2023年机械制造装备设计第四章习题答案关慧贞.docx

第四章产业呆板人方案思索题与习题 1.产业呆板人的界说是什么？操纵机的界说是什么？ 答：我国国度标准GT/T12643-1997产业呆板人词汇将产业呆板人界说为“是一种能 主动操纵、可反复编程、多功用、多自在度操纵机，能搬运物料、工件或夹持东西，用以完 成种种功课〞；将操纵机界说为“存在跟人手臂类似的举措功用，可在空间抓放物体或进展其 它操纵的机器装置〞。 2.产业呆板人由哪多少局部构成？并比拟它与数控机床构成的区不 。 答：产业呆板人由操纵机、驱动单位跟操纵装置构成。数控机床普通由机床本体、伺服 零碎跟数控装置构成。二者构成的区不要紧在于机器本体，呆板人操纵机平日由末了履行器、 手段、手臂跟机座构成，而数控机床机器本体平日包含主活动部件、进给活动部件 、支承部 件、冷却光滑、排屑等局部。 3.产业呆板人的根本功用跟根本任务道理是什么？它与机床要紧有何一样跟差异之 处？ 答：产业呆板人根本功用是供给功课所需的活动跟能源，其根本任务道理是经过操纵机 上各活动构件的活动，主动地实现手部功课的举措功用及技巧请求。 在根本功用及根本任务道理上，产业呆板人与机床有如下一样之处：二者的末了履行器 都有位姿变更请求；二者根本上经过坐标活动来实现末了履行器的位姿变更请求。二者的要紧 差异之处有：机床是以直角坐标方法活动为主，而呆板人是以枢纽方法活动为主；机床对刚 度、精度请求非常高，其灵敏性相对较低；而呆板人对灵敏性请求非常高，其刚度、精度相对较 低 4.产业呆板人的构造范例有哪多少类？各品种型的特色怎样？ 答：产业呆板人的构造范例有如下四类： 枢纽型呆板人，其特色是枢纽普通为反转展转活动副，灵敏性好，任务空间范畴年夜（异样占 空中积状况下），但刚度跟精度较低；球坐标型呆板人，其特色是按球坐标方法举措（活动）， 灵敏性好，任务空间范畴年夜，但刚度、精度较差；圆柱坐标型呆板人，其特色是按圆柱坐标 方法举措，灵敏性较好，任务空间范畴较年夜，刚度、精度较好；直角坐标型呆板人，其特色 是按直角坐标方法举措，刚度跟精度高，但灵敏性差，任务空间范畴小。 5.怎样选择跟断定呆板人的坐标系？剖析图 4-5所示的PUMA呆板人的坐标系是怎样确 定的？ 答：坐标系按右手定那么断定。相对坐标系X-Y-Z，机座坐标系X0-Y0-Z0跟机器接坐标系 Xm-Ym-Zm的取法参考GB-T16977-1997产业呆板人坐标系跟活动定名。 枢纽坐标系Xi-Yi-Zi以下扼要的方法断定：(1)断定基准形态—般可取呆板人处 于机器原点时的形态作为基准形态。也能够取呆板人各枢纽轴线 (或年夜局部枢纽轴线)与 机座直角坐标系轴线平行时的形态作为基准形态。 (2)枢纽坐标轴轴线位置的拔取取 Zi轴与i枢纽的活动偏向分歧。关于反转展转枢纽，取Zi轴与i枢纽的轴线重合；关于移 动枢纽，取Zi轴与i枢纽的活动偏向平行(或重合)。(3)枢纽坐标偏向的拔取 采纳右 手坐标系，规那么Xi、Zi轴的偏向，Yi轴偏向就天然断定了。原那么上Xi、Zi轴的正向可 视便利恣意拔取，但应尽能够使各坐标系间的坐标变庞杂。 图4-5PUMA呆板人的坐标系确实是按上述方法断定的。 6.呆板人的自在度表现什么？它与机床中的轴数跟原动件能否相称？ 答：自在度是表现产业呆板人举措灵敏水平的参数，以直线活动跟反转展转活动的独破活动 数表现(普通末了履行器自身的举措不包含在内，如夹持器手爪的开合活动，因为它不影 响夹持器的位姿特征)。能够看出呆板人的自在度数相称于机床的轴数，都表现活动的个 数。呆板人的自在度数与原动件数量相称。 7.产业呆板人的方案内容与步调年夜抵怎样？ 答：（1）.总体方案： 1）根本技巧参数方案。