機(jī)器人基礎(chǔ)考試試題重點(diǎn)(重慶理工大學(xué))

1、（二）簡(jiǎn)答題1.智能機(jī)器人的所謂智能的表現(xiàn)形式是什么？答:推理判斷、記憶2.機(jī)器人分為幾類(lèi)？答:首先，機(jī)器人按應(yīng)用分類(lèi)可分為工業(yè)機(jī)器人、極限機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人。1)工業(yè)機(jī)器人有搬運(yùn)、焊接、裝配、噴漆、檢驗(yàn)機(jī)器人，主要用于現(xiàn)代化的工廠和柔性加工系統(tǒng)中。2)極限機(jī)器人主要是指用在人們難以進(jìn)入的核電站、海底、宇宙空間進(jìn)行作業(yè)的機(jī)器人，包括建筑、農(nóng)業(yè)機(jī)器人。3)娛樂(lè)機(jī)器人包括彈奏機(jī)器人、舞蹈機(jī)器人、玩具機(jī)器人等。也有根據(jù)環(huán)境而改變動(dòng)作的機(jī)器人。其次，按照控制方式機(jī)器人可分為操作機(jī)器人、程序機(jī)器人、示教機(jī)器人、智能機(jī)器人和綜合機(jī)器人。3. 機(jī)器人由哪幾部分組成？機(jī)器人由三大部分六個(gè)子系統(tǒng)組成。三大部分是

2、機(jī)械部分、傳感部分和控制部分。六個(gè)子系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、機(jī)器人一環(huán)境交換系統(tǒng)、人機(jī)交換系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。4. 什么是自由度？答:人們把構(gòu)建相對(duì)于參考系具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目稱(chēng)為自由度。5. 機(jī)器人技術(shù)參數(shù)有哪些？各參數(shù)的意義是什么？答:機(jī)器人技術(shù)參數(shù)有:自由度、精度、工作范圍、速度、承載能力1）自由度：是指機(jī)器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸的數(shù)目，不包括手爪（末端操作器）的開(kāi)合自由度。在三維空間里描述一個(gè)物體的位置和姿態(tài)需要六個(gè)自由度。但是，工業(yè)機(jī)器人的自由度是根據(jù)其用途而設(shè)計(jì)的，也可能小于六個(gè)自由度，也可能大于六個(gè)自由度。2）精度：工業(yè)機(jī)器人的精度是指定位精度和重復(fù)定位精度。定位精

3、度是指機(jī)器人手部實(shí)際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間的差異。重復(fù)定位精度是指機(jī)器人重復(fù)定位其手部于同一目標(biāo)位置的能力，可以用標(biāo)準(zhǔn)偏差這個(gè)統(tǒng)計(jì)量來(lái)表示，它是衡量一列誤差值的密集度（即重復(fù)度）。3）工作范圍：是指機(jī)器人手臂末端或手腕中心所能到達(dá)的所有點(diǎn)的集合，也叫工作區(qū)域。4）速度；速度和加速度是表明機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性的主要指標(biāo)。5)承載能力：是指機(jī)器人在工作范圍內(nèi)的任何位姿上所能承受的最大質(zhì)量。承載能力不僅取決于負(fù)載的質(zhì)量，而且還與機(jī)器人運(yùn)行的速度和加速度的大小和方向有關(guān)。為了安全起見(jiàn)，承載能力這一技術(shù)指標(biāo)是指高速運(yùn)行時(shí)的承載能力。通常，承載能力不僅指負(fù)載，而且還包括機(jī)器人末端操作器的質(zhì)量。6. 機(jī)器人手腕有

