自动机与自动线第四章机器人与机器手
自动机与自动线考试题及答案
自动机与自动线考试题及答案1．皮带传动是指动力的传递环节，皮带输送是一种物料输送机构，皮带输送包含了皮带传动。
（√）2造成皮带输送线的皮带跑偏的安装误差包括输送带接头不平直和机架歪斜两种情况。
（√）3．增加皮带宽度是提高皮带输送系统负载能力的最有效方法。
（×）4．倍速链轮和普通链轮相比齿数更少、齿距更大。
（√）5．振盘的功能就是自动输送工件。
（×）6．振盘的出料速度大于等于机器对该工件的取料速度即可。
（×）7. 二自由度机械手的典型运动过程只有平移运动过程。
（×）8. 机械手的原点一般情况下设定在工件取料点的正上方。
（√）9. 注塑机取料用三自由度机械手的主手和副手的取料方式相同。
（×）10．槽轮机构的槽轮数量越小，槽轮的最大角速度及最大角加速度越大，槽轮的运动越不均匀，运动的平稳性越差。
（√）11．间歇输送包含直线方向的间歇输送和沿圆周方向的间歇输送两类。
（√）12．棘爪机构用于直线间歇送料时，工件由于惯性不容易准确定位，因而只适合使用在速度较低的场合。
（√）13. 凸轮分度器每完成一个转位+停顿动作循环的时间，即为一个节拍时间。
（√）14. 凸轮分度器转盘的精度只要求转盘装配定位基准面与夹具安装平面的平行度在规定的范围内即可。
（×）15. 凸轮分度器输入轴的键连接在正常转动时是用来传递扭矩的。
（×）16. 定位对一批工件而言要求每个工件放置在定位装置中时都必须占据同一个准确位置。
（√）17. 当工件的定位是不完全定位时是无法满足加工或装配的要求的。
（×）18. 直线导轨的安装螺钉紧固时可以随意选择紧固顺序。
（×）19. 直线导轨的结构特点决定了直线导轨不能多个方向同时具有高刚度。
（×）20. 直线导轨选型设计时，当寿命的计算结果满足不了预期寿命要求时，加大导轨的公称尺寸重新校核即可。
（×）21. 间隙调整型直线轴承在调整间隙时一般在有负荷的情况下进行。
《自动机与自动线》课程考试复习资料
《自动机与自动线》课程考试复习资料《自动机与自动线》课程考试复习资料涵盖知识点大体如下一、填空题20×1＝20分1.一台机器经调整好以后，无需工人参与就能自动地、连续地完成产品的加工循环，这样的机器称为自动机。
2.利用输送装置将自动机、辅助设备按产品的生产顺序组合，并以一定的节拍完成生产，物品由一端不断送入，生产材料在相应工位加入，经过各个工序的加工后，产品从末端输出。
这种生产设备的组合系统称为自动线。
3.自动机与自动线的卷料供料装置中，所谓卷料按其形状可分为两类：一类是细长的金属丝，另一类是带状的金属皮、纸张及塑料薄膜等。
4. 裁切装置用于将输送中的卷料按要求进行切断，通常采用机械式裁切和热熔断裁切两种方法。
其中后者多与热封装置组合一起使用。
5. 管式料仓是一种简单而方便的形式，它占的空间小且靠物品的自重送料，所以安装时可不受地点的限制而设置在任何地方。
在设计或选用管子时，应使料管内径大于工件外径1／10到1／50，弯曲管道的最小曲率半径要保证不卡住工件。
6. 实际上，在电磁振动供料装置中工件在料槽上的运动过程是比较复杂的。
它受到工件的质量、料槽的升角、弹簧片的斜角、振动频率和振幅等多方面影响。
7. 转鼓式容积定量装置的结构设计，应确保定量物料在随转鼓转动中，能顺利地充满定量容腔并完全排除干净。
因此，不宜用深而窄的槽形，槽底不要有尖角，尽量采用扇形容腔。
另外，转鼓外缘与转鼓外壳之间的间隙要根据物料的粒度、易碎性等因素选定。
8. 在带式传送装置中，传送带既是牵引构件，又是承载构件，常用的传送带有橡胶帆布带、编织带、塑料带、尼龙绳、钢带和钢丝网带等。
