工业机器人技术课后题答案

第一章课后习题：

3、说明工业机器人的基本组成及各部分之间的关系。 答：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、传感部分和控制部分。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、人机交互系统和控制系统。各部分之间的关系可由下图表明：

4、简述工业机器人各参数的定义：自由度、重复定位精度、工作范围、工作速度、承载能力。

答：自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目,不应包括手爪(末端操作器)的开合自由度。

重复定位精度是指机器人重复定位其手部于同一目标位置的能力, 可以用标准偏差这个统计量来表示, 它是衡量一列误差值的密集度(即重复度)。

工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合, 也叫工作区域。

工作速度一般指工作时的最大稳定速度。

承载能力是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最

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大质量。承载能力不仅指负载, 而且还包括了机器人末端操作器的质量。

第二章课后习题： 1、

答：工业上的机器人的手一般称之为末端操作器, 它是机器人直接用于抓取和握紧(吸附)专用工具(如喷枪、扳手、 焊具、 喷头等)进行操作的部件。具有模仿人手动作的功能, 并安装于机器人手臂的前端。大致可分为以下几类: (1) 夹钳式取料手；(2) 吸附式取料手；(3) 专用操作器及转换器；(4) 仿生多指灵巧手。 4、

答：R关节是一种翻转(Roll)关节。B关节是一种折曲(Bend)关节。Y关节是一种偏转(Yaw)关节。具有俯仰、 偏转和翻转运动, 即RPY运动。 5、

答：行走机构分为固定轨迹式和无固定轨迹式。无固定轨迹式又分为与地面连续接触（包括轮式和履带式）和与地面间断接触（步行式）。轮式在平地上行驶比较方便，履带式可以在泥泞道路上和沙漠中行驶。 步行式有很大的适应性, 尤其在有障碍物的通道(如管道、 台阶或楼梯)上或很难接近的工作场地更有优越性。

第三章课后习题：

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1、点矢量v为[10.00变换：

20.0030.00]T，相对参考系作如下齐次坐标

0.8660.5000.00011.00.5000.8660.0003.0 A=0.0000.0001.0009.00001写出变换后点矢量v的表达式，并说明是什么性质的变换，写出旋转算子Rot及平移算子Trans。

0.8660.5000.00011.010.009.660.5000.8660.0003.020.0019.32，

= 解：v=Av=0.0000.0001.0009.030.0039001110属于复合变换： 旋转算子

0.8660.50.50.866Rot（Z，30）=00000000 10010011.0103.0 019.0001平移算子

10Trans（11.0，-3.0，9.0）=002、有一旋转变换，先绕固定坐标系Z0 轴转45，再绕其X0轴转30，最后绕其Y0轴转60，试求该齐次坐标变换矩阵。

解：齐次坐标变换矩阵R=Rot(Y，60）Rot（X，30）Rot(Z，45） =

0.500.866000.866010000.8660.510000.5000.50.86600100000.7070.7070.7070.707000010000001001=

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0.6600.0470.7500.6120.6120.50.4360.4360.43300000 013、坐标系{B}起初与固定坐标系{O}相重合，现坐标系{B}绕ZB旋转30，然后绕旋转后的动坐标系的XB轴旋转45，试写出该坐标系{B}的起始矩阵表达式和最后矩阵表达式。

10解：起始矩阵：B=O=00000100 01000100.8660.3530.50.6120.612最后矩阵：B´=Rot(Z，30）Rot（X，45）=00.7070.70700000 014、如题图所示的二自由度平面机械手，关节1为转动关节，关节变量为θ1；关节2为移动关节， 关节变量为d2。试： （1）建立关节坐标系，并写出该机械手的运动方程式。 （2）按下列关节变量参数求出手部中心的位置值。

θ1 0 30 60 1.00 90 0.70 d2/m 0.50 0.80

解：建立如图所示的坐标系

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参数和关节变量 连杆 连杆转 连杆扭角 连杆长连杆距角θ α 度а 离 d 1 θ1 0 0 0 2 0 0 d2 0 cos1sin10000Asin1cos11000101Rot(Z,1)0010 A2Trans(d2,0,0)0100010000机械手的运动方程式：

cos1sin10d2cos1Tsin1cos10d2sin12A1A20010 0001当θ1=0 ， d2=0.5时：

000.5手部中心位置值1B01000010 0001...

d2001 .

当θ1=30 ， d2=0.8时

0.8660.50.50.866B手部中心位置值 000000.43300.410

01当θ1=60 ， d2=1.0时

0.50.8660.8660.5手部中心位置值B00000.500.866 10010当θ1=90 ， d2=0.7时

0110手部中心位置值B00000000.7 10016、题6图所示为一个二自由度的机械手，两连杆长度均为1m，试建立各杆件坐标系，求出A1，A2及该机械手的运动学逆解。

解：建立如图所示的坐标系

Y1Y0X1Y2X2X0

对于关节1：{1}系相对于{0}系X0轴平移1m，然后绕Z0轴旋转θ1;

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对于关节2：{2}系相对于{1}系X1轴平移1m，然后绕Z1轴旋转θ2;

该二自由度机械手运动学方程式为：T2A1A2，其中

A1Rot(Z0,1)Trans(1,0,0)

A2Rot(Z1,2)Trans(1,0,0)

所以，该二自由度机械手运动学方程式为：

c1c2s1s2c1s2s1c20c1c2s1s2c1Ts1c2c1s2s1s2c1c20s1c2c1s2s120010

0001

根据该运动学方程为：

nxoxaxpxTnoyaypy2ynzozazpA1A2 z000101用c1s1A1sc100110010左乘上式，即 0001c1s101oxaxpxs00nx1c1oyaypyny0010nozazpA2 z0001z0001将其左右两边元素对比，对应元素相等，p22y1arctg(xp2)arctgpx21(pp2xy21)2p

y...

可得

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22pxpy21(1)222arctg() 22pxpy

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