机器人课程考试复习题库.docx

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1、机器人课程复习一、名词解释工作空间：工业机器人执行任务时，其腕轴交点能在空间活动的范围刚体自由度：物体能够对坐标系进展独立运动的数目机器人的自由度：机器人末端构件所具有的独立运动的数目。机器人工作载荷：机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受的最大负载量包括手部。机器人运动学正、逆问题：机器人正动力学问题 机器人各关节驱动力或力矩，求机器人各关节轨迹或末端执行器位姿轨迹。机器人逆动力学问题 机器人各关节轨迹或末端执行器位姿轨迹，求机器人各关节驱动力或力矩。雅可比矩阵：争论机器人操作空间速度与关节空间速度间的线性映射关系即雅克比矩阵机器人运动学：从几何学的观点来处理手指位置与关节变量的关系称为

2、运动学。机器人动力学：机器人各关节变量对时间的一阶导数、二阶导数与各执行器驱动力或力矩之间的关系，即 机器人机械系统的运动方程。PWM 驱动：脉冲宽度调制Pulse Width Modulation驱动直流伺服电机的调整特性：是指转矩恒定时，电动机的转速随把握电压变化的关系。直流伺服电机的调速精度：指调速装置或系统的给定角速度与带额定负载时的实际角速度之差，与给定转 速之比。示教再现：一种可重复再现通过示教编程存储起来的作业程序的机器人。示教有直接示教和间接示教两种 方法。直接示教是操作人员使用插入机器人手臂内的操作杆，按给定运动挨次示教动作内容， 机器人自动把挨次、位置和时间等具体数值记录在

3、存储器中。再现时，依次读出存储的信息， 重复示教的动作过程。间接示教是承受示教盒(或称示教器)示教。操作者通过示教盒按键操纵完成空间作业轨迹点及其有关速度等信息的示教，然后用操作盘对机器人语言命令进展用户工作 程序的编辑，并存储在示教数据区。再现时，机器人的计算机把握系统自动逐条取出示教命令 与位置数据，进展解读、运算并作出推断，将各种把握信号送到相应的驱动系统或端口,使机器 人忠实地再现示教动作。PID 把握：指依据偏差的比例P, proportional、积分I, integral、微分D, derivative进展把握。脱机编程：指用机器人程序语言预先进展程序设计，而不是用示教的方法编程

4、。二、填空题1、机器人按机构特性可以划分为关节机器人和非关节机器人两大类。2、机器人系统大致由 驱动系统、 机械系统、 感知系统和 人机交互系统、机器-环境交互系统、把握系统等局部组成。3、机器人的重复定位精度是指 机器人末端执行器为重复到达同一目标位置抱负位置而实际到达位置之间的接近程度。4、齐次坐标0 0 1 0T表示的内容是z 方向。5、机器人的运动学是争论机器人末端执行器位姿和运动 与关节空间之间的关系。6、假设机器人相邻两关节轴线相交，则联接这两个关节的连杆长度为 零。7、常用的建立机器人动力学方程的方法有牛顿和拉格朗日。28、6 自由度机器人有解析逆解的条件是 机器人操作手的独立关

5、节变量多于末端执行器的运动自由度数。9、机器人的驱动方式主要有 液压、气动和电动三种。10、机器人上常用的可以测量转速的传感器有测速发电机和 增量式码盘。11、机器人把握系统按其把握方式可以分为程序 把握方式、适应性 把握方式和人工智能 把握方式。三、选择题4 选 11、机器人三原则是由谁提出的。DA森政弘B约瑟夫 英格伯格C托莫维奇D阿西莫夫2、当代机器人大军中最主要的机器人为：AA工业机器人B军用机器人C效劳机器人D特种机器人3、手部的位姿是由哪两局部变量构成的？BA位置与速度B姿势与位置C位置与运行状态D姿势与速度4、运动学主要是争论机器人的：BA动力源是什么B运动和时间的关系C动力的传