驱动辊由驱动装置驱动，驱动传送带的能力与传送带在驱动辊上的包角大小、传送带与驱动辊之间的摩擦因数有关。
转向辊用于增大传动包角。
承托辊用于承托物品的重量，防止传送带下垂。
张紧辊用于调节传送带的张紧力，以保持传送带的驱动能力。
9. PLC是专为工业控制而设计的，在设计过程中果取了多层次抗干扰的精选元件措施，可在恶劣工业环境下与强电设备一起工作，运行的稳定性和可靠性较高。
机器人学导论第4章操作臂逆运动学
我们把操作臂的全部求解方法分成两大类：封闭解和数值解法。由于数值解 法的迭代性质，因此它一般要比相应的封闭解法的求解速度慢很多。实际上 在大多数情况下，我们并不喜欢用数值解法求解运动学问题。因为封闭解的 计算速度快，效率高，便于实时控制。而数值法不具有些特点为。
“封闭形式”意指基于解析形式的解法，或者意指对于不高于四次的多项式 不用迭代便可完全求解。可将封闭解的求解方法分为两类：代数法和几何法。 有时它们的区别又并不明显：任何几何方法中都引入了代数描述，因此这两 种方法是相似的。这两种方法的区别或许仅是求解过程的不同。
多重解问题
在求解运动学方程时可能遇到的另一个问题就是多重解问题。一个具有3个旋转关节的 平面操作臂，由于从任何方位均可到达工作空间内的任何位置，因此在平面中有较大的 灵巧工作空间（给定适当的连杆长度和大的关节运动范围）。图4-2所示为在某一位姿 下带有末端执行器的三连杆平面操作臂。虚线表示第二个可能的位形，在这个位形下， 末端执行器的可达位姿与第一个位形相同。
4.1 概述 • 在上一章中讨论了已知操作臂的关节角，计算工具 坐标系相对于用户工作台坐标系的位置和姿态的问 题。在本章中，将研究难度更大的运动学逆问题 :已 知工具坐标系相对于工作台坐标系的期望位置和姿 态，如何计算一系列满足期望要求的关节角? • 第3章重点讨论操作臂的运动学正问题，而本章重点 讨论操作臂的运动学逆问题。
4.4 代数解法与几何解法
代数解法：以第三章所介绍三连杆平面操作臂为例，其坐标和连杆参数如下
按第三章的方法，应用这些连杆参数可以求得这个机械臂的运动学方程：
c123 s 123 B 0 T T W 3 0 0
s123 c123 0 0
0 0 1 0
精品课件-机器人学简明教程(张奇志)-第4章
0
1
0
r32 0
r33 0
pz
1
1r31
0
1r32 0
1r33 0
1
pz
1
(4－6)
第4章 机器人逆运动学
式（3－22）的最后三个数如下:
1 1
px py
a2c2 d3
a3c23
d4s23
1 pz a3s23 a2s2 d4c23
令式（4－6）两边元素（2,4）相等，得到
-pxs1+pyc1=d3 为了求解式（4－8），做三角恒等变换
nx ox ax
Rzyz
ny
oy
a
y
nz oz ax
第4章 机器人逆运动学 根据欧拉变换方程式（2－40）可得如下9个方程:
nnxy
cc c sc c
s s c s
nz s c
ooxy
cc s sc s
sc cc
oazx
s s c s
ay ss
az c
(4－1)
第4章 机器人逆运动学
第4章 机器人逆运动学 第4章 机器人逆运动学
4.1 逆运动学问题的可解性 4.2 欧拉变换解 4.3 PUMA560逆运动学
第4章 机器人逆运动学 4.1 逆运动学问题的可解性
