工业机器人技术基础微课版何世松课后参考答案

绪论认识工业机器人课后习题答案一、填空题1．作为工业隐形助推器，（工业机器人）是机器换人、制造业产业升级的核心抓手。2．为了扩大工作范围，七轴工业机器人中的第七轴通常是（行走轴），属于线性轴，也被称为机器人地轨或机器人导轨等。3．国际上工业机器人四大家族是指（发那科）、（ABB）、（安川）、（库卡）四个品牌。4．当前，工业机器人主要应用在4D（Dirty肮脏的）、（Difficult费力的）、（Dangerous危险的）、（Dull乏味的）工作岗位以实现“机器换人”。二、选择题1．机器人本体是工业机器人机械主体，是完成各种作业的（A）。A.执行机构B.控制系统C.传输系统D.搬运机构2．以下（D）不是我国《“十四五”机器人产业发展规划》对机器人的分类。A.工业机器人B.服务机器人C.特种机器人D.跳舞机器人3．以下（D）不是我国工业机器人品牌。A.埃夫特B.埃斯顿C.汇川D.安川三、简答题1．简述工业机器人的发展趋势。答：工业机器人的发展趋势是智能化、模块化、网络化、服务化、集成化和轻量化。2．简述工业机器人的典型应用场景。答：工业机器人的典型应用场景包括但不限于以下5个方面：搬运场景、码垛场景、焊接场景、喷涂场景、装配场景等。3．简述“机器人三大守则”的内容。答：（1）机器人必须不危害人类，也不允许眼看人类将受害而袖手旁观；（2）机器人必须绝对服从于人类，除非这种服从有害于人类；（3）机器人必须保护自身不受伤害，除非为了保护人类或者是人类命令它做出牺牲。模块一工业机器人的系统构成与分类课后习题答案一、填空题1．从外形上来看，工业机器人一般由（本体）、（控制器）、（示教器）三部分组成。2．从工作原理来看，工业机器人一般由（控制系统）、（驱动系统）、（执行机构）、（监测系统）四部分组成。3．按照机器人的技术发展水平可以将工业机器人分为三代：（示教再现机器人）、（感知机器人）、（智能机器人）。4．工业机器人的主要技术参数有（自由度）、（定位精度和重复定位精度）、（工作范围）、（最大工作速度）、（承载能力）等。二、选择题1．按结构特征来分，工业机器人通常可分为（A）、柱面坐标机器人、球面坐标机器人和关节型机器人等类型。A.直角坐标机器人B.斜角坐标机器人C.极坐标机器人D.SCARA机器人2．以下（D）不是工业机器人的主要技术参数。A.自由度B.定位精度C.工作范围D.外观3．以下（D）不是按采用的动力源对工业机器人驱动装置的分类。A.电动B.液动C.气动D.手动4．下面（D）不属于工业机器人子系统。A.驱动系统B.机械系统C.人机交互系统D.导航系统三、简答题1．工业机器人的本体由哪几部分组成？答：工业机器人的本体主要由机械臂、驱动与传动装置以及传感器三大部分组成，可细分为机座、腰部、臂部、腕部、手部。2．示教器的作用主要有哪些？答：示教器的作用包括：（1）手动运行机器人；（2）编写机器人程序；（3）试运行程序；（4）查阅机器人的状态（如机器人I/O设置、位置等）；（5）参数设置。3．感受系统包括哪两部分，各自的作用是什么？答：感受系统包括内部检测系统与外部检测系统两部分。内部检测系统作用是通过各种检测器，检测执行机构的运动境况，根据需要反馈给控制系统，与设定值进行比较后对执行机构进行调整以保证其动作符合设计要求。外部检测系统作用是检测机器人所处环境、外部物体状态或机器人与外部物体的关系。4．按机器人的控制方式划分，工业机器人可以分为哪些类型？答：根据控制方式的不同，工业机器人可以分为非伺服控制机器人和伺服控制机器人两种。伺服控制机器人又可细分为连续轨迹控制机器人和点位控制机器人。模块二工业机器人的坐标变换与运动计算习题答案一、填空题1．齐次坐标变换能解决机器人（位置）和（姿态）描述的问题。2．坐标变换通常有（纯平移变换）、（绕单轴的旋转变换）和（复合变换）三种形式。