機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)期末考試復(fù)習(xí)資料(熊有倫主編)

1、郎以墨整理第一章1機(jī)器人組成系統(tǒng)的4大部分：機(jī)構(gòu)部分、傳感器組、控制部分、信息處理部分2機(jī)器人學(xué)的主要研究內(nèi)容：研究機(jī)器人的控制與被處理物體間的相互關(guān)系3機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式：液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)4機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的基本形式：足式、蛇形式、輪式、履帶式5機(jī)器人的定義：由各種外部傳感器引導(dǎo)的、帶有一個(gè)或多個(gè)末端執(zhí)行器、通過可編程運(yùn)動(dòng)，在其工作空間內(nèi)對真實(shí)物體進(jìn)行操作的軟件可控的機(jī)械裝置6機(jī)器人的分類：1工業(yè)機(jī)器人2極限環(huán)境作業(yè)機(jī)器人 3醫(yī)療福利機(jī)器人7操作臂工作空間形式：1直角坐標(biāo)式機(jī)器人 2圓柱坐標(biāo)式機(jī)器人 3球坐標(biāo)式機(jī)器人4 scara機(jī)器人5關(guān)節(jié)式機(jī)器人8機(jī)器人三原則第一條：機(jī)器人不得傷害人類 .第

2、二條：機(jī)器人必須服從人類的命令，除非這條命令與第一條相矛盾。第三條：機(jī)器人必須保護(hù)自己，除非這種保護(hù)與以上兩條相矛盾。第二章1、什么是位姿： 剛體參考點(diǎn)的位置和姿態(tài)2、RPY角與歐拉角的共同點(diǎn)：繞固定軸旋轉(zhuǎn)的順序與繞運(yùn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)的順序相反并且旋轉(zhuǎn)角度相同， 能得到相同的變換矩陣，都是用三個(gè)變量描述。歐拉角為左乘RPY角為右乘。RPY中繞x旋轉(zhuǎn)為偏轉(zhuǎn)繞y旋轉(zhuǎn)為俯仰繞z旋轉(zhuǎn)為回轉(zhuǎn)3、矩陣的左乘與右乘： 左乘（變換從右向左）一指明運(yùn)動(dòng)相對于固定坐標(biāo)系右乘（變換從左向右）一指明運(yùn)動(dòng)相對于運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系A(chǔ)T4、齊次變換B1 :表不同一點(diǎn)相對于不同坐標(biāo)系 B和A的變換，描述B相對于A的位姿5、自由矢量：完全由他

3、的維數(shù)、大小、方向，三要素所規(guī)定的矢量6、線矢量：由維數(shù)、大小、方向、作用線，四要素所規(guī)定的矢量A AAB RPB07、齊次變換矩陣B 1ccc/0001AA AB PB RPB 0PAA8、其次坐標(biāo)變換100011 BR為旋轉(zhuǎn)矩陣PB0為但的原點(diǎn)相對3的位置矢量100cosa0sinacosasina09、旋轉(zhuǎn)矩陣：繞x軸0cosasina y 軸010 z軸sinacosa00sin acosasin a0cosa001ApTApT A DB.BR BRPB010、變換矩陣求逆：aI已知B相對于A的描述求A相對于B的描述014411、Ct atbtar cbr a BPc0 apb0axO

4、xPx12、運(yùn)動(dòng)學(xué)方程第三章nyayOyPyn0R0P n 1nzazOzPz1、操作臂運(yùn)動(dòng)學(xué)研究的是 手臂各連桿間的位移、速度、加速度關(guān)系3、運(yùn)動(dòng)學(xué)反解方法：反變換法、幾何法、pieper解法4、大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人滿足封閉解的兩個(gè)充分條件之一三個(gè)相鄰關(guān)節(jié)軸,1交于一點(diǎn)2相互平行5、連桿參數(shù):1、從zi 1（連桿的關(guān)節(jié)軸）到zi沿xi公法線的距離2、從zi 1到zi繞xi 1旋轉(zhuǎn)的角度3、di從xi 1到xi沿zi的距離4、從xi 1到xi繞zi旋轉(zhuǎn)的角度ai 16、連桿變換通式:-Tic i 1icdis7、8、靈活空間： 可達(dá)空間： 工作空間：9、isdic機(jī)器人手抓能以任意方位到達(dá)的目標(biāo)點(diǎn)