1.解的存在性 逆运动学问题解是否存在完全取决于机械臂的工作空间。 所谓工作空间是指机械臂末 端执行器所能达到的空间位姿的集合。一般来说，对于给 定的机械臂，其工作空间是固定的。而对于少于6个自由度的 机械臂，它在三维空间内不能达到全部位姿。所以通用工业机 器人一般都设计成6个自由度。当期望位姿位于机械臂的工作 空间之外时，逆运动学问题无解。如图4－1所示期望平面机械 臂末端达到B点，显然该逆运动学问题是无解的。
自动机与自动线_第一章
图1-6 糖果包装机的工艺流程与操作原理图
图1-7 装箱自动线的工艺原理图
1.3.2自动机与自动线的生产率分析
❖ 1.自动机的生产率分析 ❖ (1)间歇作用型自动机(第1类自动机)的生产率
QT
1 tp
tk
1 tf
(件 / min)
QP
tk
1 tf
tn
(件 / min)
❖ (2)连续作用型自动机(第Ⅱ类自动机)的生产率
统负担。 ❖ 5)设备的成套性 ❖ 6)设备的灵活性 ❖ 7)劳保、安全性
(2)设备选型应考虑的因素
❖ 8)设备的维修性
❖ 设备的维修性又称适修性、可维修性、易维修性。
❖
选择生产机时，对设备的维修性可从以下几方面衡量：
❖ ①结构合理。②结构简单。③结构先进④标准性⑤组合性⑥ 状态监测与故障诊断能力⑦从设计上考虑无维修或减少维修 度的可能性
结束放映
❖ 从产品的质量、生产率、成本、劳动条件和环境保 护等方面考虑确定先进、可靠、结构简单、原理先 进、成本低廉的工艺方案。
❖ 通过对自动机、自动线生产率的分析，找到提高自 动机与自动线生产率的途径，尽可能提高自动机与 自动线的生产率。
THANK YOU VERY MUCH ！
❖本章到此结束， ❖谢谢您的光临！
广泛的应用，PLC有多种模块可根据自动机的不同需要而加 以选配，大大减化了自动机的机械结构，通过修改PLC程序 来改变自动机的动作，大大增加了自动机的柔性及提高了自 动机的可靠性。
1.2.3自动线的组成方式
❖ 自动生产线是在流水生产线的基础上发展起来 的，它能进一步提高生产率和改善劳动条件，因此 在轻工业生产中发展很快。
(完整版)机器人参考答案
0.1 简述工业机器人的定义，说明机器人的主要特征。
答：机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具、或专用装置，通过可编程动作来执行种种任务并具有编程能力的多功能机械手。
1.机器人的动作结构具有类似于人或其他生物体某些器官（肢体、感官等）的功能。
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的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等。
4.机器人具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人的干预。
0.2工业机器人与数控机床有什么区别？答：1.机器人的运动为开式运动链而数控机床为闭式运动链；2.工业机器人一般具有多关节，数控机床一般无关节且均为直角坐标系统；3.工业机器人是用于工业中各种作业的自动化机器而数控机床应用于冷加工。
4.机器人灵活性好，数控机床灵活性差。
0.5简述下面几个术语的含义：自有度、重复定位精度、工作范围、工作速度、承载能力。
答：自由度是机器人所具有的独立坐标运动的数目，不包括手爪（末端执行器）的开合自由度。
重复定位精度是关于精度的统计数据，指机器人重复到达某一确定位置准确的概率，是重复同一位置的范围，可以用各次不同位置平均值的偏差来表示。
工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也叫工作区域。