3．最便于机器人编程的坐标系是（工件坐标系）。二、选择题1．坐标原点位于工具上的坐标系是（C）。A.大地坐标系B.基坐标系C.工具坐标系D.工件坐标系2．在D-H建模中，转动关节的关节变量是（D）。A.连杆长度B.连杆扭角C.两连杆距离D.两连杆夹角3．在D-H建模中，移动关节的关节变量是（C）。A.连杆长度B.连杆扭角C.两连杆距离D.两连杆夹角4．已知末端执行器的期望位姿，求解各关节变量是（B）要解决的问题。A.正运动学B.逆运动学C.正动力学D.逆动力学三、计算题1．坐标系{B}相对于固定参考坐标系{A}连续做以下变换：（1）绕XA轴逆时针转90°。（2）绕YA轴顺时针转90°。（3）移动13试写出齐次变换矩阵T。答：2．坐标系{B}相对于自身坐标系连续做以下变换：（1）绕XB轴逆时针转90°。（2）绕YB轴顺时针转90°。（3）移动13试写出齐次变换矩阵T。答：四、简答题1．简述什么是齐次坐标？它与直角坐标有何区别？答：齐次坐标就是将一个原本是n维的向量用一个n+1维向量来表示，是指一个用于投影几何里的坐标系；齐次坐标和直角坐标在点的描述和坐标系的方位秒数上有区别，当比例因子为0时，齐次坐标可以表示方向，这是直角坐标不具备的功能。2．坐标变换分为哪几种？答：常用的坐标变换包含纯平移、绕单轴的旋转变换和复合（平移+旋转）变换。3．写出分别绕X、Y、Z轴旋转θ角的齐次变换矩阵。答：，【拓展演练】如下图所示，2自由度平面机械臂有两个关节，关节1是转动关节，关节2是移动关节，关节变量分别为θ1和d2。（1）建立D-H坐标系，并写出机械臂的运动学方程。（2）按下列给定的关节变量，求出末端执行器中心的位置。θ10°30°60°90°d20.500.801.000.702自由度平面机械臂解：（1）建立D-H坐标系，如图所示，连杆的参数如下表：连杆aαdθ1000θ12d2000机械手的运动学方程为：当θ1=0°和d2=0.5时，末端执行器中心位置为当θ1=30°和d2=0.8时，末端执行器中心位置为当θ1=60°和d2=1时，末端执行器中心位置为当θ1=90°和d2=0.7时，末端执行器中心位置为模块三工业机器人的机械系统构成课后习题答案一、填空题1．工业机器人的机械系统主要包括（机座）、（臂部）、（腕部）、（末端执行器）、（传动装置）等。2．无固定轨迹式行走机构按其结构特点可分为（轮式行走机构）、（履带式行走机构）、（关节式行走机构）。3．工业机器人的传动装置包括齿轮传动、（轴承传动）、（丝杠传动）、（RV减速器）以及柔性元件传动等。4．根据工作原理，末端执行器可分为（吸附式末端执行器）和（夹持式末端执行器）。5．将“同步带传动、链传动、锥齿轮传动、钢丝绳索、RV减速器、丝杠传动”填入以下对应括号中。（锥齿轮传动）（链传动）（丝杠传动）（同步带传动）（钢丝绳索）（RV减速器）二、选择题1．以下（D）不是按齿轮传动的工作条件分类的类型。A.开式齿轮传动B.半开式齿轮传动C.闭式齿轮传动D.齿轮齿条传动2．工业机器人腕部的运动模拟人的手腕的动作，下面（A）不属于回转产生的效果A.滚动B.手转C.腕摆D.臂转3．臂部的驱动方式主要有液压驱动、气动驱动和电机驱动等几种形式，其中（C）形式最为通用。A.液压驱动B.气动驱动C.电机驱动D.以上均是4．以下（C）不属于RV减速器的组成部分。A.齿轮轴B.行星轮C.齿条D.RV齿轮三、简答题1．简述工业机器人机座的作用。答：机座的作用主要是确定和固定机器人的位置、支撑整个机器人的重量及工作载荷。2．相比其他机械结构，臂部具有哪些特点？答：相比其他机械结构，臂部具刚度要高、重量要轻、运动要平稳等明显特点。3．什么是工业机器人的末端执行器？有何作用？答：工业机器人的末端执行器也称之为手部，是工业机器人搬运物品、装卸材料、组装零件、焊接、喷漆等工作的执行机构。