6、递与转换D运动的应用5、动力学主要是争论机器人的：CA动力源是什么B运动和时间的关系C动力的传递与转换D动力的应用6、传感器的根本转换电路是将敏感元件产生的易测量小信号进展变换，使传感器的信号输出符合具体工业系统的要求。一般为：AA420mA、55VB020mA、05VC-20mA20mA、55VD-20mA20mA、05V7、传感器的输出信号到达稳定时，输出信号变化与输入信号变化的比值代表传感器的参数。DA抗干扰力气B精度C线性度D灵敏度86 维力与力矩传感器主要用于DA周密加工B周密测量C周密计算D周密装配9、机器人轨迹把握过程需要通过求解获得各个关节角的位置把握系统的设定值。BA运动学正

7、问题B运动学逆问题C动力学正问题D动力学逆问题10模拟通信系统与数字通信系统的主要区分是什么？BA载波频率不一样B信道传送的信号不一样C调制方式不一样D编码方式不一样四、推断题答复Y/N1. 机械手亦可称之为机器人。Y32. 完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人称为冗余自由度机器人。Y3、关节空间是由全部关节参数构成的。Y4、任何简洁的运动都可以分解为由多个平移和绕轴转动的简洁运动的合成。Y5、关节i 的坐标系放在i-1 关节的末端。N6. 手臂解有解的必要条件是串联关节链中的自由度数等于或小于6。N7. 对于具有外力作用的非保守机械系统，其拉格朗日动力函数 L 可定义为系统总动能与系统总

8、势能之和。N8. 由电阻应变片组成电桥可以构成测量重量的传感器。Y9. 激光测距仪可以进展散装物料重量的检测。Y10. 运动把握的电子齿轮模式是一种主动轴与从动轴保持一种灵敏传动比的随动系统。Y11. 谐波减速机的名称来源是由于刚轮齿圈上任一点的径向位移呈近似于余弦波形的变化。N五、简答题/问答题1、国内外机器人技术的进展有何特点？答：1、传感器智能机器人进展较快 2、型智能技术的概念和应用争论正酝酿着的突破 3、承受模块化设计技术4、机器人工程系统呈上升趋势5、微型机器人的争论有所突破 6、应用领域向非制造业和效劳业扩展7、行走机器人争论引起重视 8、开发灵敏制造生产系统 9、军事机器人将装

9、备部队2、有哪几种机器人分类方法？是否还有其他的分类方法？答：1、按机械手的几何构造来分 2、按机器人的把握方式分3、按机器人把握器的信息输入方式分 4、按机器人的智能程度分 5、按机器人的移动性分 6、按机器人的用途分3、什么叫做“机器人三守则”？它的重要意义是什么？4、工业机器人和智能机器人的定义分别是什么？工业机器人是面对工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装 置，是靠自身动力和把握力气来实现各种功能的一种机器。它可以承受人类指挥，也可以依据预先编排的 程序运行，现代的工业机器人还可以依据人工智能技术制定的原则纲领行动。到目前为止，在世界范围内还没有一

10、个统一的智能机器人定义。大多数专家认为智能机器人至少要具备以 下三个要素：一是感觉要素，用来生疏四周环境状态；二是运动要素，对外界做出反响性动作；三是思考4要素，依据感觉要素所得到的信息，思考出承受什么样的动作。5、智能机器人的含义是什么？智能机器人具备形形色色的内部信息传感器和外部信息传感器，如视觉、听觉、触觉、嗅觉。除具有 感受器外，它还有效应器，作为作用于四周环境的手段。这就是筋肉，或称自整步电动机，它们使手、脚、 长鼻子、触角等动起来。由此也可知，智能机器人至少要具备三个要素：感觉要素，运动要素和思考要素。6、分析一个空间激光切割机械手至少需要多少自由度？要求能使激光束的焦点定位，并可

11、切割任意 曲面。定位需要三个自由度，切割曲面需要三个自由度，共计六个7、机器人的灵敏度、自由度和冗余度的概念及其相互关系是什么？ 灵敏度=自由度+冗余度8、为了将圆柱形的零件放在平板上，机器人至少应具有几个自由度？答：一共需要5 个：定位3 个，放平稳 2 个9、机器人的精度、重复精度及空间区分度的含义及其区分？答：精度、重复精度和区分率用来定义机器人手部的定位力气。精度是一个位置量相对于其参照系确实定度量，指机器人手部实际到达位置与所需要到达的抱负位置之间的差距。机器人的精度打算于机械精度与电气精度。重复精度指在一样的运动位置命令下，机器人连续假设干次运动轨迹之间的误差度量。假设机器人重复执

