工业机器人机械装调与电气控制陈国栋课后参考答案

单元1工业机器人基础知识简答题1.日常生活中有哪些常见的带传动?平带传动、V带传动。2.同步带运用了哪种传动原理?同步带传动和平带传动相比有何优点?同步带传动和齿轮传动相比有什么优点?同步带传动是一根内周表设有间形行带及具有应合的轮所组成，它通过传动带内表面上等距分布的横向齿与带轮上的相应齿槽的啮合来传递运动。同步带传动综合了带传动、链传动和齿轮传动的优点。在传动过程中，通过带齿与轮的齿槽相啮合来传递动力。与摩擦型带传动比较，同步带传动的带轮和传动带之间没有相对滑动，能够保证严格的传动比;但同步带传动对中心距及其尺寸稳定性要求较高。3.相比带传动，链传动有什么优点?优良的传动特点，使链传动应用在多种场合:与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比;需要的张紧力小，作用于轴的压力也小，可减少轴承的季探损失，结构紧凑，能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作，与齿轮传动相比链传动的制造和安装精度要求较低;中心距较大时其传动结构简单，瞬时链速和瞬时传动比不是常数，因此传动平稳性较差，工作中有一定的冲击和噪声。4.齿轮传动的特点?标准齿轮有哪些参数?一对标准直齿轮正确合的条件是什么?齿轮传动是机械传动中应用最广的一种传动形式，利用两个齿轮轮齿之间的啮合来实现运动和动力的传输。齿轮传动的传动比准确、效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长。目前齿轮传动的技术指标已经可以达到:圆周速度v=300m/s，转速n=15r/min，传递的功率P=105kw，模数m-0.004-100mm，直径d=l-152.3mm。齿轮传动应用广泛、类型众多，按照啮合齿轮间轴线的空间关系，大致可以分为齿轮轴轴线相交和齿轮轴轴线平行两种空间分布方式常见齿轮轴轴线相交的齿轮类型主要有:圆柱齿轮传动，一般单级传动的传动比可达到8，最高可达20，传递功率可达到10X10W，圆周速度可达300ms，单级效率为96%~99%。常见圆柱齿轮如图1-12所示。直齿轮传动适用于中低速传动;斜齿轮传动平稳，适用于中高速传动;人字齿轮适用于大功率和大转矩的传动。圆柱齿轮传动的啮合形式主要有两种:外合齿轮传动，由两个外齿轮相晒合，两啮合齿轮的转向相反:内啮合齿轮传动，由一个内齿轮和一个半径较小的外齿轮相啮合，两个啮合齿轮的转向相同。5.螺旋传动中的丝杆与螺母和紧固件中螺栓螺母的区别？螺旋传动机构由螺杆和螺母构成，能将旋转运动转变为直线运动，当螺旋升角大于螺杆的摩擦角时，也可将直线运动转变为旋转运动，若螺旋升角小于螺杆的摩擦角时，则机构具有自锁功能。螺旋传动按螺杆和螺母之间的摩擦状态，可以分为滑动螺旋传动、滚动螺旋传动、滚滑螺旋传动以及液压螺旋传动四种。中学课本中介绍的螺旋测微仪里面的传动机构就是一种典型的螺旋传动机构，车床工作台的移动所使用的丝杠螺母传动也属于螺旋传动方式。6.和齿轮传动相比，蜗轮蜗杆传动有何特点?1.可以得到很大的传动比，比交错轴斜齿轮机构紧凑。2.轮杆合面间为线接，其承能力大大高于交错轴斜齿轮机构。3.蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪声小。4.具有自锁性。当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构具有自锁性，可实现反向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。如在其重型机械中使用的自锁蜗杆机构，其反向自锁性可起安全保护作用。5.传动效率较低，磨损较严重。蜗轮蜗杆合传动时，一方面，因为啮合轮齿间的相对滑动速度大，故摩擦损耗大、效率低:另一方面，相对滑动速度大使齿面磨损严重、发热严重，为了散热和减小磨损，常采用价格较为昂贵的减摩性与抗磨性较好的材料及良好的润滑装置，因而成本较高。6.蜗杆轴向力较大。7.简述流体介质传动系统的组成。动力元件——将原动机的机械能转换为执行机构所需要的流体液压能。包括液压泵、空压机。执行元件——将由动力元件输入的流体液压能转换为负载所需的新的机械能。包括液压气动缸和液压气动马达。控制元件——对系统中流体的压力、流量或流动方向进行控制或调节。包括压力阀、流量阀和方向阀等。辅助元件——流体传动系统中的各种辅助装置。如油箱、过滤器、油雾器等。8.简述液压传动和气压传动的区别。气压传动和液压传动的工作原理和基本回路是相同的,但介质不同,气压传动采用的介质是空气,液压传动采用的介质是液压油.因此,气压传动和液压传动在性质上存在一定差别。比较项目气压传动液压传动负载变化对传动的影响影响较大影响较小润滑方式需设置润滑装置介质为液压油,可直接润滑,不需要设置速度反应速度反应较快速度反应较慢系统结构结构简单,制造方便结构复杂,制造相对较难产生的总推力具有中等推力能产生大推力维护维护简单维护复杂,排除故障困难噪声大小9.