機(jī)器人基礎(chǔ)考試試題重點(diǎn)(河南理工大學(xué))資料

1、（二）簡答題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？答:首先，機(jī)器人按應(yīng)用分類可分為工業(yè)機(jī)器人、極限機(jī)器人、 娛樂機(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子系統(tǒng)組成。

2、 三大部分是機(jī)械部分、傳感 部分和控制部分。六個子系統(tǒng)是驅(qū)動系統(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)建相對于參考系具有的獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)的數(shù)目稱為自由度。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）的開合自由度。在三維空間里描述一個物體的 位置和姿態(tài)需要六個自由度。 但是，工業(yè)機(jī)器人的自由度是根據(jù) 其用途而設(shè)計的，也可能小于六個自由度， 也可能大于六個自由 度。2）精度：工業(yè)機(jī)器人的精度是指

3、定位精度和重復(fù)定位精度。定位精度是指機(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)偏差這個統(tǒng)計量來表示，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，承載能力 這一技術(shù)指標(biāo)是指高速運(yùn)行時的承載能力。通常，承載能力不僅指負(fù)載，而且還包括機(jī)

4、器人末端操作器的質(zhì)量。6. 機(jī)器人手腕有幾種？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)動形式區(qū)分，手臂有直線運(yùn)動的。如手臂的伸縮，升 降及橫向移動，有回轉(zhuǎn)運(yùn)動的如手臂的左右回轉(zhuǎn)上下擺動有復(fù)合 運(yùn)動如直線運(yùn)動和回轉(zhuǎn)運(yùn)動的組合。2直線運(yùn)動的組合2回轉(zhuǎn)運(yùn)動的組合。手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(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)動機(jī)構(gòu)，鏈 輪傳動和連桿機(jī)構(gòu)手臂俯仰運(yùn)動機(jī)構(gòu)，一般采用活塞油（氣）缸 與連桿機(jī)構(gòu)聯(lián)用來實(shí)現(xiàn)手臂復(fù)合運(yùn)動機(jī)構(gòu)，多數(shù)用于動作程度固 定不變的專用機(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

5、有固定式和行走時 2種1）固定式機(jī)器人的級左右直接接地地面基礎(chǔ)上，也可以固定在機(jī)身上2）移動式機(jī)器人有可分為輪車機(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)器人視覺的結(jié)構(gòu)及工作原理答:機(jī)器人視覺由視覺傳感器攝像機(jī)和光源控制計算器和圖像處理機(jī)組成原理：由視覺傳感器講景物的光信號轉(zhuǎn)換成電信號經(jīng)過 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳遞給圖像處理器，同時光源控制器和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，圖像處理器對圖像數(shù)據(jù)做一些簡單的處理將數(shù)據(jù)傳遞給計算 機(jī)最后由計算器存儲和處理。9. 工業(yè)機(jī)器人控制方式有幾種？

6、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（）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， 而對達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動軌 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)動所需的時間。2）連續(xù)軌跡控制方式（）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，而且速度可控，軌跡光滑，運(yùn)動平穩(wěn)，以完成工作 任務(wù)。

7、3）力（力矩）控制方式在完成裝配、抓放物體等工作時，除要準(zhǔn)確定位外，還要求使用 適度的力或力矩進(jìn)行工作，這時就要利用力（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，只不過輸入量和反饋量不是位置信號，而是力（力矩）信號，因此系統(tǒng)中必 須有力（力矩）傳感器。有時也利用接近、滑動等傳感功能進(jìn)行 自適應(yīng)式控制。4）智能控制方式機(jī)器人的智能控制時通過傳感器獲得周圍環(huán)境的知識，并根據(jù)自身內(nèi)部的知識庫做出相應(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)展有賴于 近年來人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基因算法、遺傳算法、專家系統(tǒng)等人工智 能的迅速發(fā)展。10. 機(jī)器人

8、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)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)/臺架型（3P）這種機(jī)器人由三個線性關(guān)節(jié)組成， 這三個關(guān)節(jié)用來確定末端操作 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)動是獨(dú)立的，運(yùn)動方程 可獨(dú)立處理，且方程是線性的，因此，很容易通過計算機(jī)實(shí)現(xiàn)； 它可以兩端支撐，對于給定的結(jié)構(gòu)長度，剛性最大：它的精度和 位置分辨率不隨工作場合而變化，容易達(dá)到高精度。但是，它的 操作范圍小，手臂收縮的同時又向相反的方向伸出，即妨礙工作，且占地面積大，運(yùn)動速