末端执行器的主要作用包括抓取物品、搬运物品、装配物品以及提升生产效率等。4．简述谐波齿轮传动的特点。答：（1）结构简单、零件少、安装方便。（2）体积小、重量轻。（3）传动速比大。（4）承载能力高。（5）传动精度高。（6）传动效率高、运动平稳。（7）可实现差速传动。5．简述RV减速器传动的特点。答：（1）传动比范围大。（2）结构刚性好。（3）输出扭矩高。（4）传动效率高，其传动效率为0.85-0.92。模块四工业机器人的动力系统构成课后习题答案一、填空题1.工业机器人驱动系统常用的驱动方式主要有（电动驱动）、（液压驱动）以及（气压驱动）三种。2.电动驱动系统通常选用的驱动电机主要有（直流电动机）、（步进电机）和（伺服电机）三种。3.步进电动机每输入一个（控制脉冲），电动机完成相应的角位移或线位移。4.（液压驱动）系统常用于承载重量较大的工业机器人。5.液压执行元件将液体的液压能转换成机械能，包括（液压缸）和（液压马达）。6.（流量控制）阀用于控制和调节压缩空气流量。二、判断题1.伺服系统的最主要的特质是要有反馈信息，以确定部件的具体位置。（√）2.交流伺服电机由转子、定子组成。（×）3.流量控制阀是通过改变阀的通流面积来实现流量控制的元件。（√）4.液压伺服系统中，当反馈信号值与输入指令值相同时，驱动器便停止工作。（√）5.电液换向阀用较小电磁力控制改变流体方向，从而改变机械运动状态。（√）三、简答题1.简述工业机器人对驱动电动机的要求。答：工业机器人对驱动电动机的要求如下：（1）灵敏度高，响应性好电动机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应尽可能短。响应指令信号的时间越短，电动机伺服系统的灵敏性越高，快速响应性能就越好。一般是以伺服电动机的机电时间常数来表示伺服电动机快速响应的性能。（2）起动转矩大、惯量小在驱动负载的情况下，要求机器人的伺服电动机的起动转矩大，转动惯量小。（3）控制特性的连续性和直线性随着控制信号的变化，电动机的转速能连续变化，有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比。（4）调速范围宽能适用于1:1000~1:10000的调速范围。（5）体积小，质量轻，轴向尺寸短。在满足工作要求的条件下，要求体积小，质量轻，轴向尺寸短。（6）适用工作范围广能在苛刻的运行条件下工作，可进行十分频繁的正、反向和加、减速运动，并能在短时间内承受过载。2.简述液压驱动系统的优缺点。答：（1）液压驱动系统的优点1）驱动力或驱动力矩大，即功率质量比（或称比功率）大。2）可以把工作液压缸直接做成关节的一部分，结构简单紧凑、刚度好。3）由于液体的不可压缩性，定位精度比气压驱动高，并可实现任意位置的停止。4）液压驱动调速比较简单，能在很大调整范围内实现无级调速。5）液压驱动平稳，且系统的固有效率较高，可以实现频繁而平稳的变速与换向。6）使用安全阀，可简单有效地防止过载现象发生。7）有良好的润滑性能，寿命长。（2）液压驱动系统的缺点1）油液容易泄漏，影响工作的稳定性与定位精度，易造成环境污染。2）油液黏度随温度变化，不但影响工作性能，而且在高温与低温条件下很难应用。有时需要采用油温管理措施。3）油液中容易混入气泡、水分等，使系统的刚性降低，速度响应特性及定位不稳定。4）需配备压力源及复杂的管路系统，因而成本较高。5）易燃烧。3.简述气压驱动系统的优缺点。答：（1）气压驱动的优点1）快速性好。这是因为压缩空气的黏性小。2）气源方便。一般工厂都由压缩空气站供应压缩空气。3）废气可直接排入大气，不会造成污染，所以比液压驱动清洁。4）通过调节气量可实现无级变速。5）由于空气的可压缩性，气压驱动系统具有缓冲作用。6）结构简单，易于保养，成本低。（2）气压驱动的缺点1）由于工作压力低，所以功率质量比小，装置体积大。