工业机器人试卷.doc

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工业机器人

注意事项:

1.请考生按要求在试卷装订线内填写姓名、学号和年级专业。

2.请仔细阅读各种题目的回答要求,在规定的位置填写答案。

3.不要在试卷上乱写乱画,不要在装订线内填写无关的内容。

4.满分100分,考试时间为120分钟。

题号

总分

统分人

得分

得分

评分人

一:名词解释(每小题4分,共20分)

自由度。

机器人工作载荷。

3、柔性手。

制动器失效抱闸。

机器人运动学。

得分

评分人

二、简答题(每小题6分,共30分)

1、机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些?

2、机器人控制系统的基本单元有哪些?

常见的机器人外部传感器有哪些?

4、为什么要做图像的预处理?机器视觉常用的预处理步骤有哪些?

仿人机器人的关键技术有哪些?

得分

评分人

三、论述题(每小题10分,共20分)

机器人单关节伺服控制中,位置反馈增益和速度反馈增益是如何确定的?

2、试论述工业机器人的应用准则。

得分

评分人

论述题计算题,需写出计算步骤,无计算步骤不能得分(每小题15分,共30分)

1、如图所示为具有三个旋转关节的3R机械手,求末端机械手在基坐标系{x0,y0}下的运动学方程。

2、如图所示的两自由度机械手,手部沿固定坐标系在手上X0轴正向以1.0m/s的速度移动,杆长l1=l2=0.5m。设在某时刻θ1=30°,θ2=-60°,求该时刻的关节速度。已知两自由度机械手速度雅可比矩阵为

参考答案及评分标准

参考答案

一、名词解释题:

自由度:指描述物体运动所需要的独立坐标数。

机器人工作载荷:机器人在规定的性能范围内,机械接口处能承受的最大负载量(包括手部)。

柔性手:可对不同外形物体实施抓取,并使物体表面受力比较均匀的机器人手部结构。

制动器失效抱闸:指要放松制动器就必须接通电源,否则,各关节不能产生相对运动。

机器人运动学:从几何学的观点来处理手指位置与关节变量的关系称为运动学。

二、简答题

答:目前常用的有如下几种形式:(1)横梁式。机身设计成横梁式,用于悬挂手臂部件,具有占地面积小,能有效地利用空间,直观等优点。(2)立柱式。多采用回转型、俯仰型或屈伸型的运动型式,一般臂部都可在水平面内回转,具有占地面积小而工作范围大的特点。(3)机座式。可以是独立的、自成系统的完整装置,可随意安放和搬动。也可以具有行走机构,如沿地面上的专用轨道移动,以扩大其活动范围。(4)屈伸式。臂部由大小臂组成,大小臂间有相对运动,称为屈伸臂,可以实现平面运动,也可以作空间运动。

答:构成机器人控制系统的基本要素包括:(1)电动机,提供驱动机器人运动的驱动力。(2)减速器,为了增加驱动力矩、降低运动速度。(3)驱动电路,由于直流伺服电动机或交流伺服电动机的流经电流较大,机器人常采用脉冲宽度调制(PWM)方式进行驱动。(4)运动特性检测传感器,用于检测机器人运动的位置、速度、加速度等参数。(5)控制系统的硬件,以计算机为基础,采用协调级与执行级的二级结构。(6)控制系统的软件,实现对机器人运动特性的计算、机器人的智能控制和机器人与人的信息交换等功能。

答:常见的外部传感器包括触觉传感器,分为接触觉传感器、压觉传感器、滑觉传感器和力觉传感器。距离传感器,包括超声波传感器,接近觉传感器,以及视觉传感器、听觉传感器、嗅觉传感器、味觉传感器等。

答:预处理的主要目的是清楚原始图像中各种噪声等无用的信息,改进图像的质量,增强兴趣的有用信息的可检测性。从而使得后面的分割、特征抽取和识别处理得以简化,并提高其可靠性。机器视觉常用的预处理包括去噪、灰度变换和锐化等。

答:(1)仿人机器人的机构设计;(2)仿人机器人的运动操作控制,包括实时行走控制、手部操作的最优姿态控制、自身碰撞监测、三维动态仿真、运动规划和轨迹跟踪;(3)仿人机器人的整体动力学及运动学建模;(4)仿人机器人控制系统体系结构的研究;(5)仿人机器人的人机交互研究,包括视觉、语音及情感等方面的交互;(6)动态行为分析和多传感器信息融合。

三、论述题

答:二阶系统的特性取决于它的无阻尼自然频率ωn和阻尼比ξ。为了安全起见,我们希望系统具有临界阻尼或过阻尼,即要求系统的阻尼比ξ≥1(注意,系统的位置反馈增益kp>0表示负反馈)。把由二阶系统特征方程标准形式所求得的ωn代入可得:

因而速度反馈增益kv为:

取方程等号时,系统为临界阻尼系统;取不等号时,为过阻尼系统。

在确定位置反馈增益kp时,必须考虑操作臂的结构刚性和共振频率,它与操作臂的结构、尺寸、质量分布和制造装配质量有关。

为了不至

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