機(jī)器人課程考試復(fù)習(xí)題庫

1、機(jī)器人課程復(fù)習(xí)一、名詞解釋工作空間：工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)時(shí)，其腕軸交點(diǎn)能在空間活動(dòng)的范圍剛體自由度：物體能夠?qū)ψ鴺?biāo)系進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目機(jī)器人的自由度：機(jī)器人末端構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。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）。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆問題：機(jī)器人正動(dòng)力學(xué)問題 已知機(jī)器人各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力或力矩，求機(jī)器人各關(guān)節(jié)軌跡或末端執(zhí)行器（位姿）軌跡。 機(jī)器人逆動(dòng)力學(xué)問題已知機(jī)器人各關(guān)節(jié)軌跡或末端執(zhí)行器（位姿）軌跡，求機(jī)器人各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力或力矩。雅可比矩陣：研究機(jī)器人操作空間速度與關(guān)節(jié)空間速度間的線性映射關(guān)系即雅克比矩陣機(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

2、與關(guān)節(jié)變量的關(guān)系稱為運(yùn)動(dòng)學(xué)。機(jī)器人動(dòng)力學(xué)：機(jī)器人各關(guān)節(jié)變量對(duì)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。PWM 驅(qū)動(dòng)：脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation ）驅(qū)動(dòng)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。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。示教再現(xiàn)：一種可重復(fù)再現(xiàn)通過示教編程存儲(chǔ)起來的作業(yè)程序的機(jī)器人。示教有直接示教和間接示教兩種 方法。直接示教是操作人員使用插入機(jī)器人手臂內(nèi)的操作桿，按給定運(yùn)動(dòng)順序示教動(dòng)作內(nèi)容， 機(jī)器人自動(dòng)把順序、位置

3、和時(shí)間等具體數(shù)值記錄在存儲(chǔ)器中。再現(xiàn)時(shí)，依次讀出存儲(chǔ)的信息， 重復(fù)示教的動(dòng)作過程。間接示教是采用示教盒（或稱示教器）示教。操作者通過示教盒按鍵操縱完成空間作業(yè)軌跡點(diǎn)及其有關(guān)速度等信息的示教，然后用操作盤對(duì)機(jī)器人語言命令進(jìn)行用戶工作程序的編輯，并存儲(chǔ)在示教數(shù)據(jù)區(qū)。再現(xiàn)時(shí)，機(jī)器人的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)逐條取出示教命令 與位置數(shù)據(jù)，進(jìn)行解讀、運(yùn)算并作出判斷，將各種控制信號(hào)送到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或端口，使機(jī)器人忠實(shí)地再現(xiàn)示教動(dòng)作。PID控制：指按照偏差的比例（ P, proportional）、積分（I, integral ）、微分（D, derivative ）進(jìn)行控制。脫機(jī)編程：指用機(jī)器人程序語言預(yù)先進(jìn)

4、行程序設(shè)計(jì)，而不是用示教的方法編程。二、填空題1、 機(jī)器人按機(jī)構(gòu)特性可以劃分為（關(guān)節(jié)機(jī)器人）和（非關(guān)節(jié)機(jī)器人）兩大類。2、 機(jī)器人系統(tǒng)大致由（驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）、 （機(jī)械系統(tǒng)） 、 （感知系統(tǒng)） 和（人機(jī)交互系統(tǒng)、機(jī)器-環(huán)境交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部分組成。3、 機(jī)器人的重復(fù)定位精度是指（機(jī)器人末端執(zhí)行器為重復(fù)到達(dá)同一目標(biāo)位置（理想位置）而實(shí)際到達(dá)位置之間的接近程度）。4、 齊次坐標(biāo)0 0 1 0T表示的內(nèi)容是z方向。5、 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)是研究機(jī)器人末端執(zhí)行器 位姿和 運(yùn)動(dòng)與關(guān)節(jié)空間之間的關(guān)系。6、 如果機(jī)器人相鄰兩關(guān)節(jié)軸線相交，則聯(lián)接這兩個(gè)關(guān)節(jié)的連桿長度為_零。7、 常用的建立機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程的方法有

5、牛頓禾廿拉格朗日。& 6自由度機(jī)器人有解析逆解的條件是機(jī)器人操作手的獨(dú)立關(guān)節(jié)變量多于末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)自由度數(shù)。9、 機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式主要有(液壓)、(氣動(dòng))禾口(電動(dòng))三種。10、 機(jī)器人上常用的可以測(cè)量轉(zhuǎn)速的傳感器有測(cè)速發(fā)電機(jī)和增量式碼盤。11、 機(jī)器人控制系統(tǒng)按其控制方式可以分為程序 控制方式、適應(yīng)性 控制方式和人工智能控制方式。三、選擇題(4選1)1、機(jī)器人三原則是由誰提出的。(D)(A)森政弘(B)約瑟夫 英格伯格2、 當(dāng)代機(jī)器人大軍中最主要的機(jī)器人為：(A )(A)工業(yè)機(jī)器人(B)軍用機(jī)器人3、 手部的位姿是由哪兩部分變量構(gòu)成的？ (B)(A)位置與速度(B)姿態(tài)與位置4、 運(yùn)動(dòng)學(xué)主

6、要是研究機(jī)器人的：(B)(A)動(dòng)力源是什么(B)運(yùn)動(dòng)和時(shí)間的關(guān)系5、 動(dòng)力學(xué)主要是研究機(jī)器人的：(C)(A)動(dòng)力源是什么(B)運(yùn)動(dòng)和時(shí)間的關(guān)系(C)托莫維奇(C)服務(wù)機(jī)器人(C)位置與運(yùn)行狀態(tài)(C)動(dòng)力的傳遞與轉(zhuǎn)換(C)動(dòng)力的傳遞與轉(zhuǎn)換(D )阿西莫夫(D)特種機(jī)器人(D)姿態(tài)與速度(D)運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用(D)動(dòng)力的應(yīng)用6、傳感器的基本轉(zhuǎn)換電路是將敏感元件產(chǎn)生的易測(cè)量小信號(hào)進(jìn)行變換，使傳感器的信號(hào)輸出符合具 體工業(yè)系統(tǒng)的要求。一般為：(A )(A) 420mA、-55V( B)020mA、05V(C) -20mA 20mA、七5V20mA、05V7、傳感器的輸出信號(hào)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，輸出信號(hào)變化與輸入信號(hào)

