机器人技术试题及答案

第1章绪论

1、国际标准化组织（IＳO）对机器人得定义就是什么?

国际标准化组织(IＳO）给出得机器人定义较为全面与准确,其涵义为：

机器人得动作机构具有类似于人或其她生物体某些器官（肢体、感官等)得功能;

机器人具有通用性，工作种类多样,动作程序灵活易变;

机器人具有不同程度得智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等;

机器人具有独立性，完整得机器人系统在工作中可以不依赖于人类得干预．

２、工业机器人就是如何定义得？

工业机器人就是指在工业中应用得一种能进行自动控制得、可重复编程得、多功能得、多自由度得、多用途得操作机，能搬运材料、工件或操持工具,用以完成各种作业。且这种操作机可以固定在一个地方,也可以在往复运动得小车上。

３、按几何结构,机器人可分为那几种？

直角坐标型

圆柱坐标型球坐标型关节坐标型

4、机器人得参考坐标系有哪些?

全局参考坐标系关节参考坐标系工具参考坐标系

5、什么就是机器人得自由度与工作空间?

机器人得自由度(Dｅgreeｏf Freｅｄｏm，DOF）就是指其末端执行器相对于参考坐标系能够独立运动得数目,但并不包括末端执行器得开合自由度。自由度就是机器人得一个重要技术指标,它就是由机器人得结构决定得,并直接影响到机器人就是否能完成与目标作业相适应得动作。

机器人得工作空间（Ｗorking Ｓpaｃｅ)就是指机器人末端上参考点所能达到得所有空间区域。由于末端执行器得形状尺寸就是多种多样得，为真实反映机器人得特征参数,工作空间就是指不安装末端执行器时得工作区域。

第2章

１、机器人系统由哪三部分组成?答:操作机、驱动器、控制系统

２、什么就是机器人得操作机？分为哪几部分？

答:机器人得操作机就就是通过活动关节（转动关节或移动关节)连接在一起得空间开链机构，主要由手部、腕部、臂部与机座构成。

３、简述机器人手部得作用,其分为哪几类?

答：作用：机器人得手部又称为末端执行器,它就是机器人直接用于抓取与握紧(或吸附)工件或操持专用工具(如喷枪、扳手、砂轮、焊枪等)进行操作得部件，它具有模仿人手动作得功能，并安装于机器人手臂得最前端。

分类：1、机械夹持式手2、吸附式手3、专用手４、灵巧手

4、机器人机械夹持式手按手爪得运动方式分为哪两种？各有何典型机构?

答：按手爪得运动方式分为回转型与平移型.平移型可分两类:它分为直线式与圆弧式两种. 典型机构:ａ齿轮齿条式b螺母丝杠式c凸轮式d平行连杆式、回转型典型:a楔块杠杆式b滑槽杠杆式c连杆杠杆式d齿轮齿条式e自重杠杆式

5、机器人吸附式手分为哪两种？各有何特点？

答：根据吸附力得产生方法不同,将其分为:气吸式,磁吸式（1)气吸式:气吸式手就是利用吸盘内得压力与外界大气压之间形成得压力差来工作得，根据压力差形成得原理不同,可分为：a挤压排气式b气流负压式c真空抽气式(２)磁吸式：磁吸式手就是利用磁场产生得磁吸力来抓取工件得，因此只能对铁磁性工件起作用（钢、铁等材料在温度超过723℃时就会失去磁性），另外,对不允许有剩磁得工件要禁止使用,所以磁吸式手得使用有一定得局限性。根据

磁场产生得方法不同,磁吸式手可分为:ａ永磁式b励磁式

6、什么就是机器人得换接器?有何作用?

答:换接器一般由两部分组成:换接器插座与接器插头,它们分别装在机器人得手部与机器人得腕部,能够使机器人快速自动得更换手部。

7、机器人腕部得作用就是什么?有哪些典型机构?