工作速度一般指最大工作速度，可以是指自由度上最大的稳定速度，也可以定义为手臂末端最大的合成速度（通常在技术参数中加以说明）。
承载能力是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。
0.6什么叫冗余自由度机器人？答：从运动学的观点看，完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人称为冗余自由度机器人。
3.1 何谓轨迹规划？简述轨迹规划的方法并说明其特点。
答：机器人的轨迹泛指工业机器人在运动过程中的运动轨迹，即运动点位移，速度和加速度。
轨迹的生成一般是先给定轨迹上的若干个点，将其经运动学反解映射到关节空间，对关节空间中的相应点建立运动方程，然后按这些运动方程对关节进行插值，从而实现作业空间的运动要求，这一过程通常称为轨迹规划。
自动机与生产线自动机常用装置
⑤ 卷料供料装置应用实例 图3.12所示为可同时放置两个卷筒材料的卷料供送装置结构简
图。卷料供送装置用于悬挂和连续供送卷筒材料。
3.1 自动机的供料装置
图3.12 卷料供送装置结构简图
3.1 自动机的供料装置
3 . 板片料供料装置
（1） 摩擦滚轮式
图3.13 摩擦滚轮式供纸装置
3.1 自动机的供料装置
图3.40 摇板式分配装置
摇板式分配装置，一 般垂直布置，适用于小型 工件的分路供送。
图3.41 推板式分配装置
图3.41是推板式分配 装置，推板2接住料槽1 中的工件后，左右往复运 动，将其交替送入料槽3、 4中。
3.1 自动机的供料装置
（2） 工件的自动汇总装置
① 组合汇总
① 梳形板校直机构（图3.5（a））
3.1 自动机的供料装置
② 固定销校直机构（图3.5（b）） ③ 滚轮式校直机构（图3.5（c））
双排滚轮式校直机构（图3.5（d））
图3.5 卷料校直装置
3.1 自动机的供料装置
（3） 卷料送料装置
① 杠杆式送料装置 装置结构简单，但容易损伤
坯料表面，因此只适用对坯料表 面要求不高的工件。
图3.16 橡皮吸头供料装置
图3.17 纸页片真空吸送装置
纸页片真空吸送装置保证了纸页片的 完整性，但需置真空系统，结构比较 复杂。
3.1 自动机的供料装置
图3.18 真空吸出式纸盒片供送装置
图3.19 真空吸出式纸箱片供送装置
纸盒片供送装置广泛应用于需要使用 真空吸出式纸箱片供送装置广泛应用
预制好的纸盒片材料的纸盒装盒机中 于需要使用预制好的纸箱片材料的纸
自动机自动线课程整体设计
《自动机自动线》课程整体教学设计（2013～2014学年第二学期）课程名称：自动机自动线所属系部：机械电子制定人：合作人：制定时间：2013.07课程整体教学设计一、课程基本信息课程名称：自动机自动线课程代码：学分：2 学时：50授课时间：第六学期授课对象：机电1001 1002 课程类型：《自动机与生产线》是机电一体化（液体灌装生产线维护与管理专门化）专业的一门专业课，是以阐述自动机与生产线组成原理和运行规律为主的一门技术学科。
本课程的教育目标和任务是让学生掌握自动机与生产线的工作原理、基本组成、运行方式及特点等基本知识和能力。
先修课程: 机械制图、机械原理、机械后续课程:零件、电工电子二、课程目标设计总体目标：掌握自动机与生产线的组成原理、动作协调关系，自动机的常用装置和机构；熟悉典型自动机的工艺原理，主要功能，基本组成、结构和主要参数，运行方式及特点等；会分析自动机的动作协调关系并具有设计动作较为简单的自动机的能力；初步掌握自动机的调试和维修方法；初步掌握生产线的配置与选型方法。
