工业机器人技术(第三版)课后答案 郭洪红主编

第一章课后习题
１、工业机器人定义：是机器人的一种，由操作机、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重
复编程、能在三维空间内完成各种作业的机电一体化的自动化生产设备。
２、工业机器人应用场合及其特点：①恶劣工作环境及危险工作（有害健康并可能危及生命，或不安全因素大不宜于人去从事的作业）
②特殊作业场合和极限作业（对人类力所不及的作业）③自动化生产领域（早期工业机器人再生产主要用于上下料、点焊和喷漆，随
柔性自动化出现扮演更重要角色）
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。关系由右图表明：
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。
５、按坐标形式分类及特点：
①直角坐标型（这种机器人在x、y、z轴上的运动是独立的, 运动方程可独立处理, 且方程是线性的, 因此, 很容易通过计算机控制
实现; 它可以两端支撑, 对于给定的结构长度, 刚性最大; 它的精度和位置分辨率不随工作场合而变化, 容易达到高精度。但它的操
作范围小,手臂收缩的同时又向相反的方向伸出, 即妨碍工作, 且占地面积大, 运动速度低, 密封性不好。工作范围是立方体型）
②圆柱坐标型（这种机器人可以绕中心轴旋转一个角,工作范围可以扩大,且计算简单; 直线部分可采用液压驱动,可输出较大的动力;
能够伸入型腔式机器内部。但它的手臂可以到达的空间受到限制, 不能到达近立柱或近地面的空间; 直线驱动部分难以密封、防尘;
后臂工作时, 手臂后端会碰到工作范围内的其它物体。工作范围是圆柱形）
③球坐标型（这种机器人可以绕中心轴旋转, 中心支架附近的工作范围大,两个转动驱动装置容易密封, 覆盖工作空间较大。但该坐
标复杂, 难于控制, 且直线驱动装置仍存在密封及工作死区的问题。工作范围是球缺形）
④关节坐标型（关节机器人的关节全都是旋转的, 类似于人的手臂, 是工业机器人中最常见的结构。工作范围较复杂）
⑤平面关节型（这种机器人可看做是关节坐标式机器人的特例, 它只有平行的肩关节和肘关节,关节轴线共面。）
６、ＳＣＡＲＡ机器人：在ｘ－ｙ平面上的运动有较大的柔性, 而沿z轴有很强的刚性, 所以它具有选择性的柔性。用于装配作业。
７、运动副分类：①转动副－Ｒ ②移动副－Ｐ ③螺旋副－Ｈ ④圆柱副－Ｃ ⑤球面副－Ｓ ⑥平面副－Ｅ ⑦万向铰－Ｕ
第二章课后习题
１、工业机器人的手部特点及分类：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。分类：(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。
２、磁力吸盘原理：电磁铁工作原
理如图2.16(a) 所示。当线圈1通
电后，在铁心2内外产生磁场，磁
力线穿过铁心，空气隙和衔铁3被
磁化并形成回路，衔铁受到电磁吸
力的作用被牢牢吸住。实际使用
时，往往采用如图2.16(b)所示的
盘式电磁铁，衔铁是固定的，衔铁
内用隔磁材料将磁力线切断，当衔
铁接触磁铁物体零件时，零件被磁
化形成磁力线回路，并受到电磁吸
力而被吸住。
３、真空吸盘分类：1真空吸盘。负压的真空吸盘控制系统，真空的采用，能保证吸盘内持续产生负压，所以这种吸盘比其它形式吸
盘吸力大。2、气流负压吸盘。压缩空气进入喷嘴后，利用伯努利效应使橡胶皮腕内产生负压。3、挤气负压吸盘。当吸盘压向工件表
面时，将吸盘内空气挤出松开时，去除压力，吸盘恢复弹性变形使吸盘内腔形成负压，将工件牢牢吸住，机械手即可进行工代搬运到
达自标位置后，或用碰撞力P或用电磁力使压盖动作破坏吸盘腔内的负压，释放工件。
