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工业机器人期末复习资料大全.doc
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工业机器人期末复习资料大全.doc
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- -
工业机器人课件资料
一、 机器人运动学
1. 关 节 型 机 器 人 构 造 如 下 图 。 关 节 变 量 值
1 2 3 4 5 6
90 , 0 , 90 , 90
,
2 2
431.8 , 149.09 ,a mm d mm
4 6
433.07 , 56.25d mm d mm
。求各关节运动变换的齐次变换矩阵
i
T
。
2. 如图二自由度平面机械手,手部中心坐标值为
1 1
,x y
。求该机械手运动方
程的逆解
1
及
1
d
二、 机器人动力学
1. 如图二自由度平面机械手,杆长
1 2
0.5l l m
,相关参数如下表所示。求表
中两种情况下的关节瞬时速度
1
和
2
。
- - word.zl-
- -
2. 二自由度平面机械手的雅可比矩阵为
1 1 2 2 2 2
1 1 2 2 2 2
sin sin sin
cos cos cos
l l l
J
l l l
。假
设忽略重力,当手部端点力
1 0
T
F
时,求与此力相应的关节力矩。
三、 机器人的智能控制
简述机器人人工神经网络控制技术的原理及方法
四、 机器人的控制根底
交流伺服电动机有哪几种调速方式,请分别说明其原理。
1. 经历了 40 多年的开展,机器人技术逐步形成了一门新的综合性学科 — 机器
人学〔Robotics〕
它包括有根底研究和应用研究两个方面
主要研究容有:
(1) 机械手设计;(2) 机器人运动学、动力学和控制;(3) 轨迹设计和路径规划;
(4) 传感器(包括部传感器和外部传感器);(5) 机器人视觉; (6) 机
器人语言;(7) 装置与系统构造; (8) 机器人智能等。
2. 机器人的定义
国际和国外相关组织的定义
国际标准化组织〔ISO〕的定义:机器人是一种自动的、位置可控的、具有
编程能力的多功能机械手,这种机械手具有几个轴,能够借助可编程序操作
来处理各种材料、零件、工具和专用装置,以执行种种任务。
美国国家标准局〔NBS〕的定义:机器人是一种能够进展编程并在自动控
制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置。
美国机器人协会〔RIA〕的定义:机器人是一种用于移动各种材料、零件、
工具或专用装置的,通过可编程序动作来执行种种任务的,并具有编程能力
的多功能机械手。
日本工业机器人协会〔JIRA〕的定义:工业机器人是一种装备有记忆装置
和末端执行器的,能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用
机器。
有关学者的定义
在 1967 年日本召开的第一届机器人学术会议上提出了两个有代表性的定义。
森政弘与合田周平提出的定义:“机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、
通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等 7 个特征的柔性机器〞。从这一
定义出发,森政弘又提出了用自动性、智能性、个体性、半机械半人性、作
- - word.zl-
- -
业性、通用性、信息性、柔性、有限性、移动性等 10 个特性来表示机器人
的形象。
日本早稻田大学加藤一朗〔日本机器人之父〕教授认为:机器人是由能工作
的手,能行动的脚和有意识的头脑组成的个体,同时具有非接触传感器〔相
当于耳、目〕、接触传感器〔相当于皮肤〕、固有感及平衡感等感觉器官的
能力。
也有一些组织和学者针对不同形式的机器人分别给出具体的解释和定义,而
机器人那么只作为一种总称。例如,日本工业机器人协会〔JIRA〕列举了 6
种型式的机器人:
(1) 手动操纵器:人操纵的机械手,缺乏独立性;
(2) 固定程序机器人:缺乏通用性;
(3) 可编程机器人:非伺服控制;
(4) 示教再现机器人:通用工业机器人;
(5) 数控机器人:由计算机控制的机器人;
(6) 智能机器人:具有智能行为的自律型机器人。
3.机器人的构造
简单地说,机器人主要由执行机构、驱动和传动装置、传感器和控制器四大局
部构成。
执行机构:机器人的足、腿、手、臂、腰及关节等,它是机器人
运动和完成某项任务所必不可少的组成局部。