12、行某位置给定指令，它每次走过的距离并不一样，而是在一平均值四周变化，该平均值代表精度，而变 化的幅度代表重复精度。区分率是指机器人每根轴能够实现的最小移动距离或最小转动角度。精度和区分率不愿定相关。一台设备的运动精度是指命令设定的运动位置与该设备执行此命令后能够到达的运动位置之间的差距，区分率 则反映了实际需要的运动位置和命令所能够设定的位置之间的差距。工业机器人的精度、重复精度和区分率要求是依据其使用要求确定的。机器人本身所能到达的精度取决于机器人构造的刚度、运动速度把握和驱动方式、定位和缓冲等因素。由于机器人有转动关节，不同回转半径时其直线区分率是变化的，因此造成了机器人的精度难以确定。由

13、于精度一般较难测定，通常工业机器人只给出重复精度。10、机器人学主要包含哪些争论内容？答：机器人争论的根底内容有以下几方面：(1)空间机构学；(2)机器人运动学；(3)机器人静力学；(4)机器人动力学；(5)机器人把握技术；(6)机器人传感器；(7)机器人语言。11、机器人运动分析的一般过程是什么？为什么要进展机器人的动力学分析？答：1、建立坐标系2、确定连杆参数3、写出各个齐次矩阵4、写方程机器人动力学争论目的，建立力、质量和加速度之间以及力矩、惯量和角速度之间的关系。5确定力和力矩，计算每个驱动器所需的驱动力，以便在机器人连杆和关节上产生期望的加速度。 依据有关方程并考虑机器人的外部载荷计

14、算出驱动器可能承受的最大载荷，设计出能供给足够力及力矩的驱动器。争论机器人不同部件之间的关系，合理地设计出机器人的部件。12、简述建立工业机器人运动学方程的方法、步骤。建立各连杆坐标系，确定各连杆D-H 参数，写出各齐次矩阵利用式A i 和D-H 参数计算各连杆之间的 D-H 矩阵，写运动学方程依据Tn= A .A .A1in建立机器人机构的运动学方程13、方向余弦矩阵的特点都有那些 “方向余弦矩阵”是由两组不同的标准正交基的基底向量之间的方向余弦所形成的矩阵。方向余弦矩阵可以用来表达一组标准正交基与另一组标准正交基之间的关系，也可以用来表达一个向量对于另一组标 准正交基的方向余弦。方向余弦矩

15、阵为正交矩阵，其中每列或每行中各元素平方之和为一，而两个不同列或不同行中对应元素的乘积之和则为零。14、机器人雅可比矩阵的含义是什么？q关节空间和操作空间的方程系数矩阵 X = J15、什么是机器人的奇异状态？机器人的雅克比矩阵的行列式等于零时的状态，自由度会削减，母线运动受限制16、简述齐次变换矩阵的物理含义。mqwp xpmqxxx T = yywyy mqzzwp zz 0001 答：1、起到坐标变换的作用。2、代表物体的位置姿势17、工业机器人常用的驱动器有那些类型，并简要说明其特点。1电动驱动器的能源简洁，速度变化范围大，效率高，转动惯性小，速度和位置精度都很高，但它们多与减速装置相

16、联，直接驱动比较困难。（2） 液压驱动器的优点是功率大，可省去减速装置而直接与被驱动的杆件相连，构造紧凑，刚度好，响 应快，伺服驱动具有较高的精度。但需要增设液压源，易产生液体泄漏，不适合高、低温及有干净要求的 场合。故液压驱动器目前多用于特大功率的操作机器人系统或机器人化工程机械。（3） 气动驱动器的构造简洁，清洁，动作灵敏，具有缓冲作用。但也需要增设气压源，且与液压驱动器6相比，功率较小，刚度差，噪音大，速度不易把握，所以多用于精度不高、但有干净、防爆等要求的点位 把握机器人。18、常用的工业机器人的传动系统有那些？齿轮传动，蜗杆传动，滚珠丝杆出传动，同步齿形带传动，链传动和行星齿轮传动1