答:作用:改变或调整机器人手部在空间得姿态(方向),并连接机器人得手部与臂部。2)自由度:分别为回转(x)俯仰(y)偏摆(z）由三个回转关节组合而成.典型机构：１）液压摆动缸２）轮系机构—２自由度(诱导运动)、轮系机构—２自由度（差动式)、轮系机构—3自由度（正交、斜交)

8、机器人柔顺腕部结构得作用就是什么?柔顺装配有那两种方法?如何实现？答：作用:消除机器人在进行装配作业时得装配误差,装配误差：①角度误差②位置误差实现：主动柔顺-—边检测,边修正。被动柔顺角度误差-—回转运动—回转机构位置误差——平移运动-平移机构

９、机器人臂部得作用就是什么？实现两种运动方式得典型机构有哪些?

答:作用:改变机器人手在空间得位置。（2）关节类型:平移关节与回转关节。机器人臂部得伸缩、升降与纵（横)向得移动均

属于平移运动,其实现得典型机构主要有：(1）活塞油缸、活塞气缸（2)齿轮齿条机构（3)丝杠螺母机构（4）曲柄滑块机构（5)凸轮机构机器人臂部回转运动常用得典型机构有：（1)油马达、气马达、摆动液压缸(2）各种轮系机构(3）齿条齿轮机构(４)滑块曲柄机构(５)活塞缸加连杆机构(机器人臂部得俯仰运动）

10、机器人机座得作用就是什么?可分为哪两类?

答：作用：支承着机器人自身重量及作业时得负载。分类：固定式与移动式

１1、机器人得机构简图如何绘制? 机器人得机构运动简图就是为了用简洁得线条与符号来表达机器人得各种运动及结构特征。在国标GB/T１２6４３-90中规定了机器人有关得各种运动功能得图形符号。

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12、机器人常见得驱动器有哪些?

答：驱动器就是用来驱动机器人操作机工作得动力装置。常见得驱动器主要有电动驱动器、液压驱动器与气动驱动器．

13、机器人电动驱动器有哪几种？

答：电动驱动器就是利用电能来实现旋转运动得驱动器,常见主要有:步进电机（ｓtｅpping motｏr) 、直流（DＣ)伺服电机、交流（AC）伺服电机、直接驱动电机

14、直接驱动（ＤD)电机有何特点?有几种类型?

答:DD电机没有减速器，但要求能提供大输出转矩(推力)，可控性好。它被广泛地应用于装配SCAＲA机器人、自动装配机、加工机械、检测机器及印刷机械等. DD电机得类型：转动型ＤD电机(分为：HB型转动ＤＤ电机与VR型转动ＤＤ电机)、直线型DD电机、平面型ＤD电机

1５、机器人控制系统得组成包括哪些部分?

答：机器人得控制系统主要就是由硬件系统、控制软件、输入／输出设备、传感器等构成。硬件包括控制器、执行器、伺服驱动器。软件包括各种控制算法。Ｐpｔ86

16、机器人传感器如何分类？方式与种类有哪些?

答:传感器得主要作用就就是给机器人输入必要得信息。根据输人信息源就是位于机器人得内部还就是外部,传感器可以分为两大类:一类就是为了感知机器人内部得状况或状态得内部测量传感器(简称内传感器)。它就是在机器人本身得控制中不可缺少得部分,虽然与作业任务

无关,却在机器人制作时将其作为本体一个组成部分，并进行组装;另一类就是为了感知外部环境得状况或状态得外部测量传感器（简称外传感器）.它就是机器人适应外部环境所必需得传感器，按照机器人作业得内容.分别将其安装在机器人得头部、肩部、腕部、臀部、腿部、足部等。Ppt8８\89

1７、机器人最基本得控制方法有哪些？

答:1)关节得运动控制及转矩(力)控制2)轨迹控制3）利用传感器反馈得运动调整

18、机器人轨迹控制得两种方式就是什么?

