機器人技術(shù)華中科技大學(xué)熊有倫復(fù)習(xí)提綱及部分題庫詳細(xì)解答

1、機器人技術(shù)華中科技大學(xué)熊有倫復(fù)習(xí)提綱及部分題庫詳細(xì)解答機器人技術(shù)復(fù)習(xí)提綱一簡答題機器人內(nèi)部傳感器與外部傳感器的作用是什么，它們都包括哪些？答：內(nèi)部傳感器主要用于檢測機器人自身狀態(tài)；包括位移傳感器角數(shù)字編碼器、角速度傳感器；外部傳感器主要用于檢測機器人所處的外部環(huán)境和對象狀況等；包括：力或力矩傳感器觸覺傳感器、接近絕傳感器、滑覺傳感器、視覺傳感器、聽覺傳感器、嗅覺傳感器、味覺傳感器。機器人的速度與加速度測量都常用哪些傳感器？答：速度：測速發(fā)電機、增量式碼盤；加速度：壓電式加速度傳感器、壓阻式加速度傳感器。機器人的力覺傳感器有哪幾種，機器人中哪些方面會用到力覺傳感器？答：種類：電阻應(yīng)變片式、壓電式

2、、電容式、電感式、各種外力式傳感器。有三方面：裝在關(guān)節(jié)驅(qū)動器上的力傳感器。裝在末端執(zhí)行器和機器人最后一個關(guān)節(jié)之間的力傳感器。裝在機器人手抓指關(guān)節(jié)上的力傳感器。機器人的視覺傳感器常用哪些方法，圖像如何獲取和處理？答：圖像的獲?。?1. 照明 2. 圖像聚焦成像 3. 圖形處理形成輸出信號。 處理：1. 圖像的增強 2. 圖像的平滑 3. 圖像的數(shù)據(jù)編碼和傳輸4. 邊緣銳化 5. 圖像的分割。能否設(shè)想一下，一個高智能類人機器人大約會用到哪些傳感器技術(shù)？答：位置傳感器，速度傳感器，觸覺傳感器，接近覺傳感器，視覺傳感器，聽覺傳感器，嗅覺傳感器，味覺傳感器。編碼器有哪兩種基本形式？各自特點是什么？兩種基

3、本形式：增量式、絕對式增量式：用來測量角位置和直線位置的變化，但不能直接記錄或指示位置的實際值。在所有利用增量式編碼器進(jìn)行位置跟蹤的系統(tǒng)中，都必須在系統(tǒng)開始運行時進(jìn)行復(fù)位。絕對式：每個位置都對應(yīng)著透光與不透光弧段的惟一確定組合，這種確定組合有惟一的特征。通過這特征，在任意時刻都可以確定碼盤的精確位置。簡述直流電動機兩種控制的基本原理答：直流伺服電動機的控制方式主要有兩種：一種是電樞電壓控制，即在定子磁場不變的情況下，通過控制施加在電樞繞組兩端的電壓信號來控制電動機的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩，定子磁場保持不變，其電樞電流可以達(dá)到額定值，相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩也可以達(dá)到額定值，因而這種方式又被稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。另

4、一種是勵磁磁場控制，即通過改變勵磁電流的大小來改變定子磁場強度，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩。由于電動機在額定運行條件下磁場已接近飽和，因而只能通過減弱磁場的方法來改變電動機的轉(zhuǎn)速。由于電樞電流不允許超過額定值，因而隨著磁場的減弱，電動機轉(zhuǎn)速增加，但輸出轉(zhuǎn)矩下降，輸出功率保持不變，所以這種方式又被稱為恒功率調(diào)速方式。簡述直流測速發(fā)電機的工作原理。測速發(fā)電機 (tachogenerator) 是一種檢測機械轉(zhuǎn)速的電磁裝置。它能把機械轉(zhuǎn)速變換成電壓信號，其輸出電壓與輸入的轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系直流測速發(fā)電機實際上是一種微型直流發(fā)電機。按勵磁方式可分為兩種型式。 電磁式 表示符號如圖 3-2 （ a）所示

5、。定子常為二極，勵磁繞組由外部直流電源供電，通電時產(chǎn)生磁場。目前，我國生產(chǎn)的 CD系列直流測速發(fā)電機為電磁式。 2 永磁式 表示符號如圖 3-2 （b）所示。定子磁極是由永久磁鋼做成。由于沒有勵磁繞組，所以可省去勵磁電源。具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便等特點，近年來發(fā)展較快。其缺點是永磁材料的價格較貴，受機械振動易發(fā)生程度不同的退磁。為防止永磁式直流測速發(fā)電機的特性變壞，必須選用矯頑力較高的永磁材料。目前，我國生產(chǎn)的 CY系列直流測速發(fā)電機為永磁式。 (a) (b)圖 3-2 直流測速發(fā)電機 (a) 電磁式；(b) 永磁式 永磁式直流測速發(fā)電機按其應(yīng)用場合不同，可分為普通速度型和低速型。前者的工作轉(zhuǎn)速

