最新工业机器人技术试卷-答案及评分标准

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2008 至 2009学年第 一 学期

工业机器人技术 试卷B 卷 答案及评分标准

复查总分 总复查人

（本题36分）一、简答(每小题6分，共36分)

1．简述工业机器人的主要应用场合。

1) 恶劣工作环境及危险工作，如：压铸车间及核工业等领域的作业环境。(2分) 2) 特殊作业场合和极限作业，如：火山探险、深海探密和空间探索等领域。(2分)

3) 自动化生产领域，如：焊接机器人、材料搬运机器人、检测机器人、装配机器人、喷漆和喷涂

机器人。(2分)

2．说明工业机器人的基本组成部分。

工业机器人由三大部分六个子系统组成。 三大部分是机械部分、传感部分和控制部分。 六个子系统是驱动系统(1分)、机械结构系统(1分)、感受系统(1分)、机器人－环境交互系统(1分)、人机交互系统(1分)和控制系统。(1分)

3．简述工业机器人关节制动器的作用。

许多机器人的机械臂都需要在各关节处安装制动器, 其作用是: 在机器人停止工作时, 保持机械臂的位置不变; 在电源发生故障时, 保护机械臂和它周围的物体不发生碰撞。(6分)

4．机器人的新型驱动方式有哪些？新型驱动方式有什么优点？

磁致伸缩驱动、压电晶体驱动器、形状记忆金属、静电驱动器(4分)。新型驱动方式可以实现驱动元件的简单化和微型化，更适宜于机器人的使用。(2分)

5．试述运用D-H 方法建立机器人运动学方程时，如何建立连杆坐标系？

建立连杆坐标系的规则如下:

① 连杆n 坐标系的坐标原点位于n +1关节轴线上,是关节n +1的关节轴线与n 和n +1关节轴

线公垂线的交点。(2分)

② Z 轴与n +1关节轴线重合。

(2分)

③ X 轴与公垂线重合;从n 指向n +1关节。(1分) ④ Y 轴按右手螺旋法则确定。(1分)

6．工业机器人控制系统的特点有哪些？

(1) 机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关。(2分) (2) 是一个多变量控制系统，要求系统具有一定的智能性。(1分) (3) 是一个复杂的计算机控制系统。(1分)

(4) 描述机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型,各变量之间还存在耦合。(1分) (5) 机器人的动作往往可以通过不同的方式和路径来完成, 因此存在一个“最优”的问题。(1分)

（本题10分）二、有一旋转变换，先绕固定坐标系0X 轴转30°，再绕0Y 轴转60°，

最后沿0Z 轴移动10，试求其变换矩阵。(列出A 的计算式4分，列出齐次变换矩阵4分，得出答案2分) 解：

学院名称 专业班级 姓名： 学号：

密 封 线 内 不 要 答 题

┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃ 密

┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃ 封 ┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃ 线

┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃

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(0,0,10)(,60)(,30)

13

0241000cos 600sin 60010001

010001000cos30sin 30000 ==2200110sin 600cos 6000sin 30cos30010

00

100010001102440

01A Trans Rot Y Rot X =⎡⎤⎢

⎥⎢⎥

⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎢⎥⎢⎥⎢⎥--⎢⎢

⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎢⎢⎥⎢⎥⎢⎥-

⎢⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎢⎢⎣⎦⎥⎥⎥

⎥⎥⎥⎥

（本题15分）三、三自由度平面关节机械手如图所示, 手部握有焊接工具。 已知:

1130,0.04rad/s θθ=︒=，2245,0θθ=︒=，3345,0.1rad/s θθ=-︒=求焊接工具末端A

点的线速度x V 及y V 的值。

112123123112123123cos cos()cos()

sin sin()sin()x l l l y l l l θθθθθθθθθθθθ=+++++⎧⎨

=+++++⎩

(5分) 根据速度雅可经公式可得：

1

23112123123

212312331231121231232123123

31231

2

3s s s x

x x l s l s l l s l l J l c l c l c l c l c l c y y y θθθθθθ∂∂∂⎡⎤

⎢⎥∂∂∂------⎡⎤

⎢

⎥==⎢

⎥++++∂∂∂⎢⎥⎣⎦

⎢⎥∂∂∂⎣⎦

(5分)

末端执行器的速度为：

11112123123

2123123312322112123123

2123123

312333s s s x y V l s l s l l s l l V J V l c l c l c l c l c l c θθθθθθ⎡⎤

⎡⎤

------⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥

===⋅⎢⎥⎢

⎥⎢⎥⎢⎥++++⎣⎦⎣⎦⎢⎥⎢⎥

⎣⎦

⎣⎦

(3分)

将已知条件代入可得：V x =-0.067(m/s)，V y =0.093(m/s) (2分)

（本题15分）四、简述具有视觉焊缝对中的弧焊机器人的工作原理。

图像传感器直接安装在机器人末端执行器。焊接过程中,图像传感器对焊缝进行扫描检测,获得焊前区焊缝的截面参数曲线，计算机根据该截面参数计算出末端执行器相对焊缝中心线的偏移量Δ,然后发出位移修正指令,调整末端执行器直到偏移量Δ=0为止。弧焊机器人装上视觉系统后给编程带来了方便, 编程时只需严格按图样进行。在焊接过程中产生的焊缝变形、装卡及传动系统的误差均可由视觉系统自动检测并加以补偿。

（本题24分）五、试举出一例目前仍为人工作业，但其工作特性更适合运用机器人来工作的场合，并根据该工作环境要求，设计可应用于该工作场合的机器人机构（说明设

计思路）。

叙述清楚，功能模块齐全，技术方案切实可行性，机构设计合理、新颖、有创意。（17-24分）

叙述清楚，功能模块基本齐全，具有一定的可行性，机构设计合理。（9-16分）

叙述不清楚，设计方案不可行，机构设计不合理。（0-8分）

专业班级： 姓名： 学号

密 封 线 内 不 要 答 题

┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃ 密

┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃ 封

┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃ 线

《工业机器人技术》试卷B 第3页（共4页）