4、幾種？試述每種手腕結(jié)構(gòu)。答：機(jī)器人的手臂按結(jié)構(gòu)形式分可分為單臂式，雙臂式及懸掛式按手臂的運(yùn)動(dòng)形式區(qū)分，手臂有直線運(yùn)動(dòng)的。如手臂的伸縮，升降及橫向移動(dòng)，有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的如手臂的左右回轉(zhuǎn)上下擺動(dòng)有復(fù)合運(yùn)動(dòng)如直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組合。2直線運(yùn)動(dòng)的組合2回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組合。手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式是多種多樣的，常用的有葉片是回轉(zhuǎn)缸，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，鏈輪傳動(dòng)和連桿機(jī)構(gòu)手臂俯仰運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，一般采用活塞油（氣）缸與連桿機(jī)構(gòu)聯(lián)用來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，多數(shù)用于動(dòng)作程度固定不變的專(zhuān)用機(jī)器人。7. 機(jī)器人機(jī)座有幾種？試述每種機(jī)座結(jié)構(gòu)。答：機(jī)器人幾座有固定式和行走時(shí)2種1)固定式機(jī)器人的級(jí)左右直接接地

5、地面基礎(chǔ)上，也可以固定在機(jī)身上2)移動(dòng)式機(jī)器人有可分為輪車(chē)機(jī)器人，有3組輪子組成的輪系四輪機(jī)器人三角論系統(tǒng)，全方位移動(dòng)機(jī)器人，2足步行式機(jī)器人，履帶行走機(jī)器人8. 試述機(jī)器人視覺(jué)的結(jié)構(gòu)及工作原理答:機(jī)器人視覺(jué)由視覺(jué)傳感器攝像機(jī)和光源控制計(jì)算器和圖像處理機(jī)組成原理：由視覺(jué)傳感器講景物的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳遞給圖像處理器，同時(shí)光源控制器和32 攝像機(jī)控制器把把光線，距離顏色光源方向等等參數(shù)傳遞給圖像處理器，圖像處理器對(duì)圖像數(shù)據(jù)做一些簡(jiǎn)單的處理將數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)算機(jī)最后由計(jì)算器存儲(chǔ)和處理。9. 工業(yè)機(jī)器人控制方式有幾種？答：工業(yè)機(jī)器人的控制方式多種多樣，根據(jù)作業(yè)任務(wù)的不同，主要分

6、為點(diǎn)位控制方式、連續(xù)軌跡控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式。1）點(diǎn)位控制方式（PTP）這種控制方式的特點(diǎn)是只控制工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間中某些規(guī)定的離散點(diǎn)上的位姿?？刂茣r(shí)只要求工業(yè)機(jī)器人快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)相鄰各點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)，而對(duì)達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡則不作任何規(guī)定。這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是定位精度和運(yùn)動(dòng)所需的時(shí)間。2）連續(xù)軌跡控制方式（CP）這種控制方式的特點(diǎn)是連續(xù)的控制工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間的位姿，要求其嚴(yán)格按照預(yù)定的軌跡和速度在一定的精度范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，而且速度可控，軌跡光滑，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，以完成工作任務(wù)。3）力（力矩）控制方式在完成裝配、抓放物體等工作時(shí)，除要準(zhǔn)確定位外，還

7、要求使用適度的力或力矩進(jìn)行工作，這時(shí)就要利用力（力矩）伺服方式。這種方式的控制原理與位置伺服控制原理基本相同，只不過(guò)輸入量和反饋量不是位置信號(hào)，而是力（力矩）信號(hào)，因此系統(tǒng)中必須有力（力矩）傳感器。有時(shí)也利用接近、滑動(dòng)等傳感功能進(jìn)行自適應(yīng)式控制。4）智能控制方式機(jī)器人的智能控制時(shí)通過(guò)傳感器獲得周?chē)h(huán)境的知識(shí)，并根據(jù)自身內(nèi)部的知識(shí)庫(kù)做出相應(yīng)的決策。采用智能控制技術(shù)，使機(jī)器人具有了較強(qiáng)的適應(yīng)性及自學(xué)習(xí)功能。智能控制技術(shù)的發(fā)展有賴(lài)于近年來(lái)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基因算法、遺傳算法、專(zhuān)家系統(tǒng)等人工智能的迅速發(fā)展。10. 機(jī)器人參數(shù)坐標(biāo)系有哪些？各參數(shù)坐標(biāo)系有何作用？答:工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)形式有直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)