6、一般在每分鐘幾千轉(zhuǎn)以上，最高可達(dá)每分鐘一萬轉(zhuǎn)以上；而后者一般在每分鐘幾百轉(zhuǎn)以下，最低可達(dá)每分鐘一轉(zhuǎn)以下。由于低速測速發(fā)電機能和低速力矩電動機直接耦合，省去了中間笨重的齒輪傳動裝置，消除了由于齒輪間隙帶來的誤差，提高了系統(tǒng)的精度和剛度，因而在國防、科研和工業(yè)生產(chǎn)等各種精密自動化技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用。為什么要引進(jìn)齊次坐標(biāo) , 它有什么優(yōu)點 ?機器人的坐標(biāo)變換主要包括平移和旋轉(zhuǎn)變換 , 平移是矩陣相加運算 , 旋轉(zhuǎn)則是矩陣相乘 , 綜合起來可以表示為 p= m1*p + m2(m1 旋轉(zhuǎn)矩陣 ,m2 為平移矩陣 , p 為原向量 ,p 為變換后的向量 ). 引入齊次坐標(biāo)的目的主要是合并矩陣運算中的乘

7、法和加法 , 合并后可以表示為 p = M*p 的形式 . 即它提供了用矩陣運算把二維、三維甚至高維空間中的一個點集從一個坐標(biāo)系變換到另一個坐標(biāo)系的有效方法 .定義如果所有的變換都是相對于固定坐標(biāo)系中各坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)或平移 , 則依次左乘 , 稱為絕對變換 .如果動坐標(biāo)系相對于自身坐標(biāo)系的當(dāng)前坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)或平移 , 則齊次變換為依次右乘 , 稱為相對變換 .機器人動力學(xué) : 研究機器人的運動特性與力的關(guān)系 . 有兩類問題 :動力學(xué)正問題 : 已知機械手各關(guān)節(jié)的作用力或力矩 , 求各關(guān)節(jié)的位移、速度、加速度動力學(xué)逆問題 : 已知機械手各關(guān)節(jié)的位移、速度和加速度 , 求各關(guān)節(jié)的驅(qū)動力和力矩。拉格朗日函數(shù)

8、L 被定義為系統(tǒng)的動能K 和位能 P 之差 , 即 :LKP工業(yè)機器人的工作范圍：工作范圍是指機器人手臂末端或手腕中心所能到達(dá)的所有點的集合，也叫工作區(qū)域。工業(yè)機器人定義？工業(yè)機器人的定義：一種用于移動各種材料、零件、工具或者專用裝置的，可通過可編程序動作來執(zhí)行各種任務(wù)的，并且具有各種編程能力的多功能的機械手。機器人傳感器的作用和特點為何？（1）機器人傳感器的作用：機器人的通用計算機必須與傳感器連接起來，才能發(fā)揮全部作用。機器人傳感器在機器人的控制中起了非常重要的作用，正因為有了傳感器，機器人才具備了類似人類的知覺功能和反應(yīng)能力。（2）特點：機器人感覺是把相關(guān)的特性或相關(guān)的物體特性轉(zhuǎn)換為執(zhí)行某

9、一種機器人功能所需的信息，這些物體特征包括幾何的、光學(xué)的、機械學(xué)的、聲音的、材料的、電氣的、磁性的、放射性的和化學(xué)的，這些特征形成符號以表示系統(tǒng)，進(jìn)而構(gòu)成與給定工作任務(wù)有關(guān)的世界狀態(tài)知識。傳感器的分類內(nèi)部傳感器：檢測機器人本身狀態(tài)（手臂間角度等）的傳感器。外部傳感器：檢測機器人所處環(huán)境（是什么物體，離物體的距離有多遠(yuǎn)等）及狀況（抓取的物體滑落等）的傳感器。外部傳感器分為末端執(zhí)行器傳感器和環(huán)境傳感器。末端執(zhí)行器傳感器：主要裝在作為末端執(zhí)行器的手上，檢測處理精巧作業(yè)的感覺信息。相當(dāng)于觸覺。環(huán)境傳感器：用于識別物體和檢測物體與機器人的距離。相當(dāng)于視覺旋轉(zhuǎn)矩陣的幾何意義是什么？旋轉(zhuǎn)矩陣的幾何意義：為了

10、研究機器人的運動和操作，往往不僅要表示空間某一點的位置，而且需要表示物體的方位，物體的方位可由某個固接于物體的坐標(biāo)系表述。為了規(guī)定空間某物體B 的方位，設(shè)置一直角坐標(biāo)系B與此剛體固接，而此時也有一個參考坐標(biāo)系A(chǔ)，而為了表示B 相對于坐標(biāo)系A(chǔ) 的方位就引入了旋轉(zhuǎn)矩陣?？梢员硎竟潭ㄓ趧傮w上的坐標(biāo)系 B 對參考坐標(biāo)系的姿態(tài)矩陣。2)可作為坐標(biāo)變換矩陣. 它使得坐標(biāo)系 B 中的點的坐標(biāo)B p變換成 AA中點p的坐標(biāo)?？勺鳛樗阕?, 將 B 中的矢量或物體變換到 A 中。簡述下面幾個術(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。自由度是機器人所具有的獨立坐標(biāo)運動的數(shù)目，不包括手爪（末端

11、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)計數(shù)據(jù)，指機器人重復(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。工作范圍是指機器人手臂末端或手腕中心所能到達(dá)的所有點的集合，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器人？答：從運動學(xué)的觀點看，完成某一特定作業(yè)時具有多余自由度的機器人稱為冗余自由度機器人。機器人技術(shù)相關(guān)考題部分題庫一.計算題已知坐標(biāo)系 B 的初始位姿與 A 重合