7、變化的比值代表傳感器的(D) -20mA參數(shù)。(A)抗干擾能力(B)精度(C)線性度(D)靈敏度(D)28 / 24& 6維力與力矩傳感器主要用于( D)(A )精密加工(B )精密測(cè)量(C)精密計(jì)算(D )精密裝配9、機(jī)器人軌跡控制過程需要通過求解獲得各個(gè)關(guān)節(jié)角的位置控制系統(tǒng)的設(shè)定值。(B)(A)運(yùn)動(dòng)學(xué)正問題(B)運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問題(C)動(dòng)力學(xué)正問題(D)動(dòng)力學(xué)逆問題10 模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)的主要區(qū)別是什么？(A )載波頻率不一樣(B )信道傳送的信號(hào)不一樣(C)調(diào)制方式不一樣(D)編碼方式不一樣四、判斷題(回答 Y/N )1 機(jī)械手亦可稱之為機(jī)器人。2 完成某一特定作業(yè)時(shí)具有多余自由度的

8、機(jī)器人稱為冗余自由度機(jī)器人。3、 關(guān)節(jié)空間是由全部關(guān)節(jié)參數(shù)構(gòu)成的。Y4、 任何復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)都可以分解為由多個(gè)平移和繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的合成。Y5、關(guān)節(jié)i的坐標(biāo)系放在i-1關(guān)節(jié)的末端。N6 手臂解有解的必要條件是串聯(lián)關(guān)節(jié)鏈中的自由度數(shù)等于或小于6。N7對(duì)于具有外力作用的非保守機(jī)械系統(tǒng)，其拉格朗日動(dòng)力函數(shù)L可定義為系統(tǒng)總動(dòng)能與系統(tǒng)總勢(shì)能之和。N&由電阻應(yīng)變片組成電橋可以構(gòu)成測(cè)量重量的傳感器。Y9 激光測(cè)距儀可以進(jìn)行散裝物料重量的檢測(cè)。Y10. 運(yùn)動(dòng)控制的電子齒輪模式是一種主動(dòng)軸與從動(dòng)軸保持一種靈活傳動(dòng)比的隨動(dòng)系統(tǒng)。Y11 諧波減速機(jī)的名稱來源是因?yàn)閯傒嘄X圈上任一點(diǎn)的徑向位移呈近似于余弦波形的變化。N

9、五、簡(jiǎn)答題/問答題1、國內(nèi)外機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展有何特點(diǎn)？答：1、傳感器智能機(jī)器人發(fā)展較快 2、新型智能技術(shù)的概念和應(yīng)用研究正醞釀著新的突破3、采用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)4、機(jī)器人工程系統(tǒng)呈上升趨勢(shì)5、微型機(jī)器人的研究有所突破6、應(yīng)用領(lǐng)域向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)擴(kuò)展7、行走機(jī)器人研究引起重視 8、開發(fā)敏捷制造生產(chǎn)系統(tǒng) 9、軍事機(jī)器人將裝備部隊(duì)2、有哪幾種機(jī)器人分類方法？是否還有其他的分類方法？答：1、按機(jī)械手的幾何結(jié)構(gòu)來分2、按機(jī)器人的控制方式分3、按機(jī)器人控制器的信息輸入方式分 4、按機(jī)器人的智能程度分5、按機(jī)器人的移動(dòng)性分6、按機(jī)器人的用途分3、什么叫做 機(jī)器人三守則”它的重要意義是什么？3. 什么叫”機(jī)福

10、人的三守AT 7它的文是什么21）機(jī)器人晝猱不危害人鑒丫也不允許它幄看人類將受您涉向袖手欝疏2）機(jī)器人矍織絕刈職從人類.除|這種肢從 于人蚩3）機(jī)髓人必期保廿咱弓不湮愣出除11%丁躁護(hù)人類或打人類命令它就出輔牝等 克文.給機(jī)器人社仝旳以豹的倫理世.并機(jī)碧人最念里酣訕帯化.更駅于為人洪袒會(huì)所接豔至4 它仍為機(jī)黯人研究人刼、設(shè)計(jì)制造廠慕和用戶.OtT 分有童文 的播導(dǎo)方th4、工業(yè)機(jī)器人和智能機(jī)器人的定義分別是什么？工業(yè)機(jī)器人 是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié) 機(jī)械手或多自由度的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人 是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝 置，是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先

11、編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的 工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。到目前為止，在世界范圍內(nèi)還沒有一個(gè)統(tǒng)一的智能機(jī)器人 定義。大多數(shù)專家認(rèn)為 智能機(jī)器人 至少要具備以下三個(gè)要素：一是感覺要素，用來認(rèn)識(shí)周圍環(huán)境狀態(tài)；二是運(yùn)動(dòng)要素，對(duì)外界做出反應(yīng)性動(dòng)作；三是思考要素，根據(jù)感覺要素所得到的信息，思考出采用什么樣的動(dòng)作。5、智能機(jī)器人的含義是什么？智能機(jī)器人具備形形色色的內(nèi)部信息傳感器和外部信息傳感器，如視覺、聽覺、觸覺、嗅覺。除具有感受器外，它還有效應(yīng)器，作為作用于周圍環(huán)境的手段。這就是筋肉，或稱自整步電動(dòng)機(jī)，它們使手、腳、長鼻子、觸角等動(dòng)起來。由此也可知，智能機(jī)器人至少要具備三個(gè)要素：感覺