8、型、球坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型和平面關(guān)節(jié)型。1）直角坐標(biāo)/笛卡兒坐標(biāo)/臺(tái)架型（3P）這種機(jī)器人由三個(gè)線性關(guān)節(jié)組成，這三個(gè)關(guān)節(jié)用來(lái)確定末端操作器的位置，通常還帶有附加道德旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，用來(lái)確定末端操作器的姿態(tài)。這種機(jī)器人在X、Y、Z軸上的運(yùn)動(dòng)是獨(dú)立的，運(yùn)動(dòng)方程可獨(dú)立處理，且方程是線性的，因此，很容易通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)；它可以?xún)啥酥?，?duì)于給定的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，剛性最大：它的精度和位置分辨率不隨工作場(chǎng)合而變化，容易達(dá)到高精度。但是，它的操作范圍小，手臂收縮的同時(shí)又向相反的方向伸出，即妨礙工作，且占地面積大，運(yùn)動(dòng)速度低，密封性不好。2）圓柱坐標(biāo)型（R3P）圓柱坐標(biāo)機(jī)器人由兩個(gè)滑動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來(lái)確定部件的位置，再附

9、加一個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來(lái)確定部件的姿態(tài)。這種機(jī)器人可以繞中心軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角，工作范圍可以擴(kuò)大，且計(jì)算簡(jiǎn)單；直線部分可采用液壓驅(qū)動(dòng)，可輸出較大的動(dòng)力；能夠伸入型腔式機(jī)器內(nèi)部。但是，它的手臂可以到達(dá)的空間受到限制，不能到達(dá)近立柱或近地面的空間；直線驅(qū)動(dòng)器部分難以密封、防塵；后臂工作時(shí)，手臂后端會(huì)碰到工作范圍內(nèi)的其它物體。3）球坐標(biāo)型（2RP）球坐標(biāo)機(jī)器人采用球坐標(biāo)系，它用一個(gè)滑動(dòng)關(guān)節(jié)和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來(lái)確定部件的位置，再用一個(gè)附加的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)確定部件的姿態(tài)。這種機(jī)器人可以繞中心軸旋轉(zhuǎn)，中心支架附近的工作范圍大，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置容易密封，覆蓋工作空間較大。但該坐標(biāo)復(fù)雜，難于控制，且直線驅(qū)動(dòng)裝置仍存在密封及工作死區(qū)的

10、問(wèn)題。4）關(guān)節(jié)坐標(biāo)型/擬人型（3R）關(guān)節(jié)機(jī)器人的關(guān)節(jié)全都是旋轉(zhuǎn)的，類(lèi)似于人的手臂，是工業(yè)機(jī)器人中最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)。5）平面關(guān)節(jié)型這種機(jī)器人可看作是關(guān)節(jié)坐標(biāo)式機(jī)器人的特例，它只有平行的肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)軸線共面。11.機(jī)器人學(xué)主要包含哪些研究?jī)?nèi)容？答：機(jī)器人研究的基礎(chǔ)內(nèi)容有以下幾方面：(1) 空間機(jī)構(gòu)學(xué)；(2) 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)；(3) 機(jī)器人靜力學(xué)；(4) 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)；(5) 機(jī)器人控制技術(shù)；(6) 機(jī)器人傳感器；(7) 機(jī)器人語(yǔ)言。12.機(jī)器人常用的機(jī)身和臂部的配置型式有哪些？答：目前常用的有如下幾種形式：(1) 橫梁式。機(jī)身設(shè)計(jì)成橫梁式，用于懸掛手臂部件，具有占地面積小，能有效地利用空間，直觀