5、的集合 機(jī)器人手抓至少一個(gè)方位到達(dá)的目標(biāo)點(diǎn)的集合 反解存在的區(qū)域就是工作空間機(jī)器人操作臂運(yùn)動(dòng)學(xué)反解數(shù)決定于:關(guān)節(jié)數(shù)、連桿參數(shù)、關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍10、操作臂運(yùn)動(dòng)學(xué)反解方法有1封閉解法（2數(shù)值解法。獲得封閉解的方法有 代數(shù)解、幾何解）11、雅可比矩陣J11 s 1 12s12 11c 1 12G212s1212c1212、逆雅可比矩陣1112s 212c1211c 112G212sl2l1s 112s12& J 1v,靜力學(xué)公式12c1211s 112sl201112s 211c i12c12cl211s 210.5rad/s=-2rad/sc 112s 2cl211s 24rad/s第四章1、操作

6、臂的雅可比矩陣： 定義為操作速度與關(guān)節(jié)速度的線性變換，可看成是從關(guān)節(jié)空間到操作空間運(yùn)動(dòng) 速度的傳動(dòng)比2、操作臂奇異形位：對于這些形位操作臂的雅可比矩陣的秩減少3、自動(dòng)生成雅可比步驟(知道各連桿變換1T)1、計(jì)算各連桿變換0T、 nl2、計(jì)算各連桿到末端連桿的變換3、計(jì)算雅可比矩陣J(q)的各列元素，第i列TJinT4、末端廣義力矢量： 機(jī)器人與外界環(huán)境相互作用時(shí)，在接觸的地方要產(chǎn)生力和力矩統(tǒng)稱為末端廣義力矢 量5、虛位移：滿足機(jī)械系統(tǒng)幾何約束的無限小位移第五章1、建立運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的方法：拉格朗日法、牛頓-歐拉法、高斯法、凱恩法、旋量對偶數(shù)法2、研究機(jī)器人動(dòng)力學(xué)的目的：動(dòng)力學(xué)問題與操作臂的仿真研究

7、有關(guān)，逆問題是為了實(shí)施控制的需要，利用動(dòng)力學(xué)模型實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，以期達(dá)到良好的動(dòng)態(tài)性能和最優(yōu)指標(biāo)。3、動(dòng)力學(xué)研究的是： 物體的運(yùn)動(dòng)和受力的關(guān)系4、動(dòng)力學(xué)模型主要用于機(jī)器人的設(shè)計(jì)和編程5、點(diǎn)的速度涉及兩個(gè)坐標(biāo)系：點(diǎn)所在的坐標(biāo)系的速度，點(diǎn)相對于坐標(biāo)系的速度6、牛頓歐拉法遞推動(dòng)力學(xué)問題的步驟：1、向外遞推計(jì)算各連桿的速度和加速度，由牛頓歐拉公式算出連桿的慣性力和力矩2、向內(nèi)遞推計(jì)算各連桿相互作用力和力矩，以及關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力和力矩7、拉格朗日函數(shù)：對于任何機(jī)械系統(tǒng)，拉格朗日函數(shù)定義為系統(tǒng)點(diǎn)的動(dòng)能與勢能之差即 L(q,q) Ek(q,q) Ep(q)第六章1、規(guī)劃：在人工智能的研究范圍中，規(guī)劃實(shí)際就是問題的一

8、種求解技術(shù)。即從某個(gè)特定問題的初始狀態(tài) 出發(fā)，構(gòu)造一系列操作步驟，達(dá)到解決該問題的目標(biāo)狀態(tài)2、軌跡：操作臂在運(yùn)動(dòng)過程中的位移、速度和加速度3、軌跡規(guī)劃：根據(jù)作業(yè)任務(wù)的要求計(jì)算預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡4、機(jī)器人的作業(yè)運(yùn)動(dòng)方式：點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)、輪廓運(yùn)動(dòng)0.1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

9、。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)。0.2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 .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。0.5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

10、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。0.6什么叫冗余自由度機(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。0.7題0.7圖所示為二自由度平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人機(jī)械手，圖中L1=2L2,關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角范圍是 0 0 K 180 ,-90 0 20表示負(fù)反饋)。把由二階系統(tǒng)特征方程標(biāo)準(zhǔn)形式所求得的 con代入可得：Rafeffkakb匹. 12, kakpJeffR因而速度反饋增益k v為:kv2 kakpJeffRaRafeffkakbka取方程等號(hào)時(shí)，系統(tǒng)為臨界阻尼系統(tǒng)；取不等號(hào)時(shí)，為過阻尼系統(tǒng)。在確定位置反饋增益 k p時(shí)，必須考慮操作臂的結(jié)構(gòu)剛性和共振頻率，它與操作臂的結(jié)構(gòu)、尺寸、質(zhì) 量分布和制造裝配質(zhì)量有關(guān)。為了不至于激起結(jié)構(gòu)的振盈和系統(tǒng)的共振，Paul于1981年建議：閉環(huán)系統(tǒng)無阻尼自然頻率癡必須限制在關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)共振頻率的一