12、要素，運(yùn)動(dòng)要素和思考要素6、分析一個(gè)空間激光切割機(jī)械手至少需要多少自由度？要求能使激光束的焦點(diǎn)定位，并可切割任意 曲面。定位需要三個(gè)自由度，切割曲面需要三個(gè)自由度，共計(jì)六個(gè)7、機(jī)器人的靈活度、自由度和冗余度的概念及其相互關(guān)系是什么?靈活度=自由度+冗余度&為了將圓柱形的零件放在平板上，機(jī)器人至少應(yīng)具有幾個(gè)自由度？答：一共需要5個(gè)：定位3個(gè)，放平穩(wěn)2個(gè)9、機(jī)器人的精度、重復(fù)精度及空間分辨度的含義及其區(qū)別？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(duì)于其參照系的絕對(duì)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)械精度與電氣精度

13、。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(tái) 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、定位和緩沖等

14、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(cè)定，通常工業(yè)機(jī)器人只給出重復(fù)精度。10、機(jī)器人學(xué)主要包含哪些研究內(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);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。11、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析的一般過程是什么？為什么要進(jìn)行機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)分析？答：1、建立坐標(biāo)系2、確定連桿參數(shù)3、寫出各個(gè)齊次矩陣4、寫方程機(jī)器人動(dòng)力學(xué)研究目的，建立力、質(zhì)量和加速度之間以及力矩、慣量和角速度之間的關(guān)系。 確定力和力矩，計(jì)算每個(gè)驅(qū)動(dòng)器

15、所需的驅(qū)動(dòng)力，以便在機(jī)器人連桿和關(guān)節(jié)上產(chǎn)生期望的加速度。根據(jù)有關(guān)方程并考慮機(jī)器人的外部載荷計(jì)算出驅(qū)動(dòng)器可能承受的最大載荷，設(shè)計(jì)出能提供足夠力及 力矩的驅(qū)動(dòng)器。研究機(jī)器人不同部件之間的關(guān)系，合理地設(shè)計(jì)出機(jī)器人的部件。12、簡(jiǎn)述建立工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的方法、步驟。建立各連桿坐標(biāo)系，確定各連桿 D-H 參數(shù)，寫出各齊次矩陣（利用式 i 和 D-H 參數(shù)計(jì)算各連桿之間的 D-H 矩陣），寫運(yùn)動(dòng)學(xué)方程（根據(jù) Tn1. i. n 建立機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程）13、方向余弦矩陣的特點(diǎn)都有那些“方向余弦矩陣”是由兩組不同的標(biāo)準(zhǔn)正交基的基底向量之間的方向余弦所形成的矩陣。方向余弦矩 陣可以用來表達(dá)一組標(biāo)準(zhǔn)正交

16、基與另一組標(biāo)準(zhǔn)正交基之間的關(guān)系，也可以用來表達(dá)一個(gè)向量對(duì)于另一組標(biāo) 準(zhǔn)正交基的方向余弦。方向余弦矩陣為正交矩陣，其中每列或每行中各元素平方之和為一，而兩個(gè)不同列或不同行中對(duì)應(yīng)元 素的乘積之和則為零。14、機(jī)器人雅可比矩陣的含義是什么？? 關(guān)節(jié)空間和操作空間的方程系數(shù)矩陣（ X J ）15、什么是機(jī)器人的奇異狀態(tài)？ 機(jī)器人的雅克比矩陣的行列式等于零時(shí)的狀態(tài)，自由度會(huì)減少，母線運(yùn)動(dòng)受限制16、簡(jiǎn)述齊次變換矩陣的物理含義。wx px wy py wz pz 01答： 1、起到坐標(biāo)變換的作用。 2、代表物體的位置姿態(tài)17、工業(yè)機(jī)器人常用的驅(qū)動(dòng)器有那些類型，并簡(jiǎn)要說明其特點(diǎn)。（1）電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的能源簡(jiǎn)單，

17、速度變化范圍大，效率高，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小，速度和位置精度都很高，但 它們多與減速裝置相聯(lián)，直接驅(qū)動(dòng)比較困難。（ 2）液壓驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)是功率大，可省去減速裝置而直接與被驅(qū)動(dòng)的桿件相連，結(jié)構(gòu)緊湊，剛度好，響 應(yīng)快，伺服驅(qū)動(dòng)具有較高的精度。但需要增設(shè)液壓源，易產(chǎn)生液體泄漏，不適合高、低溫及有潔凈要求的 場(chǎng)合。故液壓驅(qū)動(dòng)器目前多用于特大功率的操作機(jī)器人系統(tǒng)或機(jī)器人化工程機(jī)械。（ 3）氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，清潔，動(dòng)作靈敏，具有緩沖作用。但也需要增設(shè)氣壓源，且與液壓驅(qū)動(dòng)器 相比，功率較小，剛度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高、但有潔凈、防爆等要求的點(diǎn)位 控制機(jī)器人。18、常用的工業(yè)機(jī)器人的傳動(dòng)系統(tǒng)有

18、那些？齒輪傳動(dòng)，蝸桿傳動(dòng)，滾珠絲桿出傳動(dòng)，同步齒形帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)和行星齒輪傳動(dòng)19、在機(jī)器人系統(tǒng)中為什么往往需要一個(gè)傳動(dòng)（減速）系統(tǒng)？因?yàn)楝F(xiàn)在的電機(jī)一般速度較高，力矩較小，需要通過傳動(dòng)系統(tǒng)降低轉(zhuǎn)速、提高力矩。20、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)。也可以具有行走機(jī)構(gòu)，如沿地面上的專用軌

19、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)。21、直流電機(jī)的額定值有哪些？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(duì)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)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。22

20、、機(jī)器人上常用的距離與接近覺傳感器有哪些？。超聲波，激光、紅外，霍爾傳感器23、常見的機(jī)器人外部傳感器有哪些？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。24、機(jī)器人視覺的硬件系統(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)、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(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

21、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。25、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：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。減速器，為了增加驅(qū)動(dòng)力矩、降低運(yùn)動(dòng)速度。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)。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