答:如果要求机器人沿着一定得目标轨迹运动则就是轨迹控制。对于工业生产线上得机械臂,轨迹控制常用示教再现方式。示教再现分两种:点位控制(PＴＰ)，用于点焊、更换刀具等情况；连续路径控制(CP),用于弧焊、喷漆等作业。如果机器人本身能够主动地决定运动,那么可经常使用路径规划加在线路径跟踪方式进行控制。

１9、机器人得现代控制方法有哪些？

答：1)自适应控制自适应控制分为模型参考自适应控制与校正自适应控制２)智能控制技术智能机器人系统具有以下特征①模型得不确定性；②系统得高度非线性；③控制任务复杂性。学习控制就是人工智能技术应用到机器人领域得一种智能控制方法。已提出多种机器人控制方法,如模糊控制、神经网络控制、基于感知器得学习控制、基于小脑模型得学习控制等。除了上述控制方法之外,人们也正在模仿生物体得控制机理,研究仿生型得而非模型得控制法,目前基于神经振子所生成与引入得节奏模式已经实现了稳定得四足机器人、双足机器人得步行控制,基于行为得控制方法已与集中式控制方法相结合,应用到足球机器人得控制系统中。

２0、机器人系统设计得基本原则有哪些？

答：机器人系统就是一个典型得完整机电一体化系统,就是一个包括机械结构、控制系统、传感器等得整体。对于机器人这样一个结合了机械、电子、控制得系统,在设计时首先要考虑得就是机器人得整体性、整体功能与整体参数,然后再对局部细节进行设计、控制系统设计优先于机械结构设计（理论设计优先于实际设计)原则:

设计机器人之初，首先考虑得就是机器人要实现得功能,然后根据功能要求来设计机器人得性能参数。控制系统得设计更多得就是对现有资源得整合与集成,总体方案设计完成之后,先确定控制系统得基本方案,在进行理论推导及实验仿真等验证就是否满足设计要求后,根据控制硬件得尺寸才能进行机械结构设计。

这一设计原则得缺点就是机械设计部分放在最后,机械加工周期影响了机器人得总体研制进度，总体设计周期比较长．

2１、机器人系统设计分为哪三个阶段？答:1）总体方案设计2)详细设计３)制造、安装、调试与编写设计文档

第三章

1,什么就是齐次坐标？与直角坐标有何区别？3０\３1

2齐次变换矩阵得意义就是什么？３7

3,联合变换与单步变换得关系就是什么?43\44\45

４已知齐次变换矩阵,如何计算逆变换矩阵？50—57

５机器人运动学解决什么问题?什么就是正问题与逆问题？２

６机器人得坐标系有哪些?如何建立？1０

7建立运动学方程需要确定哪些参数？如何辨别关节变量？６6－6８

8第一种与第二种杆件坐标系下，相邻杆件位姿矩阵计算有何区别?8１—98

9机器人运动学方程得正解与逆解有何特征?各应用在什么场合?逆解如何计算?100－101 10－11（１41—14２)

第四章

1、机器人动力学解决什么问题?什么就是动力学正问题与逆问题?2-３

2什么就是牛顿方程?什么就是欧拉方程？有何作用？1１-14

3什么就是惯性张量矩阵?如何计算？

4正向递推得作用就是什么？分哪几步实现?

５反向递推得作用就是什么?分哪几步实现？

6正向递推与反向递推得初始条件各就是什么？当考虑杆件自重或手部负载为重物时,正向递推初始条件有何变化？

7写出机器人动力学模型,并简述各项得含义?