2）基于气体的可压缩性，气压驱动很难保证较高的定位精度。3）使用后的压缩空气向大气排放时，会产生噪声。4）因压缩空气含冷凝水，使得气压系统易锈蚀。在低温下由于冷凝水结冰，气动系统有可能启动困难。模块五工业机器人的感知系统构成课后习题答案一、填空题1．绝对式光电编码器的分辨率取决于二进制编码的（位数）。2．光电编码器主要由（光源）、（光码盘）、（光敏元件）和转轴等组成。3．工业机器人传感器按其感知对象的位置，可以分为（内部传感器）和（外部传感器）两大类。4．光电开关一般由（发射器）、（接收器）和检测电路三部分组成。5．压电式超声波探头的工作原理是基于压电材料的（压电效应）。二、选择题1．以下（C）不属于工业机器人的内部传感器。A．位置传感器B．速度传感器C．视觉传感器D．加速度传感器2．传感器输出信号达到稳定时，输出变化量与输入变化量的比值表示（B）。A．线性度B．灵敏度C．测量精度D．分辨力3．（D）适用于较远距离和较大物体的测量。A．电位器式传感器B．电容传感器C．电涡流传感器D．超声波传感器4．下面哪种传感器不能测量角位移。（A）A．直线型电位器B．旋转型电位器C．光电编码器D．旋转变压器5．电涡流式接近传感器利用电涡流效应可以检测出（A）的靠近。A．铁块B．塑料瓶C．水D．人体6．下面哪种传感器可以获取工件的颜色信息。（C）A．霍尔式接近开关B．超声波传感器C．视觉传感器D．光电开关7．接近传感器的动作距离（B）复位距离。A．大于B．小于C．等于D．都可以8．使用超声波式传感器测量液位，从探头发射超声波到接收到液面反射波的时间越长，说明探头与液面的距离（A）。A．越大B．越小C．不变D．等于零三、判断题1．选择工业机器人的传感器时，灵敏度越高的越好。（×）2．一般可以使用光幕限定机器人的运动范围，保护作业人员安全。（√）3．工业机器人可以只使用外部传感器而不使用任何内部传感器。（×）4．用传感器采集环境信息是机器人智能化的必要条件。（√）5．电容式传感器不能实现非接触式测量。（×）6．霍尔效应是半导体置于磁场中产生的现象，半导体不需要有电流流过。（×）四、简答题1．传感器的主要性能指标有哪些？答：传感器的主要性能指标有静态性能指标和动态时域指标。传感器的静态性能指标主要有灵敏度、线性度、测量精度、分辨率、重复性、稳定性、抗干扰能力等。传感器的动态时域指标常包含时间常数、上升时间、响应时间等，动态频域指标常有通频带、工作频带、相位误差等。2．工业机器人传感器的线性度指什么？答：线性度（又称非线性误差）则用来表征拟合直线与实际关系曲线之间的近似程度，非线性误差越小越好。3．要使检测的分辨力小于1°，问绝对式光电编码器至少需设置多少条码道？答：分辨力α=360°2n，其中n为码道数，360°284．利用霍尔传感器测量工业机器人的关节转速，若已知传感器输出脉冲的周期为10ms，电机转轴上的齿轮齿数为10，求关节转动的角速度n。答：关节转动的角速度n=60f齿数=60课后习题答案一、填空题1．工业机器人的控制系统可分为两大部分：一部分是对其（自身运动）的控制；另一部分是工业机器人与（周边设备）的协调控制。2．工业机器人控制系统的主要功能有：（示教再现功能）与（运动控制功能）。3．工业机器人的控制系统主要有三种结构，分别为（集中控制结构）、（主从控制结构）、（分布控制结构）。二、选择题1．工业机器人点位控制方式（PTP）的主要技术指标是：（A）。A.定位精度和运动时间B.定位精度和运动速度C.运动速度和运动时间D.位姿轨迹和运动速度2．以下不属于工业机器人的控制系统硬件主要组成部分的是：（D）A.传感装置B.控制装置C.关节伺服驱动部分D.减速装置3.工业机器人的运动控制方式主要包括点到点控制方式和（A）。A.连续轨迹控制方式B.速度控制方式C.力（力矩）控制方式D.智能控制方式三、简答题1.