22、的智能控制和機(jī)器人與人的信息交換等功能。26、請(qǐng)簡(jiǎn)述模糊控制器的組成及各組成部分的用途。答:模糊邏輯控制器由4個(gè)基本部分組成，即模糊化、知識(shí)庫、推理算法和逆模糊化。（1）模糊化：將檢測(cè)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(shí)庫：包含應(yīng)用領(lǐng)域的知識(shí)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(hào)，作為系統(tǒng)的輸入值。27、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？答:機(jī)器人編程語言可分為： 動(dòng)作級(jí)：以機(jī)器人末端執(zhí)行器的動(dòng)作為

23、中心來描述各種操作，要在程序中說明每個(gè)動(dòng)作。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。28、什么是變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)？為什么要采用變結(jié)構(gòu)控制?一個(gè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)是隨位置、時(shí)間變化而變化的；因?yàn)闄C(jī)器人是典型的非線性變參數(shù)系統(tǒng)模 型。29、試述機(jī)器人滑模變結(jié)構(gòu)控制的基本原理?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制的原理，是根據(jù)系統(tǒng)所期望的動(dòng)態(tài)特性來設(shè)計(jì)系統(tǒng)的切換超平面，通過滑動(dòng)模態(tài)控制 器使系統(tǒng)狀態(tài)從超平面之外向切換超平面收束。系統(tǒng)一旦到達(dá)切換超平面，控制作用將保證系統(tǒng)沿切換超 平面到達(dá)系統(tǒng)原點(diǎn)，這一沿

24、切換超平面向原點(diǎn)滑動(dòng)的過程稱為滑?？刂?。30、自適應(yīng)控制器有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？試簡(jiǎn)介其工作原理。機(jī)器人自適應(yīng)控制分為三類：模型參考自適應(yīng)控制、自校正自適應(yīng)控制和線性攝動(dòng)自適應(yīng)控制等。(a) 模型參考自適應(yīng)控制器；它的基本設(shè)計(jì)思想是：為機(jī)器人機(jī)械手的狀態(tài)方程(傳動(dòng))綜合一個(gè)控制信號(hào)u,或?yàn)闋顟B(tài)方程(動(dòng)力學(xué))綜合一個(gè)輸入F。這種控制信號(hào)將以一定的由參考模型所規(guī)定的期望方式，迫使系統(tǒng)具有需要特性。(b) 自校正自適應(yīng)控制器 ；它與MRAC方法的主要區(qū)別在于：STAC用線性離散模型來表示操作機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性，因而其控制器為一數(shù)字控制器。這種離散模型必須借助系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)，應(yīng)用采樣輸入-輸出數(shù)據(jù)來建立

25、。1 X軌跡 規(guī)劃標(biāo)稱機(jī)器、機(jī)械手*自適應(yīng)算洙n冷線性凄動(dòng)嘆理線性攝動(dòng)自適應(yīng)控制器六、論述題/綜合題1、試論述機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。答：科學(xué)技術(shù)水平是機(jī)器人技術(shù)的基礎(chǔ)，科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展將會(huì)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)。探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù)載-自重比，同時(shí)機(jī)構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。（2）機(jī)器人控制技術(shù)。重點(diǎn)研究開放式、模塊化控制系統(tǒng)，人機(jī)界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中。機(jī)器人控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化以及基于PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)式控制器已成為研究熱點(diǎn)。（3）多傳感系統(tǒng)。為進(jìn)一步提

26、高機(jī)器人的智能和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是其問題解決的關(guān)鍵。其研究熱點(diǎn)在于有效 可行的多傳感器融合算法，特別是在非線性及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器融合算法。（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)。多機(jī)器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，通過網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機(jī)器人遙控系統(tǒng)，在有時(shí)延的 情況下，建立預(yù)先顯示進(jìn)行遙控等。（5）虛擬機(jī)器人技術(shù)?；诙鄠鞲衅?、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)以及臨場(chǎng)感應(yīng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的虛擬遙控操作和人機(jī)交互。（6）多智能體控制技術(shù)。這是目前機(jī)器人研究的一個(gè)嶄新領(lǐng)域。主要對(duì)多智能體的群體體系 結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機(jī)理，感知與學(xué)習(xí)方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進(jìn)

27、行研究。（7）微型和微小機(jī)器人技術(shù)。這是機(jī)器人研究的一個(gè)新的領(lǐng)域和重點(diǎn)發(fā)展方向。過去的研究在該領(lǐng)域幾乎是空白，因此該領(lǐng)域研究的進(jìn)展將會(huì)引起機(jī)器人技術(shù)的一場(chǎng)革命，并且對(duì)社會(huì)進(jìn)步和人類活動(dòng)的各個(gè)方面產(chǎn)生不可估量的影響，微型機(jī)器人技術(shù)的研究主要集中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、控制方，法、傳感技術(shù)、通信技術(shù)以及行走技術(shù)等方面。（8）軟機(jī)器人技術(shù)。主要用于醫(yī)療、護(hù)理、休閑和娛樂場(chǎng)合。傳統(tǒng)機(jī)器人設(shè)計(jì)未考慮與人緊密共處，因此其結(jié)構(gòu)材料多為金屬或硬性材料，軟機(jī)器人技術(shù)要求其結(jié)構(gòu)、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機(jī)器人意外地與環(huán)境或人碰撞時(shí)是安全的，機(jī)器人對(duì)人是友好的。（9）仿人和仿生技術(shù)。這是機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的最高境界，目前

28、僅在某些方面進(jìn)行一些基礎(chǔ)研究。2、試論述精度、重復(fù)精度與分辨率之間的關(guān)系。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(duì)于其參照系的絕對(duì)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(tái)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)

29、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(cè)定，通常工業(yè)機(jī)器人只給岀重復(fù)精度。3、試論述工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用準(zhǔn)則。答：設(shè)計(jì)和應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人時(shí)，應(yīng)全面考慮和均衡機(jī)器人的通用性、環(huán)境的適應(yīng)性、耐久性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性等因素，具體遵循的準(zhǔn)則如下。（1）從惡劣工種開始采用機(jī)器人機(jī)器人可以