12、, 首先 B 相對于 A 的 ZA 軸轉(zhuǎn) 60, 再沿A 的 X 軸移動 10 單位, 并沿 A 的 Y 軸移動 4 單位. 求位置矢量A和旋PAAB0AR.設(shè)點 P 在B 坐標(biāo)系中的位置為B求它在坐標(biāo)系 A 中轉(zhuǎn)矩陣 BP=5,9,0,的位置。Acos60sin 6000 )= sin 60cos600=R=R(Z, 60B00110APB0 =4013220AABAB310 *因此可得： PR* PPB0 =220015.29410=8.8340013220310221005109 + 4004.70612.830三 矢量 U=7i+3j+2k ，繞 Z 軸轉(zhuǎn) 90 度后，再繞 Y 軸轉(zhuǎn)

13、90 度。在上述基礎(chǔ)上再平移（ 9，-6 ， 8），求最后得到的新的點矢量。解：繞 z 旋轉(zhuǎn) 90 度得：010073100037V=010*=022000111繞 y 旋轉(zhuǎn) 90 度得：001032010077W=000*=123000111再平移（9，-6 ，8） T 得：111t=1113.一坐標(biāo)系 B 與參考系重合 , 現(xiàn)將其繞通過 q=1,2,3T的軸 f 0.707 0.707 0 T轉(zhuǎn) 30, 求轉(zhuǎn)動后的 B 。以f x f y0.707f z0.030.0o代入算式 , 有qx1 qy2qz 30.9330.0670.3541.130.0670.9330.3541.13Rot(

14、 k,30o )0.3540.3540.8660.040001五 坐標(biāo)系 B 初始與 A 重合 , 讓B 繞 ZB 旋轉(zhuǎn)角 ; 然后再繞 XB轉(zhuǎn)角 . 求把 BP變?yōu)?AP的旋轉(zhuǎn)矩陣。AB RRot( x,)Rot( z,)(1分)100cs00cssc0(2分)0sc001cs0s cc cs（2分）s scsc3. 對于下列綜合變換矩陣，如何求所缺的值？列出步驟，不要求答案。0 ? 50.707 ? ? 3F? 0 20001解：根據(jù) R 的性質(zhì)求解5.圖所示為二自由度平面關(guān)節(jié)型機器人機械手，圖中 L1=2L2，關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角范圍是 0 1180,-90 2180 , 畫出該機械手的工作范圍（

15、畫圖時可以設(shè) L2=3cm）。6.單連桿機器人的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，從q = 5靜止開始運動，要想在4 s 內(nèi)使該關(guān)節(jié)平滑地運動到q =+80 的位置停止。試按下述要求確定運動軌跡：關(guān)節(jié)運動依三次多項式插值方式規(guī)劃。關(guān)節(jié)運動按拋物線過渡的線性插值方式規(guī)劃。解：（ 1）采用三次多項式插值函數(shù)規(guī)劃其運動。已知05 , f 80 , t f 4s, 代入可得系數(shù)為 a05, a1 0, a2 15.94, a32.66運動軌跡：t515.94t 22.66t3t31.88t 7.98t 231.88 15.96t2）運動按拋物線過渡的線性插值方式規(guī)劃：05 , f80 ,t f4s,根據(jù)題意，定出加速度的取值

16、范圍：48521.25s216如果選42s2 ，算出過渡時間 ta1 ，442 24244285ta1 = 2242=0.594s計算過渡域終了時的關(guān)節(jié)位置a1 和關(guān)節(jié)速度1 ，得5( 1420.5942 )2.4a1 =211t a1(420.594s)s24.95s?010?0011 0 2齊次矩陣表示為 ? 0 0 1 ，利用齊次矩陣的性質(zhì)求出矩陣中“？”符號的元素。x010解：設(shè)y001，根據(jù)齊次矩陣的性Aw001質(zhì)，故 w=0.x010由于Ay001RP，因為Rz102010001正交矩陣，x 01x yzx21 xyxzRRTIy 00001 = xyy2yzz1 010 0 xz

17、yz z2 1比較對角線元素，x211x0y21y1Zz2011z0此時可以用直角坐標(biāo)三軸的相互關(guān)系決定取舍：X00010（取正）1001A10200001XH符合右手關(guān)系，可以是解。取負(fù)則不對了。YH0010（取負(fù)）A100101020001Y0ZHXH有一臺如題 1.13 圖所示的三自由度機械手的機構(gòu)，各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角正向均由箭頭所示方向指定，請標(biāo)出各連桿的D-H坐標(biāo)系，然后求各變換矩陣A1 ， A2 ，A3 。解： D-H 坐標(biāo)系的建立按 D-H 方法建立各連桿坐標(biāo)系參數(shù)和關(guān)節(jié)變量連桿123cos 1A1= sin 1 00ad10L1+ L220L3030L400sin 100cos 101

