6月工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用模擬習(xí)題及參考答案選擇題1.工業(yè)機(jī)器人的手部也稱為末端執(zhí)行器，它一般可分為以下哪幾類（）A.夾持類、吸附類、專用工具類B.機(jī)械式、磁力式、真空式C.單指、雙指、多指D.氣動、電動、液壓答案：A。工業(yè)機(jī)器人手部按功能可分為夾持類、吸附類和專用工具類；B選項(xiàng)是吸附類手部的細(xì)分方式；C選項(xiàng)不是常見的手部分類；D選項(xiàng)是手部驅(qū)動方式分類。2.以下哪種傳感器不是工業(yè)機(jī)器人常用的內(nèi)部傳感器（）A.位置傳感器B.力傳感器C.速度傳感器D.加速度傳感器答案：B。內(nèi)部傳感器用于檢測機(jī)器人自身狀態(tài)，位置、速度、加速度傳感器都屬于內(nèi)部傳感器，力傳感器一般用于檢測機(jī)器人與外界環(huán)境的相互作用力，屬于外部傳感器。3.工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)定位精度是指（）A.機(jī)器人末端執(zhí)行器實(shí)際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間的偏差B.機(jī)器人重復(fù)到達(dá)同一位置的準(zhǔn)確程度C.機(jī)器人在工作空間內(nèi)的定位精度D.機(jī)器人各關(guān)節(jié)運(yùn)動的精度答案：B。重復(fù)定位精度強(qiáng)調(diào)的是機(jī)器人重復(fù)到達(dá)同一位置的準(zhǔn)確程度；A選項(xiàng)描述的是定位精度；C選項(xiàng)工作空間內(nèi)定位精度概念不準(zhǔn)確；D選項(xiàng)各關(guān)節(jié)運(yùn)動精度與重復(fù)定位精度不同。4.機(jī)器人運(yùn)動學(xué)主要研究（）A.機(jī)器人的運(yùn)動軌跡規(guī)劃B.機(jī)器人各關(guān)節(jié)的運(yùn)動速度和加速度C.機(jī)器人的位置、姿態(tài)與關(guān)節(jié)變量之間的關(guān)系D.機(jī)器人的動力學(xué)特性答案：C。運(yùn)動學(xué)主要研究機(jī)器人的位置、姿態(tài)與關(guān)節(jié)變量之間的關(guān)系；A選項(xiàng)運(yùn)動軌跡規(guī)劃是運(yùn)動學(xué)應(yīng)用的一個方面；B選項(xiàng)各關(guān)節(jié)運(yùn)動速度和加速度是運(yùn)動學(xué)分析的內(nèi)容之一，但不是主要研究內(nèi)容；D選項(xiàng)動力學(xué)特性是動力學(xué)研究范疇。5.工業(yè)機(jī)器人的自由度通常是指（）A.機(jī)器人能夠獨(dú)立運(yùn)動的關(guān)節(jié)數(shù)目B.機(jī)器人末端執(zhí)行器的運(yùn)動方向數(shù)目C.機(jī)器人在空間中的位置和姿態(tài)變化能力D.機(jī)器人的工作空間大小答案：A。自由度是指機(jī)器人能夠獨(dú)立運(yùn)動的關(guān)節(jié)數(shù)目；B選項(xiàng)末端執(zhí)行器運(yùn)動方向數(shù)目與自由度有一定關(guān)聯(lián)但不準(zhǔn)確；C選項(xiàng)位置和姿態(tài)變化能力由自由度等因素共同決定；D選項(xiàng)工作空間大小與自由度有關(guān)，但不是自由度的定義。填空題1.工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)系主要有基坐標(biāo)系、（）、工具坐標(biāo)系和用戶坐標(biāo)系。答案：關(guān)節(jié)坐標(biāo)系。工業(yè)機(jī)器人常見的坐標(biāo)系包括基坐標(biāo)系、關(guān)節(jié)坐標(biāo)系、工具坐標(biāo)系和用戶坐標(biāo)系。2.機(jī)器人的編程方式主要有示教編程和（）編程。答案：離線。編程方式主要分為示教編程和離線編程，示教編程通過手動操作機(jī)器人記錄運(yùn)動軌跡，離線編程則是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行編程。