汽缸能够实现的动作有哪些?空压汽缸的大小与速度没关系,汽缸大小与你要推动的物品重量有关汽压缸的动作是用电磁阀调节阀，三点组合和空压管速度是用调节阀在控制,因为汽缸的进出视空气的量大小而决定,这调节阀就是装置在汽缸上头两旁的东西,一头跟汽缸进气孔连接,一头是跟空压管连线,另一个是可以转动调整空气的进入大小,就是它在控制速度。10.气爪的夹持力和什么有关?在对夹爪气缸进行选型时，不同的型号，夹持力不同，这个时候，我们就要根据工件进行计算气爪的夹持力。1.根据工件大小、形状、质量以及使用目的选择平行开闭型或支点开闭型；2.根据工件大小、形状、外伸量、使用环境和目的选择手指气缸的系列；3.根据气爪夹持力大小、夹持点距离、外伸量及行程，选择气爪的尺寸；4.根据计算夹持力、搬运工件时的速度、距离、冲击力等；夹持点距离的确认，必须小于允许外伸量。11.减速器的级数增加后对减速器性能有什么影响?首先，伺服行星减速机的级数决定了其传动比。级数越多，传动比越大，可以提供更高的减速效果。这对于需要大扭矩输出的应用非常重要。其次，级数还影响了减速机的效率和输出平滑度。随着级数的增加，每个级别的齿轮传动会引入更多的摩擦和传动损耗，导致整体效率降低。然而，增加级数也可以减小每级齿轮的尺寸，使得输出转矩更加平滑。此外，级数还决定了减速机的体积和重量。通常情况下，级数越多，减速机的尺寸和重量越大。因此，在选择减速机时需要权衡减速比、体积和重量之间的关系，以满足具体应用的需求。12.润滑油的密封方式有哪些?根据密封对象是否运动,分为固定密封和运动密封;根据是否采用密封材料充填,又可分非接触密封和接触密封。(1)固定密封如:机壳端盖上的密封、油管接头中的密封。分别采用有石棉密封垫和橡胶密封圈等。(2)运动密封如:穿过机壳的轴与机壳间的密封。通常采用橡胶密封圈等。13.简述齿轮减速器的减速范围。1、高速轴转不大于1500转/分。2、齿轮传动圆周速度不大于20米/秒。工作环境温度为-40-45℃，如果低于0℃，启动前润滑油应预热至0℃以上，齿轮减速机可用于正反两个方向运转。14.和齿轮减速器相比，蜗轮蜗杆减速器有哪些优点?单级减速机就能得到很大的传动比（一般为5~100）、结构紧凑、传动平稳、噪音较小、大速比可以实现自锁性能等。小单级+大单级减速机连接使用，可增大总速比、增大扭矩等优点。应用范围可更进一步增大、制造成本相对低。15.行星减速器减速比计算的步骤有哪些?一、减速比计算公式：公式:n1/n2=i。1.定义计算方法：减速比=输入速度÷输出速度，连接的输入速度与输出速度之比，如果输入速度为1500r/min，输出速度为25r/min，则其减速比为：i=60:1。2.齿轮系计算方法：减速比=从动齿轮齿数÷主动齿数（如果多级齿轮减速，则将一对齿轮组的从动齿数÷所有相啮合的主动齿数，然后将结果乘以）。二、传动比计算公式：行星减速箱：一级：i=(内齿轮齿数/太阳齿数)+1。多级：i=i1*i2*i。16.谐波减速器柔轮输出与刚轮输出，减速比有无变化?工作时，固定刚轮，由电机带动波发生器转动，柔轮作为从动轮，输出运动，带动负载运动。在传动过程中，波发生器转一周，柔轮上某点变形的循环次数称为波数，以表示。常用的是双波和三波两种，双波传动的柔轮应力较小，结构比较简单，易于获得大的传动比，故双波传动为目前应用最广的一种。一般，双波传动的柔轮的齿数比刚轮的齿数少两个齿。随着波发生器的转动，柔轮与刚轮的齿依次啮合，从转过相同齿数的中心角来说，柔轮比刚轮大，于是柔轮相对于刚轮沿着波发生器的反方向做微小的转动。例如，齿数为100的刚轮与齿数为98的柔轮组合，每一周会产生2/100的转动差，从而得到大的减速比。17.谐波减速器输入轴有哪几种类型，分别如何同电机连接?齿轮减速机里的四大系列：R系列，K系列，F系列，S系列是最常用的四种齿轮减速机。应用时间长，使用范围广泛，在减速机行业有着举足轻重的地位。下面小编为大家讲解一下四大系列减速机与电机的连接方式：一般来说，客户采购四大系列减速机，会连着电机一起采购。这时候安排生产，一般会用电机与减速机直联的方式。减速机接口为标准接口，电机的接口按减速机标准做成非标尺寸（标准电机尺寸无法与减速机直联），然后直联，组装。另外一种，就是电机不变，配个电机法兰，与减速机相连接。这种情况一般是客户有特殊要求，订做非标时用得上。建议，能做直联的就直联，相比来说直联的比用法兰连接的要稳固些。18.简述谐波减速器的减速范围。单级谐波减速器的传动速比范围从70到320,有的装置可以达到1000,多级传动速比可以达到30000以上。19.谐波减速器的缺点有哪些?1.柔轮周期性地发生变形，因而产生交变应力，使之易于产生疲劳破坏。2.转动惯量和启动力矩大，不宜用于小功率的跟踪传动。3.不能用于传动比小于35的场合。4.采用滚子波发生器(自由变形波)的谐波传动，其瞬时传动比不是常数。5.散热条件差。6.扭转刚度不足，限制其只能应用在小负载或者对机器人精度要求不高的场合。20.简述RV减速器的减速范围。基本型5～5500,三级以上组合型可达到32625。