11、等優(yōu)點(diǎn)。(2) 立柱式。多采用回轉(zhuǎn)型、俯仰型或屈伸型的運(yùn)動(dòng)型式，一般臂部都可在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)，具有占地面積小而工作范圍大的特點(diǎn)。(3) 機(jī)座式。可以是獨(dú)立的、自成系統(tǒng)的完整裝置，可隨意安放和搬動(dòng)。也可以具有行走機(jī)構(gòu)，如沿地面上的專(zhuān)用軌道移動(dòng)，以擴(kuò)大其活動(dòng)范圍。(4) 屈伸式。臂部由大小臂組成，大小臂間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為屈伸臂，可以實(shí)現(xiàn)平面運(yùn)動(dòng)，也可以作空間運(yùn)動(dòng)。13.機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本單元有哪些？答：構(gòu)成機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本要素包括： (1) 電動(dòng)機(jī)，提供驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力。(2) 減速器，為了增加驅(qū)動(dòng)力矩、降低運(yùn)動(dòng)速度。(3) 驅(qū)動(dòng)電路，由于直流伺服電動(dòng)機(jī)或交流伺服電動(dòng)機(jī)的流經(jīng)電流較大，機(jī)

12、器人常采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。(4) 運(yùn)動(dòng)特性檢測(cè)傳感器，用于檢測(cè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的位置、速度、加速度等參數(shù)。(5) 控制系統(tǒng)的硬件，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，采用協(xié)調(diào)級(jí)與執(zhí)行級(jí)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。(6) 控制系統(tǒng)的軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性的計(jì)算、機(jī)器人的智能控制和機(jī)器人與人的信息交換等功能14.常見(jiàn)的機(jī)器人外部傳感器有哪些？答：常見(jiàn)的外部傳感器包括觸覺(jué)傳感器，分為接觸覺(jué)傳感器、壓覺(jué)傳感器、滑覺(jué)傳感器和力覺(jué)傳感器。距離傳感器，包括超聲波傳感器，接近覺(jué)傳感器，以及視覺(jué)傳感器、聽(tīng)覺(jué)傳感器、嗅覺(jué)傳感器、味覺(jué)傳感器等。15.機(jī)器人視覺(jué)的硬件系統(tǒng)由哪些部分組成？答：(1) 景物和距離傳感器，常用的有攝像機(jī)、C

13、CD圖像傳感器、超聲波傳感器和結(jié)構(gòu)光設(shè)備等；(2) 視頻信號(hào)數(shù)字化設(shè)備，其任務(wù)是把攝像機(jī)或者CCD輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成方便計(jì)算和分析的數(shù)字信號(hào)；(3) 視頻信號(hào)處理器，視頻信號(hào)實(shí)時(shí)、快速、并行算法的硬件實(shí)現(xiàn)設(shè)備：如DSP系統(tǒng)；(4) 計(jì)算機(jī)及其設(shè)備，根據(jù)系統(tǒng)的需要可以選用不同的計(jì)算機(jī)及其外設(shè)來(lái)滿足機(jī)器人視覺(jué)信息處理及其機(jī)器人控制的需要；(5) 機(jī)器人或機(jī)械手及其控制器。16.從描述操作命令的角度看，機(jī)器人編程語(yǔ)言可分為哪幾類(lèi)？ 答：機(jī)器人編程語(yǔ)言可分為：(1) 動(dòng)作級(jí)：以機(jī)器人末端執(zhí)行器的動(dòng)作為中心來(lái)描述各種操作，要在程序中說(shuō)明每個(gè)動(dòng)作。(2) 對(duì)象級(jí)：允許較粗略地描述操作對(duì)象的動(dòng)作、操作對(duì)象之間