30、在有毒、風(fēng)塵、噪聲、振動(dòng)、高溫、易燃易爆等危險(xiǎn)有害的環(huán)境中長期穩(wěn)定地工作。在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)合理的情況下，采用機(jī)器人逐步把人從這些工作崗位上代替下來，將從根本上改善勞動(dòng)條件。（2）在生產(chǎn)率和生產(chǎn)質(zhì)量落后的部門應(yīng)用機(jī)器人現(xiàn)代化的大生產(chǎn)分工越來越細(xì)，操作越來越簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度越來越大。機(jī)器人可以高效地完成一些簡(jiǎn)單、重復(fù)性的工作，使生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量獲得明顯的改善。（3）要估計(jì)長遠(yuǎn)需要一般來講，人的壽命比機(jī)械的壽命長，不過，如果經(jīng)常對(duì)機(jī)械進(jìn)行保養(yǎng)和維修，對(duì)易換件進(jìn)行補(bǔ)充和更換，有可能使機(jī) 械壽命超過人。另外；工人會(huì)由于其自身的意志而放棄某些工作，造成辭職或停工，而工業(yè)機(jī)器人沒有自己的意愿，因此機(jī)器人的使用不

31、會(huì)在工作中途因故障以外的原因停止工作，能夠持續(xù)從事所交給的工作，直至其機(jī)械壽命完結(jié)。(4) 機(jī)器人的投入和使用成本雖說機(jī)器人可以使人類擺脫很臟、很危險(xiǎn)或很繁重的勞動(dòng)，但是工廠經(jīng)理們極關(guān)心的是機(jī)器人的經(jīng)濟(jì)性。在經(jīng)濟(jì)方面所考慮的因素包括勞力、材料、生產(chǎn)率、能源、設(shè)備和成本等?？梢杂脙斶€期Y定量地衡量機(jī)器人使用的合理性。如果機(jī)器人的使用壽命大于其償還期，使用機(jī)器人是有效益的。(5) 應(yīng)用機(jī)器人時(shí)需要人在應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人代替工人操作時(shí)，要考慮工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)實(shí)能力以及工業(yè)機(jī)器人技術(shù)知識(shí)的現(xiàn)狀和未來給予預(yù)測(cè)。用現(xiàn)有的機(jī)器人原封不動(dòng)地取代目前正在工作的所有工人，并接替他們的工作，顯然是不可能的。在平均能力方面

32、，與工人相比，工業(yè)機(jī)器人顯得過于遜色；但在承受環(huán)境條件的能力和可靠性方面，工業(yè)機(jī)器人比人優(yōu)越。因此要把工業(yè)機(jī)器人安排在生產(chǎn)線中的恰當(dāng)位置上，使它成為工人的好助手。4、如果讓你設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)器人，你最希望制作一個(gè)什么樣的機(jī)器人？它由哪幾部分組成？制作它主要需要完成些什么工作？答：機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由機(jī)器人的機(jī)構(gòu)部分、傳感器組、控制部分及信息處理部分組成。機(jī)器人的外貌有 的像人，有的卻并不具有人的模樣，但其組成與人很相似。機(jī)構(gòu)部分包括機(jī)械手和移動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)械手相當(dāng)于人手一樣，可完成各種工作；移動(dòng)機(jī)構(gòu)相當(dāng)于人的腳，機(jī)器人靠它來走路。感知機(jī)器人自身或外部環(huán)境變化信息的傳 感器是它的感覺器官，相當(dāng)于人的眼、耳、

33、皮膚等，它包括內(nèi)傳感器和外傳感器。電 腦是機(jī)器人的指揮中心，相當(dāng)于人腦或中樞神經(jīng)，它能控制機(jī)器人各部位協(xié)調(diào)動(dòng)作；信息處理裝置(電子計(jì)算機(jī))，是人與機(jī)器人溝通的工具，可根據(jù)外界的環(huán)境變化、靈活變更機(jī)器人的動(dòng)作5、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。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t的關(guān)系。動(dòng)力學(xué)研究機(jī)器人各關(guān)節(jié)變量對(duì)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。在考慮控制時(shí)，就要考慮在機(jī)器人的動(dòng)作中，關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力T會(huì)產(chǎn)生怎樣的關(guān)節(jié)位置 9關(guān)節(jié)速度&關(guān)節(jié)加速

34、度徹，處理這種關(guān)系稱為動(dòng)力學(xué)(dynamics)。對(duì)于動(dòng)力學(xué)來說，除了與 連桿長度有關(guān)之外，還與各連桿的質(zhì)量，繞質(zhì)量中心的慣性矩，連桿的質(zhì)量中心與關(guān)節(jié)軸的 距離有關(guān)。運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)中各變量的關(guān)系如下圖所示。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。6、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(chǎng)合。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(duì)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。

35、足式行走對(duì)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。7、機(jī)器人軌跡控制過程如圖所示。試列出各步的主要內(nèi)容。解:（1）通過示教過程得到機(jī)器人軌跡上特征點(diǎn)的位姿。對(duì)于直線需要得到起始點(diǎn)和終點(diǎn)，對(duì)于圓弧需要得到弧上三占；、八、5（2）根據(jù)軌跡特征（直線/園弧/其它）和插補(bǔ)策略（定時(shí)/定距/其它）進(jìn)行相應(yīng)的插補(bǔ)運(yùn)算，求出該插補(bǔ)點(diǎn)的位姿值；（3） 根據(jù)機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)