21.RV减速器和谐波减速器相比有何优点?RV减速机与谐波减速机相比具有更高的疲劳强度、刚度和寿命，谐波减速机的缺点还包括，随着使用时间增长，运动精度会降低，跟谐波减速机重量轻体积小的的优点相反，RV减速机的缺点是其重量重，外形尺寸较大。两者均为少齿差啮合，不同的是谐波中的一种关键齿轮具有柔性，需要反复高速变形，因而较为脆弱，所以谐波减速机的承载能力和使用寿命与RV减速机相比，承载能力低，寿命短。22.RV减速器的减速级数有几种?分别属于何种传动?RV传动是新兴起的一种传动，它是在传统针摆行星传动的基础上发展出来的，不仅克服了一般针摆传动的缺点，而且因为具有体积小、重量轻、\t"/item/RV%E5%87%8F%E9%80%9F%E5%99%A8/_blank"传动比范围大、寿命长、精度保持稳定、效率高、传动平稳等一系列优点。日益受到国内外的广泛关注。RV减速器是由摆线针轮和行星支架组成以其体积小，抗\t"/item/RV%E5%87%8F%E9%80%9F%E5%99%A8/_blank"冲击力强，扭矩大，定位精度高，振动小，减速\t"/item/RV%E5%87%8F%E9%80%9F%E5%99%A8/_blank"比大等诸多优点被广泛应用于工业机器人，机床，医疗检测设备，\t"/item/RV%E5%87%8F%E9%80%9F%E5%99%A8/_blank"卫星接收系统等领域。它较机器人中常用的\t"/item/RV%E5%87%8F%E9%80%9F%E5%99%A8/_blank"谐波传动具有高得多的\t"/item/RV%E5%87%8F%E9%80%9F%E5%99%A8/_blank"疲劳强度、刚度和寿命，而且回差精度稳定，不像谐波传动那样随着使用时间增长运动精度就会显著降低，故世界上许多国家高精度机器人传动多采用RV减速器。RV-E型\t"/item/RV%E5%87%8F%E9%80%9F%E5%99%A8/_blank"减速机是2级减速型。第1减速部…\t"/item/RV%E5%87%8F%E9%80%9F%E5%99%A8/_blank"正齿轮减速机构输入轴的旋转从输入齿轮传递到\t"/item/RV%E5%87%8F%E9%80%9F%E5%99%A8/_blank"直齿轮，按\t"/item/RV%E5%87%8F%E9%80%9F%E5%99%A8/_blank"齿数比进行减速。这是第一减速部。第2减速部…\t"/item/RV%E5%87%8F%E9%80%9F%E5%99%A8/_blank"差动齿轮减速机构直齿轮与曲柄轴相连接，变为第二减速部的输入。在曲柄轴的偏心部分，通过\t"/item/RV%E5%87%8F%E9%80%9F%E5%99%A8/_blank"滚动轴承安装RV齿轮。另外，在外壳内侧仅比RV齿轮数多一个的针齿，以同等的\t"/item/RV%E5%87%8F%E9%80%9F%E5%99%A8/_blank"齿距排列。如果固定外壳转动直齿轮，则RV齿轮由于曲柄轴的偏心运动也进行偏心运动。此时如果曲柄轴转动一周，则RV齿轮就会沿与曲柄轴相反的方向转动一个齿。这个转动被输出到第2减速部的轴。将轴固定时，外壳侧成为输出侧。RV-E型减速机有很多使用方法。旋转方向与速比。23.摆线齿轮的特点有哪些?（1）重合度较大，传动更平稳。同时，磨损小且均匀，润滑良好。（2）最小齿数比较小，其值Zmin受滚圆的限制。（3）互换性差，不仅要\t"/item/%E6%91%86%E7%BA%BF%E9%BD%BF%E8%BD%AE/_blank"模数相等，两滚圆大小也必须相等的两个齿轮才可互换使用。（4）制造较困难。（5）不具有可分性，中心距必须准确。（6）传动中\t"/item/%E6%91%86%E7%BA%BF%E9%BD%BF%E8%BD%AE/_blank"啮合角的大小不断变化，受力不够平稳。单元2工业机器人机械本体的拆装与检测简答题1.指出HB03-760-C10型机器人中同步带的张紧装置的构成零件。1121314151816100W电机(无刹车)17112293内六角圆柱头螺钉M3×644内六角圆柱头螺钉M4×1265内六角圆柱头螺钉M4×1676171811121314152617181911线缆保护圈21111100W电机21122314252627内六角圆柱头螺钉M3×88内六角圆柱头螺钉M4×1029内六角圆柱头螺钉M4×3014内六角圆柱头螺钉M3×66内六角圆柱头螺钉M3×106内六角圆柱头螺钉M3×129内六角圆柱头螺钉M3×164内六角圆柱头螺钉M3×258内六角圆柱头螺钉M4×102内六角圆柱头螺钉M4×1642.指出HB03-760-CH2.B3-760-C10型机器人中同步带轮轴向固定方式。HB3-760-C10型机器人底座部分由机器人的一轴和二轴结构件组成，为了方便拆装，将二轴的结构件(转座)划分到底座部分，机器人转座有一个关节，提供了一个自由度。其动力组件和二轴相同，采用直驱方式传动。按照关节类型分，一轴为R型关节。3.思考电机安装板的作用。电机安装板是电机的一种安装配件,电机是产生驱动转矩,作为用电器或各种机械的动力源,电机工作时,需要使用安装板固定。