简述工业机器人控制系统的特点。答：工业机器人控制系统具有以下特点：（1）工业机器人控制系统是一个多变量控制系统，简单的工业机器人也有3～5个自由度。（2）它的运动描述比较复杂。（3）工业机器人具有较高的重复定位精度，系统刚性好。（4）信息运算量大。（5）需采用加（减）速控制。一般要求控制系统位置无超调，动态响应尽量快。（6）工业机器人还有一种示教再现的控制方式。2.简述工业机器人控制系统的功能。答：工业机器人控制系统具有以下功能：示教再现功能、坐标设置功能、与外围设备的联系功能、位置伺服功能、故障诊断安全保护功能。3.工业机器人的控制方式按作业任务不同可分为哪些方式？答：主要分为位置控制方式、速度控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式等。模块七工业机器人的操作与编程课后习题答案一、填空题1．操作人员进行工业机器人编程的方式主要有（示教编程）与（离线编程）。2．工业机器人编程语言按照操作流程分为（动作级）语言、（对象级）语言和（任务级）语言三种。3．动作指令由动作类型、（位置数据）、（速度类型）、（定位类型）四部分组成。4．FANUC工业机器人消除报警和消除急停需要用到（RESET）键，示教点位时需要按下（SHIFT）键。5．FANUC工业机器人工具坐标系示教的方法有（三点法）、（六点法）、（直接输入法）。6．目前工业机器人常用的编程方式有两种，分别是（在线编程示教）和（离线编程示教）。7．位置资料存储机器人在记录点的（位置）和（姿态）。8．FANUC工业机器人坐标系可以分为（关节）坐标系和（直角）坐标系。二、选择题1．日本FANUC公司推出了（B）语言。A.RAPIDB.KARELC.KRLD.INFORM2．以下哪个坐标系不属于直角坐标系（B）。A.世界坐标系B.关节坐标系C.工具坐标系D.用户坐标系3．ROBOGUIDE仿真软件中以下哪个为搬运模块（B）。A.ChamferingPROB.HandlingPROC.PalletPROD.WeldPRO4．FANUC机器人中以下关节坐标系符合右手定则的是（A）。A.J1B.J2C.J3D.J45．FANUC机器人中能够实现坐标系切换的按钮是(B)。A.RESETB.COORDC.FWDD.BWD6．FANUC机器人的工具在两个指定点之间任意运动，不进行轨迹控制和姿势控制时使用（A）指令。A.JB.LC.AD.C7．当FANUC机器人在T1模式运行时，其最大速度为（C）。A.100mm/sB.200mm/sC.250mm/sD.300mm/s8．在FANUC示教器上直接按下哪个键可以进入程序一览界面（A）。A.SELECTB.EDITC.DATAD.SHIFT9．ABB工业机器人中等待数字输入指令是（A）。A.WaitDIB.WaitDOC.WHILED.Reset三、简答题1．FANUC焊接机器人为什么要重新设定工具坐标系？答：机器人默认的工具坐标系原点（TCP）在J6轴的法兰盘中心的位置。从事焊接的工业机器人需要在J6轴的法兰盘上安装上焊枪或者焊钳，因此新的TCP点应给位于焊枪（钳）的焊接工作点上，所以在编程之前需要设定新的工具坐标系。2．简述ROBOGUIDE软件的主要功能。答：ROBOGUIDE软件提供了一个3D的虚拟空间和便于系统搭建的3D模型库，可完成的功能包括：系统搭建、方案布局设计、干涉性可达性分析、节拍计算与优化、离线编程等等。3．简述RobotStudio软件的主要功能。答：RobotStudio软件具有强大的建模、编程与仿真等功能，包括：（1）CAD建模或导入。（2）AutoPath功能。（3）程序编辑器。（4）路径优化。（5）可达性分析。（6）虚拟示教器。（7）事件表。（8）碰撞检测。（9）VBA功能。（10）在线作业。4．