人單關節(jié)的關節(jié)空間控制器和操作空間控制器的控制系統框圖。答：操作空間控制器設計時，是通過關節(jié)位置確定各關節(jié)的旋轉角，必須先求出運動方程的正解，進行空間運動后，再求出運動方程的反解。而關節(jié)空間控制器設計是直接針對旋轉角進行的，不需要對運動方程求正解和反解。單關節(jié)的關節(jié)空間控制器控制系統框圖：單關節(jié)操作空間控制器的控制系統框圖：8、以多自由度工業(yè)機器人為例，分析討論機器人的控制： （1）分析討論工業(yè)機器人的位置控制、速

6、度控制、加速度控制和力控制的特點及其區(qū)別； （2）給出操作空間及驅動空間的單個關節(jié)的機器人控制框圖，并說明其控制過程。（3）比較關節(jié)空間控制器設計和操作空間控制器設計的不同點。答：（1）位置控制：工業(yè)機器人位置控制的目的，就是要使機器人各關節(jié)實現預先所規(guī)劃的運動，最終保證工業(yè)機器人終端(手爪)沿預定的軌跡運行。這類運動控制的特點是連續(xù)控制工業(yè)機器人手爪(或工具)的位姿軌跡。一般要求速度可控、軌跡光滑且運動平穩(wěn)。軌跡控制的技術指標是軌跡精度和平穩(wěn)性。速度控制意味著各個關節(jié)馬達的運動聯合進行，并以不同的速度同時運行以保證夾手沿著笛卡爾坐標軸穩(wěn)定運動。分解運動速度控制先把期望的夾手運動分解為各個關節(jié)

7、的期望速度，然后對各個關節(jié)實行速度伺服控制。加速度控制分解運動加速度控制首先計算出工具的控制加速度，然后把它分解為相應的各個關節(jié)加速度，再按照動力學方程計算出控制力矩。力控制除了在一些自由度方向進行位置控制外，還需要在另一些自由度方向進行力控制。（2）機器人控制器的控制結構形式，常見的有：集中控制、分散控制和遞階控制等。如圖表示PUMA機器人兩級遞階控制的結構圖。機器人控制系統以機器人作為控制對象，它的設計方法及參數選擇，仍可參照一般計算機/嵌入式控制系統。現有的工業(yè)機器人大多采用獨立關節(jié)的PID控制。如圖所示PUMA機器人的控制結構即為一典型。由于獨立關節(jié)PID控制未考慮被控對象（機器人）的

8、非線性及關節(jié)間的耦合作用，因而控制精度和速度的提高受到限制。斯坦福機械手具有反饋控制，其一個關節(jié)控制方框圖如圖所示。從圖可見，它有個光學編碼器，與測速發(fā)電機一起組成位置和速度反饋。這種工業(yè)機器人是一種定位裝置，它的每個關節(jié)都有一個位置控制系統。要提高響應速度，通常是要提高系統的增益以及由電動機傳動軸速度負反饋把某些阻尼引入系統，以加強反電勢的作用。要做到這一點，可以采用測速發(fā)電機，或者計算一定時間間隔內傳動軸角位移的差值。傳遞函數： 要提高響應速度，通常是要提高系統的增益以及由電動機傳動軸速度負反饋把某些阻尼引入系統，以加強反電勢的作用。要做到這一點，可以采用測速發(fā)電機，或者計算一定時間間隔內

9、傳動軸角位移的差值。由于機器人機械手是通過工具進行操作作業(yè)的，所以其末端工具的動態(tài)性能將直接影響操作質量。又因末端的運動是所有關節(jié)運動的復雜函數，因此，即使每個關節(jié)的動態(tài)性能可行，而末端的動態(tài)性能則未必能滿足要求。（3）操作空間控制器設計時，是通過關節(jié)位置確定各關節(jié)的旋轉角，必須先求出運動方程的正解，進行空間運動后，再求出運動方程的反解。而關節(jié)空間控制器設計是直接針對旋轉角進行的，不需要對運動方程求正解和反解。 9、寫出齊次變換矩陣，它表示相對固定坐標系A作以下變換：（a）繞zA軸轉900； （b）再繞xA軸轉900； （c）最后作移動(3,7,9)T。答： 10、寫出齊次變換矩陣，它表示相對運動坐標系B作以下變換：（a）移動(3,7,9)T； （b）再繞xB軸轉900； （c）繞zB軸轉900。答：11、求下面齊次變換的逆變換T-1。 答：題21圖 二連桿機械手12、如圖所示為二