现有的石油化工设备的电机安装板仅起到支撑安装作用,无法对电机作业时起到减振作用,容易产生辐射噪声。4.分别指出HB03-760-C10型机器人所使用的谐波减速器所属类型(按照输入轴形式分类)。1.按柔轮和波发⽣器作⽤原理分类：①电磁耦合式。电磁耦合式的柔轮变形⼒是通过波发⽣器与均匀装置在柔轮圆周上的线圈之间产⽣电磁耦合⽽产⽣的。②机械联系式。机械联系式是通过机械⼒使柔轮产⽣移动的。5.思考R型关节和B型关节的区分。R.关节是一种翻转（Roll）关节，它把手臂纵轴线和手腕关节轴线构成共轴形式。这种R关节旋转角度大，可达到360°以上。B.关节是一种折曲（Bend）关节（简称B关节），关节轴线与前后两个连接件的轴线相垂直。这种B关节因为受到结构上的干涉，旋转角度小，大大限制了方向角。自由度手腕可以由B关节和R关节组成许多种形式，使手部具有俯仰、偏转和翻转运动，即RPY运动。6.思考谐波减速器如何安装。1）将电动机固定到安装法兰上，注意⾥⾯加上O型圈；2）将波发⽣器安装到电动机输出轴上（装之前柔性轴承⾯上涂上润滑脂），⽤螺钉加垫⽚锁紧在电机输出轴端上；3）整组装⼊减速器，并在装之前将柔轮内注⼊定量润滑脂；4）将电机转速设定100r/min左右，启动电机，声⾳正常后，通常按照以对⾓线顺序依次拧紧螺栓。7.HB03-760-C10型机器人在装配过程中有哪些地方需要配合?必须按照设计、工艺要求及本规定和有关标准进行装配。装配环境必须清洁。高精度产品的装配环境温度、湿度、防尘量、照明防震等必须符合有关规定。所有零部件（包括外购、外协件）必须具有检验合格证方能进行装配。零件在装配前必须清理和清洗干净，不得有毛刺、飞边、氧化皮、锈蚀、切屑、砂粒、灰尘和油污等，并应符合相应清洁度要求。装配过程中零件不得磕碰、划伤和锈蚀。油漆未干的零件不得进行装配。相对运动的零件，装配时接触面间应加润滑油（脂）。各零、部件装配后相对位置应准确。装配时原则上不允许踩机操作，特殊部位必须上机操作时应采取特殊措施，应用防护罩盖住被踩部位，操作者须穿平底步鞋以防止破坏漆膜，电瓶及非金属等强度较低部位严禁踩踏8.谐波减速器为何使用脂润滑(相比其他润滑方式)?谐波减速机润滑要求：极压抗磨性；谐波减速机需频繁启停且经常往复运动，易产生磨损，导致精度降低，所以要求润滑脂必须具有优异的极压抗磨性能。9.同步带轮的轴向定位还可以用哪些方式实现?1、键连接带轮的键连接是通过实现轴与轴面及零件间的轴向固定来传递运动和扭矩。有的类型连接可以实现轴向的固定以及传递轴向力，而有的类型只能实现轴向动联接。使用键连接轴和轴上零件并进行周向固定以传递转矩，键连接还可分为松键连接、紧键连接和花键连接的几种。2、涨紧联接套带轮的键和键槽之间的间隙对于使用的影响还有要求传动装置有比较高的准确的定位，在有一定要求时会用到同步带轮和轴之间的涨紧连接套。安装胀套的轴和孔的加工不像过盈配合那样要求高准度的制造公差，这样连接方式的时候应该根据同步带传递的扭矩来进行选择涨紧套的规格以及需要准确的计算出涨紧连接表面所承受的压力。在安装胀套时不需要加热、冷固或加压设备，只要将螺栓按要求的力矩拧紧即可。还能方便的调整，可以将轮毂在轴上灵活地调整到所需的位置，胀套还可以用来焊节性差的零件。3、锥套紧固锥套紧固的结构是比较独特的，她的安装和拆卸相对来说十分的方便。在轮毂的内孔加工成和衬套的锥度一致的椎体时，此时轮毂和衬套之间会采用锥面进行贴合并使用螺栓来进行紧固的连接，衬套会采用键和轴进行连接；衬套与轮毂联接后在利用窄槽引起内孔变形又使的衬套内径产生较小的变化，从而使衬套与轴存在一定的过盈量来保证其传递力矩。单元3工业机器人电力系统简答题1.电力系统的组成是什么?变压器，电力电子技术，整流电路，斩波电路，电机。2.简述电力系统各部分的作用。变压器，变压器是电力系统中的重要电气设备，它是电力输配系统的核心装置，同时也是电气控制系统中不可缺少的元器件。通常所用的电力有交流和直流两种。从公用电网直接得到的电力是交流的。从蓄电池和干电池得到的电力是直流的。从这些电源得到的电力往往不能直接满足要求，需要进行电力变换。整流电路(rectifyingcircuit)是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程。整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压，习惯上称单向脉动性直流电压。直流斩波电路(DCChopper)的功能是将直流电变为的情况，不包括直流-交流-直流的情况；直流斩波电路的种类很多，降压斩波电路、升压斩波电路是两种最基本电路。在3kg机器人控制柜中，以交流220V(AC220V)的电源作为主电源，为电机和驱动器提供电力，而机器人的控制系统则是以直流24V(DC24V)和直流5V(DC5V)电源作为控制电力。如果采用独立电源为系统各部分单5V蓄电池。交流220V电源相对普遍，而DC24V和DC5V电源就需要蓄电池供电，不仅3.简述电力系统各核心部分的工作原理。