４、R、B、Y关节，RPY运动：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、行走机构及特点：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。
６、驱动方式及其特点：一、①液压：高压油为介质，抓取能力大液压力可达７Ｍｐａ，传动平稳，密封性要求高（优点：(1)液压
容易达到较高的单位面积压力，体积较小，可以获得较大的推力或转矩。(2)液压系统介质的可压缩性小，工作平稳可靠，并可得到
较高的位置精度。(3)液压传动中，力、速度和方向比较容易实现自动控制。４．液压系统采用油液作介质，具有防锈性和自润滑性
能，可提高机械效率，使用寿命长。缺点：(1)油液的粘度随温度变化而变化，这将影响工作性能。高温容易引起燃烧、爆炸等危
险。(2)液体的泄漏难于克服，要求液压元件有较高的精度和质量，故造价较高。(3)需要相应的供油系统，尤其是电液伺服系统要求
严格的滤油装置，否则会引起故障。）②气压：结构简单，动作迅速，价格低，工作速度慢，稳定性差气压一般为０.７Ｍｐａ，抓取
力小（优点：(1)压缩空气粘度小，容易达到高速(1m/s)。(2)利用工厂集中的空气压缩机站供气，不必添加动力设备。(3)空气介质
对环境无污染，使用安全，可直接应用于高温作业。(4)气动元件工作压力低，故制造要求也比液压元件低。缺点：(1)压缩空气常用
压力为0.4~0.6 MPa,若要获得较大的压力，其结构就要相对增大。(2)空气压缩性大，工作平稳性差，速度控制困难，要达到准确的
位置控制很困难。(3)压缩空气的除水问题是一个很重要的问题，处理不当会使钢类零件生锈，导致机器人失灵。此外，排气还会造
成噪声污染。）③电动：直流伺服电机产生力矩大，精度高，加速迅速，可靠性高运动平滑，有位置控制功能
二、①直线驱动（齿轮齿条装置：回差较大；普通丝杠：摩擦力大，效率低、惯性大，低速时爬行现象，精度低，回差大；滚珠
丝杠：摩擦力小，运动响应速度快，传动效率高消除爬行现象，装配时的预紧力可消除回差）②旋转驱动（齿轮链、同步皮带、谐波
齿轮）
７、新型驱动方式：①磁致伸缩驱动②形状记忆金属③静电驱动器④超声波电机
第三章课后习题
第四章课后习题
1、视觉系统组成：图像输入、图像处理、图像输出
2、触觉：接触觉、接近觉、压觉、滑觉、力觉
3、位置位移传感器：电位器式位移传感器、电容式位移传感器、电感式、光电式、霍尔元件、磁栅式、机械式
4、多感觉传感系统组成：末端执行器、CCD视觉传感器、超声波传感器、柔性腕力传感器、相应信号处理单元
第五章课后习题
1、机器人控制系统特点：①与机构运动学及动力学紧密相关②自由度较多且须协调组成多变量控制系统③是计算机控制系统④描述
状态和运动的是非线性模型，参数变化且变量耦合，故使用多种反馈控制方法⑤建有信息库，自动选择最佳控制规律
2、控制系统功能：①示教再现功能 ②运动控制功能
3、示教编程分类及特点：①手把手示教编程
4、控制方式（按作业任务分）：点位控制（PTP）、连续轨迹控制（CP）、力/力矩控制、智能控制
第六章课后习题
1、编程方式：①顺序控制编程（灵活性小、成本低、利于控制和操作）②示教方式编程（只需简单设备和控制装置即可进行，操作
简单，易于掌握;且示教再现过程快，示教后即可应用，适用于大批量生产的简单作业）③示教盒示教（一般用于大型机器人或危险
作业条件下机器人，缺点是难获的高控制精度难于其他设备同步，不易与传感器信息匹配）④脱机编程或预编程
2、机器人编程语言水平（描述操作命令的角度）：动作级（已末端操作器动作为中心描述操作，最基本描述方式）；对象级（粗略描
述操作对象动作与操作对象关系，明确描述操作对象间的关系和机器人与操作对象间的关系，适用于组装作业）；任务级（直接指定
操作内容）