18、0L1 L2001cosA2 = sin0022sincos0020L3 cos 2cos20L3 sin 2A3 = sin10001033sincos0030L4 cos0 L4 sin1001331886 年法國作家利爾亞當(dāng)在他的小說未來夏娃中將外表像人的機器起名為“安德羅丁 ”android ），它由 4 部分組成 ：1，生命系統(tǒng)； 2，造型解質(zhì)； 3，人造肌肉； 4，人造皮膚。1920 年捷克作家卡雷爾卡佩克 發(fā)表了科幻劇本羅薩姆的萬能機器人 。在劇本中，構(gòu)想了RUR機器人，卡佩克把捷克語“ Robota”寫成了“Robot” 。為了防止機器人傷害人類， 科幻作家阿西莫夫于1940

19、年提出了“機器人三原則” ：1，機器人不應(yīng)傷害人類；2，機器人應(yīng)遵守人類的命令，與第一條違背的命令除外 ;3，機器人應(yīng)能保護(hù)自己，與第一條相抵觸者除外。在 1967 年日本召開的 第一屆機器人學(xué)術(shù)會議上，提出了兩個有代表性的定義。 一是森政弘與合田周平提出的： “機器人是一種具有移動性、個體性、智能性、通用性、半機械半人性、自動性、奴隸性等 7 個特征的柔性機器”。1987 年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 對工業(yè)機器人進(jìn)行了定義：“工業(yè)機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機。 ”我國科學(xué)家對機器人的定義是：“機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或動物相似的

20、智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器”。1988 年法國的埃斯皮奧將機器人學(xué)定義為：“機器人學(xué)是指設(shè)計能根據(jù)傳感器信息實現(xiàn)預(yù)先規(guī)劃任務(wù)的作業(yè)系統(tǒng)， 并以此系統(tǒng)的使用方法作為研究對象”。公元前 2 世紀(jì)，亞歷山大時代的古希臘人發(fā)明了最原始的機器人 自動機。3.1800 年前的漢代，大科學(xué)家張衡不僅發(fā)明了地動儀，而且發(fā)明了 指南車 , 計里鼓車。后漢三國時期，蜀國丞相 諸葛亮成功地創(chuàng)造出了“木牛流馬”。5.1662 年，日本的竹田近江利用鐘表技術(shù)發(fā)明了自動機器玩偶；1738 年，法國 天才技師 杰克戴瓦克遜 發(fā)明了一只 機器鴨?，F(xiàn)在保留下來的最早的機

21、器人是瑞士努薩蒂爾歷史博物館里的少女玩偶， 杰克道羅斯制作于二百多年前，兩只手的十個手指可以按動風(fēng)琴的琴鍵而彈奏音樂?，F(xiàn)代機器人的研究始于 20 世紀(jì)中期，其技術(shù)背景是計算機和自動化的發(fā)展 ，以及原子能的開發(fā)利用。1954 年美國戴沃爾 最早提出了 工業(yè)機器人的概念，并申請了專利。 這就是所謂的 示教再現(xiàn)機器人 。1959 年第一臺工業(yè)機器人（可編程、圓坐標(biāo)）在美國誕生，開創(chuàng)了機器人發(fā)展的新紀(jì)元。作為機器人產(chǎn)品最早的實用機型 （示教再現(xiàn)） 是1962 年美國 AMF公司推出的“ VERSTRAN”（萬能搬運）和 UNIMATION公司推出的“ UNIMATE”。商業(yè)化的工業(yè)機器人1970 年在

22、美國召開了第一屆國際工業(yè)機器人學(xué)術(shù)會議 。11.1969 年 日本早稻田大學(xué) 加藤一郎 實驗室研發(fā)出第一臺以雙腳走路的機器人。 加藤一郎長期致力于研究仿人機器人， 被譽為“仿人機器人之父”。日本專家一向以研發(fā)仿人機器人和娛樂機器人的技術(shù)見長， 后來更進(jìn)一步， 催生出本田公司的 ASIMO （2002 年）和索尼公司的 QRIO。到了 1980 年，工業(yè)機器人才真正在日本普及，故稱該年為“ 機器人元年 ”。隨后，工業(yè)機器人在日本得到了巨大發(fā)展， 日本也因此而贏得了“ 機器人王國 ”的美稱。13.80 年代，將具有感覺、思考、決策和動作能力的機器人系統(tǒng) 稱為智能機器人 ，這是一個概括的、含義廣泛的

23、概念。 第三代機器人14.2002 年 丹麥 iRobot 公司推出了吸塵器機器人 Roomba，它能避開障礙，自動設(shè)計行進(jìn)路線，還能在電量不足時，自動駛向充電座。 Roomba 是世界上銷量很大的一種家用機器人。當(dāng)前與信息技術(shù)的交互和融合又產(chǎn)生了 “軟件機器人 ”、“網(wǎng)絡(luò)機器人 ”的名稱，這也說明了機器人所具有的創(chuàng)新活力。按機器人的開發(fā)內(nèi)容與應(yīng)用分類：一、工業(yè)機器人 (industrial robot)二、操縱型機器人 (teleoperator robot)三、智能機器人 (intelligent robot)按機器人的發(fā)展程度分類：一、第一代機器人 第一代機器人主要指只能以示教 -再現(xiàn)方