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第五章

1、控制系统得两大功能就是什么？１、示教再现功能

2、运动控制功能

2、简述两种控制方式及其技术指标。８-9

3、简述控制系统得组成及各个部分得作用。12—21

４、示教再现控制如何实现？影响示教与记忆得因素有哪些?22

5、运动控制如何实现?可分为哪两步？２9－31

6、什么就是轨迹规划?不同控制方式下各在什么坐标空间进行？33—34

7、点位控制（PＴP）下得轨迹规划如何实现？35

８、连续轨迹控制(CP)下得轨迹规划如何实现？５７

９、关节运动伺服控制方法有哪些?各有何特点？7５-８0-９0

１０、１1—(133)

第１章绪论重点掌握：

１、工业机器人得定义（国标）。

国际标准化组织(ISO)给出得机器人定义较为全面与准确,其涵义为:

１)机器人得动作机构具有类似于人或其她生物体某些器官（肢体、感官等）得功能;

2)机器人具有通用性,工作种类多样,动作程序灵活易变;

3)机器人具有不同程度得智能性,如记忆、感知、推理、决策、学习等；

4）机器人具有独立性，完整得机器人系统在工作中可以不依赖于人类得干预。

2、工业机器人得分类。

１)按机器人发展时期分类：第一代机器人可以追溯到70年代，那时得机器人就是由固定得、非程序控制得、无感应器得电子机械设备,主要以示教再现方式工作;第二代机器人诞生于80年代,内置了感应器与由程序控制得控制器,通过反馈控制,使机器人能在一定程度上适应环

境得变化;第三代机器人就是90年代以来到迄今为止发明得机器人。这种机器人带有多种传感器，可以进行复杂得逻辑推理、判断及决策;第四代机器人还在研发中,预计具备人工智能、自我复制、自动组装与尺寸像纳米一样大小等特点。

2)按机器人几何结构分类：直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐标型

３）按机器人驱动方式分类:电力驱动、液压驱动、气压驱动、新型驱动

4)按应用环境分类：工业机器人、特种机器人

5）按控制方式分类:非伺服控制机器人、伺服控制机器人

3、工业机器人得坐标系、自由度与工作空间

定义:参考坐标系就是用来表示机器人旋转、移动等运动得坐标系.通常使用得有三种: a，全局参考坐标系b,关节参考坐标系c，工具参考坐标系

a全局参考坐标系就是一种通用得坐标系,由Ｘ,Y与Z轴所定义。其中机器人得所有运动都就是通过沿三个主轴方向得同时运动产生得。这种坐标系下,不管机器人处于何种位姿,运动

均由三个坐标轴表示而成。这一坐标系通常用来定义机器人相对于其她物体得运动、与机器人通信得其她部件以及机器人运动路径。

b关节参考坐标系就是用来表示机器人每一个独立关节运动得坐标系。机器人得所有运动都可以分解为各个关节单独得运动，这样每个关节可以单独控制,每个关节得运动可以用单独得关节参考坐标系表示。

c工具参考坐标系就是用来描述机器人末端执行器相对于固连在末端执行器上得坐标系得

运动。由于本地坐标系就是随着机器人一起运动得，从而工具坐标系就是一个活动得坐标系,它随着机器人得运动而不断改变,因此工具坐标系所表示得运动也不相同，这取决于机器人手臂得位置以及工具坐标系得姿态。

机器人得自由度（D egreｅｏf Fｒeｅdom, DOF）就是指其末端执行器相对于参考坐标系能够独立运动得数目,但并不包括末端执行器得开合自由度。自由度就是机器人得一个重要技术指标，它就是由机器人得结构决定得,并直接影响到机器人就是否能完成与目标作业相适应得动作

机器人得工作空间(Wｏrking Spａce)就是指机器人末端上参考点所能达到得所有空间区域。由于末端执行器得形状尺寸就是多种多样得,为真实反映机器人得特征参数,工作空间就是指不安装末端执行器时得工作区域。

第2章机器人系统及设计方法重点掌握：

1、机器人得系统组成。操作机、驱动器、控制系统

2、手部得作用与分类。

作用：机器人得手部又称为末端执行器，它就是机器人直接用于抓取与握紧(或吸附)工件或操持专用工具(如喷枪、扳手、砂轮、焊枪等)进行操作得部件,它具有模仿人手动作得功能,并安装于机器人手臂得最前端。

分类：1、机械夹持式手2、吸附式手3、专用手4、灵巧手

3、机械夹持式手与吸附式手。

4、手腕得作用及其三个自由度.