变压器是一种静止的装置，它是依靠磁耦合的作用，将一种等级的电压与电流转换成另一种等级的电压与电流，起着传递电能的作用。在一个闭合的铁芯上缠绕两个绕组，其匝数既可以相同，也可以不同，但一般是不同的。两个绕组之间有磁的耦合，而没有电的关系。电力变换通常可分为四大类，即交流变直流、直流变交流、直流变直流和交流变交流。交流变直流称为整流，直流变交流称为逆变。直流变直流是指一种电压(或电流)的直流变为另一种电压(或电流)的直流，可用直流斩波电路实现。交流变交流可以是电压或电力的变换，称为交流电力控制，也可以是频率或相数的变换。进行上述电力变换的技术称为变流技术。降压斩波电路的原理图及工作波形如图。单元4工业机器人控制系统简答题1.电机驱动器的功能和作用是什么?(1)液压驱动液压系统及液压驱动器的功率质量比大，适合用于微处理器及电子控制，容许极端恶劣的外部环境。它们在带有负载时也不需要刹车装置，驱动器发热少，不需要减速齿轮。然而，由于液压系统中不可避免的泄漏问题以及动力装置的笨重昂贵，目前已不再常用，只是在一些特殊应用场合，液压驱动器可能是合适的选择。(2)气动驱动气动驱动在原理上和液压系统非常相似。用压缩空气作为气源驱动直线或旋转汽缸，用人工或电磁阀控制。由于压缩空气和运动的驱动器是分离的，所以系统的惯性负载较小。然而由于启动装置的工作压强小，所以和液压系统相比，功率质量比要小得多。气动系统的主要问题是，空气是可压缩的，在负载作用下会压缩和变形。因此，气动装置通常仅用于插入操作，一般气动装置基本上作为全行程运行。否则，要控制汽缸的精确位置是非常困难的。有一种控制气压活塞位移的方法称为差动颤振，在这种系统中，位置由反馈元件如直线编发器或电位器测量，控制器利用该位置信息通过伺服阀控制汽缸两边的压力，从而实现精确的位置控制。(3)电气驱动电动机是把电能转换成机械能的一种设备。利用磁场对电流受力的作用原理将通电线圈产生旋转磁场或使用固定磁场并作用于有电流流过的转子形成磁电动力旋转扭矩，带动电机旋转。随着科技的发展，电动机技术也越来越成熟，其中控制电机的快速响应、高精度、高灵敏度及高可靠性，也正是机器人最重要的性能要求。电气驱动以其精度高、控制好、高柔性、干净整洁、性能可靠，几乎可以应用于所有尺寸的机器人。2.机器人常用的传感器有哪些?分别有什么作用?(1)视觉传感器视觉传感器是指通过对摄像机拍摄到的图像进行处理，来计算对象物的特征量，并输出数据和判断结果的传感器。视觉传感器原理是从一整幅图像捕获像素点，将这些像素点的信息与其内存中存储的基准图像进行比较，以做出分析，再将这些像素点信息经过数据转化成物体的颜色、形状、位置等信息。(2)接触和触觉传感器触觉传感器是指在实际接触发生时发出信号的装置。最简单的接触传感器就是微动开关，当接触发生时它就接通或关断。触觉传感器是许多接触传感器的组合，它除了能确定是否发生接触外，还能够提供更多有关物体的信息。这些信息可以是物体的形状、尺寸、材质等。多数情况下，许多接触传感器排成矩阵阵列，而接触传感器由触杆、发光二极管和光传感器组成。当触觉传感器接触物体时，触杆将随之缩进，遮挡了发光二极管向光传感器发射的光线，光传感器于是输出与触杆的位移成正比的信号。可以看出接触传感器实际上就是位移传感器。当触觉传感器与物体接触时，依据物体的形状和尺寸，不同的接触传感器将以不同的次序对接触做出不同的反应。控制器就利用这些信息来确定物体的大小和形状。(3)RFID射频识别(RFID)是一种无线通信技术，可以通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无须识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。RFID技术使用专用的RFID读写器及专门的可附着于目标物的RFID标签，利用频率信号将信息由RFID标签传送至RFID读写器。RFID技术的基本工作原理并不复杂：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者由标签主动发送某一频率的信号，解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理，最终得到带有标志性的信息。在机器人的工作过程中，工作区域的环境可能一直在改变，比如有人或者移动物体进入机器人工作区域。机器人需要实时检测周围物体与自身的距离，并与可能出现的障碍物保持一个相对安全的距离。(4)接近觉传感器接近觉传感器用于探测两个物体接触前一个物体靠近另一个物体。这种未接触传感技术在测量转速速度到导航机器人的很多场合都有应用。以电容式接近觉传感器为例，其能够对任何介电常数在1.2以上的物体做出反应，在这种情况下，当物体处于传感器感应范围内时，它的电容变化提高了电路的总电容，这将触发内部振荡器起动输出单元，从而产生输出信号，于是传感器能后检测到一定范围内物体的存在。(5)测距仪与接近觉传感器不同，测距仪用于测量较长的距离，它可以探测障碍物和回执物体表面形状，并且用于向系统提供预先的信息。测距仪一般是基于光和超声波的。以超声波测距仪为例，超声波系统结构坚固、简单、廉价并且能耗低，可以很容易地用于摄像机调焦、运动探测报警、机器人导航和测距。