3.工業(yè)機(jī)器人的動力學(xué)主要研究機(jī)器人的（）與力、力矩之間的關(guān)系。答案：運(yùn)動。動力學(xué)主要研究機(jī)器人的運(yùn)動與力、力矩之間的關(guān)系，以分析機(jī)器人的動態(tài)性能。4.機(jī)器人的工作空間是指機(jī)器人（）在空間中所能達(dá)到的區(qū)域。答案：末端執(zhí)行器。工作空間是指機(jī)器人末端執(zhí)行器在空間中所能達(dá)到的區(qū)域，反映了機(jī)器人的工作范圍。5.工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動方式主要有液壓驅(qū)動、（）驅(qū)動和電動驅(qū)動。答案：氣動。工業(yè)機(jī)器人常見的驅(qū)動方式有液壓驅(qū)動、氣動驅(qū)動和電動驅(qū)動。簡答題1.簡述工業(yè)機(jī)器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域。答：工業(yè)機(jī)器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：汽車制造：用于汽車的焊接、涂裝、裝配等工序，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。例如在汽車車身焊接中，機(jī)器人可以精確地完成焊點(diǎn)焊接，保證焊接質(zhì)量的一致性。電子制造：在電子設(shè)備的生產(chǎn)中，進(jìn)行芯片貼片、電路板組裝、電子產(chǎn)品檢測等工作。如手機(jī)生產(chǎn)線上，機(jī)器人可以快速準(zhǔn)確地將微小的電子元件貼裝到電路板上。機(jī)械加工：對金屬零件進(jìn)行切削、磨削、拋光等加工操作。例如在機(jī)床上下料過程中，機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)自動化的物料搬運(yùn)和裝夾。食品加工：完成食品的分揀、包裝、搬運(yùn)等任務(wù)。如在餅干生產(chǎn)線上，機(jī)器人可以將餅干進(jìn)行分類包裝。物流倉儲：用于貨物的碼垛、搬運(yùn)、分揀等物流作業(yè)。例如在大型倉庫中，機(jī)器人可以高效地將貨物進(jìn)行碼垛和搬運(yùn)。2.簡述工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)。答：工業(yè)機(jī)器人具有以下特點(diǎn)：可編程：可以通過編程實(shí)現(xiàn)不同的任務(wù)和運(yùn)動軌跡，具有很強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性。用戶可以根據(jù)生產(chǎn)需求修改機(jī)器人的程序，使其完成不同的工作。擬人化：具有類似人類的某些功能，如關(guān)節(jié)運(yùn)動、手部操作等。機(jī)器人的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)可以模仿人類的手臂運(yùn)動，末端執(zhí)行器可以完成抓取、搬運(yùn)等操作。通用性：在一定范圍內(nèi)可以完成多種不同的任務(wù)，只需更換末端執(zhí)行器或修改程序即可。例如一臺機(jī)器人可以通過更換不同的夾具，完成不同形狀和尺寸工件的抓取和搬運(yùn)。機(jī)電一體化：綜合了機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、傳感器等多種技術(shù)，是一個復(fù)雜的機(jī)電一體化系統(tǒng)。機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)提供運(yùn)動基礎(chǔ)，電子控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制和數(shù)據(jù)處理，傳感器用于檢測機(jī)器人的狀態(tài)和外界環(huán)境信息。3.簡述機(jī)器人軌跡規(guī)劃的基本步驟。答：機(jī)器人軌跡規(guī)劃的基本步驟如下：任務(wù)描述：明確機(jī)器人需要完成的任務(wù)，包括起始點(diǎn)、目標(biāo)點(diǎn)、中間路徑點(diǎn)等信息。