36、原理，求出手臂解，即對(duì)應(yīng)于插補(bǔ)點(diǎn)位姿的全部關(guān)節(jié)角（1,n）；（4） 以求岀的關(guān)節(jié)角為相應(yīng)關(guān)節(jié)位置控制系統(tǒng)的設(shè)定值，分別控制n個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)；（5） 和關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)同軸連接的光軸編碼器給岀該關(guān)節(jié)當(dāng)前實(shí)際位置值，進(jìn)行反饋，位置控制系統(tǒng)根據(jù)此位置誤差（設(shè) 定值一反饋值）實(shí)施控制以消除誤差，使機(jī)器人達(dá)到所要求的位姿。&機(jī)器人學(xué)是一門綜合性的學(xué)科，（1）試論述機(jī)器人學(xué)重要的研究內(nèi)容及其所需要解決的問題（至少3個(gè)方面）。答：機(jī)器人學(xué)【robotics】與機(jī)器人設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用相關(guān)的科學(xué)。機(jī)器人學(xué)又稱為機(jī)器人技術(shù)或機(jī)器人工 程學(xué)，主要研究機(jī)器人的控制與被處理物體之間的相互關(guān)系。機(jī)器人學(xué)涉及的科目很多，主要內(nèi)

37、容有運(yùn)動(dòng) 學(xué)和動(dòng)力學(xué)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)、行動(dòng)規(guī)劃和應(yīng)用工程等。隨著工業(yè)自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，到六十年代機(jī)器人開始進(jìn)入大量生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用階段。爾后由 于自動(dòng)裝備海洋開發(fā)空間探索等實(shí)際問題的需要，對(duì)機(jī)器人的智能水平提出了更高的要求。特別是危險(xiǎn)環(huán) 境，人們難以勝任的場(chǎng)合更迫切需要機(jī)器人，從而推動(dòng)了智能機(jī)器人的研究。機(jī)器人學(xué)的研究推動(dòng)了許多人工智能思想的發(fā)展，有一些技術(shù)可在人工智能研究中用來建立世界狀態(tài) 的模型和描述世界狀態(tài)變化的過程。關(guān)于機(jī)器人動(dòng)作規(guī)劃生成和規(guī)劃監(jiān)督執(zhí)行等問題的研究，推動(dòng)了規(guī)劃 方法的發(fā)展。此外由于機(jī)器人是一個(gè)綜合性的課題，除機(jī)械手和步行機(jī)構(gòu)外，還要研究機(jī)器視覺觸覺聽

38、覺 等信感技術(shù)，以及機(jī)器人語言和智能控制軟件等。可以看出這是一個(gè)設(shè)計(jì)精密機(jī)械信息傳感技術(shù)人工智能 方法智能控制以及生物工程等學(xué)科的綜合技術(shù)。這一課題研究有利于促進(jìn)各學(xué)科的相互結(jié)合，并大大推動(dòng) 人工智能技術(shù)的發(fā)展。1、傳感器與感知系統(tǒng) 2、驅(qū)動(dòng)、建模與控制 3、自動(dòng)規(guī)劃與調(diào)度 4、計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 5、應(yīng)用研究9、方向余弦矩陣是進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)，試論述方向余弦矩陣的性質(zhì)和特點(diǎn)， 并通過具體的實(shí)例分析給予驗(yàn)證。答：“方向余弦矩陣”是由兩組不同的標(biāo)準(zhǔn)正交基的基底向量之間的方向余弦所形成的矩陣。方向余 弦矩陣可以用來表達(dá)一組標(biāo)準(zhǔn)正交基與另一組標(biāo)準(zhǔn)正交基之間的關(guān)系，也可以用來表達(dá)一個(gè)向量

39、對(duì)于另一 組標(biāo)準(zhǔn)正交基的方向余弦。方向余弦矩陣為正交矩陣，其中每列或每行中各元素平方之和為一，而兩個(gè)不同列或不同行中對(duì)應(yīng)元 素的乘積之和則為零?！胺较蛴嘞揖仃嚒笔怯蓛山M不同的標(biāo)準(zhǔn)正交基的基底向量之間的方向余弦所形成的矩陣。方向余弦矩 陣可以用來表達(dá)一組標(biāo)準(zhǔn)正交基與另一組標(biāo)準(zhǔn)正交基之間的關(guān)系，也可以用來表達(dá)一個(gè)向量對(duì)于另一組標(biāo) 準(zhǔn)正交基的方向余弦。10、對(duì)（工業(yè)）機(jī)器人進(jìn)行位置和力的控制時(shí)，試比較關(guān)節(jié)空間控制器設(shè)計(jì)和操作空間控制器設(shè)計(jì)的 不同點(diǎn)，并畫出一個(gè)機(jī)器人單關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)空間控制器和操作空間控制器的控制系統(tǒng)框圖。解：答：關(guān)節(jié)空間控制器再輸入與反饋的時(shí)候無正解與反解，而操作空間控制器輸入與反饋時(shí)

40、要有正 解與反解，如下圖所示。畫出一個(gè)機(jī)器人單關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)空間控制器和操作空間控制器的控制系統(tǒng)框圖如下11、以多自由度工業(yè)機(jī)器人為例，分析討論機(jī)器人的控制：（1）分析討論工業(yè)機(jī)器人的位置控制、速度控制、加速度控制和力控制的特點(diǎn)及其區(qū)別； 答：位置控制：工業(yè)機(jī)器人位置控制的目的，就是要使機(jī)器人各關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)預(yù)先所規(guī)劃的運(yùn)動(dòng)，最終保 證工業(yè)機(jī)器人終端 （手爪 ）沿預(yù)定的軌跡運(yùn)行。 這類運(yùn)動(dòng)控制的特點(diǎn)是連續(xù)控制工業(yè)機(jī)器人手爪（或工具 ）的位姿軌跡。一般要求速度可控、軌跡光滑且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。軌跡控制的技術(shù)指標(biāo)是軌跡精度和平穩(wěn)性。速度控制 意味著各個(gè)關(guān)節(jié)馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)聯(lián)合進(jìn)行，并以不同的速度同時(shí)運(yùn)行以保證夾手沿著笛卡