17、9、在机器人系统中为什么往往需要一个传动减速系统？由于现在的电机一般速度较高，力矩较小，需要通过传动系统降低转速、提高力矩。20、机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？答：目前常用的有如下几种形式：1横梁式。机身设计成横梁式，用于悬挂手臂部件，具有占地面积小，能有效地利用空间，直观等优点。（2） 立柱式。多承受回转型、俯仰型或屈伸型的运动型式，一般臂部都可在水平面内回转，具有占地面积小而工作范围大的特点。3机座式。可 以是独立的、自成系统的完整装置，可任凭安放和搬动。也可以具有行走机构，如沿地面上的专用轨道移动，以扩大其活动范围。4屈伸式。臂 部由大小臂组成，大小臂间有相对运动，称为屈伸臂，

18、可以实现平面运动，也可以作空间运动。21、直流电机的额定值有哪些？答：直流电动机的额定值有以下几项：(1)额定功率，是指依据规定的工作方式运行时所能供给的输出功率。对电动机来说，额定功率是指轴 上输出的机械功率，单位为 kW。(2)额定电压，是电动机电枢绕组能够安全工作的最大外加电压或输出电压，单位为V。(3)额定电流，是指电动机依据规定的工作方式运行时，电枢绕组允许流过的最大电流，单位为A。(4)额定转速，指电动机在额定电压、额定电流和输出额定功率的状况下运 行时，电动机的旋转速度，单位为r/min。22、机器人上常用的距离与接近觉传感器有哪些？。超声波，激光、红外，霍尔传感器23、常见的机

19、器人外部传感器有哪些？答：常见的外部传感器包括触觉传感器，分为接触觉传感器、压觉传感器、滑觉传感器和力觉传感器。距离传感器，包括超声波传感器，接近 觉传感器，以及视觉传感器、听觉传感器、嗅觉传感器、味觉传感器等。24、机器人视觉的硬件系统由哪些局部组成？答：(1) 景物和距离传感器，常用的有摄像机、CCD 图像传感器、超声波传感器和构造光设备等；(2) 视频信号数字化设备，其任务是把摄像机或者CCD 输出的信号转换成便利计算和分析的数字信号；(3) 视频信号处理器，视频信号实时、快速、并行算法的硬件实现设备：如DSP 系统；(4) 计算机及其设备，依据系统的需要可以选用不同的计算机及其外设来满

20、足机器人视觉信息处理及其机器人把握的需要；(5) 机器人或机械手及其把握器。25、机器人把握系统的根本单元有哪些？答：构成机器人把握系统的根本要素包括： (1) 电动机，供给驱动机器人运动的驱动力。(2) 减速器，为了增加驱动力矩、降低运动速度。(3) 驱动电路，由于直流伺服电动机或沟通伺服电动机的流经电流较大，机器人常承受脉冲宽度调制PWM方式进展驱动。(4) 运动特性检测传感器，用于检测机器人运动的位置、速度、加速度等参数。(5) 把握系统的硬件，以计算机为根底，承受协调级与执行级的二级构造。(6) 把握系统的软件， 实现对机器人运动特性的计算、机器人的智能把握和机器人与人的信息交换等功能

21、。26、请简述模糊把握器的组成及各组成局部的用途。答：模糊规律把握器由4 个根本局部组成，即模糊化、学问库、推理算法和逆模糊化。(1) 模糊化：将检测输入变量值变换成相应的论域，将输入数据转换成适宜的语言值。(2) 学问库：包含应用领域的学问和把握目标，它由数据和模糊语言把握规章组成。(3) 推理算法：从一些模糊前提条件推导出某一结论，这种结论可能存在模糊和确定两种状况。(4) 逆模糊化：将推理所得到的模糊值转换为明确的把握讯号，作为系统的输入值。27、从描述操作命令的角度看，机器人编程语言可分为哪几类？答：机器人编程语言可分为：(1) 动作级：以机器人末端执行器的动作为中心来描述各种操作，要