9、度低，密封性不好。2）圓柱坐標(biāo)型（R3F）圓柱坐標(biāo)機(jī)器人由兩個滑動關(guān)節(jié)和一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來確定部件的 位置，再附加一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來確定部件的姿態(tài)。這種機(jī)器人可以繞中心軸旋轉(zhuǎn)一個角，工作范圍可以擴(kuò)大，且計算簡單；直線部 分可采用液壓驅(qū)動，可輸出較大的動力；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)動器部分難以密封、 防塵；后臂工作時， 手臂后端會碰到工作范圍內(nèi)的其它物體。3）球坐標(biāo)型（2）球坐標(biāo)機(jī)器人采用球坐標(biāo)系，它用一個滑動關(guān)節(jié)和兩個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 來確定部件的位置，再用一個附加的旋轉(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

10、的工作范圍大， 兩 個轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置容易密封，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)動裝置仍存在密圭寸及工作死區(qū)的問題。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，類似于人的手臂，是工業(yè)機(jī)器人中最常見的結(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)動學(xué)；（3）機(jī)器人靜力學(xué)；（4）機(jī)器人動力學(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。12. 機(jī)器人常用的機(jī)身和臂部的配置型式有哪些？

11、答：目前常用的有如下幾種形式：（1）橫梁式。機(jī)身設(shè)計成橫梁 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。也可以具有行走機(jī)構(gòu)，如沿地面上的專 用軌道移動，以擴(kuò)大其活動范圍。（4）屈伸式。臂部由大小臂組 成，大小臂間有相對運(yùn)動，稱為屈伸臂，可以實(shí)現(xiàn)平面運(yùn)動，也 可以作空間運(yùn)動。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）電動機(jī)，提供驅(qū)動機(jī)器人運(yùn)動的驅(qū)

12、動力。（2）減速器，為了增加驅(qū)動力矩、降 低運(yùn)動速度。（3）驅(qū)動電路，由于直流伺服電動機(jī)或交流伺服電 動機(jī)的流經(jīng)電流較大，機(jī)器人常采用脈沖寬度調(diào)制（）方式進(jìn)行驅(qū)動。(4)運(yùn)動特性檢測傳感器，用于檢測機(jī)器人運(yùn)動的位置、 速度、加速度等參數(shù)。(5)控制系統(tǒng)的硬件，以計算機(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)動特性的計算、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

13、覺傳感器、嗅覺傳 感器、味覺傳感器等。15. 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)、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)或者輸出的信號轉(zhuǎn)換成方便計算和分析的數(shù)字信號；(3)視頻信號處理器，視頻信號實(shí)時、快速、并行算法的硬件實(shí) 現(xiàn)設(shè)備：如系統(tǒng)； 計算機(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。16. 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：(1)動作級：以機(jī)器人末端執(zhí)行器的動作

14、為中心來描述各種操作，要在程序中說明每個動作。（2）對象級：允許較粗略地描述操作對象的動作、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。17. 機(jī)器人示教盤模式旋鈕上有三種模式，分別是哪三種，并 寫出三種模式各自的特點(diǎn)。答案:示教模式人教機(jī)器人稱作示教。再現(xiàn)模式執(zhí)行程序，機(jī)器人自動運(yùn)行。遠(yuǎn)程模式通過外部信號進(jìn)行的操作，相當(dāng)于遙控。18. 機(jī)器人上有三種安全模式，分別是哪三種，并寫出三種模式各自的特點(diǎn)。答案：三種模式分別是：再現(xiàn)模式、示教模式、遠(yuǎn)程模式。再現(xiàn)模式可以用來對示教完的程序進(jìn)行再現(xiàn)運(yùn)行以及各種條件文件的設(shè)定、

15、修改或刪除，在此模式下外部設(shè)備發(fā)出的啟動信號無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)出的啟動信號無效遠(yuǎn)程模式下機(jī)器人由外部信號進(jìn)行操作，可以接通伺服電源、啟動、調(diào)出主程序、設(shè)定循環(huán)等與開始運(yùn)行有關(guān)的操 作，數(shù)據(jù)傳輸功能有效，此時示教盤上的啟動按鈕無效。(三)論述題1. 試論述機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢。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)展將會使機(jī)器人技術(shù)提高到一個更高的水平。 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)計技術(shù)。探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料,

16、 進(jìn)一步提高負(fù)載-自重比， 同時機(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)，在有時延的情況下，建立預(yù)先顯示進(jìn)

17、行遙控等。(5) 虛擬機(jī)器人技術(shù)。基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)以及臨場感應(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)多智能體扌空制技術(shù)。這是目前機(jī)器人研究的一個嶄新領(lǐng)域。主要對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)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)展將會引起 機(jī)器人技術(shù)的一場革命，并且對社會進(jìn)步和人類活動的各個方面 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)動方式、控制方，法、傳感技術(shù)、通信技術(shù)以及行走技術(shù)

18、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 場合。傳統(tǒng)機(jī)器人設(shè)計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)境或人碰撞時是安全的，機(jī)器人對人是友好的。(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，目前僅在某些方面進(jìn)行一些基礎(chǔ)研究。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)械精度與電氣精度。重復(fù)精度指在相同的運(yùn)動位置命