24、式工作的工業(yè)機器人， 稱為示教 - 再現(xiàn)型。二、第二代機器人 第二代機器人帶有一些可感知環(huán)境的裝置， 通過反饋控制， 使機器人能在一定程度上適應(yīng)變化的環(huán)境。三、第三代機器人 第三代機器人是智能機器人，它具有多種感知功能， 可進(jìn)行復(fù)雜的邏輯推理、判斷及決策，可在作業(yè)環(huán)境中獨立行動；它具有發(fā)現(xiàn)問題且能自主地解決問題的能力。我國的機器人專家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)， 將機器人分為兩大類，即 工業(yè)機器人 和特種機器人 。目前，國際上的機器人學(xué)者， 從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)將機器人也分為兩類： 制造環(huán)境下的工業(yè)機器人和非制造環(huán)境下的服務(wù)與仿人型機器人 ，這和我國的分類是一致的。 沒有機器人，人將變?yōu)闄C器；有了機器人，人仍然

25、是主人。美國“索杰納”火星探測機器人自主式的機器人小車， 同時又可從地面對它進(jìn)行遙控。它的重量不超過 11.5 公斤 , 車的尺寸為 630 毫米 480 毫米 , 有六個輪子 . 最大速度為每秒 0.4 米.1997 年 7 月 4 日，美國航空航天局（ NASA）發(fā)射的火星探路者號宇宙飛船 攜帶“索杰納 ”火星車登上了火星。2002 年日本本田公司最新研制的新一代機器人與一名模特握手。這種機器人擁有 三項關(guān)鍵技術(shù)：“調(diào)整姿勢” 技術(shù)使之能象人一樣自然跑動；“自行連續(xù)運動” 技術(shù)使之能自行變更目的地行走路線；“加強視覺和動力傳感器” 技術(shù)使之在與人碰面時能順暢地交流。它的跑步時速可達(dá) 3 公

26、里，和人的慢跑速度差不多。機器人機構(gòu)機器人本體主要包括 :機身；(2) 臂部；(3) 腕部；(4) 手部；行走機構(gòu)； (6) 傳動部件。工業(yè)機器人手臂由連桿和關(guān)節(jié)構(gòu)成。 工業(yè)機器人手臂的關(guān)節(jié)常為單自由度主動運動副。連桿（ Link ）：機器人手臂上被相鄰兩關(guān)節(jié)分開的部分。關(guān)節(jié)（ Joint ）：即運動副，允許機器人手臂各零件之間發(fā)生相對運動的機構(gòu)。機器人機構(gòu)的自由度是指機器人所具有的獨立坐標(biāo)軸運動的數(shù)目 , 不包括手爪的開合自由度。 稱 6 個自由度的機器人為滿自由度 機器人；少于 6 個自由度的機器人為欠自由度 機器人；多于 6 個自由度的機器人為 冗余自由度 機器人。三、機器人機構(gòu)的工作空

27、間1.機器人手臂正常運動時手腕部坐標(biāo)系原點P能到達(dá)的空間的集合 , 即由手腕參考點所掠過的空間 , 記作 W(P), 又稱可達(dá)空間 , 或總工作空間 .SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)機器人3 個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) , 其軸線相互平行 , 在平面內(nèi)進(jìn)行定位和定向。 ( 平面式關(guān)節(jié)機器人 )2.2機身和臂部結(jié)構(gòu)機器人機身結(jié)構(gòu)的基本形式和特點機身：機身是連接、支撐手臂及行走機構(gòu)的部件。作用：安裝臂部的驅(qū)動裝置或傳動裝置。類型：固定式、行走式機器人臂部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點手臂 : 手臂件是機器人的主要執(zhí)行部件 . 作用 : 支撐腕部和手部，帶動手及腕

28、在空間運動。特點 : 結(jié)構(gòu)類型多 , 受力復(fù)雜 .2.3腕部和手部結(jié)構(gòu)腕部是臂部與手部的連接部件， 起支承手部和改變手部姿態(tài)的作用。 目前， RRR型三自由度手腕應(yīng)用較普遍。機器人的手部作為末端執(zhí)行器 , 是完成抓握工件或執(zhí)行特定作業(yè)的重要部件。機器人腕部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點腕部是機器人的小臂與末端執(zhí)行器( 手部或稱手爪) 之間的連接部件，其作用是利用自身的活動度確定手部的空間姿態(tài)。從驅(qū)動方式看， 手腕一般有兩種形式， 即遠(yuǎn)程驅(qū)動和直接驅(qū)動 。直接驅(qū)動是指驅(qū)動器安裝在手腕運動關(guān)節(jié)的附近直接驅(qū)動關(guān)節(jié)運動。 遠(yuǎn)程驅(qū)動方式的驅(qū)動器安裝在機器人的大臂、 基座或小臂遠(yuǎn)端上，通過連桿、鏈條或其他傳動機構(gòu)間

29、接驅(qū)動腕部關(guān)節(jié)運動。按轉(zhuǎn)動特點的不同， 用于手腕關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動又可細(xì)分為滾轉(zhuǎn)和彎轉(zhuǎn)兩種。二、 RRR型手腕RRR型手腕容易實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳動 ，RRR型手腕制造簡單，潤滑條件好，機械效率高，應(yīng)用較為普遍。機器人手部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點安裝在機器人腕部末端 , 直接作用于對象的裝置叫做末端執(zhí)行器 . 也可使用 手部 (hand) 這個術(shù)語來代替末端執(zhí)行器， 它是裝在機器人手腕上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件 。人的手有兩種定義：第一種定義是醫(yī)學(xué)上把包括上臂、 手腕在內(nèi)的整體叫做手；第二種定義是把手掌和手指部分叫做手。1按用途分手爪 2) 工具三、手爪設(shè)計和選用的要求手爪設(shè)計和選用時最主要的是 滿足功能上的

