機(jī)器人技術(shù)考試復(fù)習(xí)題

1、簡述工業(yè)機(jī)器人的定義，說明機(jī)器人的主要特征。 答：機(jī)器人是一種用于移動(dòng)各種材料、零件、工具、或?qū)Ｓ醚b置，通過可編程動(dòng)作來執(zhí)行種 種任務(wù)并具有編程能力的多功能機(jī)械手。1. 機(jī)器人的動(dòng)作結(jié)構(gòu)具有類似于人或其他生物體某些器官（肢體、感官等）的功能。2. 機(jī)器人具有通用性，工作種類多樣，動(dòng)作程序靈活易變。3. 機(jī)器人具有不同程度的智能性，如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)等。4. 機(jī)器人具有獨(dú)立性，完整的機(jī)器人系統(tǒng)在工作中可以不依賴于人的干預(yù)。 工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床有什么區(qū)別答： 1.機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)為開式運(yùn)動(dòng)鏈而數(shù)控機(jī)床為閉式運(yùn)動(dòng)鏈；2. 工業(yè)機(jī)器人一般具有多關(guān)節(jié)，數(shù)控機(jī)床一般無關(guān)節(jié)且均為直角坐標(biāo)系統(tǒng)；3.

2、 工業(yè)機(jī)器人是用于工業(yè)中各種作業(yè)的自動(dòng)化機(jī)器而數(shù)控機(jī)床應(yīng)用于冷加工。4. 機(jī)器人靈活性好，數(shù)控機(jī)床靈活性差。簡述下面幾個(gè)術(shù)語的含義：自有度、重復(fù)定位精度、工作范圍、工作速度、承載能力。 答：自由度是機(jī)器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的數(shù)目，不包括手爪（末端執(zhí)行器）的開合自由 度。重復(fù)定位精度是關(guān)于精度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，指機(jī)器人重復(fù)到達(dá)某一確定位置準(zhǔn)確的概率， 是重復(fù)同一位置的范圍，可以用各次不同位置平均值的偏差來表示。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。 工作速度一般指最大工作速度，可以是指自由度上最大的穩(wěn)定速度，也可以定義為 手臂末端最大的合成速度（通常在技術(shù)參數(shù)中加

3、以說明） 。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。什么叫冗余自由度機(jī)器人答： 從運(yùn)動(dòng)學(xué)的觀點(diǎn)看， 完成某一特定作業(yè)時(shí)具有多余自由度的機(jī)器人稱為冗余自由度機(jī) 器人。試求該齊次坐標(biāo)變換矩陣。解：齊次坐標(biāo)變換矩陣R=Rot(Y ，60 )Rot(X，30 )Rot(Z ， 45 )0.500.866010000.7070.70700010000.8660.500.7070.707000.86600.5000.50.866000100001000100010.6600.0470.75000.6120.6120.500.4360.4360.43300001A=寫出變換后點(diǎn)矢量 v

4、 的表達(dá)式，并說明是什么性質(zhì)的變換，寫出旋轉(zhuǎn)算子Rot 及平移算子Trans。0解： v =Av= L屬于復(fù)合變換：L210.009.6620.0019.3230.00 =3911L3f0旋 轉(zhuǎn) 算 子 Rot( Z，30 )d2L1平 移 算 子 Trans ( ，)11.03.09.0有一旋轉(zhuǎn)變換，先繞固定坐標(biāo)系Z0 軸轉(zhuǎn) 45，再繞其X0 軸轉(zhuǎn) 30，最后繞其 Y0 軸轉(zhuǎn) 60，坐標(biāo)系 B起初與固定坐標(biāo)系 O相重合，現(xiàn)坐標(biāo)系 B繞 ZB 旋轉(zhuǎn) 30，然后繞旋轉(zhuǎn)后的動(dòng)坐標(biāo)系的 XB 軸旋轉(zhuǎn) 45，試寫出該坐標(biāo)系 B的起始矩陣表達(dá)式和最后矩陣表達(dá)式。0100B=O=00100001解：起始矩