22、在程序中说明每个动作。(2) 对象级：允许较粗略地描述操作对象的动作、操作对象之间的关系等，特别适用于组装作业。(3) 任务级：只要直接指定操作内容就可以了，为此，机器人必需一7边思考一边工作。28、什么是变构造系统？为什么要承受变构造把握？一个系统的数学模型的构造参数是随位置、时间变化而变化的；由于机器人是典型的非线性变参数系统模 型。29、试述机器人滑模变构造把握的根本原理。滑模变构造把握的原理，是依据系统所期望的动态特性来设计系统的切换超平面，通过滑动模态把握器使系统状态从超平面之外向切换超平面收束。系统一旦到达切换超平面，把握作用将保证系统沿切换超 平面到达系统原点，这一沿切换超平面对

23、原点滑动的过程称为滑模把握。30、自适应把握器有哪几种构造形式？试简介其工作原理。机器人自适应把握分为三类：模型参考自适应把握、自校正自适应把握和线性摄动自适应把握等。(a) 模型参考自适应把握器 ；它的根本设计思想是：为机器人机械手的状态方程传动综合一个把握信号 u，或为状态方程动力学综合一个输入 F。这种把握信号将以确定的由参考模型所规定的期望方式，迫使系统具有需要特性。(b) 自校正自适应把握器 ；它与 MRAC 方法的主要区分在于：STAC 用线性离散模型来表示操作机器人系统的动力学特性，因而其把握器为一数字把握器。这种离散模型必需借助系统辨识技术，应用采样输 入-输出数据来建立。线性

24、摄动自适应把握器六、论述题/综合题1、试论述机器人技术的进展趋势。8答：科学技术水平是机器人技术的根底，科学与技术的进展将会使机器人技术提高到一个更高的水平。将来机器人技术的主要争论内容集中在以下几个方面：(1) 工业机器人操作机构造的优化设计技术。探究的高强度轻质材料，进一步提高负载-自重比，同时机构向着模块化、可重构方向进展。(2) 机器人把握技术。重点争论开放式、模块化把握系统，人机界面更加友好，语言、图形编程界面正在研制之中。机器人把握器的标准化和网络化以及基于PC 机网络式把握器已成为争论热点。(3) 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。

25、其争论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。(4) 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把握，通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的状况下，建立预先显示进展遥控等。(5) 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应技术，实现机器人的虚拟遥控操作和人机交互。(6) 多智能体把握技术。这是目前机器人争论的一个崭领域。主要对多智能体的群体体系构造、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为把握等方面进展争论。(7) 微型和微小机器人技术。这是机器人争论的一个的领

26、域和重点进展方向。过去的争论在该领域几乎是空白，因此该领域争论的进展将会引起机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行估量的影响，微型机器人技术的争论主要集中在系统构造、运动方式、把握方，法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。(8) 软机器人技术。主要用于医疗、护理、休闲和消遣场合。传统机器人设计未考虑与人严密共处，因此其构造材料多为金属或硬性材料，软机器人技术要求其构造、把握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。(9) 仿人和仿生技术。这是机器人技术进展的最高境地，目前仅在某些方面进展一些根底争论。2、试论述精度、重复精度与区

27、分率之间的关系。答：精度、重复精度和区分率用来定义机器人手部的定位力气。精度是一个位置量相对于其参照系确实定度量，指机器人手部实际到达位置与所需要到达的抱负位置之间的差距。机器人的精度打算于机械精度与电气精度。重复精度指在一样的运动位置命令下，机器人连续假设干次运动轨迹之间的误差度量。假设机器人重复执行某位置给定指令，它每次走过的距离并不一样，而是在一平均值四周变化，该平均值代表精度，而变化的幅度代表重复精度。区分率是指机器人每根轴能够实现的最小移动距离或最小转动角度。精度和区分率不愿定相关。一台设备的运动精度是指命令设定的运动位置与该设备执行此命令后能够到达的运动位置之间的差距，区分率则反映

