《机器人学导论》第1章课后作业

1.4 用一句话给出运动学、工作空间和轨迹的定义

  1. 运动学:运动学研究物体的运动,而不考虑引起这种运动的力。在运动学中,我们研究位置、速度、和位置变量对于时间或者其他变量的高阶微分。这样,操作比运动学的研究对象就是运动的全部几何和时间特性。

  2. 工作空间:当机械臂执行所有可能动作时,其末端执行器扫过的总体空间体积。通常把逆解存在的区域称之为该机器人的工作空间。
    分类:
    1.灵活工作空间–末端执行器能够以任意姿态到达的点的集合。
    2.可达工作空间–末端执行器至少能以一种姿态到达的点的集合。

  3. 机械臂轨迹
    说道机械臂的轨迹则需要协同理解运动规划。运动规划(motion planning)由路径规划和轨迹规划组成,连接起点位置和终点位置的序列点或曲线称之为路径,构成路径的策略称之为路径规划。路径是机器人位姿的一定序列,而不考虑机器人位姿参数随时间变化的因素。路径规划(一般指位置规划)是找到一系列要经过的路径点,路径点是空间中的位置或关节角度,而轨迹规划是赋予路径时间信息,对机器人执行任务时的速度与加速度进行规划,以满足光滑性和速度可控性等要求。

1.5 用一句话给出坐标系、自由度和位置控制和力控制的定义

  1. 坐标系:在某一问题中规定坐标的方法,就是该问题所用的坐标系。
  2. 自由度:机械臂中具有独立位置变量的数目。
  3. 位置控制相对于力控制而言,位置控制完成刚性操作,力控制完成柔性操作。

1.6 用一句话给出机器人编程语言的定义

工业机器人编程语言是一种程序描述语言,他能十分简洁的描述工作环境和机器人动作,能把复杂的操作内容通过尽可能的简单的程序来实现,工业机器人编程语言也和一般的程序语言一样,应当具有结构简明,概念统一、容易扩展等特点。

从实际应用的角度来看,很多情况下都是操作者实时的操控工业机器人工作,因此,机器人编程语言不仅应当简单易学,并且拥有良好的对话性。高水平的工业机器人编程语言还能够作出并应用目标物体和环境的几何模型,在工作进行过程中,几何模型是不断变化的,因此性能优越的工业机器人语言会极大的减少编程的困难。
从描述操作命令的角度看,工业机器人编程语言的水平可以分为:动作级、对象级、任务级。

动作类语言。动作级语言以机器人末端操作器的动作作为中心来描述各种操作,要在程序中说明每个动作,这是一种最基本的描述方式。

对象级语言。对象级语言允许较粗略的描述操作对象的动作、操作对象之间的关系等,使用这种语言时,必须明确的描述对象之间的关系和机器人操作对象之间的关系。他特别适用于组装作业。

任务级语言。任务级语言则只要直接指定操作内容就可以了,为此,工业机器人必须边思考边工作,这是一种水平很高的工业机器人程序语言。

1.7 用一两句话给出非线性控制和离线编程的定义

  1. 非线性控制是对非线性系统产生的控制方法可理论。
  2. 机器人离线编程,是指操作者在编程软件里构建整个机器人工作应用场景的三维虚拟环境,然后根据加工工艺等相关需求,进行一系列操作,自动生成机器人的运动轨迹,即控制指令,然后在软件中仿真与调整轨迹,最后生成机器人执行程序传输给机器人。

1.13为什么通用机器人至少需要个关节?

因为只有达到6个自由度,才能让工业机器人更好的完成三维层次的工作。三维空间内刚体位置姿态需要六个参数,无约束的刚体在三维空间内的自由度就是6,工业机器人末端假如想在三维空间内实现不受约束的运动,需要6个自由度。

六个自由度分别是三个方向的平移和绕三个轴的旋转。那么六关节机器人可以实现他运动范围内的位置和姿态的到达。

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