能力目标：初步掌握自动机的调试和维修方法；初步掌握生产线的配置与选型方法。
知识目标：（1.了解并且掌握轻工自动机与自动线的特点分类。
2.了解自动机与自动线的常用装置的分类。
3.掌握可编程序控制装置的特点、功能，可编程序控制装置的安装与维护。
4.了解工业机械手的构成及其工作原理。
5.掌握气压传动的基础知识，常用气压控制系统。
素质目标：（职业道德、职业素质、职业规范在本课中的具体表现）1.职业道德高尚；专业知识扎实；技艺技能精湛；发展潜力良好的维修技术工人。
2.以机械维修技术为主，设计，制图控制为辅，达到国家规定的高标准技术类实用型人才。
其它目标：（有则写，无则不写）无三、课程内容设计：序号模块（或子模块）名称学时1 自动机与自动线的特点分类 22 自动机与自动线组成与选择 23 自动机自动线工艺与效率分析 24 自动机卷料与板材料供料装置 45 定量供料与传送装置 26 可编程序控制装置的简介。
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第4章 工业机械手及机器人
❖ 4.1工业机械手及机器人的组成和分类 ❖ 4.2手爪的类型及结构 ❖ 4.3 手腕的选用及手臂的典型结构 ❖ 4.4 工业机器人的控制系统 ❖ 4.5 工业机械手举例
第4章 工业机械手及机器人
❖ 工业机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、 轨迹和要求实现自动抓取、搬运工件或操作工具的 自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为 工业机械手。工业机器人是用来进行搬运材料、零 件、工具等可再编程的多功能机械手，或通过不同 程序的调用来完成各种工作任务的特殊装置
4.2手爪的类型及结构
❖ 4.2.1手爪结构分类 ❖ 1.机械手指型 ❖ 按手爪上的指数分为二指型和三指型，大多数为
二指型。 ❖ 按手爪数目分为单爪型和多爪型。 ❖ 2.真空型及磁铁型 ❖ 3.万能手爪
4.2.2机械手指型抓取机构
❖ 1.连杆型 ❖ 图4-3 滑块-摇杆机构
图4-4 摇杆滑块机构
❖ 2)两种冗余自由度结构机器人：整体控制的柔软臂 机器人(也称象鼻子机器人)、每一关节独立控制的 冗余自由度机器人。
❖ 3)模块化结构机器人
4.1.4工业机械手及机器人的主要技术参数
❖ 型号与名称 ❖ 机械结构形式 ❖ 自由度数 说明臂、腕等共有几个运动自由度 ❖ 运动范围 指各运动自由度的行程范围。一般是以爪中心为名义端点来
❖ (3)真空泵式吸盘 ❖ 2.电磁吸盘型 ❖ 4.2.4新型手爪 ❖ 1.可吹胀手爪 ❖ 图4-13 可吹胀手爪
❖ 2.软性手爪 ❖ 图4-14 软性手爪
❖ 3.三手指型 ❖ 图4-15 三指手构
❖ 4.3.1手腕的选用 ❖ 手腕是连接手爪和手臂的构件，它具有独立的自由度，为了
计算。 ❖ 运动速度 指最大速度或平均速度，或各运动自由度的速度。 ❖ 抓取重量 表示机器人负荷能力的参数。通常用最大速度时腕部最大负
荷（N）表示。 ❖ 驱动方式 说明采用何种方式（液压、气动、电动等）驱动以及驱动机
构状况。 ❖ 定位精度 这是衡量工业机械手工作质量的重要指标。一般指重复定位
精度。定位精度与位置控制方式、运动部件本身的精度和刚度、抓重、 运动速度等因素有密切关系。 ❖ 动力源 说明电源、气压、液压等动力的规格、功率等。
械手 ④电力传动机械手
(2)机器人驱动方式的分类
❖
❖ 直线型
❖ ❖
❖ 旋转型
❖
电动：音圈电机、直线电机 液压：活塞液压缸 气压：伸缩软管、气缸