5、陣：0.8660.353000.50.6120.6120最后矩陣： B=Rot（Z，30）B Rot（X，45）=00.7070.70700001坐標(biāo)系 A及 B在固定坐標(biāo)系 O中的矩陣表達(dá)式為1.0000.0000.0000.0A0.0000.8660.50010.0= 0.0000.5000.86620.000010.8660.5000.0003.0B0.4330.7500.5003.0= 0.2500.4330.8663.00001畫出它們在 O 坐標(biāo)系中的位置和姿勢；A=Trans（，）Rot（X，30)OB=Trans，）Rot（X，30）Rot（Z， 30）O寫出齊次變換陣BAH

6、，它表示坐標(biāo)系 B連續(xù)相對固定坐標(biāo)系A(chǔ)作以下變換：1）繞 ZA 軸旋轉(zhuǎn) 90。（3）移動(dòng)379T。解：ABH=Trans（37100310000010700101=00190100000010001001030017100900012）繞 XA軸旋轉(zhuǎn) -90。寫出齊次變換矩陣 BBH ，9）Rot（X，-90）Rot （Z90 ）1001003010000000171000010=0109001000100010001B連續(xù)相對自身運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系 B作以下變換：1）移動(dòng) 3 7 9 T 。2）繞 X B軸旋轉(zhuǎn) 90。3）繞 ZB 軸轉(zhuǎn) -90。.BBBH =Trans（3，7，9） Rot（X，

7、90）Rot（Z，90）=100010700000100101000001000901100y12yy0Oy2x1如題圖所示的二自由度平面機(jī)械手，關(guān)節(jié) 1 為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)變量為 1；關(guān)節(jié) 2 為移動(dòng) 關(guān)節(jié)， 關(guān)節(jié)變量為 d2。試：（1）建立關(guān)節(jié)坐標(biāo)系，并寫出該機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)方程式。（2）按下列關(guān)節(jié)變量參數(shù)求出手部中心的位置值。10306090d2/m解：建立如圖所示的坐標(biāo)系參數(shù)和關(guān)節(jié)變量連桿d11000200d20C1S100100d2S1C1000100A1 Rot(Z, 1) 01000A2 Trans(d2,0,0)01000010001機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)方程式：T2 A1 ?A2cos 1s

8、in 1 0 d2 cos 1sin 100cos 1 0 d2 sin 1 0 1 0 0 0 1當(dāng) 1=0 ， d2=時(shí)：手部中心位置值 B1 0 0 0.50 1 0 00 0 0 00 0 0 1當(dāng) 1=30 ， d2=時(shí)0.866 0.5 0 0.433手部中心位置值0.50.86600.400000001B當(dāng) 1=60 ， d2=時(shí)0.5 0.866 0 0.5手部中心位置值 B0.500.8660000010.86600當(dāng) 1=90 ， d2=時(shí)01手部中心位置值 B01 0 0 0 0 0.7 000 001題圖所示為一個(gè)二自由度的機(jī)械手，兩連桿長度均為 1m，試建立各桿件坐標(biāo)

9、系， 求出 A1 ，A2 的變換矩陣。cos 1 sin 1A1=Rot(Z, 1) Trans(1,0,0) Rot(X, 0o)=00 s2 c2A2= Rot(Z, -2)Trans(l, 0, 0)Rot(X, 90o)00有一臺如題圖所示的三自由度機(jī)械手的機(jī)構(gòu)，sin 1 0 c 1cos 1 0 s 10 1 00 0 10 s 2 00 c 2 0000001各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角正向均由箭頭所示方向指定，解：建立如圖所示的坐標(biāo)系參數(shù)和關(guān)節(jié)變量連桿d1110022100標(biāo)出各連桿的 D-H坐標(biāo)系，然后求各變換矩陣 A1， A2， 。解： D-H 坐標(biāo)系的建立按 D-H 方法建立各連桿坐標(biāo)系