它的缺点是分辨率和最大工作距离受到限制，分辨率的限制来自声波的波长、传输介质中的温度和传播速度的自然变化。对工作距离的限制则来自介质对超声波能量的吸收。典型的超声波设备的频率范围在20kHz～2MHz。绝大多超声波测距设备采用测量传输时间的方法进行测距。超声波测距原理是通过超声波发射传感器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就停止计时。波在空气中的传播速度为c=340m/s,根据计时器记录的时间t,就可以计算出发射点距障碍物的距离S,公式如下：其中，to为传输时间。随着科技的发展，人们对机器人智能化程度的要求也越来越高，不单是执行某一种或几种特定的任务，还要求机器人有更好的人机协作能力，如同人与人的交流，机器人也需要有与人进行对话的能力。(6)语音识别装置语音识别包括识别出所说的内容并根据感知的信息采取动作。语音识别系统一般是根据话语的频率来进行识别的，任何信号都可以分解为一系列不同频率和振幅的正、余弦信号，如果将它们重新组合，则可以重构出原始信号。所有的信号都有各自的主要频率，这些频谱有别于其他信号。在语音识别系统中，假设每个单词(字母或句子)在分解为组成频率时，主要的频率信号构成位移的特征，系统根据它就能够识别出单词。为进行语音识别，用户必须事先对系统进行训练，即通过朗读单词，让系统建立所说单词的主要频率检索表；以后，每当说出单词，在其频谱确定后就和检索表进行比较，如果能找到相近的匹配，就能识别出单词。(7)语音合成器语音合成有两种不同的方法，一种是将音素和元音结合来产生单词的发音，使用这种方法可以通过音素和元音的组合来合成任意单词，用商用语音芯片和相应程序即可实现。尽管这种方法可以产生任意单词的发音，但听上去不自然，且声音机械。使用这种系统有时也会出现问题，当遇到两个拼写很相近、但发音差别很大的单词时，系统就不能识别了，除非所有特殊情况都被编写到了芯片中。一种替代方法是录下系统可能需要合成的词，当需要时就从存储器或磁片中读出。电话时间提示、视频游戏及许多其他的机器人语音就是这样产生的。采用这种方法，尽管声音听上去很自然，但能发出的词有限，只有在要说的词都已知的情况下，系统才能使用。随着计算机技术的发展，将来的语音识别和合成会有更大的发展。(8)嗅觉传感器嗅觉传感器与烟雾探测器类似，它们对特定的气体敏感，当探测到这些气体时就会发出信号。嗅觉传感器不但可以用于安全方面，也能用于搜索和探测等领域。(9)味觉传感器味觉传感器是检测介质中粒子成分的装置。有一种装置，它能通过电位计传感器阵列来评价酸甜苦咸鲜这五种基本味道。利用集成在单个芯片上的对离子敏感的场效应晶体管阵列，来测量所含钠离子、钾离子、钙离子、铜离子和银离子的相对水平。另一种传感器采用特定离子电极、氧化/还原作用传感器对、导电传感器和原电池阵列，来测量浓度低至1×10⁵的水中是否存在如铜离子、锌离子、铅离子、铁离子等污染元素，可将这些信息直接地或与其他系统结合应用到机器人系统和自动化生产中。3.机器人常用的控制器类型是什么?并做简要介绍。在机器人领域应用到的控制器种类很多，各有特点。(1)PLC控制器以PLC为核心的机器人控制系统技术成熟、编程方便，在可靠性、扩展性、对环境的适应性方面有明显优势，并且有体积小、方便安装维护、互换性强等优点；有整套技术方案供参考，缩短了开发周期。但是该类控制系统不支持先进的复杂算法，不能进行复杂的数据处理，虽然一般环境下可靠性好，但在高频环境下运行不稳定，不能满足机器人系统的多轴联动等复杂的运动轨迹。(2)工控机与运动控制卡这类运动控制器结构比较简单，功能相对固定，具有各种基本插补功能，可实现对数字伺服和步进电机的控制，并具有急停、硬限位等I/O控制功能；对于要求多轴协调运动和高速轨迹插补控制的设备，往往不能满足要求。这类控制器被应用在性能要求不高或者负载较小的机器人上，也是目前国内机器人所采用的主要控制器。(3)嵌入式处理器结合实时操作系统的控制器这是一种开放体系结构的运动控制系统，利用处理器不断提高的计算速度、不断扩大的存储量和具有实时性能的操作系统，实现灵活多样的运动轨迹控制和开关量的逻辑控制。目前，国际上主流机器人生产厂家大多采用这种结构形式，汇博3kg可拆装机器人同样也是使用了这种控制器作为机器人的核心。单元5工业机器人电气系统的装配与调试简答题1.机器人控制系统电气元件主要有哪些?断路器、接触器、中间继电器、热继电器、按钮、指示灯、万能转换开关和行程开关是电气控制回路中最常见的八种元件.2.常见电气元件的安装方式主要有哪些?分别有什么特点?电子元件有如下几种插入方式:卧式、立式、横装式、嵌入式、倒装式。它们的各自特点如下:1)卧式插装是将元器件贴近印制电路板水平插装,具有稳定性好,比较牢固等优点,适用于印制板结构比较宽裕或装配高度受到一定限制的情况。2)立式插装又称垂直插装是将元器件垂直插入印制电路基板安装孔,具有插装密度大,占用印制电路板的面积小,拆卸方便等优点,多用于小型印制板插装元器件较多的情况。3)横装式插装是先将元器件垂直插入,然后再沿水平方向弯曲,对于大型元器件要采用胶粘、捆扎等措施以保证有足够的机械强度,适用于在元器件插装中对组件。4)嵌入式插装是将元器件的壳体埋于印制电路板的嵌入孔内,为提高元器件安装的可靠性,常在元件与嵌入孔间涂上胶粘剂,该方式可提高元器件的防震能力,降低插装高度。5)倒装式现已较少使用。3.空气断路器和交流接触器各有什么作用?一，功能不同。空气开关具有过载、短路和欠压保护功能，它能承受较大的负荷及更大的短路电流，并有自动断路功能。一般应用于：电力线路、用电设备的接通、断开与自动保护。交流接触器利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。