电动：直流伺服电机、交流伺服电机、
液压：旋转马达 气压：气压马达、涡轮
步进电机
❖ (3)机器人驱动方式的特点及比较
3.按工业机器人的结构分类
❖ 1)五种基本坐标式机器人：直角坐标式机器人、圆 柱坐标式机器人、球坐标式机器人、关节坐标式机 器人、平面关节式机器人。
4.5 工业机械手举例
4.1工业机械手及机器人的组成和分类
❖ 4.1.1工业机械手的组成 ❖ 工业机械手主要由执行机构、驱动机构、控制系
统和机座等四部分组成。 ❖ 1.执行机构 ❖ (1)手爪 (2)手腕 (3)手臂 (4)立柱 (5)行走机构 ❖ 2.驱动机构 ❖ 3.控制系统 ❖ 4.机座
4.1.2工业机器人的组成
❖ 工业机器人传动机构是用来将原动机发出的机械能 传递给关节或其它工作部分，以实现机器人各种必 要的运动。
❖ 工业机器人常用的传动方案 ❖ 机器人中常用的传动机构有齿轮传动、螺旋传动、
带及链传动等。
4.4 工业机器人的控制系统
❖ 4.4.1机器人控制系统的特点 ❖ 4.4.2机器人控制系统的基本要求 ❖ 4.4.3机器人控制系统的分类 ❖ 1.程序控制系统 ❖ 2.按照外界状态进行控制的系统 ❖ 3.适应控制系统 ❖ 4.4.4工业机器人的传感器
❖ 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、控制部分。六个子系统 是：驱动系统、机械结构构系统(机械部分)，感受 系统、机器人-环境交互系统(传感部分)，人机交互 系统、控制系统(控制部分)。
4.1.3工业机械手及机器人的分类
❖ 1.按使用范围分 ❖ (1)专用机械手 (2)通用机械手 ❖ 2.按驱动方式分 ❖ (1)机械手驱动方式分类 ❖ ①机械传动机械手②液压传动机械手 ③气动传动机
2.齿轮-齿条型
❖ 图4-7 齿轮--齿条型气动手 爪
3.凸轮驱动型
❖ 图4-9 凸轮驱动型手爪
4.螺旋驱动型
❖ 图4-10 螺旋驱动型手爪
4.2.3吸盘型抓取机构
❖ 1.真空吸盘型 ❖ (1)挤压排气式吸盘 ❖ 图4-11 挤压排气式吸盘
❖ (2)扩散负压式吸盘
❖ 图4-12 扩散负压式喷嘴结 构
使机械手适应被夹持物的不同要求，选用手腕时，要考虑下 列两个因素： ❖ 1.自由度的选取 ❖ (1)在手臂运动范围内，能满足抓取和传送工件时，就尽量不 选用手腕动作，这样可以使手腕结构简化，制造方便，降低 成本，提高精度。 ❖ (2)对被抓取的工件有转位(或俯仰)要求(例如工件要求定位后 转位90º或180º)时，可增加手腕的回转动作，因为用手臂完 成回转动作时，惯性大，会影响定位精度。 ❖ (3)有时为了装卸工件，可令手腕增加横移动作。
2.手腕结构的选用
❖ 图4-16 手腕运动示意图
4.3.2手臂的典型结构
❖ 1.直线(伸缩、升降)运动机构 ❖ (1)往复直线缸 ❖ （2）直线感应电机(简称直线电机) ❖ （3）其他机械式直线机构 ❖ 2.回转(摆动)运动机构 ❖ (1)叶片式摆动缸 ❖ (2)齿轮齿条机构
4.3.3工业机器人的传动机构
第4章 工业机械手及机器人
学习目的 随着机电一体化技术的不断发展和创新，在 越来越多的自动机和自动线上，都采用了各种类 型的工业机械手，来帮助实现自动化并进一步提 高自动化程度。本章通过对工业机械手的组成和 分类以及工业机械手典型结构等内容的介绍，列 举了工业机械手的应用实例、工业机械手常用的 传动机构、驱动系统和控制系统的特点以及传感 器的分类等等，使学生能够对工业机械手的构成 及工作原理有一个大致的了解，掌握鉴别和选