10、參數(shù)和關(guān)節(jié)變量連桿ad11900L1+L2220L30330L40cos 10sin10A1sin 10cos10=010L1 L20001cos 2sin20L3 cos 2A2=sin 2cos20L3 sin 200100001cos 3sin 30L4 cos 3sin 3cos 30L4 sin 3A3=3300100001何謂軌跡規(guī)劃簡述軌跡規(guī)劃的方法并說明其特點(diǎn)。 答：機(jī)器人的軌跡泛指工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中的運(yùn)動(dòng)軌跡， 即運(yùn)動(dòng)點(diǎn)位移， 速度和加速度。 軌跡的生成一般是先給定軌跡上的若干個(gè)點(diǎn)， 將其經(jīng)運(yùn)動(dòng)學(xué)反解映射到關(guān)節(jié)空間， 對關(guān)節(jié)空 間中的相應(yīng)點(diǎn)建立運(yùn)動(dòng)方程， 然后按這些運(yùn)動(dòng)方

11、程對關(guān)節(jié)進(jìn)行插值， 從而實(shí)現(xiàn)作業(yè)空間的運(yùn) 動(dòng)要求，這一過程通常稱為軌跡規(guī)劃。（1）示教再現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)由人手把手示教機(jī)器人，定時(shí)記錄各關(guān)節(jié)變量，得到沿路 徑運(yùn)動(dòng)時(shí)各關(guān)節(jié)的位移時(shí)間函數(shù)q（t） ；再現(xiàn)時(shí)，按內(nèi)存中記錄的各點(diǎn)的值產(chǎn)生序列動(dòng)作。（2）關(guān)節(jié)空間運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)直接在關(guān)節(jié)空間里進(jìn)行。由于動(dòng)力學(xué)參數(shù)及其極限值直接在 關(guān)節(jié)空間里描述，所以用這種方式求最短時(shí)間運(yùn)動(dòng)很方便。（3）空間直線運(yùn)動(dòng)。這是一種直角空間里的運(yùn)動(dòng)，它便于描述空間操作，計(jì)算量小，適宜 簡單的作業(yè)。（4）空間曲線運(yùn)動(dòng)。這是一種在描述空間中用明確的函數(shù)表達(dá)的運(yùn)動(dòng)。設(shè)一機(jī)器人具有 6 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，其關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)均按三次多項(xiàng)式規(guī)劃，要求經(jīng)

12、過兩個(gè)中間路徑 點(diǎn)后停在一個(gè)目標(biāo)位置。 試問欲描述該機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)， 共需要多少個(gè)獨(dú)立的三次多項(xiàng)式 要確定這些三次多項(xiàng)式，需要多少個(gè)系數(shù) 答：共需要 3 個(gè)獨(dú)立的三次多項(xiàng)式；需要 72 個(gè)系數(shù)。單連桿機(jī)器人的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，從 q = 5°靜止開始運(yùn)動(dòng)，要想在 4 s 內(nèi)使該關(guān)節(jié)平滑地運(yùn)動(dòng) 到 q =+80 °的位置停止。試按下述要求確定運(yùn)動(dòng)軌跡：（1）關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)依三次多項(xiàng)式插值方式規(guī)劃。（2）關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)按拋物線過渡的線性插值方式規(guī)劃。解：（1）采用三次多項(xiàng)式插值函數(shù)規(guī)劃其運(yùn)動(dòng)。已知0 5 , f 80,tf 4s, 代入可得系數(shù)為 a05,a1 0,a2 15.94, a3 2.