30、要求，具體來說要圍繞以下幾個方面進(jìn)行調(diào)查， 提出設(shè)計參數(shù)和要求。1被抓握的對象物 2物料饋送器或儲存裝置3手爪和腕部匹配4環(huán)境條件。四、手爪的典型結(jié)構(gòu)1機械手爪2磁力吸盤 3 真空式吸盤2.4行走機構(gòu)行走機構(gòu) 按其行走移動軌跡 可分為 固定軌跡式和無固定軌跡式 。履帶式移動機構(gòu)履帶式移動機構(gòu)稱為無限軌道方式.優(yōu)點 : (1) 能登上較高的臺階； (2) 著地壓強小 , 與地面的粘著力也較強 , 適合于在荒地上移動； (3) 能夠原地旋轉(zhuǎn)； (4) 重心低 , 穩(wěn)定。機器人控制什么是控制 ? 簡單地說， 控制就是為了達(dá)到一定目的而實行的適當(dāng)操作。機器人控制系統(tǒng)的組成構(gòu)成機器人控制系統(tǒng)的要素 主要

31、有：輸入輸出設(shè)備；計算機硬件系統(tǒng)及控制軟件；驅(qū)動器；傳感器系統(tǒng)。機器人的控制方式開環(huán)控制和閉環(huán)控制1、開環(huán)控制系統(tǒng)（ open loop controlsystem）如果系統(tǒng)的輸出量與輸入量間不存在反饋的通道，這種控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。 在開環(huán)控制系統(tǒng)中， 不需要對輸出量進(jìn)行測量， 也不需要將輸出量反饋到系統(tǒng)輸入端與輸入量進(jìn)行比較。機器人的控制方式2、閉環(huán)控制系統(tǒng)（closed loop controlsystem）如果系統(tǒng)的輸出量通過反饋環(huán)節(jié)回來作用于控制部分， 形成閉合環(huán)路， 則這樣的系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)， 又稱為反饋控制系統(tǒng) （Feedback Control System ）。3、

32、開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較開環(huán)控制： 順向作用，沒有反向的聯(lián)系，沒有修正偏差能力，抗擾動性較差。結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、成本低。在精度要求不高或擾動影響較小的情況下，這種控制方式還有一定的實用價值。閉環(huán)控制： 有反向的聯(lián)系 , 偏差控制，可以抑制內(nèi)、外擾動對被控制量產(chǎn)生的影響。精度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計、分析麻煩。機器人的控制系統(tǒng)一般都是閉環(huán)控制系統(tǒng)！機器人的控制方式分類直接示教法 2. 遙控示教法 3. 間接示教法 4. 離線示教法機器人手爪與外界接觸有兩種極端狀態(tài)：一種是手爪在空間中可以自由運動， 這種屬于位置控制問題；另一種是手爪與環(huán)境固接在一起， 手爪完全不能自由改變位置， 可在任意方向

33、施加力和力矩， 屬于力控制問題。大多數(shù)是位置 / 力的混合控制問題。機器人的速度、加速度控制。3.3PID （proportional， integral，derivative）控制算法下面給大家介紹一下在反饋控制中常用的 PID 控制。在 PID 控制的名稱中，P 指 proportional( 比例），I 指 integral （積分），D指 derivative （微分），這意味著可利用偏差的比例值、偏差的積分值、偏差的微分值來控制。 PID 控制器的三個參數(shù)有不同的控制作用：（1）P 控制器 實質(zhì)上是一個 具有可調(diào)增益的放大器 。在控制系統(tǒng)中， 增大 kP 可加快響應(yīng)速度，但過大容易出

34、現(xiàn)振蕩 ；（2）積分控制器能消除或減弱穩(wěn)態(tài)偏差 ，但它的存在會使系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)態(tài)的時間變長， 限制系統(tǒng)的快速性 ；（3）微分控制規(guī)律 能反映輸入信號的變化趨勢，相對比例控制規(guī)律而言具有預(yù)見性， 有助于減少超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，加快系統(tǒng)的跟蹤速度 ，但對輸入信號的噪聲很敏感 。第 4 章 工業(yè)機器人軌跡規(guī)劃與智能機器人自主導(dǎo)航. 軌跡規(guī)劃概述 a) 、定義這里所謂的軌跡是指末端操作器或關(guān)節(jié)在運動過程中的位姿、速度和加速度。工業(yè)機器人的軌跡規(guī)劃是指根據(jù)工業(yè)機器人作業(yè)任務(wù)的要求，對工業(yè)機器人末端操作器或者關(guān)節(jié)在工作過程中位姿變化的路徑、 取向及其變化速度和加速度進(jìn)行人為設(shè)定。常見的機器人作業(yè)