主接点一般只有常开接点，而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。二，结构不同。空气开关一般有专用的灭弧室和脱扣机构。有些还有专门的操作机构。交流接触器一般没有专用的灭弧室和脱扣机构。三，外观不同。交流接触器有专用的辅助接点和磁力线圈。空气开关没有。交流接触器和空气开关区别交流接触器是控制元件，空气开关是保护元件。在电气中起着不同的作用。交流接触器，是由磁力系统在控制电流作用下吸合，释放。空气开关具有，过载，欠压，缺相，短路，漏电等的保护功能。在电气回路中它们加上热继电器，按钮，指示灯，等辅件。就是一个控制系统。交流接触器和空气开关区别交流接触器不等于空气开关，它们两个是相同功能少不同功能多的电气元器件。相同功能是：都可用来接通和切断负载电源。不同功能是：空开有短路、过载、过流保护功能，而接触器没有，需要其他器件协助。操作不同：小容量空开是通常手动操作，实现接通与分断及故障自动分断。而接触器是其线圈通/断电，产生/失去磁场→产生/失去磁力，使接触器吸合/分断的。4.简述控制柜线路的安装步骤。1.掌握线路工作原理的前提下，绘制出电气安装接线图。2.检查电气元件的质量。检查电气元件外观是否完好、各接线端子及紧固件是否齐全、操作机构和复位机构的功能是否灵活、绝缘电阻是否达标等。3.底板选料与剪裁。底板可选择2.5~5mm厚的钢板或5mm厚的层压板等，按电气元件的数量和大小、摆放位置和安装接线图确定板面的尺寸。4.电气元件的定位。按电气产品说明书的安装尺寸，在底板上确定元件安装孔的位置并固定钻孔中心。选择合适的钻头对准钻孔中心进行冲眼。在此过程中，钻孔中心应保持不变。5.电气元件的固定。用螺栓加以适当的垫圈，将电气元件按各自的位置在底板上进行固定。5.思考各元件的安装距离要求及布线要求。1、前提：所有元器件应按制造厂规定的安装条件进行安装。

适用条件：需要的灭弧距离。拆卸灭弧栅需要的空间等，对于手动开关的安装，必须保证开关的电弧对操作者不产生危险。2、组装前首先看明图纸及技术要求。3、检查产品型号、元器件型号、规格、数量等与图纸是否相符。4、检查元器件有无损坏。5、必须按图安装

(如果有图）。6、元器件组装顺序应从板前视，由左至右，由上至下。同一型号产品应保证组装一致性。8、面板、门板上的元件中心线的高度应符合规定。9、组装所用紧固件及金属零部件均应有防护层，对螺钉过孔、边缘及表面的毛刺、尖锋应打磨平整后再涂敷导电膏。10、对于螺栓的紧固应选择适当的工具，不得破坏紧固件的防护层，并注意相应的扭距。11、主回路上面的元器件，一般电抗器，变压器需要接地，断路器不需要接地，下图中为电抗器接地。组装产品应符合以下条件：操作方便。元器件在操作时，不应受到空间的防碍，不应有触及带电体的可能。维修容易。能够较方便地更换元器件及维修连线。各种电气元件和装置的电气间隙、爬电距离应符合相关标准规定。保证一、二次线的安装距离。6.思考机器人各关节的运动方向及运动范围。六轴工业机器人的六个轴，每个轴都是一个电机配备减速机来传动，各个轴的运动方式和方向都不同，每个轴其实是模拟人手的各个关节的动作。一轴：一轴是连接底座的部位，主要是承载上面轴的重量与底座的左右旋转。二轴：控制机器人主臂的前后摆动、整个主臂上下运动的功能。三轴：三轴同样是控制机器人前后摆动功能，只是比第二轴的摆臂范围小。四轴：四轴是控制工业机器人上面的圆形管的部分可自由旋转的部位，活动范围相当于人的小臂，不过不是360°旋转，里面有电线，跟人小臂的旋转范围相同。五轴：第五轴控制微调的上下翻转动作，通常是当产品抓取后可以使产品翻转的动作。六轴：第六轴就是末端法兰，可以360°旋转。7.本单元任务二中机器人所用伺服电机打开刹车所需电压及电流分别是多少?DC24V电源驱动；电机绝对值式编码器外接DC3.6V电源。8.查找相关资料，了解各种编码器的类型，思考机器人伺服电机编码器为什么需要提供外部电池供电。工业机器人编码器的定义是指监控位置.角度和速度的传感器分为旋转编码器和线性编码器。旋转编码器分为增量编码器和绝对值编码器（线性编码器分为拉线传感器和非接触式线性传感器），编码器编制信号（如比特流）或数据.转换为可用通信.传输和存储信号形式的设备。编码器将角位移或直线位移转换为电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。