13、66運(yùn)動(dòng)軌跡：23t 5 15.94t 2 2.66t3?t 31.88t 7.98t 2?t 31.88 15.96t2)運(yùn)動(dòng)按拋物線過渡的線性插值方式規(guī)劃：0 5 , f 80 ,t f 4s,根據(jù)題意，定出加速度的取值范圍：?4 851621.25?如果選 42 s2 ，算出過渡時(shí)間 ta1 ，ta1=2422 42 4 42 852 42=計(jì)算過渡域終了時(shí)的關(guān)節(jié)位置a1和關(guān)節(jié)速度 1 ，得12a1= 5 ( 42 0.5942) 2.4? ?1 1ta1 (42 0.594s) s 24.95 s機(jī)器人本體主要包括哪幾部分以關(guān)節(jié)型機(jī)器人為例說明機(jī)器人本體的基本結(jié)構(gòu)和主要特 點(diǎn)。答：機(jī)器

14、人本體： (1)傳動(dòng)部件(2) 機(jī)身及行走機(jī)構(gòu)(3) 機(jī)身及行走機(jī)構(gòu)( 4)腕部(5)手部基本結(jié)構(gòu)：機(jī)座結(jié)構(gòu)、腰部關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、大臂結(jié)構(gòu)、大臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、小臂 結(jié)構(gòu)、小臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、手腕結(jié)構(gòu)、手腕關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、末端執(zhí)行器。 主要特點(diǎn)： (1) 一般可以簡化成各連桿首尾相接、末端無約束的開式連桿系，連桿 系末端自由且無支承，這決定了機(jī)器人的結(jié)構(gòu)剛度不高，并隨連桿 系在空間位姿的變化而變化。(2) 開式連桿系中的每根連桿都具有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器，屬于主動(dòng)連桿系， 連桿的運(yùn)動(dòng)各自獨(dú)立，不同連桿的運(yùn)動(dòng)之間沒有依從關(guān)系，運(yùn)動(dòng)靈 活。(3) 連桿驅(qū)動(dòng)扭矩的瞬態(tài)過程在時(shí)域中的變化非常復(fù)雜， 且和執(zhí)行器反 饋信

15、號有關(guān)。連桿的驅(qū)動(dòng)屬于伺服控制型，因而對機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛 度、間隙和運(yùn)動(dòng)精度都有較高的要求。(4) 連桿系的受力狀態(tài)、 剛度條件和動(dòng)態(tài)性能都是隨位姿的變化而變化 的，因此，極容易發(fā)生振動(dòng)或出現(xiàn)其他不穩(wěn)定現(xiàn)象。、機(jī)器人的定義 一種擬人功能的機(jī)械電子裝置。A mechantronic device to imitate some human functions 、機(jī)器人三原則1. 機(jī)器人不應(yīng)傷害人類；2. 機(jī)器人應(yīng)遵守人類的命令，與第一條相抵觸的命令除外；3. 機(jī)器人應(yīng)能保護(hù)自己，與第二條相抵觸者除外。 三、解釋機(jī)器人的“通用性”和“適應(yīng)性”“通用性” ：在機(jī)械結(jié)構(gòu)上允許機(jī)器人執(zhí)行不同的任務(wù)或以不

16、同的方式完成同一工 作。包括機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性與控制系統(tǒng)的靈活性?！斑m應(yīng)性” :能自動(dòng)執(zhí)行這些未經(jīng)完全指定的任務(wù)，而不管任務(wù)執(zhí)行過程中所發(fā)生的沒有預(yù)測到的環(huán)境變化。四、什么叫：基準(zhǔn)坐標(biāo)系構(gòu)件坐標(biāo)系 基準(zhǔn)坐標(biāo)系稱為參考坐標(biāo)系。在變換中是不動(dòng)的坐標(biāo)系。 構(gòu)件坐標(biāo)系其固接在物體或機(jī)器人上。其變換后相對參考坐標(biāo)系發(fā)生位姿改變。五、求點(diǎn)rru 6 ir2jr1k繞 z軸旋轉(zhuǎn) 90°后的坐標(biāo)，再繞 y 軸旋轉(zhuǎn) 90°后的坐標(biāo)c90s90006010062rs90c90002100026v0010100101100011000111c900s9002001021ur01006010066s

