工业机器人期末考试复习资料

第一章

1机器人的分类

1.按控制方式分: 操作机器人程序机器人示教再现机器人数控机器人智能机器人2．按机器人的应用领域分类：产业用机器人极限作业机器人服务型机器人

3.按机器人的关节链接布置形式分类：串联机器人并联机器人

串联机器人的杆件和关节是采用串联方式进行的连接（开链式），并联机器人的杆件和关节是采用并联方式进行的连接（闭链式）。

并联机器人的优点：并联机器人具有刚度高，精度高，响应速度快，结构简单的特点，其不足之处在于工作的空间小，控制复杂。

2.五种坐标形式的机器人

直角坐标型机器人圆柱坐标型机器人球坐标型机器人关节坐标型机器人SCARA坐标型机器人

3.工业机器人系统的组成

1.机器人系统是由机器人和作业对象及环境共同构成，其中包括机器人机械系统，驱动系统，控制系统，感知系统四大部分。

(1)机械系统包括机身臂部手腕末端操作器（手部）和行走机构组成

(2)驱动系统主要指驱动机械系统动作的驱动装置。根据驱动源不同可分为电气压液压和气压驱动以及把他们结合起来应用的综合系统。

(3)控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序及从传感器反馈回来的信号，控制机器人的执行机构，使其完成规定的运动和功能。

(4)感知系统由内部传感器和外部传感器组成，起作用是获取机器人内部和外部环境信息，并把这些信息反馈给控制系统。

2.工业机器人的组要技术参数一般有自由度精度重复定位精度工作范围承载能力及最大速度等。（大于6个自由度的称为long余自由度）P11

承载能力指的是机器人在作业范围内的任何位姿（位置和姿态）上所能承受的最大质量。第二章

1驱动方式：机器人常用的驱动方式主要有液压气压电气驱动3种基本类型。

2三种驱动的优点和缺点（P19）：

3谐波齿轮（重点）p24

4臂部设计的基本要求：

(1)手臂应具有足够的承载能力和刚度(2)导向性要好

(3)重量和转动惯量要小(4) 运动要平稳定位精度要高

P36的题2—20要去理解

5手部的分类

根据用途手部可以分为手爪和工具两大类，手爪具有一定的通用性，工具用于进行某种作业。根据其夹持原理，手部又可为机械钳爪式和吸附式两大类，其中吸附式手部还可以分为磁力吸附式和真空吸附式。

吸附式手部结构即为吸盘，主要有磁力吸附式和真空吸附式。

6行走机构

机器人可以分为固定式和行走式两种

行走机构按其运动轨迹可分为固定轨迹式和无固定轨迹式。

行走机构按其机构分为车轮式，步行式，履带式和其他方式。

第三章

计算题是课后1————6掌握

3.1.1 齐次坐标

一、空间任意点的坐标表示

在选定的直角坐标系{A}中，空间任一点P的位置可以用31的位置矢量AP表示，其左上标表示选定的坐标系{A}，此时有AP=[PX PY PZ]T

式中：PX、PY、PZ是点P在坐标系{A}中的三个位置坐标分量，如图1.1所示。

..

坐标轴的方向表示

在图1.2中，i 、j 、k 分别表示直角坐标系中X 、Y 、Z 坐标轴的单位矢量，，用齐次坐标表示之，则有图1.2 坐标轴的方向表示 X = [1 0 0 0 ]T Y = [0 1 0 0]T Z = [0 0 1 0]T

由上述可知，若规定：4 *1列阵[a b c w]T 中第四个元素为零，且满足a2 + b2 + c2 = 1，则[a b c 0]T 中a

、b 、c 的表示某轴的方向； 4 *1列阵[a b c w]T 中第四个元素不为零，则[a b c w]T 表示空间某点的位置。

图1.2中所示的矢量u 的方向用4 1列阵可表达为： u = [a b c 0]T (1.4)