驱动和传动装置:用来有效地驱动执行机构的装置,通常采用液压、电
动和汽动,有直接驱动和间接驱动二种方式。
传感器:是机器人获取环境信息的工具,如视觉、听觉、嗅觉、触觉、
力觉、滑觉和接近觉传感器等,它们的功能相当于人的眼、耳、鼻、皮
肤及筋骨。
控制器:是机器人的核心,它负责对机器人的运动和各种动作控制及对
环境的识别。
现代工业机器人的控制器都是由计算机控制系统组成,控制方式主要有示教再
现、可编程控制、遥控和自主控制等多种方式。
4.工业机器人几种常用的控制方式
“示教再现〞方式:它通过“示教盒〞或人“手把手〞两种方式教机械手如何动作,
控制器将示教过程记忆下来,然后机器人就按照记忆周而复始地重复示教动作,
如喷涂机器人。
“可编程控制〞方式:工作人员事先根据机器人的工作任务和运动轨迹编制控
制程序,然后将控制程序输入给机器人的控制器,起动控制程序,机器人就按
照程序所规定的动作一步一步地去完成,如果任务变更,只要修改或重新编写
控制程序,非常灵活方便。大多数工业机器人都是按照前两种方式工作的。
“遥控〞方式:由人用有线或无线遥控器控制机器人在人难以到达或危险的场
所完成某项任务。如防暴排险机器人、军用机器人、在有核辐射和化学污染环
境工作的机器人等。
“自主控制〞方式:是机器人控制中最高级、最复杂的控制方式,它要求机器
人在复杂的非构造化环境中具有识别环境和自主决策能力,也就是要具有人的
某些智能行为。
- - word.zl-
- -
5.丹纳维特〔Denavit〕和哈顿贝格〔Hartenberg〕于 1955 年提出了一种
矩阵代数方法解决机器人的运动学问题—D-H 方法,具有直观的几何意义能表
达动力学、计算机视觉和比例变换问题其数学根底即是齐次变换。
6.在本课程我们将采用齐次坐标变换来描述机械手各关节坐标之间、各物体之
间以及各物体与机械手之间的关系。
7. 齐次坐标与三维直角坐标的区别
• V 点在 ΣOXYZ 坐标系中表示是唯一的〔x、y、z〕
• 而在齐次坐标中表示可以是多值的。不同的表示方法代表的 V 点在空间
位置上不变。
• 几个特定意义的齐次坐标:
• [0, 0, 0, n]
T
—坐标原点矢量的齐次坐标,n 为任意非零比例系数
• [1 0 0 0]
T
—指向无穷远处的 OX 轴
• [0 1 0 0]
T
—指向无穷远处的 OY 轴
• [0 0 1 0]
T
—指向无穷远处的 OZ 轴
8.三个根本旋转矩阵
1 0 0
R(x, ) 0 cos sin
0 sin com
cos 0 sin
R y, ) 0 1 0
sin 0 cos
(
cos -sin 0
R z, ) sin cos 0
0 0 1
(
9. 定义 1:
当动坐标系绕固定坐标系各坐标轴顺序有限次转动时,其合成旋转矩阵为各根
本旋转矩阵依旋转顺序左乘。
注意:旋转矩阵间不可以交换
注意:平移矩阵间可以交换,
平移和旋转矩阵间不可以交换
10.定义 1:如果所有的变换都是相对于固定坐标系中各坐标轴旋转或平移,那
么依次左乘,称为绝对变换。
定义 2:如果动坐标系相对于自身坐标系的当前坐标轴旋转或平移,那么齐次
变换为依次右乘,称为相对变换。
绝对变换:如果所有的变换都是相对于固定坐标系中各坐标轴旋转或平移,那
么依次左乘,称为绝对变换。
相对变换:如果动坐标系相对于自身坐标系的当前坐标轴旋转或平移,那么齐
次变换为依次右乘,称为相对变换。
11.如下图,1〕写出
0
1
T
、
1
2
T
、
2
3
T
、
3
4
T
;2〕求
0
4
T
解
- - word.zl-
o
0
x
0
y
0
z
4
3
3.5
1
1
o
1
x
1
y
1
z
2
o
2
x
2
y
2
z
3
o
3
x
3
y
3
z
4
o
4
x
4
y
4
z
- -
1
1 0 0 -3.5
0 -1 0 3
T
0 0 -1 1
0 0 0 1
1
2
0 0 1 0
-1 0 0 3
T
0 -1 0 1
0 0 0 1
2
3
3 4
0 0
5 5
4 3
0 - 5
T
5 5
1 0 0 0
0 0 0 1
3
4
-1 0 0 3.5
0 1 0 0
T
0 0 -1 0
0 0 0 1
T T T TT
4
3
3
2
2
1
14
0
1000
50.6-0.8-0
00.8-0.60
0001-
12.
研究一以下图 2.18 描述的一个物体与机械手情
- - word.zl-
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gjmm89
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