17、900c900110001200011000111六、有機(jī)器人各桿件的參數(shù)如下表，請推導(dǎo)出各個(gè)桿件的A 矩陣連桿變量扭轉(zhuǎn)角 公垂線長 a連桿間距離 dcossin11-90°000-12290°0d2013d30°0d31044-90°000-15590°0001660°0010c1s100s1 c100A101000001c20s201000A2s20c20 A30100010d2001d300010001s4 0A4s4 00 1 0 00 0 0 1c5 0 s5s50A50100c6s6A60c5 00001s 6 0 0c

18、6 0 00 1 00 0 0 1中南大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程考試復(fù)習(xí)題及參考答案二、簡答題：1. 機(jī)器人學(xué)主要包含哪些研究內(nèi)容2. 機(jī)器人常用的機(jī)身和臂部的配置型式有哪些3. 拉格朗日運(yùn)動(dòng)方程式的一般表示形式與各變量含義4. 機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本單元有哪些5. 直流電機(jī)的額定值有哪些6. 常見的機(jī)器人外部傳感器有哪些7. 簡述脈沖回波式超聲波傳感器的工作原理。8. 機(jī)器人視覺的硬件系統(tǒng)由哪些部分組成9. 為什么要做圖像的預(yù)處理機(jī)器視覺常用的預(yù)處理步驟有哪些10. 請簡述模糊控制器的組成及各組成部分的用途。11. 從描述操作命令的角度看，機(jī)器人編程語言可分為哪幾類12. 仿人機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)有哪些三、

19、論述題 ：1. 試論述機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢。2. 試論述精度、重復(fù)精度與分辨率之間的關(guān)系。3. 試論述輪式行走機(jī)構(gòu)和足式行走機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和各自適用的場合。4. 試論述機(jī)器人靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)的關(guān)系。5. 機(jī)器人單關(guān)節(jié)伺服控制中，位置反饋增益和速度反饋增益是如何確定的6. 試論述工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用準(zhǔn)則。四、計(jì)算題： （需寫出計(jì)算步驟，無計(jì)算步驟不能得分） ：1. 已知點(diǎn) u 的坐標(biāo)為 7,3,2T，對點(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

20、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)。x0,y0下的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。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.PyL121x4. 如圖所示兩自由度機(jī)械手在如圖位置時(shí)（ fy T。求對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力 A和B 。1= 0 , 2=/2），生成手爪力 FA = fx 0 T 或 FB = 00FBFA21L15. 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 s的速度移動(dòng)， 桿長 l1=l2=。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

21、手速度雅可比矩陣為l2 s12l2s12Jl1s 16. 如圖所示的三自由度機(jī)械手 （兩個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)加一個(gè)平移關(guān)節(jié)， 簡稱 RPR機(jī)械手），求末端機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。參考答案一、名詞解釋題 ：1. 自由度：指描述物體運(yùn)動(dòng)所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)。2. 機(jī)器人工作載荷：機(jī)器人在規(guī)定的性能范圍內(nèi)，機(jī)械接口處能承受的最大負(fù)載量(包括手部) 。3. 柔性手：可對不同外形物體實(shí)施抓取，并使物體表面受力比較均勻的機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)。4. 制動(dòng)器失效抱閘：指要放松制動(dòng)器就必須接通電源，否則，各關(guān)節(jié)不能產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)。5. 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)：從幾何學(xué)的觀點(diǎn)來處理手指位置與關(guān)節(jié)變量的關(guān)系稱為運(yùn)動(dòng)學(xué)。6. 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)： 機(jī)器人各