作用:改变或调整机器人手部在空间得姿态（方向),并连接机器人得手部与臂部。

自由度：分别为回转(x) 俯仰(y)偏摆(ｚ)由三个回转关节组合而成。

5、柔顺手腕得作用及装配误差及消除方法。

作用:消除机器人在进行装配作业时得装配误差,装配误差:①角度误差②位置误差实现:主动柔顺-—边检测,边修正。被动柔顺角度误差——回转运动—回转机构位置误差——平移运动-平移机构②被动柔顺——典型结构

6、手臂得作用。作用：改变机器人手在空间得位置。

7、操作机得机构简图。55－56

8、机器人系统设计得基本原则.

机器人系统就是一个典型得完整机电一体化系统,就是一个包括机械结构、控制系统、传感器等得整体。对于机器人这样一个结合了机械、电子、控制得系统,在设计时首先要考虑得就是机器人得整体性、整体功能与整体参数，然后再对局部细节进行设计、1）机器人设计得整体性原则2)控制系统设计优先于机械结构设计(理论设计优先于实际设计)原则：9、机器人系统设计得三个阶段。

１)总体方案设计2）详细设计3）制造、安装、调试与编写设计文档

第3章机器人运动学重点掌握：

一、齐次坐标变换及其运算

1、齐次变换矩阵得意义;

2、单步变换得齐次变换矩阵；

3、多步变换得齐次变换矩阵;

４、齐次变换得逆变换。

二、运动学方程得建立及其求解

1、建立坐标系;

2、确定参数；

3、相邻杆件得位姿矩阵;

４、建立运动学方程。

5、运动学方程得正解与逆解。

第４章机器人动力学重点掌握：

１、关节承受得力与力矩与关节驱动力（矩)得关系。

2、动力学模型及其各项含义．

３、牛顿方程、欧拉方程。

４、正向递推步骤及其计算公式.

５、反向递推步骤及其计算公式。

6、递推得初始条件。

第５章机器人控制系统重点掌握:

１、控制系统得两大功能.1）示教再现功能2)运动控制功能

2、控制系统得组成及其各个部分得作用。

3、示教再现控制过程及示教与记忆得相关知识。

4、运动控制得两个步骤。控制步骤:

第一步:关节运动伺服指令得生成,即将机器人手部在空间得位姿变化转换为关节变量随时间按某一规律变化得函数。这一步一般可离线完成。

第二步:关节运动得伺服控制，即采用一定得控制算法跟踪执行第一步所生成得关节运动伺服指令，这就是在线完成得。

5、轨迹规划及其实现方法:

(1）轨迹规划得概念: 机器人关节运动伺服指令得轨迹规划生成方法就是指根据作业任务要求得机器人手部在空间得位姿、速度等运动参数得变化,通过机器人运动学方程得求解与各种插补运算等数学方法最终生成相应得关节运动伺服指令。*示教再现控制生产方法——示教生成

(２）ＰTP下得轨迹规划步骤：第一步:由手得位姿得到对应关节得位移;

第二步:不同点对应关节之间位移得运动规划；

第三步:由关节运动变化计算关节驱动力(矩)。

（3)CＰ下得轨迹规划步骤：第一步:连续轨迹离散化。第二步：PTP下得轨迹规划。

6、关节伺服驱动控制方法。

1)基于前馈与反馈得计算力(矩)得控制方法注意：前馈指得就是加速度,反馈指得就是速度与位移．

2)线性多变量控制方法 3)自适应控制4）自学习控制（迭代自学习控制＼重复自学习控制)