在总体方案方案阶段起首要断定的要紧参数有如下多少种： 用处，额外负载，任务空间，额外速率，驱动方法的选择，功用目标； 2）总体方案方案 包含：活动功用方案方案，传动零碎方案方案，构造规划方案方案，参数方案，操纵系 统方案方案，总体方案评估； （2）具体方案 具体方案内容包含：拆卸图方案、整机图方案跟操纵零碎方案。 （3）总体评估 总体方案阶段所得的方案后果，是各构件及枢纽的概况外形及尺寸，经过具体方案将其 细化了，并且总体方案阶段尚未思索的细节也具体化了，因而各局部尺寸会有一些变更，需 要对方案进展总体评估，检测其能否能满意所需方案目标的请求。 8.呆板人的活动怎样用齐次坐标变更来表现？ 答：呆板人个枢纽的活动是坐标活动，坐标活动能够用齐次坐标变更来表现。呆板人的活动 可用活动后的坐标系相干于活动前坐标系的齐次坐标变更矩阵来表现。 9.产业呆板人的位姿的含意是什么？ 答：是指呆板人末了履行器在指定坐标系中的位置跟姿势。 10. 怎样用功课举措功用请求来描绘呆板人位姿？ 答：可用功课轨迹对末了履行器在机座坐标系或相对坐标系下的位姿请求来表现功课举措功 能请求，而末了履行器可用机器接口坐标系表现，因而对末了履行器的位姿请求可直截了当用机 械接口坐标系与机座坐标系或相对坐标系间的齐次变更来表现。 11. 怎样用枢纽活动来描绘呆板人的位姿？ 答：确实是用机座坐标系、枢纽坐标系、末了履行器坐标系间的坐标关联来描绘末了履行器在 机座坐标系下的位姿。 12. 什么是呆板人正活动学剖析？能够用来处理什么咨询题？ 答：已经知道枢纽活动位移变量，求功课位姿，是是呆板人正活动学剖析，能够用于求解机 器人任务空间、进展功课功用位姿剖析及呆板人的轨迹剖析。 13. 断定呆板人的任务空间有哪些方法？图4-11所示的呆板人任务空间是怎样断定 的？ 答：断定呆板人的任务空间的方法有剖析法跟作图法，图4-11所示的呆板人任务空间是 用作图法来断定的。 14. 什么是呆板人的逆活动学剖析？它能够用来处理什么咨询题？ 答：已经知道功课位姿请求（即已经知道功课变量），求枢纽活动位移变量，是呆板人的逆活动学 剖析。各枢纽活动量的计就是呆板人操纵顺序方案必需的。在呆板人方案中，能够依照功课 位姿的极限，用逆解求出枢纽的活动极限，用来指点枢纽活动极限范畴方案。 15. 呆板人构件的活动速率、角速率、减速率、角减速率剖析方法的根本思绪是什么？ 答：因为操纵臂是由一系列连杆串联而成，每连续杆相对前连续杆活动。依照这一构造 特色，从基座开场，就可顺次盘算出个各个连杆的速率跟角速率，减速率跟角减速率。 16. 进展呆板人静力剖析的目标是什么？剖析方法的根本思绪是什么？ 答：进展呆板人静力剖析的目要紧有以下多少点：；剖析枢纽驱能源或力矩跟与末了施加的 力跟力矩的关联；为剖析操纵臂的受力变形供给根底。剖析方法的根本思绪确实是列力均衡方 程或采纳虚功道理。 17. 进展呆板人能源剖析的目标是什么？剖析方法的根本思绪是什么？ 答：进展呆板人能源剖析的目标是为理处理两方面咨询题即能源学正咨询题跟能源学逆咨询题， 能源学正咨询题与呆板人的仿真有关，而逆咨询题是为了及时操纵的需求，以期到达精良的静态 功用。能源学剖析的根本思绪是，起首采纳拉格朗日方法、牛顿——欧拉方法等树破呆板人 手臂的能源学方程，而后依照具体咨询题进一步剖析。 18. 呆板人正能源学跟逆能源学剖析分不用来处理什么咨询题？ 答：呆板人正能源学是依照枢纽驱能源矩或力，盘算呆板人的活动（枢纽的位移、速率 跟减速率）；逆能源学剖析是为了依照已经知道轨迹对应的枢纽位移、速率跟减速率，求出所需求 的枢纽力矩或力。 19. 谐波减速器的任务道理是什么？特色是什么？ 答：谐波齿轮传动的任务道理如图4-16所示，假设刚轮G为牢固件，波发作器H为主动 件，柔轮R为从动件。当将波发作器装入柔轮内孔时，因为波发作器两滚子外侧之间的间隔 略年夜于柔轮内孔直径，使原为圆形的柔轮发生弹性变构成为椭圆，使其长轴两真个齿与刚轮 齿完整啮合。