22、關(guān)節(jié)變量對時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)、 二階導(dǎo)數(shù)與各執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)力或力矩之間的關(guān)系， 即機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程。7. 虛功原理： 約束力不作功的力學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平衡的必要且充分條件是對結(jié)構(gòu)上允許的任意位移 (虛位移) 施力所作功之和為零。8. PWM 驅(qū)動(dòng)：脈沖寬度調(diào)制( Pulse Width Modulation )驅(qū)動(dòng)。9. 電機(jī)無自轉(zhuǎn)：控制電壓降到零時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)能立即自行停轉(zhuǎn)。10. 直流伺服電機(jī)的調(diào)節(jié)特性：是指轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓變化的關(guān)系。11. 直流伺服電機(jī)的調(diào)速精度：指調(diào)速裝置或系統(tǒng)的給定角速度與帶額定負(fù)載時(shí)的實(shí)際角速度之差，與給 定轉(zhuǎn)速之比。12. PID控制：指按照偏差的比

23、例( P, proportional )、積分( I, integral )、微分( D, derivative )進(jìn)行控制。13. 壓電元件：指某種物質(zhì)上施加壓力就會產(chǎn)生電信號，即產(chǎn)生壓電現(xiàn)象的元件。14. 圖像銳化：突出圖像中的高頻成分，使輪廓增強(qiáng)。15. 隸屬函數(shù)：表示論域 U 中的元素 u 屬于模糊子集 A的程度，在 0, 1閉區(qū)間內(nèi)可連續(xù)取值。16. BP網(wǎng)絡(luò)： BP (Back Propagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是基于誤差反向傳播算法的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。17. 脫機(jī)編程：指用機(jī)器人程序語言預(yù)先進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，而不是用示教的方法編程。18. AUV： Autonomous Underwate

24、r Vehicle 無纜自治水下機(jī)器人，或自動(dòng)海底車。二、簡答題：1. 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)器人語言。2. 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?？梢允仟?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

25、機(jī)構(gòu)，如沿地面上的專用軌道移動(dòng)，以擴(kuò)大其活動(dòng)范圍。 (4) 屈伸式。 臂部由大小臂組成， 大小臂間有相對運(yùn)動(dòng)， 稱為屈伸臂， 可以實(shí)現(xiàn)平面運(yùn)動(dòng)， 也可以作空間運(yùn)動(dòng)。3. 答：拉格朗日運(yùn)動(dòng)方程式一般表示為：d LL dt q&q式中， q 是廣義坐標(biāo)； 是廣義力。 L 是拉格朗日算子，表示為LKP 這里， K 是動(dòng)能； P 是位能。4. 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)器人常采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

26、(4) 運(yùn)動(dòng)特性檢測傳感器，用于檢測機(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)級與執(zhí)行級的二級 結(jié)構(gòu)。 (6) 控制系統(tǒng)的軟件，實(shí)現(xiàn)對機(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。5. 答：直流電動(dòng)機(jī)的額定值有以下幾項(xiàng)：(1) 額定功率，是指按照規(guī)定的工作方式運(yùn)行時(shí)所能提供的輸出功率。對電動(dòng)機(jī)來說，額定功率是指軸上輸出的機(jī)械功率，單位為kW。 (2)額定電壓，是電動(dòng)機(jī)電樞繞組能夠安全工作的最大外加電壓或輸出電壓，單位為V。(3)額定電流，是指電動(dòng)機(jī)按照規(guī)定的工作方式運(yùn)行時(shí)，電樞繞組允許流過的最大電流，單位為A。 (4)額定轉(zhuǎn)

27、速，指電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定電流和輸出額定功率的情況下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，單位為 r/min 。6. 答：常見的外部傳感器包括觸覺傳感器，分為接觸覺傳感器、壓覺傳感器、滑覺傳感器和力覺傳感 器。距離傳感器，包括超聲波傳感器，接近覺傳感器，以及視覺傳感器、聽覺傳感器、嗅覺傳感器、味覺 傳感器等。7. 答：在脈沖回波式中， 先將超聲波用脈沖調(diào)制后發(fā)射， 根據(jù)經(jīng)被測物體反射回來的回波延遲時(shí)間 t ， 計(jì)算出被測物體的距離 R，假設(shè)空氣中的聲速為 v，則被測物與傳感器間的距離 R為：R v t /2如果空氣溫度為 T()，則聲速 v 可由下式求得：v 331.5 0.607T m/s8. 答：

