第四章工业机器人设计思考题与习题1.工业机器人的定义是什么？操作机的定义是什么？答：我国国家标准GT/T12643-1997《工业机器人词汇》将工业机器人定义为“是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度操作机，能搬运物料、工件或夹持工具，用以完成各种作业”；将操作机定义为“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置”。2.工业机器人由哪几部分组成？并比较它与数控机床组成的区别。答：工业机器人由操作机、驱动单元和控制装置组成。数控机床一般由机床本体、伺服系统和数控装置组成。二者组成的区别主要在于机械本体，机器人操作机通常由末端执行器、手腕、手臂和机座组成，而数控机床机械本体通常包含主运动部件、进给运动部件、支承部件、冷却润滑、排屑等部分。3.工业机器人的基本功能和基本工作原理是什么？它与机床主要有何相同和不同之处？答：工业机器人基本功能是提供作业所需的运动和动力，其基本工作原理是通过操作机上各运动构件的运动，自动地实现手部作业的动作功能及技术要求。在基本功能及基本工作原理上，工业机器人与机床有如下相同之处：二者的末端执行器都有位姿变化要求；二者都是通过坐标运动来实现末端执行器的位姿变化要求。二者的主要不同之处有：机床是以直角坐标形式运动为主，而机器人是以关节形式运动为主；机床对刚度精度要求很高，其灵活性相对较低；而机器人对灵活性要求很高，其刚度、精度相对较低4.工业机器人的结构类型有哪几类？各种类型的特点如何？答：工业机器人的结构类型有如下四类：关节型机器人，其特点是关节一般为回转运动副，灵活性好，工作空间范围大（同样占地面积情况下），但刚度和精度较低；球坐标型机器人，其特点是按球坐标形式动作（运动），灵活性好，工作空间范围大，但刚度、精度较差；圆柱坐标型机器人，其特点是按圆柱坐标形式动作灵活性较好，工作空间范围较大，刚度、精度较好；直角坐标型机器人，其特点是按直角坐标形式动作，刚度和精度高，但灵活性差，工作空间范围小。5.如何选择和确定机器人的坐标系？分析图4-5所示的PUMA机器人的坐标系是如何确定的？答：坐标系按右手定则确定。绝对坐标系X-Y-Z，机座坐标系X0-Y0-Z0和机械接坐标系Xm-Ym-Zm的取法参考GB-T16977-1997《工业机器人坐标系和运动命名》。关节坐标系Xi-Yi-Zi以下简明的方法确定：(1)确定基准状态—般可取机器人处于机械原点时的状态作为基准状态。也可以取机器人各关节轴线(或大部分关节轴线)与机座直角坐标系轴线平行时的状态作为基准状态。(2)关节坐标轴轴线位置的选取取Zi轴与i关节的运动方向一致。对于回转关节，取Zi轴与i关节的轴线重合；对于移动关329节，取Zi轴与i关节的运动方向平行(或重合)。(3)关节坐标方向的选取采用右手坐标系，规定Xi、Zi轴的方向，Yi轴方向就自然确定了。原则上Xi、Zi轴的正向可视方便任意选取，但应尽可能使各坐标系间的坐标变简单。图4-5PUMA机器人的坐标系就是按上述方法确定的。6.机器人的自由度表示什么？它与机床中的轴数和原动件是否相等？答：自由度是表示工业机器人动作灵活程度的参数，以直线运动和回转运动的独立运动数表示(一般末端执行器本身的动作不包括在内，如夹持器手爪的开合运动，因为它不影响夹持器的位姿特性)。可以看出机器人的自由度数相当于机床的轴数，都表示运动的个数。机器人的自由度数与原动件数目相等。7.工业机器人的设计内容与步骤大致如何？答：（1）.总体设计：1）基本技术参数设计。在总体方案设计阶段首先要确定的主要参数有如下几种：用途，额定负载，工作空间，额定速度，驱动方式的选择，性能指标；2）总体方案设计包括：运动功能方案设计，传动系统方案设计，结构布局方案设计，参数设计，控制系统方案设计，总体方案评价；（2）详细设计详细设计内容包括：装配图设计、零件图设计和控制系统设计。（3）总体评价总体设计阶段所得的设计结果，是各构件及关节的概略形状及尺寸，通过详细设计将其细化了，而且总体设计阶段尚未考虑的细节也具体化了，因此各部分尺寸会有一些变化，需要对设计进行总体评价，检测其是否能满足所需设计...