例如在搬運(yùn)任務(wù)中，需要確定工件的抓取位置和放置位置。路徑規(guī)劃：根據(jù)任務(wù)描述，在機(jī)器人的工作空間中規(guī)劃出一條從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的路徑?？梢圆捎貌煌穆窂揭?guī)劃算法，如基于搜索算法（A算法等）或基于幾何方法進(jìn)行路徑規(guī)劃。軌跡生成：在規(guī)劃好的路徑基礎(chǔ)上，確定機(jī)器人各關(guān)節(jié)在每個時(shí)刻的運(yùn)動參數(shù)（位置、速度、加速度等），生成平滑的運(yùn)動軌跡。通常需要考慮機(jī)器人的動力學(xué)特性和運(yùn)動約束，以保證機(jī)器人的運(yùn)動平穩(wěn)和安全。軌跡優(yōu)化：對生成的軌跡進(jìn)行優(yōu)化，以提高機(jī)器人的運(yùn)動效率、減少能量消耗或滿足其他性能指標(biāo)。例如可以通過優(yōu)化軌跡的速度曲線，減少機(jī)器人的運(yùn)動時(shí)間。軌跡驗(yàn)證和實(shí)施：對規(guī)劃好的軌跡進(jìn)行驗(yàn)證，檢查是否滿足任務(wù)要求和機(jī)器人的運(yùn)動約束。如果驗(yàn)證通過，則將軌跡信息發(fā)送給機(jī)器人控制器，控制機(jī)器人按照規(guī)劃的軌跡運(yùn)動。計(jì)算題1.已知一個工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)1的轉(zhuǎn)角范圍是180°到180°，關(guān)節(jié)2的轉(zhuǎn)角范圍是90°到90°?，F(xiàn)在關(guān)節(jié)1的當(dāng)前角度是60°，關(guān)節(jié)2的當(dāng)前角度是30°。若要使關(guān)節(jié)1轉(zhuǎn)動到30°，關(guān)節(jié)2轉(zhuǎn)動到60°，分別計(jì)算關(guān)節(jié)1和關(guān)節(jié)2需要轉(zhuǎn)動的角度。解：對于關(guān)節(jié)1：關(guān)節(jié)1需要轉(zhuǎn)動的角度=目標(biāo)角度當(dāng)前角度即30°60°=90°，負(fù)號表示轉(zhuǎn)動方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向。對于關(guān)節(jié)2：關(guān)節(jié)2需要轉(zhuǎn)動的角度=目標(biāo)角度當(dāng)前角度即60°30°=90°，負(fù)號表示轉(zhuǎn)動方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向。答：關(guān)節(jié)1需要轉(zhuǎn)動90°，關(guān)節(jié)2需要轉(zhuǎn)動90°。2.某工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器在笛卡爾坐標(biāo)系中的位置向量為$\vec{P}=(3,4,5)$（單位：mm），若該機(jī)器人繞Z軸旋轉(zhuǎn)90°，求旋轉(zhuǎn)后末端執(zhí)行器的位置向量。解：繞Z軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)矩陣為：$R_Z(\theta)=\begin{bmatrix}\cos\theta&\sin\theta&0\\\sin\theta&\cos\theta&0\\0&0&1\end{bmatrix}$已知$\theta=90°$，則$\cos\theta=0$，$\sin\theta=1$，旋轉(zhuǎn)矩陣為：$R_Z(90°)=\begin{bmatrix}0&1&0\\1&0&0\\0&0&1\end{bmatrix}$原位置向量$\vec{P}=\begin{bmatrix}3\\4\\5\end{bmatrix}$旋轉(zhuǎn)后位置向量$\vec{P}'=R_Z(90°)\vec{P}$$\vec{P}'=\begin{bmatrix}0&1&0\\1&0&0\\0&0&1\end{bmatrix}\begin{bmatrix}3\\4\\5\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}0\times3+(