工业机器人.docx

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一、 填空（34%）
1、 工业机器人最显著的特点：可编程、拟人化、通用性、机电一体化
2、 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、机械结构系统、感受系统、机器人-环境交互系统、人-机交互系统、控制系统。
3、 工业机器人的主要技术参数有：自由度、重复定位精度、工作范围、最大工作速度、承载能力。
4、 工业机器人的结构分类：五种基本坐标式机器人、两种冗余自由度结构机器人、模块化结构机器人、并联机器人
5、 圆柱坐标式机器人主体结构具有三个自由度：腰转、升降、手臂伸缩
6、 传动方式选择是指选择驱动源及传动装置与关节部件的连接形式和驱动方式。有：直接连接传动、远距离连接传动、间接驱动、直接驱动
7、 传动件的定位：电气开关定位、机械挡块定位、伺服定位系统(原理和优缺点需补充)
8、 行星齿轮传动尺寸小，惯量低；一级传动比大，结构紧凑；载荷分布在若干个行星齿轮上，内齿轮也具有较高的承载能力。
9、 工业机器人的臂部一般具有2—3个自由度，即伸缩、回转或俯仰
10、臂部设计的基本要求：刚度要求高、导向性要好、重量要轻、运动要平稳，定位精度要高
11、为了使手部能在空间任意方向，要求腕部能实现对空间三个坐标轴X、Y、Z的转动，即具有翻转、俯仰和偏转三个自由度
12、工业机器人手部的特点：手部与手腕相连处可拆卸、手部是工业机器人末端操作器、手部的通用性比较差、手部是一个独立的部件
13、普通手爪设计：机械式手爪设计、磁力吸盘设计、真空式吸盘设计。
其中真空式吸盘设计有：真空吸盘、气流负压有盘、挤气负压吸盘
14、速度传感器：测速发电机、增量式码盘
15、手部传感器有：接触觉传感器、压觉传感器、滑觉传感器、力觉传感器、接近觉传感器
16、视觉传感器：视频摄像头、CCD传感器、PSD传感器、形状识别传感器、光切断传感器
17、工业机器人控制的分类：位置控制方式、速度控制方式、力（力矩）控制方式
其中位置控制方式：点位控制、连续轨迹控制
二、 简答（18%）
1、 工业机器人的优点？
减少劳动力费用、提高生产率、改进产品质量、增加制造过程的柔性、减少材料浪费、控制和加快库存的周转、降低生产成本、消除了危险和恶劣的劳动岗位
2、 直角坐标式机器人的优点及缺点？
优点：结构简单、容易编程、采用直线滚动导轨后，速度高，定位精度高、在X、Y和Z三个坐标轴方向上的运动没有耦合作用，对控制系统设计相对容易些
其缺点：导轨面的防护比较困难，不能像转动关节的轴承那样密封得很好、导轨的支承结构增加了机器人的重量，并减少了有效工作范围、为了减少摩擦需要用很长的直线滚动导轨，价格高、结构尺寸与有效工作范围相比显得庞大、移动部件的惯性比较大，增加了驱动装置的尺寸和能量消耗
3、 圆柱坐标式机器人的优点及缺点？
优点：除了简单的“抓-放”作业外还可以用在许多其他生产领域，与直角坐标式机器人相比增加了通用性、结构紧凑、在垂直方向和径向有两个往复运动，可采用伸缩套筒式结构，当机器人开始腰转时可把手臂缩进去，在很大程度上减少了转动惯量，改善动力学载荷
其缺点：机身结构的缘故，手臂不能抵达底部，减少了机器人的工作范围。
4、 关节坐标式机器人的优点及缺点？
优点：结构紧凑，工作范围大而安装占地面积小、具有很高的可达性、因为没有移动关节，不需要导轨、所需关节驱动力矩小，能量消耗较少、
其缺点：肘关节和肩关节轴线是平行的，当大、小臂舒展成一直线时虽然抵达很远的工作点，但机器人的结构刚度比较低、机器人手部在工作范围边界上工作时有运动学上的退化行为。
5、 机器人对减速器的要求：
①运动精度高，间隙小，以实现较高的重复定位精度
②回转速度稳定，无波动，运动副间摩擦小，效率高
③体积小，重量轻，传动扭矩大
6、 谐波传动的优点及缺点？
优点：尺寸小，惯量低、因为误差均布在多个啮合点上，传动精度高、因为预载啮合，传动侧隙非常小、因为多齿啮合，传动具有高阻特性
其缺点：柔轮的疲劳问题、扭转刚度低、以输入轴速度2、4、6倍的啮合频率产生振动、谐波传动与行星传动相比具有较小的传动间隙和较轻的重量，但是刚度比行星减速器差
7、 丝杠螺母副及滚珠丝杠传动的优缺点？
丝杠螺母副传动部件是把回转运动变换为直线运动的重要传动部件。
丝杠螺母的优缺点：由于丝杠螺母机构是连续的面接触，传动中不会产生冲击，传动平稳，无噪声，并且能自锁。因丝杠的螺旋升角较小，所以用较小的驱动力矩，可获得较大的牵引力。但是，丝杠螺母的螺旋面之间的摩擦为滑动摩擦，故传动效率低。
滚珠丝杠的优缺点：滚珠丝杠传动效率高，而且传动精度和定位精度均很高，在传动时灵敏度和平稳性亦很好；由于磨损小，使用寿命比较长。但是成本比较高。
8、 机械手爪通常采用气动、液动、电动和磁动来驱动手指的开合，它们各自的特点？
①气动手爪目前得到广泛的应用，因为气动手爪有许多突出的优点，结构简单、成本低、容易维护，而且开合迅速，重量轻，其缺点是空气介质的可压缩性，使爪钳位置控制比较复杂；
②液压驱动手爪成本稍高一些。
③电动手爪的优点是手指开合电机的控制与机器人控制可以共用一个系统，但是夹紧力比气动手爪、液压手爪小、开合时间比它们长；
④电磁力手爪控制信号简单，但是夹紧的电磁力与爪钳行程有关，因此，只用在开合距离小的场合。
9、 机器人对传感器的要求：精度高，重复性好、稳定性和可靠性好、抗干扰能力强、质量 轻，体积小，安装方便
对加工任务要求及所处的特定环境，对传感器有一些特定的要求：
适应加工任务的要求、满足机器人控制要求、还要注意满足机器人自身安全和机器人使用者的安全性要求以及其他辅助工作的要求。
10、工业机器人控制的特点：
①传统的自动机械是以自身的动作为重点，而工业机器人的控制系统更着重本体与操作对象的相互关系；
②工业机器人的控制与机构运动学动及动力学密切相关；
③即使一个简单的工业机器人也至少有3—5个自由度；
④描述工业机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型，随着状态的变化，其参数也在变化，各变量之间还存在耦合；
⑤工业机器人还有一种特有的控制方式——示教再现控制方式
三、 计算题（22%）
四、 编程题（26%）
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