機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)第四章習(xí)題答案(關(guān)慧貞)

1、329第四章工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)思考題與習(xí)題第四章工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)思考題與習(xí)題1.1.工業(yè)機(jī)器人的定義是什么？操作機(jī)的定義是什么？工業(yè)機(jī)器人的定義是什么？操作機(jī)的定義是什么？答：我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GTT126431997《工業(yè)機(jī)器人詞匯》將工業(yè)機(jī)器人定義為“是一種能自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、多功能、多自由度操作機(jī)，能搬運(yùn)物料、工件或夾持工具，用以完成各種作業(yè)”；將操作機(jī)定義為“具有和人手臂相似的動(dòng)作功能，可在空間抓放物體或進(jìn)行其它操作的機(jī)械裝置”。2.工

2、業(yè)機(jī)器人由哪幾部分組成？并比較它與數(shù)控機(jī)床組成的區(qū)別工業(yè)機(jī)器人由哪幾部分組成？并比較它與數(shù)控機(jī)床組成的區(qū)別。答：工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)、驅(qū)動(dòng)單元和控制裝置組成。數(shù)控機(jī)床一般由機(jī)床本體、伺服系統(tǒng)和數(shù)控裝置組成。二者組成的區(qū)別主要在于機(jī)械本體，機(jī)器人操作機(jī)通常由末端執(zhí)行器、手腕、手臂和機(jī)座組成，而數(shù)控機(jī)床機(jī)械本體通常包含主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件、支承部件、冷卻潤(rùn)滑、排屑等部分。3.3.工業(yè)機(jī)器人的基本功能和基本工作原理是什么？它與機(jī)床主要有何相

3、同和不同之處？工業(yè)機(jī)器人的基本功能和基本工作原理是什么？它與機(jī)床主要有何相同和不同之處？答：工業(yè)機(jī)器人基本功能是提供作業(yè)所需的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，其基本工作原理是通過(guò)操作機(jī)上各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)手部作業(yè)的動(dòng)作功能及技術(shù)要求。在基本功能及基本工作原理上，工業(yè)機(jī)器人與機(jī)床有如下相同之處：二者的末端執(zhí)行器都有位姿變化要求；二者都是通過(guò)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器的位姿變化要求。二者的主要不同之處有：機(jī)床是以直角坐標(biāo)形式運(yùn)動(dòng)為主，而機(jī)器人是以關(guān)節(jié)形

4、式運(yùn)動(dòng)為主；機(jī)床對(duì)剛度、精度要求很高，其靈活性相對(duì)較低；而機(jī)器人對(duì)靈活性要求很高，其剛度、精度相對(duì)較低4.4.工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)類型有哪幾類？各種類型的特點(diǎn)如何？工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)類型有哪幾類？各種類型的特點(diǎn)如何？答：工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)類型有如下四類：關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其特點(diǎn)是關(guān)節(jié)一般為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副，靈活性好，工作空間范圍大（同樣占地面積情況下），但剛度和精度較低；球坐標(biāo)型機(jī)器人，其特點(diǎn)是按球坐標(biāo)形式動(dòng)作（運(yùn)動(dòng)），靈活性好，工作空間范圍大，但剛度、

5、精度較差；圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人，其特點(diǎn)是按圓柱坐標(biāo)形式動(dòng)作，靈活性較好，工作空間范圍較大，剛度、精度較好；直角坐標(biāo)型機(jī)器人，其特點(diǎn)是按直角坐標(biāo)形式動(dòng)作，剛度和精度高，但靈活性差，工作空間范圍小。5.5.如何選擇和確定機(jī)器人的坐標(biāo)系？分析圖如何選擇和確定機(jī)器人的坐標(biāo)系？分析圖4545所示的所示的PUMAPUMA機(jī)器人的坐標(biāo)系是如何確機(jī)器人的坐標(biāo)系是如何確定的？定的？答：坐標(biāo)系按右手定則確定。絕對(duì)坐標(biāo)系XYZ，機(jī)座坐標(biāo)系X0Y0Z0和機(jī)械接坐標(biāo)

6、系XmYmZm的取法參考GBT169771997《工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系和運(yùn)動(dòng)命名》。關(guān)節(jié)坐標(biāo)系XiYiZi以下簡(jiǎn)明的方法確定：(1)確定基準(zhǔn)狀態(tài)—般可取機(jī)器人331答：就是用機(jī)座坐標(biāo)系、關(guān)節(jié)坐標(biāo)系、末端執(zhí)行器坐標(biāo)系間的坐標(biāo)關(guān)系來(lái)描述末端執(zhí)行器在機(jī)座坐標(biāo)系下的位姿。12.什么是機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)解析？可以用來(lái)解決什么問(wèn)題？什么是機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)解析？可以用來(lái)解決什么問(wèn)題？答：已知關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)位移變量，求作業(yè)位姿，是是機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)解析，可以用于求解機(jī)器

