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2014年黑龙江省专业技术人员继续教育知识更新培训 机械工程专业作业 论述题 1.本课程分别着重讲述了移动机器人中具有代表性的轮式移动机器人创新设计基础理论与技术。试分别论述轮式移动机器人、操作臂型机器人、足式步行机器人的实用化优缺点，并进一步思考论述可以互相拟补它们各自不足的创新设计新思路。 答：轮式移动机器人具有加速快，以一定速度跑起来一般只需较小的驱动力，省能。操作臂型机器人机构是由类似人的手臂，由关节和杠杆构成的机构的机器人，其所在的载体行走移动才能扩大其操作范围，因此一般用于操作场所相对固定的工厂，本身基座不能进行移动。步行机器人是仿生人类双足行走、动物四足或多足行走的形态的步行移动机器人，可进行短距离移动和复杂的运动轨迹。轮式移动机械人相对操作臂型和足式步行机器人比较具有运动速度快，移动灵活，多为直线运动和简单的曲线运动；操作臂型机器人具有运动精度高，根据计算机程序控制可实现各类复杂的运动轨迹；同轮式机器人相比步行机器人具有步行稳定、可跨越障碍、上下台阶等特点，在室内、室外以及野外不平整地面都可得到稳定步行和越障的行走效果，可用于搭载操作臂型机器人移动到作业位置由操作臂完成操作作业，也可运载物品或野外作业。 根据以上三种机器人的特点，结合现实生活的实例我们可以设计一种用于家庭室内的多功能清扫整理机，基座采用轮式移动机器人结构设计，可在室内自由灵活移动，当遇到障碍物时，中间部位按照足式步行机器人的特点设计可进行小范围的移动以绕过障碍物或区域，上层部位按照操作臂型机器人结构完成室内卫生的清扫和物品的整理。 2.操作臂型机器人是最早用于工业生产中的实用化机器人类型并以取得广泛应用，试就自己所从事的行业论述操作臂型机器人可以实用化的设计方案（可选型现有工业机器人商品也可自行创新设计操作臂机器人方案）及应用操作臂机器人作业方案设计。 答：随着我国机械工业的不断发展，机械人的应用也越来越广泛，机床行业也不例外，目前我公司开发的小型汽车轮毂加工生产线就融入了机械人的设计方案，最简易的组成为两台数控立式加工中心加一台转臂式机械人，当经过粗加工的轮毂放入到生产线上后，先由机械人放入数控立式加工中心1，完成某一工序的加工后，再由机械人取出工件放入到数控立式加工中心2上完成另外工序的加工，而稍微复杂一点的生产线对机械人的数量要求也相对较多，一般以一台机床旁边放置一台机械人设备为宜，生产线则按机床的排列方向进行布置，通过数控程序，检测单元，传输设备完成工件的粗精加工及传送，此类设计主要目的就是通过机械人的应用，减少因人员技术水平良莠不齐所造成的零件精度的偏差。德国机械装备质量享誉世界，尤其是机床行业更是品质的代名词，德国人之所以取得了这样辉煌的成就，除了人员素质因素外，跟机械人的大量应用是分不开的，我国机床行业要取得突破性的进展，就必须适应当前流行的生产线设计模式，通过大量引入机械人因素，降低人为因素的干扰，才能提升产品的品质，目前我公司就有机械人生产线的具体应用，立式车床的横向进给箱，就是在这套生产线上完成加工及检测的，因加工时间的限制，5套加工中心只应用了一台机械人和一个操作编程人员，而他们所完成的工作量却是以前十几到二十几人的工作量的总和，而且质量更有保障，谁掌握了创新理论，谁就掌握了未来，谁掌握了机械人的应用技术，谁就控制了机械工业的发展方向，因此机床行业未来的发展方向，就是与机械人的融合过程。人类也将因此进入到一个更加现代，更加智能的新型工业时代。 3.结构设计方案题：试从机械结构、回转精度、关节位置全闭环控制等角度论述机器人关节结构方案设计与构成问题，可辅以结构图并结合文字叙述加以说明。 答：机器人的结构设计对整个控制系统的性能有很大的影响，因此其结构的合理与精心设计是整个控制系统实现的关键之一。 在结构的具体设计中，还要考虑各部分的弹性变形、摩擦、间隙和传动误差等问题。 机器人各关节一般采用步进减速电机做驱动器件，它可以采用开环和闭环的方式。 闭环控制可以使机械臂的运动和输入的指令期望的运动参数尽可能的吻合，回转定位精度很高，但是控制部分和机械部分的结构相对复杂。 开环控制方式就比较简单，而且在满足电机不失步的情况下，满足精度要求即可。 机器人的控制系统也是结构设计中的关键系统，控制系统一般由控制计算机和伺服控制器组成。前者发出指令协调各关节驱动器之间的运动，同时还要完成编程、示教、再现以及和其他环境状况（传感器信息）、工艺要求、外部相关设备之间的信息传递和协调工作。后者控制各关节驱动器，使各杆按一定的速度、加速度和位置要求进行运动。 机器人的控制技术与传统的自动机械控制相比，没有根本的不同之处。然而机器人控制系统一般是以机器人