28、了实际需要的运动位置和命令所能够设定的位置之间的差距。工业机器人的精度、重复精度和区分率要求是依据其使用要求确定的。机器人本身所能到达的精度取决于机器人构造的刚度、运动速度把握和驱动方式、定位和缓冲等因素。由于机器人有转动关节，不同回转半径时其直线区分率是变化的，因此造成了机器人的精度难以确定。由于精度一般较难测定，通常工业机器人只给出重复精度。3、试论述工业机器人的应用准则。答：设计和应用工业机器人时，应全面考虑和均衡机器人的通用性、环境的适应性、耐久性、牢靠性和经济性等因素， 具体遵循的准则如下。(1) 从恶劣工种开头承受机器人机器人可以在有毒、风尘、噪声、振动、高温、易燃易爆等危急有害的

29、环境中长期稳定地工作。在技术、经济合理的状况下，承受机器人逐步把人从这些工作岗位上代替下来，将从根本上改善劳动条件。(2) 在生产率和生产质量落后的部门应用机器人现代化的大生产分工越来越细，操作越来越简洁，劳动强度越来越大。机器人可以高效地完成一些简洁、重复性的工作， 使生产效率、产品质量获得明显的改善。(3) 要估量长远需要一般来讲，人的寿命比机械的寿命长，不过，假设常常对机械进展保养和修理，对易换件进展补充和更换，有可能使机械寿命超过人。另外；工人会由于其自身的意志而放弃某些工作，造成辞职或停工，而工业机器人没有自己的意愿，因此机9器人的使用不会在工作中途因故障以外的缘由停顿工作，能够持续

30、从事所交给的工作，直至其机械寿命完结。(4) 机器人的投入和使用本钱虽说机器人可以使人类摆脱很脏、很危急或很繁重的劳动，但是工厂经理们极关心的是机器人的经济性。在经济方面所考虑的因素包括劳力、材料、生产率、能源、设备和本钱等。可以用归还期 Y 定量地衡量机器人使用的合理性。假设机器人的使用寿命大于其归还期，使用机器人是有效益的。(5) 应用机器人时需要人在应用工业机器人代替工人操作时，要考虑工业机器人的现实力气以及工业机器人技术学问的现状和将来赐予推想。用现有的机器人原封不动地取代目前正在工作的全部工人，并接替他们的工作，明显是不行能的。在平均力气方面，与工人相比，工业机器人显得过于逊色；但在

31、承受环境条件的力气和牢靠性方面，工业机器人比人优越。因此要把工业机器人安排在生产线中的恰当位置上，使它成为工人的好助手。4、假设让你设计一个机器人，你最期望制作一个什么样的机器人？它由哪几局部组成？制作它主要需要完成些什么工作？答：机器人系统的构造由机器人的机构局部、传感器组、把握局部及信息处理局部组成。机器人的外貌有的像人，有的却并不具有人的模样，但其组成与人很相像。机构 局部包括机械手和移动机构，机械手相当于人手一样，可完成各种工作；移动机构相当于人的脚，机器人靠它来“走路“。感知机器人自身或外部 环境变化信息的传 感器是它的感觉器官，相当于人的眼、耳、皮肤等，它包括内传感器和外传感器。电

32、脑是机器人的指挥中心，相当于人脑或中枢神经，它能把握机器人各部位协调动 作；信息处理装置电子计算机，是人与机器人沟通的工具，可依据外界的环境变化、灵敏变更机器人的动作5、试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。答：静力学指在机器人的手爪接触环境时，在静止状态下处理手爪力F 与驱动力 的关系。动力学争论机器人各关节变量对时间的一阶导数、二阶导数与各执行器驱动力或力矩之间的关系，即机器人机械系统的运动方程。而运动学争论从几何学的观点来处理手指位置与关节变量的关系。在考虑把握时，就要考虑在机器人的动作中，关节驱动力 会产生怎样的关节位置 、关节速度 、关节加速度 ，处理这种关系称为动力学dynam

33、ics。对于动力学来说，除了与连杆长度有关之外，还与各连杆的质量，绕质量中心的惯性矩，连杆的质量中心与关节轴的距离有关。运动学、静力学和动力学中各变量的关系如以以以下图所示。图中用虚线表示的关系可通过实线关系的组合表示，这些也可作为动力学的问题来处理。6、试论述轮式行走机构和足式行走机构的特点和各自适用的场合。答：轮式行走机器人是机器人中应用最多的一种机器人，在相对平坦的地面上，用车轮移动方式行走是相当优越的。车轮的外形或构造形式取决于地面的性质和车辆的承载力气。在轨道上运行的多承受实心钢轮，室外路面行驶的承受充气轮胎，室内平坦地面上的可承受实心轮胎。足式行走对坎坷路面具有很好的适应力气，足式