41、爾坐標(biāo)軸穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。 分解運(yùn)動(dòng)速度控制先把期望的夾手運(yùn)動(dòng)分解為各個(gè)關(guān)節(jié)的期望速度，然后對(duì)各個(gè)關(guān)節(jié)實(shí)行速度伺服控制。 加速度控制分解運(yùn)動(dòng)加速度控制首先計(jì)算出工具的控制加速度，然后把它分解為相應(yīng)的各個(gè)關(guān)節(jié)加速度， 再按照動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算出控制力矩。力控制除了在一些自由度方向進(jìn)行位置控制外，還需要在另一些自由 度方向進(jìn)行力控制。(2) 給出操作空間及驅(qū)動(dòng)空間的單個(gè)關(guān)節(jié)的機(jī)器人控制框圖，并說明其控制過程。分散控制和遞階控制等。機(jī)器人控制器的控制結(jié)構(gòu)形式，常見的有：集中控制、 如圖表示PUMA機(jī)器人兩級(jí)遞階控制的結(jié)構(gòu)圖。tJK V * ruM aFlu対I gTAtt#*MPa機(jī)器人控制系統(tǒng)以機(jī)器人作為控制

42、對(duì)象，它的設(shè)計(jì)方法及參數(shù)選擇， 仍可參照一般計(jì)算機(jī)/嵌入式控制系統(tǒng)?，F(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人大多采用獨(dú)立關(guān)節(jié)的PID控制。如圖所示PUMA機(jī)器人的控制結(jié)構(gòu)即為一典型。由于獨(dú)立關(guān)節(jié)PID控制未考慮被控對(duì)象(機(jī)器人)的非線性及關(guān)節(jié)間的耦合作用，因而控制精度和速度的提高受到限制。樁“卩卜 國一竺竺口樸-卜LSiK斯坦福機(jī)械手具有反饋控制，其一個(gè)關(guān)節(jié)控制方框圖如圖所示。從圖可見，它有個(gè)光學(xué)編碼器，與測(cè)速發(fā) 電機(jī)一起組成位置和速度反饋。這種工業(yè)機(jī)器人是一種定位裝置，它的每個(gè)關(guān)節(jié)都有一個(gè)位置控制系統(tǒng)。要提高響應(yīng)速度，通常是要提高系統(tǒng)的增益以及由電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)軸速度負(fù)反饋把某些阻尼引入系統(tǒng)，以加強(qiáng) 反電勢(shì)的作用。要做到

43、這一點(diǎn)，可以采用測(cè)速發(fā)電機(jī)，或者計(jì)算一定時(shí)間間隔內(nèi)傳動(dòng)軸角位移的差值。 傳遞函數(shù)：有 叵+ L時(shí) + (R+出KJ要提高響應(yīng)速度，通常是要提高系統(tǒng)的增益以及由電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)軸速度負(fù)反饋把某些阻尼引入系統(tǒng)，以加強(qiáng) 反電勢(shì)的作用。要做到這一點(diǎn)，可以采用測(cè)速發(fā)電機(jī)，或者計(jì)算一定時(shí)間間隔內(nèi)傳動(dòng)軸角位移的差值。由 于機(jī)器人機(jī)械手是通過工具進(jìn)行操作作業(yè)的，所以其末端工具的動(dòng)態(tài)性能將直接影響操作質(zhì)量。又因末端 的運(yùn)動(dòng)是所有關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜函數(shù)，因此，即使每個(gè)關(guān)節(jié)的動(dòng)態(tài)性能可行，而末端的動(dòng)態(tài)性能則未必能滿 足要求。(3) 比較關(guān)節(jié)空間控制器設(shè)計(jì)和操作空間控制器設(shè)計(jì)的不同點(diǎn)。答：操作空間控制器設(shè)計(jì)涉及運(yùn)動(dòng)學(xué)的正、反解

44、。七、計(jì)算題(需寫出計(jì)算步驟)1、已知R為旋轉(zhuǎn)矩陣，b為平移向量,試寫出相應(yīng)的齊次矩陣。1003R001b20105解:齊次矩陣為10030012A010500012、矩陣x010y001z102w 001代表齊次坐標(biāo)變換，求其中的未知元素值x、y、z、w(第一列元素)。答；未如元素為血=(嚀溝叫0)又由：打可得；叫叫=0#又由 亓x石可得71=10 Q -1所以未兀素為；n = (0X0,0),即所求矩陣為，10010-102 I0 0 0 13、寫出齊次變換矩陣BT，它表示相對(duì)固定坐標(biāo)系A(chǔ)作以下變換:(c)最后作移動(dòng)(3,7,9)T。解：=Tra ns(3,乙9)Rot(X,-90?Rot

45、 (乙100310000100010700101000=001901000010 =000100010001(a)繞za軸轉(zhuǎn)90；(b)再繞xa軸轉(zhuǎn)-90010030100010300171000001701090010 =100900010001000190?（a）移動(dòng)（3,7,9）T；（b）再繞 Xb 軸轉(zhuǎn) 0;（c）繞 Zb 軸轉(zhuǎn) 90。19答：=Rot（ Z，9? Rot（X，-9? Trans（3，7，9）=131715、求下面齊次變換111211的逆變換T-1。nxnynzp ?n-1解: T 1 =一 OxOyOzp?o11axayazp ?a-12114、寫出齊次變換矩陣At，

46、它表示相對(duì)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系B作以下變換:6、矢量Ap軸繞Za軸旋轉(zhuǎn)30角，然后繞Xa軸旋轉(zhuǎn)45角。試給出依次按上述次序完成旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)矩陣。-0.5n 0.55360.3 5569,6124 -0.70710124 0.7071解:7、坐標(biāo)系 B的位置變化如下：初始時(shí)，坐標(biāo)系 A與 B重合，讓坐標(biāo)系 B繞Zb軸旋轉(zhuǎn)30 角; 然后再繞Xb軸旋轉(zhuǎn)45角。給出把對(duì)矢量Bp的描述變?yōu)閷?duì)Ap描述的旋轉(zhuǎn)矩陣。對(duì)使描述有9=筍鼻,J = X ,450,3 Ofl =0.966-0,5Q00J 5560,6124-0.707100.3 53601240.7071u00Q1&下面的坐標(biāo)系矩陣B移動(dòng)距離d=（5 , 2

