機械制造裝備設計第四章習題答案關(guān)慧貞

1、329第四章工業(yè)機器人設計思考題與習題第四章工業(yè)機器人設計思考題與習題1.1.工業(yè)機器人的定義是什么？操作機的定義是什么？工業(yè)機器人的定義是什么？操作機的定義是什么？答：我國國家標準GTT126431997《工業(yè)機器人詞匯》將工業(yè)機器人定義為“是一種能自動控制、可重復編程、多功能、多自由度操作機，能搬運物料、工件或夾持工具，用以完成各種作業(yè)”；將操作機定義為“具有和人手臂相似的動作功能，可在空間抓放物體或進行其它操作的機械裝置”。2.工

2、業(yè)機器人由哪幾部分組成？并比較它與數(shù)控機床組成的區(qū)別工業(yè)機器人由哪幾部分組成？并比較它與數(shù)控機床組成的區(qū)別。答：工業(yè)機器人由操作機、驅(qū)動單元和控制裝置組成。數(shù)控機床一般由機床本體、伺服系統(tǒng)和數(shù)控裝置組成。二者組成的區(qū)別主要在于機械本體，機器人操作機通常由末端執(zhí)行器、手腕、手臂和機座組成，而數(shù)控機床機械本體通常包含主運動部件、進給運動部件、支承部件、冷卻潤滑、排屑等部分。3.3.工業(yè)機器人的基本功能和基本工作原理是什么？它與機床主要有何相

3、同和不同之處？工業(yè)機器人的基本功能和基本工作原理是什么？它與機床主要有何相同和不同之處？答：工業(yè)機器人基本功能是提供作業(yè)所需的運動和動力，其基本工作原理是通過操作機上各運動構(gòu)件的運動，自動地實現(xiàn)手部作業(yè)的動作功能及技術(shù)要求。在基本功能及基本工作原理上，工業(yè)機器人與機床有如下相同之處：二者的末端執(zhí)行器都有位姿變化要求；二者都是通過坐標運動來實現(xiàn)末端執(zhí)行器的位姿變化要求。二者的主要不同之處有：機床是以直角坐標形式運動為主，而機器人是以關(guān)節(jié)形

4、式運動為主；機床對剛度、精度要求很高，其靈活性相對較低；而機器人對靈活性要求很高，其剛度、精度相對較低4.4.工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)類型有哪幾類？各種類型的特點如何？工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)類型有哪幾類？各種類型的特點如何？答：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)類型有如下四類：關(guān)節(jié)型機器人，其特點是關(guān)節(jié)一般為回轉(zhuǎn)運動副，靈活性好，工作空間范圍大（同樣占地面積情況下），但剛度和精度較低；球坐標型機器人，其特點是按球坐標形式動作（運動），靈活性好，工作空間范圍大，但剛度、

5、精度較差；圓柱坐標型機器人，其特點是按圓柱坐標形式動作，靈活性較好，工作空間范圍較大，剛度、精度較好；直角坐標型機器人，其特點是按直角坐標形式動作，剛度和精度高，但靈活性差，工作空間范圍小。5.5.如何選擇和確定機器人的坐標系？分析圖如何選擇和確定機器人的坐標系？分析圖4545所示的所示的PUMAPUMA機器人的坐標系是如何確機器人的坐標系是如何確定的？定的？答：坐標系按右手定則確定。絕對坐標系XYZ，機座坐標系X0Y0Z0和機械接坐標

6、系XmYmZm的取法參考GBT169771997《工業(yè)機器人坐標系和運動命名》。關(guān)節(jié)坐標系XiYiZi以下簡明的方法確定：(1)確定基準狀態(tài)—般可取機器人331答：就是用機座坐標系、關(guān)節(jié)坐標系、末端執(zhí)行器坐標系間的坐標關(guān)系來描述末端執(zhí)行器在機座坐標系下的位姿。12.什么是機器人正運動學解析？可以用來解決什么問題？什么是機器人正運動學解析？可以用來解決什么問題？答：已知關(guān)節(jié)運動位移變量，求作業(yè)位姿，是是機器人正運動學解析，可以用于求解機器

7、人工作空間、進行作業(yè)功能位姿分析及機器人的軌跡解析。13.13.確定機器人的工作空間有哪些方法？圖確定機器人的工作空間有哪些方法？圖411411所示的機器人工作空間是如何確定所示的機器人工作空間是如何確定的？的？答：確定機器人的工作空間的方法有解析法和作圖法，圖411所示的機器人工作空間是用作圖法來確定的。14.14.什么是機器人的逆運動學解析？它可以用來解決什么問題？什么是機器人的逆運動學解析？它可以用來解決什么問題？答：已知作業(yè)位姿

8、要求（即已知作業(yè)變量），求關(guān)節(jié)運動位移變量，是機器人的逆運動學解析。各關(guān)節(jié)運動量的計算是機器人控制程序設計必須的。在機器人設計中，可以根據(jù)作業(yè)位姿的極限，用逆解求出關(guān)節(jié)的運動極限，用來指導關(guān)節(jié)運動極限范圍設計。15.15.機器人構(gòu)件的運動速度、角速度、加速度、角加速度分析方法的基本思路是什機器人構(gòu)件的運動速度、角速度、加速度、角加速度分析方法的基本思路是什么？么？答：由于操作臂是由一系列連桿串聯(lián)而成，每一連桿相對前一連桿運動。根據(jù)這一結(jié)

9、構(gòu)特點，從基座開始，就可依次計算出個各個連桿的速度和角速度，加速度和角加速度。16.16.進行機器人靜力分析的目的是什么？分析方法的基本思路是什么？進行機器人靜力分析的目的是什么？分析方法的基本思路是什么？答：進行機器人靜力分析的目主要有以下幾點：；分析關(guān)節(jié)驅(qū)動力或力矩和與末端施加的力和力矩的關(guān)系；為分析操作臂的受力變形提供基礎。分析方法的基本思路就是列力平衡方程或采用虛功原理。17.17.進行機器人動力分析的目的是什么？分析方法的基本

10、思路是什么？進行機器人動力分析的目的是什么？分析方法的基本思路是什么？答：進行機器人動力分析的目的是為了解決兩方面問題即動力學正問題和動力學逆問題，動力學正問題與機器人的仿真有關(guān)，而逆問題是為了實時控制的需要，以期達到良好的動態(tài)性能。動力學分析的基本思路是，首先采用拉格朗日方法、牛頓——歐拉方法等建立機器人手臂的動力學方程，然后根據(jù)具體問題進一步分析。18.18.機器人正動力學和逆動力學解析分別用來解決什么問題？機器人正動力學和逆動力學

11、解析分別用來解決什么問題？答：機器人正動力學是根據(jù)關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩或力，計算機器人的運動（關(guān)節(jié)的位移、速度和加速度）；逆動力學解析是為了根據(jù)已知軌跡對應的關(guān)節(jié)位移、速度和加速度，求出所需要的關(guān)節(jié)力矩或力。19.19.諧波減速器的工作原理是什么？特點是什么？諧波減速器的工作原理是什么？特點是什么？答：諧波齒輪傳動的工作原理如圖416所示，若剛輪G為固定件，波發(fā)生器H為主動件，柔輪R為從動件。當將波發(fā)生器裝入柔輪內(nèi)孔時，由于波發(fā)生器兩滾子外側(cè)之