19、令下， 機(jī)器人連續(xù)若干次運(yùn) 動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)的最小移動距離或最小 轉(zhuǎn)動角度。 精度和分辨率不一定相關(guān)。 一臺設(shè)備的運(yùn)動精度是指 命令設(shè)定的運(yùn)動位置與該設(shè)備執(zhí)行此命令后能夠達(dá)到的運(yùn)動位 置之間的差距， 分辨率則反映了實(shí)際需要的運(yùn)動位置和命令所能 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)動速度控制和驅(qū)動方式、定位和緩沖等因素。由

20、于機(jī)器人有轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)， 不同回轉(zhuǎn)半徑時其直線分辨率是變 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. 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。 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

21、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)動方式還具有主動隔震能力， 盡管地面高低 不平，機(jī)身的運(yùn)動仍然可以相當(dāng)平穩(wěn)； 足式行走在不平地面和松 軟地面上的運(yùn)動速度較高，能耗較少。4. 試論述機(jī)器人靜力學(xué)、動力學(xué)、運(yùn)動學(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，在靜止?fàn)顟B(tài)下處理手爪力F與驅(qū)動力t的關(guān)系。動力學(xué)研究機(jī)器人各關(guān)節(jié)變量對時 間的一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)與各執(zhí)行器驅(qū)動力或力矩之間的關(guān)系， 即機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動方程。 而運(yùn)動學(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，就要考慮在機(jī)器人的動作中，關(guān)節(jié)驅(qū)動力T 會產(chǎn)生怎樣的關(guān)節(jié)位置 e、關(guān)節(jié)速度&關(guān)節(jié)加

22、速度職處理這 種關(guān)系稱為動力學(xué)（）。對于動力學(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)動學(xué)、靜力學(xué)和動力學(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，這些也可作為動力學(xué)的問題來處理。運(yùn)功學(xué)訪力學(xué)（四）計算題（需寫出計算步驟，無計算步驟不能得分）：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個單位，再沿y軸平移-3個單位，最后沿z 軸平移7個單位得到點(diǎn)t。求u, v, w, t各點(diǎn)

23、的齊次坐標(biāo)。解：點(diǎn)U的齊次坐標(biāo)為：7,3,2,1010073v =(z,90° )u =100037001022000111001032w=(y,90° )v =010077100023000111100426t =(43,7)w =01037400173100001112. 如圖所示為具有三個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的3R機(jī)械手，求末端機(jī)械手在基坐標(biāo)系xOO下的運(yùn)動學(xué)方程。OX039 20 16 3/解：建立如圖1的參考坐標(biāo)系，則C1s00C2S20L1C3s30L2十 sCi001S2C200 :2sC300TiT2T3001000100010000100010001C123S1230

24、L1c1L2C100 u_2十S123C1230L1s1L2s1T3T1 T2T300100001其中C|23cos 123,S123sin 1233. 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,試求其關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變量 B1和0 2.P解：如圖所示，逆運(yùn)動學(xué)有兩組可能的解。第一組解：由幾何關(guān)系得x Li cos i L2 cos 1(1)yL1 sin 1L2 sin 1(2)（1）式平方加（2）式平方得Li L22 Li L2 cos 22x arccos y2 l2 l；24y1 arcta narcta nL2sin 2Li L； cos 2第二組解：由余弦定理，2yarc

25、cos2LiL；y arcta n 2x4. 如圖所示兩自由度機(jī)械手在如圖位置時（e 1= 0 ,。求對應(yīng)6 2=n /2 )，生成手爪力 =0 T 或=0 T的驅(qū)動力 tA和t By*Fb fy解：由關(guān)節(jié)角給出如下姿態(tài):.TL2L1fxA J FaL200TL2 L10L1fyBJTFb,門l2 0fy01 2LzSi n 12L2L21 2L2 cos 12L10L2fxL2fxL1 sin 1 L2 sin JLi cos i L? cos由靜力學(xué)公式j(luò)tf5. 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X)軸正向以1.0的速度移動，桿長li2=0.5m。設(shè)在某時刻e 1=30° e 260° 求該時刻的關(guān)節(jié)速度。 已知兩自由度機(jī)械手速度雅可比矩陣為|is 1|2 si2l2si2yoAy3V3因此，在該瞬時兩關(guān)節(jié)的位置分別為，e 1=30°, e 260 °；解:因?yàn)椋篔I1s 1I2si2I2si2I1c 1I2C12I2C12因此逆雅可比矩陣1I2G2J;s|2I1I2S2 I1C 1 I2C12I1s 1I2si2因?yàn)椋?amp; J 1v，且1, 0T，即 1,0,因此&11I2C121&2111