34、运动方式的立足点是离散的点，可以在可能到达的地面上选择最优的支撑点，而轮式行走工具必需面临最坏的地形上的几乎全部点；足式运动方式还具有主动隔震力气，尽管地面凹凸不平，机身的运动照旧可以相当平稳；足式行走在不平地面和松软地面上的运动速度较高，能耗较少。7、机器人轨迹把握过程如以以下图。试列出各步的主要内容。10习题 4-17 图解：1通过示教过程得到机器人轨迹上特征点的位姿。对于直线需要得到起始点和终点，对于圆弧需要得到弧上三点；（2） 依据轨迹特征直线/园弧/其它和插补策略定时/定距/其它进展相应的插补运算，求出该插补点的位姿值；（3） 依据机器人逆运动学原理，求出手臂解，即对应于插补点位姿的

35、全部关节角(q1, , qn)；（4） 以求出的关节角为相应关节位置把握系统的设定值，分别把握 n 个关节驱动电机；（5） 和关节驱动电机同轴连接的光轴编码器给出该关节当前实际位置值，进展反响，位置把握系统依据此位置误差 设定值反响值实施把握以消退误差，使机器人到达所要求的位姿。8、机器人学是一门综合性的学科，1试论述机器人学重要的争论内容及其所需要解决的问题至少 3 个方面。答：机器人学【robotics】与机器人设计、制造和应用相关的科学。机器人学又称为机器人技术或机器人工程学，主要争论机器人的把握与被处理物体之间的相互关系。机器人学涉及的科目很多，主要内容有运动 学和动力学、系统构造、传

36、感技术、把握技术、行动规划和应用工程等。随着工业自动化和计算机技术的进展，到六十年月机器人开头进入大量生产和实际应用阶段。此后由于自动装备海洋开发空间探究等实际问题的需要，对机器人的智能水平提出了更高的要求。特别是危急环 境，人们难以胜任的场合更迫切需要机器人，从而推动了智能机器人的争论。机器人学的争论推动了很多人工智能思想的进展，有一些技术可在人工智能争论中用来建立世界状态的模型和描述世界状态变化的过程。关于机器人动作规划生成和规划监视执行等问题的争论，推动了规划 方法的进展。此外由于机器人是一个综合性的课题，除机械手和步行机构外，还要争论机器视觉触觉听觉 等信感技术，以及机器人语言和智能把

37、握软件等。可以看出这是一个设计周密机械信息传感技术人工智能 方法智能把握以及生物工程等学科的综合技术。这一课题争论有利于促进各学科的相互结合，并大大推动 人工智能技术的进展。1、传感器与感知系统 2、驱动、建模与把握 3、自动规划与调度 4、计算机系统 5、应用争论9、方向余弦矩阵是进展机器人运动学分析和动力学分析的根底，试论述方向余弦矩阵的性质和特点， 并通过具体的实例分析赐予验证。答：“方向余弦矩阵”是由两组不同的标准正交基的基底向量之间的方向余弦所形成的矩阵。方向余弦矩阵可以用来表达一组标准正交基与另一组标准正交基之间的关系，也可以用来表达一个向量对于另一 组标准正交基的方向余弦。方向余

38、弦矩阵为正交矩阵，其中每列或每行中各元素平方之和为一，而两个不同列或不同行中对应元素的乘积之和则为零。“方向余弦矩阵”是由两组不同的标准正交基的基底向量之间的方向余弦所形成的矩阵。方向余弦矩阵可以用来表达一组标准正交基与另一组标准正交基之间的关系，也可以用来表达一个向量对于另一组标 准正交基的方向余弦。1110、对工业机器人进展位置和力的把握时，试比较关节空间把握器设计和操作空间把握器设计的 不同点，并画出一个机器人单关节的关节空间把握器和操作空间把握器的把握系统框图。解：答：关节空间把握器再输入与反响的时候无正解与反解，而操作空间把握器输入与反响时要有正解与反解，如以以以下图所示。12画出一