47、, 6）t :01021004B00160001求該坐標(biāo)系相對(duì)于參考坐標(biāo)系的新位置。解:1005010201021004Bnew00160016000100010 10710 060 0 1 120 0 019、求點(diǎn)P=（2，3, 4）T繞x軸旋轉(zhuǎn)45度后相對(duì)于參考坐標(biāo)系的坐標(biāo)。210022H解:P Rot(x,45) 300.7070.70730.707400.7070.70744.9510、寫出齊次變換矩陣 At，它表示相對(duì)固定坐標(biāo)系A(chǔ)作以下變換:(a)繞Z軸轉(zhuǎn)90o（ b）再繞X軸轉(zhuǎn)-90o；（ c）最后做移動(dòng)（3，7，9）解：依題意,Bt Tran (3,7,9) T ?xRot(x9

48、0o) ?zRot(z90o)1003T0107Tran (3,7,9)01900010解得Bt0B 101 030170090 0 111*、如圖所示為二自由度機(jī)械手，已知各桿長度分別為di, d2。（1）進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的步驟有那些？結(jié)合如圖所示的二自由度機(jī)械手，通過建立坐標(biāo)系及坐標(biāo)變換矩陣0T 1，1T2等，求出機(jī)械手末端03點(diǎn)的位置和速度方程；（2） 對(duì)這類平面機(jī)器人，求機(jī)械手末端03點(diǎn)的位置和速度方程還有什么別的方法？（3 ）求解該機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)反解。（4）按集中質(zhì)量，建立其動(dòng)力學(xué)方程式。（1）由題意已知，則:C|S!00C2S20L1C30siT1=cC1001 S2，T2=c

49、C2002s3，T3 =001000100000100010s30L2C300010001G23其中 c123 cos 12S1230L1C1L2C12C1230L1S1L2S120100013S23 Sin 12（2）如圖1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x d1cos 1 d2 cos 12（ 1）y d1 s in 1 d2 s in 12（ 2）（1）式平方加（2）式平方得2 2 2 2x yd? 2dd2cos 222.2.2xyd1d22arccos-2d1d21arctanyarctanx第二組解：由余弦定理，d2 sin 2d1 d2 cos 2arccos2

50、2a d22閘2yarcta n x1工業(yè)機(jī)器人定義？工業(yè)機(jī)器人的定義：一種用于移動(dòng)各種材料、零件、工具或者專用裝置的，可通過可編 程序動(dòng)作來執(zhí)行各種任務(wù)的，并且具有各種編程能力的多功能的機(jī)械手。2.按機(jī)器人的用途分類，可以將機(jī)器人分為哪幾大類？試簡(jiǎn)述之。1）工業(yè)機(jī)器人或產(chǎn)業(yè)機(jī)器人 應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，主要用在制造業(yè)，進(jìn)行焊接、噴漆、 裝配、搬運(yùn)、檢驗(yàn)、農(nóng)產(chǎn)品的加工等產(chǎn)業(yè)。2）探索機(jī)器人用于進(jìn)行太空和海洋探索，也可用于地面和地下探索。3）服務(wù)機(jī)器人 一種半自主或全自主的機(jī)器人，其所從事的服務(wù)工作可使人類生存的更 好，使制造業(yè)以外的設(shè)備工作的更好。4）軍用機(jī)器人 用于軍事目的，或進(jìn)攻性的，或防御

51、性的。3什么叫“機(jī)器人的三守則”？它的重要意義是什么？1）機(jī)器人必須不危害人類，也不允許它眼看人類將受傷害而袖手旁觀2）機(jī)器人必須絕對(duì)服從人類，除非這種服從有害于人類3）機(jī)器人必須保護(hù)自身不受傷害，除非為了保護(hù)人類或者人類命令它做出犧牲等意義：給機(jī)器人社會(huì)附以新的倫理性，并且機(jī)器人概念更加通俗化，更易于為人類社會(huì)所接受，至今，它仍為機(jī)器人研究人員、設(shè)計(jì)制造廠家和用戶，提供了十分有意義的指導(dǎo)方 針。4. 機(jī)器人系統(tǒng)一般有哪些程序功能？（1）運(yùn)算：可以使機(jī)器人自己做出判斷，在下一步把機(jī)器手或工具置于何處。（2）決策：機(jī)器人系統(tǒng)會(huì)根據(jù)輸入信息做出決策，而不必執(zhí)行任何運(yùn)算。（3）通信：機(jī)器人與操作人員

52、之間的通信能力，允許機(jī)器人要求操作人員提供信息，告 知操作者下一步該做什么，以及機(jī)器人打算下一步做什么。（4）機(jī)械手運(yùn)動(dòng)：使復(fù)雜的多的運(yùn)動(dòng)變?yōu)榭赡埽皇惯\(yùn)動(dòng)傳感器控制機(jī)器手成為可能；能 獨(dú)立存儲(chǔ)工具位置（5）工具指令：可以對(duì)機(jī)器人進(jìn)行比較復(fù)雜的控制。（6）傳感器數(shù)據(jù)處理：機(jī)器人的通用計(jì)算機(jī)必須與傳感器連接起來，才能發(fā)揮全部作用。5. 有哪幾種重要的機(jī)器人高層規(guī)劃系統(tǒng)？它們各有什么特點(diǎn)？1）積木世界的機(jī)器人規(guī)劃2）基于消解原理的機(jī)器人規(guī)劃3）基于專家系統(tǒng)的機(jī)器人規(guī)劃4）機(jī)器人路徑規(guī)劃6. 機(jī)器人傳感器的作用和特點(diǎn)為何？（1）機(jī)器人傳感器的作用： 機(jī)器人的通用計(jì)算機(jī)必須與傳感器連接起來， 才能發(fā)揮全部作用 機(jī)器人傳感器在機(jī)器人的控制中起了非常重要的作用，正因?yàn)橛辛藗鞲衅?，機(jī)器人才