7、人工作空間、進(jìn)行作業(yè)功能位姿分析及機(jī)器人的軌跡解析。13.13.確定機(jī)器人的工作空間有哪些方法？圖確定機(jī)器人的工作空間有哪些方法？圖411411所示的機(jī)器人工作空間是如何確定所示的機(jī)器人工作空間是如何確定的？的？答：確定機(jī)器人的工作空間的方法有解析法和作圖法，圖411所示的機(jī)器人工作空間是用作圖法來(lái)確定的。14.14.什么是機(jī)器人的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解析？它可以用來(lái)解決什么問(wèn)題？什么是機(jī)器人的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解析？它可以用來(lái)解決什么問(wèn)題？答：已知作業(yè)位姿

8、要求（即已知作業(yè)變量），求關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)位移變量，是機(jī)器人的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解析。各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)量的計(jì)算是機(jī)器人控制程序設(shè)計(jì)必須的。在機(jī)器人設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)作業(yè)位姿的極限，用逆解求出關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)極限，用來(lái)指導(dǎo)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)極限范圍設(shè)計(jì)。15.15.機(jī)器人構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)速度、角速度、加速度、角加速度分析方法的基本思路是什機(jī)器人構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)速度、角速度、加速度、角加速度分析方法的基本思路是什么？么？答：由于操作臂是由一系列連桿串聯(lián)而成，每一連桿相對(duì)前一連桿運(yùn)動(dòng)。根據(jù)這一結(jié)

9、構(gòu)特點(diǎn)，從基座開(kāi)始，就可依次計(jì)算出個(gè)各個(gè)連桿的速度和角速度，加速度和角加速度。16.16.進(jìn)行機(jī)器人靜力分析的目的是什么？分析方法的基本思路是什么？進(jìn)行機(jī)器人靜力分析的目的是什么？分析方法的基本思路是什么？答：進(jìn)行機(jī)器人靜力分析的目主要有以下幾點(diǎn)：；分析關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力或力矩和與末端施加的力和力矩的關(guān)系；為分析操作臂的受力變形提供基礎(chǔ)。分析方法的基本思路就是列力平衡方程或采用虛功原理。17.17.進(jìn)行機(jī)器人動(dòng)力分析的目的是什么？分析方法的基本

10、思路是什么？進(jìn)行機(jī)器人動(dòng)力分析的目的是什么？分析方法的基本思路是什么？答：進(jìn)行機(jī)器人動(dòng)力分析的目的是為了解決兩方面問(wèn)題即動(dòng)力學(xué)正問(wèn)題和動(dòng)力學(xué)逆問(wèn)題，動(dòng)力學(xué)正問(wèn)題與機(jī)器人的仿真有關(guān)，而逆問(wèn)題是為了實(shí)時(shí)控制的需要，以期達(dá)到良好的動(dòng)態(tài)性能。動(dòng)力學(xué)分析的基本思路是，首先采用拉格朗日方法、牛頓——?dú)W拉方法等建立機(jī)器人手臂的動(dòng)力學(xué)方程，然后根據(jù)具體問(wèn)題進(jìn)一步分析。18.18.機(jī)器人正動(dòng)力學(xué)和逆動(dòng)力學(xué)解析分別用來(lái)解決什么問(wèn)題？機(jī)器人正動(dòng)力學(xué)和逆動(dòng)力學(xué)

11、解析分別用來(lái)解決什么問(wèn)題？答：機(jī)器人正動(dòng)力學(xué)是根據(jù)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩或力，計(jì)算機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)（關(guān)節(jié)的位移、速度和加速度）；逆動(dòng)力學(xué)解析是為了根據(jù)已知軌跡對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)位移、速度和加速度，求出所需要的關(guān)節(jié)力矩或力。19.19.諧波減速器的工作原理是什么？特點(diǎn)是什么？諧波減速器的工作原理是什么？特點(diǎn)是什么？答：諧波齒輪傳動(dòng)的工作原理如圖416所示，若剛輪G為固定件，波發(fā)生器H為主動(dòng)件，柔輪R為從動(dòng)件。當(dāng)將波發(fā)生器裝入柔輪內(nèi)孔時(shí)，由于波發(fā)生器兩滾子外側(cè)之