39、个机器人单关节的关节空间把握器和操作空间把握器的把握系统框图如下11、以多自由度工业机器人为例，分析争论机器人的把握：（1） 分析争论工业机器人的位置把握、速度把握、加速度把握和力把握的特点及其区分；答：位置把握：工业机器人位置把握的目的，就是要使机器人各关节实现预先所规划的运动，最终保证工业机器人终端(手爪)沿预定的轨迹运行。这类运动把握的特点是连续把握工业机器人手爪(或工具)的位 姿轨迹。一般要求速度可控、轨迹光滑且运动平稳。轨迹把握的技术指标是轨迹精度和平稳性。速度把握 意味着各个关节马达的运动联合进展，并以不同的速度同时运行以保证夹手沿着笛卡尔坐标轴稳定运动。 分解运动速度把握先把期望

40、的夹手运动分解为各个关节的期望速度，然后对各个关节实行速度伺服把握。 加速度把握分解运动加速度把握首先计算出工具的把握加速度，然后把它分解为相应的各个关节加速度， 再依据动力学方程计算出把握力矩。力把握除了在一些自由度方向进展位置把握外，还需要在另一些自由 度方向进展力把握。（2） 给出操作空间及驱动空间的单个关节的机器人把握框图，并说明其把握过程。机器人把握器的把握构造形式，常见的有：集中把握、分散把握和递阶把握等。如图表示PUMA 机器人两级递阶把握的构造图。13机器人把握系统以机器人作为把握对象，它的设计方法及参数选择，仍可参照一般计算机/嵌入式把握 系统。现有的工业机器人大多承受独立关

41、节的PID 把握。如以以下图PUMA 机器人的把握构造即为一典型。由于独立关节PID 把握未考虑被控对象机器人的非线性及关节间的耦合作用，因而把握精度和速度的提高受到限制。斯坦福机械手具有反响把握，其一个关节把握方框图如以以下图。从图可见，它有个光学编码器，与测速发 电机一起组成位置和速度反响。这种工业机器人是一种定位装置，它的每个关节都有一个位置把握系统。 要提高响应速度，通常是要提高系统的增益以及由电动机传动轴速度负反响把某些阻尼引入系统，以加强 反电势的作用。要做到这一点，可以承受测速发电机，或者计算确定时间间隔内传动轴角位移的差值。传递函数：要提高响应速度，通常是要提高系统的增益以及由

42、电动机传动轴速度负反响把某些阻尼引入系统，以加强 反电势的作用。要做到这一点，可以承受测速发电机，或者计算确定时间间隔内传动轴角位移的差值。由 于机器人机械手是通过工具进展操作作业的，所以其末端工具的动态性能将直接影响操作质量。又因末端 的运动是全部关节运动的简洁函数，因此，即使每个关节的动态性能可行，而末端的动态性能则未必能满 足要求。（3） 比较关节空间把握器设计和操作空间把握器设计的不同点。答：操作空间把握器设计涉及运动学的正、反解。14七、计算题需写出计算步骤1、 R 为旋转矩阵，b 为平移向量，试写出相应的齐次矩阵。100R = 001 3 b = - 20- 10- 5解：齐次矩阵

43、为00301- 2- 10- 500110A = 002、矩阵x0-10 y001z -102w001代表齐次坐标变换，求其中的未知元素值x、y、z、w(第一列元素)。3、写出齐次变换矩阵 AT ，它表示相对固定坐标系A作以下变换：BAAa绕 z轴转 900； b再绕 x轴转900； c最终作移动(3,7,9)T。解： AH =Trans3，7，9RotX，-90RotZ，90B100310000-10010030-100 0-103= 010700101000 = 00171000 = 001700190-10000100-1090010-100900010000100001010 0001010154、写出齐次变换矩阵AT ，它表示相对运动坐标系B作以下变换：BBBa移动(3,7,9)T； b再绕 x轴转900； c绕 z轴转 900。00-1- 93100答： AH =RotZ，90RotX，-90Trans3，7，9= 1B0-10- 75、求下面齐次变换 000-10