28、(1) 景物和距離傳感器，常用的有攝像機(jī)、 CCD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輸出的信號轉(zhuǎn)換成方便計(jì)算和分析的數(shù)字信號；(3) 視頻信號處理器，視頻信號實(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)來滿足機(jī)器人視覺信息處理及其機(jī)器人控制的需要； (5) 機(jī) 器人或機(jī)械手及其控制器。9. 答：預(yù)處理的主要目的是清楚原始圖像中各種噪聲等無用的信息，改進(jìn)圖像的質(zhì)量，增強(qiáng)興趣的有 用信息的可檢測性。從而使得后面的分割、特征抽取和識別處理得以簡化，并提高其可靠性。

29、機(jī)器視覺常 用的預(yù)處理包括去噪、灰度變換和銳化等。10. 答：模糊邏輯控制器由 4 個(gè)基本部分組成，即模糊化、知識庫、推理算法和逆模糊化。(1) 模糊化：將檢測輸入變量值變換成相應(yīng)的論域，將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成合適的語言值。 (2) 知識庫：包含應(yīng)用領(lǐng)域的知 識和控制目標(biāo)，它由數(shù)據(jù)和模糊語言控制規(guī)則組成。 (3) 推理算法：從一些模糊前提條件推導(dǎo)出某一結(jié)論， 這種結(jié)論可能存在模糊和確定兩種情況。 (4) 逆模糊化：將推理所得到的模糊值轉(zhuǎn)換為明確的控制訊號， 作為系統(tǒng)的輸入值。11. 答：機(jī)器人編程語言可分為： (1) 動(dòng)作級：以機(jī)器人末端執(zhí)行器的動(dòng)作為中心來描述各種操作，要 在程序中說明每個(gè)動(dòng)作。

30、(2) 對象級：允許較粗略地描述操作對象的動(dòng)作、操作對象之間的關(guān)系等，特別 適用于組裝作業(yè)。 (3) 任務(wù)級：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。12. 答： (1) 仿人機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)； (2) 仿人機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)操作控制，包括實(shí)時(shí)行走控制、手部操作 的最優(yōu)姿態(tài)控制、自身碰撞監(jiān)測、三維動(dòng)態(tài)仿真、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和軌跡跟蹤； (3) 仿人機(jī)器人的整體動(dòng)力學(xué)及 運(yùn)動(dòng)學(xué)建模； (4) 仿人機(jī)器人控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的研究； (5) 仿人機(jī)器人的人機(jī)交互研究，包括視覺、語音 及情感等方面的交互； (6) 動(dòng)態(tài)行為分析和多傳感器信息融合。三、論述題 ：1.答：科學(xué)技術(shù)水平是機(jī)器人技術(shù)的

31、基礎(chǔ)，科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展將會使機(jī)器人技術(shù)提高到一個(gè)更高的水 平。未來機(jī)器人技術(shù)的主要研究內(nèi)容集中在以下幾個(gè)方面： (1) 工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)。(2) 機(jī)器人控制技術(shù)。 。 (3) 多傳感系統(tǒng)。 (4) 機(jī)器人遙控及監(jiān)控技術(shù)，機(jī)器人半自主和自主技術(shù)。 (5) 虛擬機(jī)器人技術(shù)。 (6) 多智能體控制技術(shù)。 。 (7) 微型和微小機(jī)器人技術(shù)。 (8) 軟機(jī)器人技術(shù)。 (9) 仿人和仿生 技術(shù)。2. 答：精度、重復(fù)精度和分辨率用來定義機(jī)器人手部的定位能力。 精度是一個(gè)位置量相對于其參照系的絕對度量，指機(jī)器人手部實(shí)際到達(dá)位置與所需要到達(dá)的理想位置之間 的差距。機(jī)器人的精度決定于機(jī)械精度與電