35、有兩種：? 點位作業(yè)（ PTP=point-to-point motion）? 連續(xù)路徑作業(yè)（ continuous-path motion ），或者稱為輪廓運動（ contour motion ）。、軌跡規(guī)劃既可以在關(guān)節(jié)空間也可以在直角空間中進(jìn)行。在關(guān)節(jié)空間中進(jìn)行軌跡規(guī)劃是指將所有 關(guān)節(jié)變量表示為時間的函數(shù)，用這些 關(guān)節(jié)函數(shù)及其一階、二階導(dǎo)數(shù) 描述機器人預(yù)期的 運動；在直角坐標(biāo)空間中進(jìn)行軌跡規(guī)劃是指將 手爪位姿、速度和加速度表示為時間的函數(shù)，而相應(yīng)的 關(guān)節(jié)位置、速度和加速度由 手爪信息導(dǎo)出 。在規(guī)劃機器人的運動時， 還需要弄清楚在其路徑上是否存在障礙物， 這里主要討論連續(xù)路徑的無障礙軌跡規(guī)劃

36、方法。 如果路徑上存在障礙物， 則在軌跡規(guī)劃時還要考慮避障問題。a.三次多項式插值f只給定機器人起始點和終止點的位姿。00t ft單個關(guān)節(jié)的不同軌跡曲線為了實現(xiàn)平穩(wěn)運動， 軌跡函數(shù)至少需要四個約束條件。即 滿足起點和終點的關(guān)節(jié)角度約束 滿足 起點和終點的關(guān)節(jié)速度約束（滿足關(guān)節(jié)速度的連續(xù)性要求）解上面四個方程得：注意：這組解只適用于關(guān)節(jié)起點、 終點速度為零的運動情況。例：設(shè)只有一個自由度的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)機械手處于靜止?fàn)顟B(tài)時，=150 ，要在 3s 內(nèi)平穩(wěn)運動到達(dá)終止位置： =750 ，并且在終止點的速度為零。解：將上式的已知條件代入以下四個方程得四個系數(shù)：a0=15, a1=0, a2=20, a3=

37、-4.44(t ) 1520t24.44t 3因此得：40t13.32t2(t)(t)4026.64t直角坐標(biāo)空間的軌跡規(guī)劃步驟： 給出機器人末端操作器的各個路徑結(jié)點確定通過路徑點的擬合函數(shù)，然后根據(jù)擬合函數(shù)插值計算路徑點之間的中間插補點的位姿、 速度和加速度解變換方程，進(jìn)行運動學(xué)反解， 求對應(yīng)的各個關(guān)節(jié)的路徑節(jié)點。直角坐標(biāo)空間軌跡規(guī)劃與關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃的區(qū)別是什么？ 直角坐標(biāo)空間軌跡規(guī)劃是對機器人末端操作器進(jìn)行軌跡規(guī)劃， 而關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃是對機器人各關(guān)節(jié)進(jìn)行軌跡規(guī)劃。 插補運算在哪個坐標(biāo)空間進(jìn)行？在進(jìn)行直角坐標(biāo)空間軌跡規(guī)劃時，必須反復(fù)求解逆運動學(xué)方程， 根據(jù)機器人末端操作器的軌跡計算得到各

38、關(guān)節(jié)的軌跡。1智能機器人定位問題定位是智能機器人實現(xiàn)自主導(dǎo)航要解決的一個基本問題，它的目的是確定機器人在工作環(huán)境中的位置，根據(jù)定位過程的特性可以將定位分為相對定位和絕對定位。第五章機器人的感覺系統(tǒng)什么是傳感器？定義：將被測非電量通過某種原理轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。傳感器能感受 規(guī)定的被測量，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出電信號。作用：將被測非電量轉(zhuǎn)換成便于放大、記錄的電量。傳感器的組成 敏感元件 ( 或稱預(yù)變換器，也統(tǒng)稱彈性敏感元件)將被測非電量預(yù)先變換為另一種易于變換成電量的非電量 （例如應(yīng)變或位移） ，然后再利用傳感元件，將這種非電量變換成電量。 傳感元件凡是能將感受到的非電量（如力、溫度等）直

39、接變換為電量的器件稱為傳感元件 。如壓電晶體、光電元件及熱電偶等。 傳感元件是利用各種物理效應(yīng)或化學(xué)效應(yīng)等原理制成的。說明 :并不是所有的傳感器都包括敏感元件和傳感元件兩部分，如合二為一的傳感器： 如固態(tài)壓阻式壓力傳感器等。傳感器的常用性能指標(biāo)1、靈敏度 S：2、量程3、線性度4、重復(fù)性5精度分辨率5.2機器人傳感器的分類及特性根據(jù)檢測對象 的不同可分為 內(nèi)部傳感器 和外部傳感器。內(nèi)部傳感器用來檢測機器人本身狀態(tài)參數(shù) （如手臂間角度）的傳感器。多為檢測位置、 速度及加速度的傳感器。外部傳感器用來檢測機器人所處環(huán)境 （如離物體的距離有多遠(yuǎn)等） 及狀況（如抓取的物體是否滑落） 的傳感器。具體有力覺

40、傳感器、 接近覺傳感器、 觸覺傳感器、滑覺傳感器、視覺傳感器及聽覺傳感器等。內(nèi)部傳感器用來檢測機器人本身狀態(tài)參數(shù) （如手臂間角度）的傳感器。多為檢測 位置、速度 及加速度的傳感器。機器人的位置或速度控制通常是在關(guān)節(jié)空間進(jìn)行的，機器人控制系統(tǒng)的基本單元是機器人單關(guān)節(jié)位置、速度控制，因此用于檢測關(guān)節(jié)位置或速度的傳感器也成為機器人關(guān)節(jié)組件中的一個基本單元。二、速度傳感器1測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機的結(jié)構(gòu)原理1永久磁鐵； 2轉(zhuǎn)子線圈； 3電刷； 4整流子外部傳感器一、力覺傳感器工業(yè)機器人在進(jìn)行裝配、 搬運、研磨等作業(yè)時需要對工作力或力矩進(jìn)行控制。力覺傳感器使用的主要元件是電阻應(yīng)變片 。通常我們將機器人的