完成如图三角形和S形的运行轨迹编程（FANUC），并在相应位置填写位置变量序号，需要设置HOME点、接近点及离去点。1:JP[1:HOME]30%FINE2:JP[2]30%FINE3:JP[3]30%FINE4:JP[4]30%FINE5:JP[5]30%FINE6:JP[3]30%FINE7:JP[2]30%FINE8:JP[6]30%FINE9:JP[7]30%FINE10:CP[8]P[9]30%FINE12:CP[10]P[11]30%FINE14:JP[12]30%FINE15.JP[1:HOME]30%FINE5.工业机器人编程技术的发展趋势是什么？答：（1）编程将会变得简单、快速、可视，模拟仿真效果更好。（2）基于视觉、传感和大数据技术，感知、辨识、重构环境和工件等的CAD模型，可更好地自动获取加工路径的几何信息。（3）基于互联网技术实现编程的网络化、远程化、可视化。（4）基于增强现实技术实现离线编程和真实场景的互动。（5）根据离线编程技术和现场获取的几何信息自主规划加工路径、加工参数并进行仿真确认。模块八工业机器人的典型应用课后习题答案一、填空题1．常见的工业机器人工作站有焊接机器人工作站、（搬运机器人工作站）、（喷涂机器人工作站）、（装配机器人工作站）、抛光打磨机器人工作站、AGV小车等。2．根据焊接工艺的不同，焊接机器人分为（点焊机器人）、（弧焊机器人）、（激光焊接机器人）等。3．AGV采用的导向技术主要有电磁感应技术、激光检测技术、超声检测技术、惯性导航技术（光反射检测技术）、（图像识别技术）、（坐标识别技术）等。4．按照手腕结构划分，喷涂机器人应用中较为普遍的主要有（球型手腕喷涂机器人）和（非球型手腕喷涂机器人）。5．抛光打磨机器人工作站中的机器人按照对工件处理方式的不同可分为两种：（工件型打磨机器人）和（工具型打磨机器人）。二、多选题1．典型的工业机器人工作站由（ABCD）、供料单元、分拣单元、加工单元、仓储单元等组成。A.工业机器人B.控制单元C.变位单元D.安全防护栏2．根据焊接工艺的不同，焊接机器人分为（ABC）。A.点焊机器人B.弧焊机器人C.激光焊接机器人D.大型焊接机器人3．喷涂机器人是一种典型的喷涂自动化装备，具有（ABD）、灵敏高效、通用性强等优点。A.喷涂均匀B.高效环保C.价格昂贵D.工作效率高三、简答题1．什么是工业机器人工作站？答：机器人工作站是指以一台或多台机器人为主，配以相应的周边设备，如变位机、输送机、工装夹具等，或借助人工的辅助操作一起完成相对独立的一种作业或工序的一组设备组合，亦称为机器人工作单元。2．工业机器人工作站由哪几个部分组成？答：典型的工业机器人工作站主要由工业机器人及其控制系统、辅助设备以及其他周边设备所构成，包括工业机器人、控制单元、供料单元、分拣单元、加工单元、仓储单元、变位单元及安全防护栏等。3．工业机器人工作站的设计原则有哪些？答：（1）设计前必须充分分析作业对象，拟定最合理的工艺流程；（2）必须满足作业的功能要求和环境条件；（3）必须满足生产纲领和生产节拍要求；（4）整体及各组成部分必须全部满足安全规范及标准；（5）各设备及控制系统应具有故障显示及报警装置；（6）要便于工作站的维护修理；（7）操作系统便于联网控制工作站；（8）可根据企业生产产品的特点快速组成自动化生产线；（9）操作系统应简单明了，便于操作和人工干预；（10）工作站要经济实惠，能快速投产，帮助企业抢占市场先机；（11）工作站要具有一定的技术先进性和防逆向的能力。4．与传统的机械喷涂相比，喷涂机器人具有哪些优点？答：（1）能最大限度提高涂料的利用率、降低喷涂过程的有害挥发性有机物的排放量。（2）能通过提高喷枪的运动速度缩短生产节拍，同时喷涂次品零件率低、手工补漆减少，无需研磨和抛光等后续加工，效率显著高于手工喷涂。（3）能精确地按照预定轨迹进行喷涂，无偏移并完美地控制喷枪的启停；能确保设定的喷涂厚度，控