14、的關(guān)系等，特別適用于組裝作業(yè)。(3) 任務(wù)級(jí)：只要直接指定操作內(nèi)容就可以了，為此，機(jī)器人必須一邊思考一邊工作。17. MOTOMAN 機(jī)器人示教盤(pán)模式旋鈕上有三種模式，分別是哪三種，并寫(xiě)出三種模式各自的特點(diǎn)。答案：示教模式 人教機(jī)器人稱(chēng)作示教。再現(xiàn)模式 執(zhí)行程序，機(jī)器人自動(dòng)運(yùn)行。遠(yuǎn)程模式 通過(guò)外部信號(hào)進(jìn)行的操作，相當(dāng)于遙控。18. MOTOMAN 機(jī)器人上有三種安全模式，分別是哪三種，并寫(xiě)出三種模式各自的特點(diǎn)。答案：三種模式分別是：PLAY再現(xiàn)模式、TEACH示教模式、REMOTE遠(yuǎn)程模式。 再現(xiàn)模式可以用來(lái)對(duì)示教完的程序進(jìn)行再現(xiàn)運(yùn)行以及各種條件文件的設(shè)定、修改或刪除，在此模式下外部設(shè)備發(fā)出的

15、啟動(dòng)信號(hào)無(wú)效 示教模式可以用示教編程器進(jìn)行軸操作和編輯，編輯、示教程序，修改已登錄的程序，以及各種特性文件和參數(shù)的設(shè)定，在此模式下外部設(shè)備發(fā)出的啟動(dòng)信號(hào) 無(wú)效遠(yuǎn)程模式下機(jī)器人由外部信號(hào)進(jìn)行操作，可以接通伺服電源、啟動(dòng)、調(diào)出主程序、設(shè)定循環(huán)等與開(kāi)始運(yùn)行有關(guān)的操作，數(shù)據(jù)傳輸功能有效，此時(shí)示教盤(pán)上的啟動(dòng)按鈕無(wú)效。（四）計(jì)算題（需寫(xiě)出計(jì)算步驟，無(wú)計(jì)算步驟不能得分）：1.已知點(diǎn)u的坐標(biāo)為7,3,2T，對(duì)點(diǎn)u依次進(jìn)行如下的變換：（1）繞z軸旋轉(zhuǎn)90得到點(diǎn)v；（2）繞y軸旋轉(zhuǎn)90得到點(diǎn)w；（3）沿x軸平移4個(gè)單位，再沿y軸平移-3個(gè)單位，最后沿z軸平移7個(gè)單位得到點(diǎn)t。求u, v, w, t各點(diǎn)的齊次坐標(biāo)。

16、解：點(diǎn)u的齊次坐標(biāo)為： v = Rot(z,90)u = w = Rot(y,90)v = t = Trans(4,-3,7)w = 2.如圖所示為具有三個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的3R機(jī)械手，求末端機(jī)械手在基坐標(biāo)系x0,y0下的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。解：建立如圖1的參考坐標(biāo)系，則=,=,=其中.3.如圖所示為平面內(nèi)的兩旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)機(jī)械手，已知機(jī)器人末端的坐標(biāo)值x,y，試求其關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變量1和2. 解：如圖所示，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)有兩組可能的解。第一組解：由幾何關(guān)系得 （1） （2）（1）式平方加（2）式平方得第二組解：由余弦定理， 4.如圖所示兩自由度機(jī)械手在如圖位置時(shí)（1= 0 , 2=/2），生成手爪力 FA = fx 0 T 或FB = 0 fy T。求對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力 A和B 。解：由關(guān)節(jié)角給出如下姿態(tài)：由靜力學(xué)公式5.如圖所示的兩自由度機(jī)械手，手部沿固定坐標(biāo)系在手上X0軸正向以1.0m/s的速度移動(dòng)，桿長(zhǎng)l1=l2=0.5m。設(shè)在某時(shí)刻1=30，2=-60，求該時(shí)刻的關(guān)節(jié)速度。已知兩自由度機(jī)械手速度雅可比矩陣為解：因?yàn)椋阂虼?，逆雅可比矩陣為：因?yàn)?，且v=1, 0T，即vX=1m/s，vY=0，因此（算出最后結(jié)果2分）因此，在該瞬時(shí)兩關(guān)節(jié)的位置分別為， 1=30，2=-60；速度分別為=-2rad/s，