图1.2中所示的矢量u 的起点O 为坐标原点，用4*1列阵可表达为： O = [0 0 0 1]T

旋转算子公式（必考）

三、算子左、右乘规则

若相对固定坐标系进行变换，则算子左乘；若相对动坐标系进行变换，则算子

例1.4 已知坐标系中点U的位置矢量U=[7 3 2 1]T，将

此点绕Z轴旋转90°，再绕Y轴旋转90°，如图1.11所示，

求旋转变换后所得的点W。

连杆参数：连杆长度连杆扭角连杆距离连杆转角。

第五章

机器人控制系统具有以下特点：

（1）机器人控制系统本质上是一个非线性系统；

（2）机器人控制系统是由多关节组成的一个多变控制系统，而且关节间具有耦合作用；（3）机器人控制系统是一个时变系统；

机器人的位置控制可分为点位控制和连续控制。

PID控制是自动化中广泛使用的一种反馈控制，其控制由比例单元（p）积分单元（i）和积分单元（D）组成，利用信号的偏差值，偏差的积分值偏差的微分值的组合来构成操作量，操作两种包括了偏差信号的现在，过去，未来三方面的信息，所以是一种经典的控制方式。第六章

1传感器定义

传感器利用物体的物理化学变化，并将这些变化变换成电信号（电压，电流和频率）的装置传感器组成：敏感元件转换元件和基本转换电路

敏感元件的基本功能是将某种不容易测量的物理量转换为易测量的物理量。

转换元件的功能是将敏感元件输出的物理量转换为电量，它与敏感元件构成传感器的主要部分。

基本转换电路的功能是敏感元件产生的不易测量值的小信号进行变换，是传感器的信号输出符合具体工业系统的要求。

机器人使用的传感器可分为内部传感器和外部传感器两大类。

（1）内部传感器是用于测量机器人自身状态的参数（如手臂间的角度）的功能元件。（2）外部传感器用于测量与机器人作业有关的的外部信息，这些信息通常与机器人的目标识别，作业安全有关。

传感器的性能指标：灵敏度线性度测量范围精度重复性分辨率响应时间抗干扰能力

位置和位移传感器根据其工作原理和组成的不同多种形式，常见的有电阻式位移传感器，电容式位移传感器，编码式位移传感器，霍尔元件位移传感器磁栅式位移传感器

电位器式位移传感器可以分成两大类：直线型电位器式位移传感器旋转型电位器式位移传感器

2光电编码器

根据测量原理编码器可分为接触式和非接触式两种，接触式编码器采用电刷输出，以电刷接触到点区和绝缘区分别表示代码的1和0，非接触处编码器的敏感元件是光敏元件和磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区表示代码1和0 。 根据测出的信号，编码器可分为绝对式和增量式两 实验部分

舵机的内部结构：一般来说，我们用的舵机有以下几个部分组成：直流电动机、减速器（减速齿轮组）、位置反馈电位计、控制电路板（比较器）。舵机的输入线共有三根，红色在中间，为电源正极线，黑色线是电源负极（地线）线，黄色或者白色线为信号线。其中电源线为舵机提供6V 到7V 左右电压的电源。

2、PWM 信号控制精度制定

上面已经提到了八位单片机，我们的舵机需要的是方波信号。单片机的精度直接影响了舵机的控制精度，这里就详细的说明一下。

我们在这里做了一些名词上的定义。DIV 是一个时间位置单位，一个DIV 等于8us ，关系入公式：

实际寄存器内的数值为：（#01H ）01 ———（#0FAH ）250。

共185度，分为250个位置，每个位置叫1DIV 。则：

1 DIV = 8uS 250DIV=2mS

图4-4

我们采用的是8位STC12C5410ADCPU ，其数据分辨率为256，那么经过舵机极限参数实验，得到应该将其划分为250份。 那么0.5mS---2.5Ms 的宽度为2mS = 2000uS 。 2000uS ÷250=8uS

则：PWM 的控制精度为8us 我们可以以8uS 为单位递增控制舵机转动与定位。 舵机可以转动185度，那么185度÷250=0.74度，

则：舵机的控制精度为0.74度

185÷250 = 0.74度 / DIV

PWM高电平函数： 0.5mS + N×DIV

0uS ≤ N×DIV ≤ 2mS

0.5mS ≤ 0.5Ms+N×DIV ≤ 2.5mS

根据这些知识，我们就可以开始编程，并做一些初步的实验了，学会舵机控制是研究机器人的一个比较技术手段，需要完全掌握。

6根据动作需要将各端口输出通道按舵机目的位置的数值大小进行排序

7、将排好序的数值进行N差计算，得出每相邻的两个数值间的差值，用于累计延时获得N×DIV动作要求高电平时长。

8、为舵机每一次动作提供间隔延时，用来控制其整体的动作速度

主函数调用范例：

任务三：如何让机器人踢球

主函数调用范例：

任务四：如何让机器人左转、右转主函数调用范例：

动作函数详解：

1）左转

任务五：如何让机器人行走主函数调用范例：