工业机器人编码器分类：根据读取方法，编码器可分为接触式和非接触式；根据工作原理，编码器可分为增量式和绝对式。增量编码器将位移转换为周期性电信号，然后将电信号转换为计数脉冲，用脉冲数表示位移大小。绝对编码器的每个位置对应一个确定的数字码，因此其示值仅与测量的开始和结束有关，而与测量的中间过程无关。工业机器人编码器的分类根据检测原理，编码器可分为光学式.磁式.根据其刻度法和信号输出形式，感应式和电容式可分为增量式.三种绝对式和混合式。1.增量编码器：增量编码器可以生成位置.角度和转数等信息。每个转刻线的数量决定了编码器每个转向控制装置传输的脉冲数。控制装置从参考点计算脉冲数，以确定当前位置。启动后，该编码器需要操作参考点，以返回参考点，以确定编码器的实际位置。增量编码器直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A.B和Z相；A.B两组脉冲相位差为90度，便于判断旋转方向，而Z相是每旋转一个脉冲，用于基准点定位。其优点是原理结构简单，机械平均寿命可达数万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适用于长途传输。其缺点是无法输出轴旋转的绝对位置信息。2.绝对编码器：可生成位置.角度、转数等信息，并计算指定类型的步距。因此，每个步距角都分配了独特的码型。每个转弯可用的码型数量决定了分辨率。每个码型可以形成唯一的参考点，提供绝对的位置信息。因此，启动后，无需参考点即可测量此类编码器。单圈编码器测量一个圈内的绝对位置。多圈编码器不仅可以测量一个圈内的位置，还可以提供转弯数量。绝对编码器是一种直接输出数字的传感器。它的圆形码盘上沿径向有几个同心码盘。每条道路由透光和不透光的风扇区组成。相邻码道的风扇树木是双重关系。码盘上的码道数是其二进制数字的位数。盘的一侧是光源，另一侧对应的每个码道都有一个光敏元件。当盘处于不同位置时，每个光敏元件根据光是否转换相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不需要计数器。您可以在转轴的任何位置阅读固定的对应位置的数字代码。显然，必须有N条路吗？目前，中国有16种绝对编码器产品。3、混合式绝对编码器：混合绝对编码器输出两组信息，一组用于检测具有绝对信息功能的磁极位置；另一组与增量编码器完全相同。机器人伺服电机编码器为什么需要提供外部电池供电：伺服电机通常需要配备电池，主要是为了保持编码器的位置信息和参数设置等数据。编码器是伺服电机控制系统中的重要组成部分，用于检测电机转子的位置和速度等信息，并将这些信息反馈给控制器进行运动控制。如果在电机停止工作或断电后，编码器的位置信息丢失，那么下次启动时就需要重新进行位置校准和参数设置，从而影响电机的性能和精度。为了避免这种情况的发生，伺服电机通常会配备电池来供电，以保持编码器的位置信息和参数设置等数据。当电机停止工作或断电时，电池会继续为编码器供电，以保持其内部的存储器和电路等部件正常工作。当电机再次启动时，编码器可以快速恢复之前的位置信息和参数设置，从而实现高精度的运动控制。需要注意的是，伺服电机配备的电池类型和容量等参数需要根据具体的应用场景和要求来选择，以确保电池能够满足长时间的供电需求，并且不会对电机的性能和可靠性产生负面影响。9.简述伺服电机的工作原理。伺服电机驱动器的工作原理伺服驱动器又称为“伺服控制器”“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。同服进给系统的要求：1、调速范围宽；2、定位精度高；3、有足够的传动刚性和高的速度稳定性；4、快速响应，无超调；为了保证生产率和加工质量，除了要求有较高的定位精度外，还要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快，因为数控系统在启动、制动时，要求加、诚加速度足够大，缩短进给系统的过渡过程时间，减小轮廓过渡误差。5、低速大转矩，过载能力强；一般来说，伺服驱动器具有数分钟其至半小时内1.5倍以上的过载能力，在短时间内可以过载4~6倍而不损坏。6、可靠性高；要求数控机床的进给驱动系统可靠性高、工作稳定性好，具有较强的温度、湿度、振动等环境适应能力和很强的抗干扰的能力。单元6工业机器人基本运动任务调试简答题1.工业机器人系统由哪三个部分组成?工业机器人一般由机器人本体、控制柜、示教器组成。2.工业机器人示教器的作用是什么?示教器是机器人的人机交互界面，是机器人系统的重要组成部分，操作者可3.工业机器人在开机和关机之前需要注意的事项有哪些?4.工业机器人常见的运动方式有哪些?5.工业机器人示教器上的手压开关的作用是什么?6.工业机器人常用的运动指令有哪些，其特点是什么?7.工业机器人编程中的项目和程序的关系是什么?1.程序:当今世界上计算机系统有多种用途。其中一种使用是在编写程序时观察到的。程序是给计算机执行特定任务的指令。它是与计算机系统进行通信的媒介。2.项目:项目是一个创新的努力，以创建一个尚未开发的软