32、氣精度。重復(fù)精度指在相同的運(yùn)動(dòng)位置命令下，機(jī)器人連續(xù)若干次運(yùn)動(dòng)軌跡之間的誤差度量。如果機(jī)器人重復(fù)執(zhí)行 某位置給定指令，它每次走過的距離并不相同，而是在一平均值附近變化，該平均值代表精度，而變化的 幅度代表重復(fù)精度。分辨率是指機(jī)器人每根軸能夠?qū)崿F(xiàn)的最小移動(dòng)距離或最小轉(zhuǎn)動(dòng)角度。精度和分辨率不一定相關(guān)。一臺設(shè)備 的運(yùn)動(dòng)精度是指命令設(shè)定的運(yùn)動(dòng)位置與該設(shè)備執(zhí)行此命令后能夠達(dá)到的運(yùn)動(dòng)位置之間的差距，分辨率則反 映了實(shí)際需要的運(yùn)動(dòng)位置和命令所能夠設(shè)定的位置之間的差距。工業(yè)機(jī)器人的精度、重復(fù)精度和分辨率要求是根據(jù)其使用要求確定的。機(jī)器人本身所能達(dá)到的精度取決于 機(jī)器人結(jié)構(gòu)的剛度、運(yùn)動(dòng)速度控制和驅(qū)動(dòng)方式、定位和

33、緩沖等因素。由于機(jī)器人有轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，不同回轉(zhuǎn)半徑時(shí)其直線分辨率是變化的，因此造成了機(jī)器人的精度難以確定。由于精度一般較難測定，通常工業(yè)機(jī)器人只給出重復(fù)精度。3. 答：輪式行走機(jī)器人是機(jī)器人中應(yīng)用最多的一種機(jī)器人，在相對平坦的地面上，用車輪移動(dòng)方式行 走是相當(dāng)優(yōu)越的。車輪的形狀或結(jié)構(gòu)形式取決于地面的性質(zhì)和車輛的承載能力。在軌道上運(yùn)行的多采用實(shí) 心鋼輪，室外路面行駛的采用充氣輪胎，室內(nèi)平坦地面上的可采用實(shí)心輪胎。足式行走對崎嶇路面具有很 好的適應(yīng)能力，足式運(yùn)動(dòng)方式的立足點(diǎn)是離散的點(diǎn)，可以在可能到達(dá)的地面上選擇最優(yōu)的支撐點(diǎn)，而輪式 行走工具必須面臨最壞的地形上的幾乎所有點(diǎn)；足式運(yùn)動(dòng)方式還具有主動(dòng)隔震能

34、力，盡管地面高低不平， 機(jī)身的運(yùn)動(dòng)仍然可以相當(dāng)平穩(wěn)；足式行走在不平地面和松軟地面上的運(yùn)動(dòng)速度較高，能耗較少。4. 答：靜力學(xué)指在機(jī)器人的手爪接觸環(huán)境時(shí)，在靜止?fàn)顟B(tài)下處理手爪力F 與驅(qū)動(dòng)力 的關(guān)系。動(dòng)力學(xué)研究機(jī)器人各關(guān)節(jié)變量對時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)與各執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)力或力矩之間的關(guān)系，即機(jī)器人機(jī)械 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程。而運(yùn)動(dòng)學(xué)研究從幾何學(xué)的觀點(diǎn)來處理手指位置與關(guān)節(jié)變量的關(guān)系。 。圖中用虛線表示的關(guān)系可通過實(shí)線關(guān)系的組合表示，這些也可作為動(dòng)力學(xué)的問題來處理。1.解：點(diǎn) u 的齊次坐標(biāo)為： 7,3, 2,10100710003v= Rot(z,90°)u =00102000110010301007w= Rot(y,90 °)v =10002000111004201037t =Trans(4,-3,7)w =00173000112.解：建立如圖1 的參考坐標(biāo)系，則c1s1000s1c1001T1=, T2=001000013721