2010年专业课作业一

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1、一、机器人技术由1、2代的工业机器人操作臂发展到第3代智能机器人阶段，不同阶段主要研究内容的区别有哪些方面？作答：目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究，并朝着智能化和多样化方向发展。第1、2代机器人控制理论与技术较成熟，已经处于应用中。第1、2代机器人（作业环境固定）操作型机器人的典型工作任务：1.点位操作任务（PointtoPoint.PtP）:如搬运作业。2.连续轴迹运动(ContinuePath.CP):如喷漆、电焊作业。3.装配作业，典型的作业为将销插入销孔中，其他如灵巧操作、回避障碍

2、。此阶段主要研究：工业机器人操作机结构的优化设计技术：探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载/自重比，同时机构向着模块化、可重构方向发展。1．机器人的结构灵巧，控制系统愈来愈小，二者正朝着一体化方向发展。第三代机器人——仿生仿人机器人。智能控制理论与技术不成熟，处于发展和研究中。学术月技术问题研究：学术研究型课程内容。仿生仿人型机器人：1.机器人本体：集成化设计与系统。2.作业环境与对象：不确定，智能化程度要求高，控制系统设计难度大。此阶段主要研究：1.机器人控制技术：重点研究开放式，模块化控制系统，人机界面更加友

3、好，语言、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的标准化和网络化，以及基于PC机网络式控制器已成为研究热点。编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外，离线编程的实用化将成为研究重点。2．多传感系统：为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。另一问题就是传感系统的实用化。3．机器人遥控及监控技术，机器人半自主和自主技术，多机器人和操作者之间的协调控制，通过网络建立大范围内的机器人遥控系

4、统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。4．虚拟机器人技术：基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人的虚拟遥操作和人机交互。5．多智能体（multi-agent）调控制技术：这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。6．微型和微小机器人技术（micro/miniaturerobotics）:这是机器人研究的一个新的领域和重点发展方向。过去的研究在该领域几乎是空白，因此该领域研究的进展将会引起机

5、器人技术的一场革命，并且对社会进步和人类活动的各个方面产生不可估量的影响，微小型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控制方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。7．软机器人技术（softrobotics）:主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。传统机器人设计未考虑与人紧密共处，因此其结构材料多为金属或硬性材料，软机器人技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机器人意外地与环境或人碰撞时是安全的，机器人对人是友好的。8．仿人和仿生技术：这是机器人技术发展的最高境界，目前仅在某些方面进行一些基础研究。二、运

6、动学控制法主要适用于哪些机器人？有哪些优缺点？按照你的理解，可适用于工业生产或日常生活中的哪些方面的机器人？举例说明。作答：运动学控制法主要适用于以下几方面的机器人：1.器人系统机械惯量较小；2.各关节间相互耦合较小，如运动副中移动关节较多；3.作动器具有较大功率，能快速动作机器人工作速度不高，精度要求较低时可采用运动学控制法。运动学控制法的优点：该方法控制系统结构简单，容易实现实时控制。运动学控制法的缺点：采用运动学控制法的机器人工作速度不高，精度要求较低。应用举例：可适用于：自由空间内的作业：如焊接、喷漆等；受

7、限空间内的作业：如研磨、打磨、装配等作业受与环境接触的约束条件限制。具体事例：将销钉插入配合孔中的作业、打磨零件毛刺作业等。三、工业机器人操作臂的示教控制法是否可进行操作力的示教（请说明理由）？并讨论该方法适用于什么样的机器人较适合？作答：工业机器人操作臂的示教控制法可以进行操作力的示教。机器人大多使用伺服电机驱动，受力可以简单理解为电流。大部分机器人可以通过设置灵敏度来定义不同的电流阀值来控制机器人的受力。受力过大时会报过载的错误并抱死机器人。四、试列举主从操作控制系统在哪些具体行业和领域可以得到应用？作答：主从

8、控制系统已经应用于：工业、深海、医学及空间领域等领域。如：1.危险环境领域：1948年，针对原子能研究和核废料处理，美国Argonne国家实验室开发了用于核反应堆操作的机械式力矩反馈主从机械臂。2.深海开发领域：60年代早期，美国与法国的海军开始在潜水艇上安装主从操纵机械手和摄像机进行深海作业；3.远程医疗领域：德国研制了包括手术规划、训练和进行MIS的先进