同时，变形后柔轮短轴两真个齿那么与刚轮齿完整脱开，其余遍地的齿，那么视回 转偏向差异分不处于“啮入〞或“啮出〞形态，当波发作器延续反转展转时，啮入区跟啮出区将 跟着椭圆是非轴相位的变更而顺次变更。因而柔轮就相干于不动的刚轮沿与波发作器转向相 反的偏向作低速反转展转，柔轮长轴跟短轴相位的延续变更，使柔轮的变形在其圆周上是延续的 简谐波形，因而，这种传动称为谐波传动。假设柔轮牢固，刚轮从动，其任务进程完整一样， 只是刚轮的转向与波发作器转向一样。 谐波减速传动装置存在传动比年夜、承载才能强、传动精度高、传动颠簸、效力高（普通 可达0.70-0.90）、体积小、分量轻等长处，已普遍用于产业呆板人中。 20. 呆板人的驱动方法有哪些？怎样选用？ 答：产业呆板人常用的驱动方法包含电机驱动、液压、气动三种。 电机驱动方法 现在额外负载在1kN以下的产业呆板人中年夜多采纳电力驱动零碎。在呆板人中直流伺服 电念头跟步进电念头应用普遍，交换伺服电念头驱动是早先开展起来的，因为其特色已开场 在呆板人驱动零碎中应用。直流伺服电念头、交换伺服电念头跟直截了当驱动电念头都采纳闭环 操纵，平日用于位置精度跟速率请求高的呆板人中，步进电念头要紧跟于开环操纵零碎，一 般用于位置跟速率精度请求不高、价钱较低的浅易呆板人中。 液压跟气压驱动方法 现在只在浅易经济型、重型产业呆板人跟喷漆呆板人(在喷漆情况中，存在易爆可燃物资； 差异意应用电压超越9V的电器)中，才思索采纳液压驱动方法。对轻负荷的搬运，上、下料 点位操纵的产业呆板人那么能够思索采纳气压驱动方法。 21. 呆板人手臂的方案请求是什么？ 答：呆板人手臂的方案请求： （1）手臂的构造跟尺寸应满意呆板人实现功课义务提出的任务空间请求。任务空间的 外形跟巨细与手臂的长度、手臂枢纽的转角范畴亲密相干。 （2）依照手臂所受载荷跟构造的特色，公正选择手臂截面外形跟高强度轻质资料；如常 采纳空心的薄壁矩形框体或圆管以进步其抗弯刚度跟改动刚度，加重自身的分量。空心构造 外部能够便利地安排呆板人的驱动零碎。 （3）只管减小手臂分量跟相对其枢纽反转展转轴的滚动惯量跟侧重力矩， 以减小驱动装置的 负荷；增加运行的动载荷与打击，进步手臂活动的照应速率。 （4）要想法减小机器空隙惹起的活动偏差，进步活动的准确性跟活动刚度。采纳缓冲跟 限位装置进步定位精度。 22. 呆板人机座方案请求是什么？ 答：1)要有充足年夜的装置基面，以保障呆板人任务时的波动性。 2)机座接受呆板人全体分量跟任务载荷，应保障充足的强度、刚度跟承载才能。 3)机座轴系及传动链的精度跟刚度对末了履行器的活动精度阻碍最年夜。 因而机座与手臂 的联接要有牢靠的定位基准面，要有调剂轴承空隙跟传动空隙的调整机构。 23. 呆板人手段的方案请求是什么？ 答：对产业呆板人手段方案的请求有： （1）因为手段处于手臂末了，为加重手臂的载荷，应力图手段部件的构造紧凑，增加其 分量跟体积。为此腕部机构的驱动装置多采纳不离传动，将驱动器安排在手臂的后端。 （2）手段部件的自在度愈多，各枢纽角的活动范畴愈年夜，其举措的灵敏性愈高，呆板人 对功课的习惯才能也愈强。但添加手段自在度，会使手段构造庞杂，活动操纵加度加年夜。因 此，方案时，不该自觉添加手段的自在度数。通用目标呆板手手段多设置 举措庞杂的公用产业呆板人的手段，依照功课实践需求，可增加其自在度数，乃至能够不设 置手段以简化构造。 3个自在度，某些 （3）为进步手段举措的准确性。应进步传动的刚度，应只管增加机器传动零碎中因为间 隙发生的反转回差。如齿轮传动中的齿侧空隙，丝杠螺母中的传动空隙；联轴器的改动空隙 等。对不离传动采纳链、同步齿带传动或传动轴。 （4）对手段反转展转各枢纽轴上要设置限位开关跟机器挡块，以防止