41、力傳感器分為三類：1）裝在關(guān)節(jié)驅(qū)動器上的力傳感器，稱為關(guān)節(jié)力傳感器。用于控制中的力反饋。2）裝在末端執(zhí)行器和機器人最后一個關(guān)節(jié)之間的力傳感器，稱為腕力傳感器。3）裝在機器人手爪指關(guān)節(jié)（或手指上）的力傳感器，稱為指力傳感器。二、接近覺傳感器 光纖式傳感器高錕，華裔物理學(xué)家，生于中國 上海，祖籍江蘇金山（今上海市金山區(qū)） ，擁有英國、美國國籍并持中國香港居民身份， 目前加州山景城兩地居住。高錕為光纖通訊、電機工程專家，華文媒體譽之為“ 光纖之父”、普世譽之為“光纖通訊之父”，曾任香港中文大學(xué) 校長。 2009 年，與威拉德博伊爾和喬治埃爾伍德史密斯共享 諾貝爾物理學(xué)獎 。三、觸覺傳感器觸覺傳感器在

42、機器人中有以下幾方面的作用： (1) 感知操作手指與對象物之間的作用力， 使手指動作適當(dāng)。 (2) 識別操作物的大小、形狀、質(zhì)量及硬度等。 (3) 躲避危險，以防碰撞障礙物引起事故。四、 滑覺傳感器機械手一般采用兩種抓取方式： 硬抓取和軟抓取。 硬抓取 （無感知時采用） ：末端執(zhí)行器利用最大的夾緊力抓取工件。 軟抓?。ㄓ谢X傳感器時采用）：末端執(zhí)行器使夾緊力保持在能穩(wěn)固抓取工件的最小值，以免損傷工件。五、 機器人視覺傳感器視覺獲得的感知信息占人對外界感知信息的80%。CCD（charge coupled devices ，電荷耦合器件）CCD （電荷耦合器件）的基本結(jié)構(gòu)是一個間隙很小的光敏電極

43、陣列，即無數(shù)個 CCD單元組成，也稱為像素點（如 448380）。它可以是一維的線陣，也可以是二維的面陣。優(yōu)點：體積小、質(zhì)量輕、壽命長、抗沖擊、耗電極少，一般只需幾十毫瓦就可以啟動。非特定人的語音識別系統(tǒng)非特定人的語音識別系統(tǒng)大致可以分為 語言識別系統(tǒng)，單詞識別系統(tǒng)，及數(shù)字音（ 09）識別系統(tǒng)。非特定人的語音識別方法則需要對 一組有代表性的人的語音進(jìn)行訓(xùn)練 ，找出同一詞音的 共性，這種訓(xùn)練往往是開放式的， 能對系統(tǒng)進(jìn)行不斷的修正。5.3多傳感器信息融合多傳感器信息融合技術(shù)是通過對這些傳感器及其觀測信息的合理支配和使用，把多個傳感器在時間和空間上的冗余或互補信息依據(jù)某種準(zhǔn)則進(jìn)行組合，以獲取被觀測

44、對象的一致性解釋或描述?！靶畔⑷诤稀币辉~是 20 世紀(jì) 70 年代初由美國最早提出 。6.2 機器人語言可以按照其 作業(yè)描述水平的程度分為動作級編程語言、 對象級編程語言 和任務(wù)級編程語言 三類。動作級編程語言動作級語言是以機器人的運動作為描述中心， 通常由使手部從一個位置到另一個位置的一系列命令組成。動作級語言的每一個命令（指令）對應(yīng)于一個動作。 典型的動作級語言是 VAL語言。例，可以定義機器人的運動序列的基本語句形式為” MOVE TO (destination) ”.動作級編程 分為關(guān)節(jié)級編程 和末端執(zhí)行器級編程兩種對象級編程語言所謂對象即作業(yè)及作業(yè)物體本身。 不需要描述機器人手爪的運

45、動， 只要由編程人員 用程序的形式給出作業(yè)本身順序過程的描述和環(huán)境模型的描述。任務(wù)級編程語言任務(wù)級編程語言 不需要描述機器人對象物的中間狀態(tài)過程，只需要按照某種規(guī)則（任務(wù)的類型）描述機器人對象物的初始狀態(tài)和最終目標(biāo)狀態(tài) ，機器人語言系統(tǒng)即可利用已有的環(huán)境信息和知識庫、數(shù)據(jù)庫自動進(jìn)行推理、計算，從而自動生成機器人詳細(xì)的動作、順序和數(shù)據(jù)。機器人編程語言系統(tǒng)的組成 機 器人語言包括語言本身、 運行語言的控制機、 機器人、作業(yè)對象、周圍環(huán)境和外圍設(shè)備接口等。6.4常用的機器人編程語言一、動作級編程語言1、WAVE語言美國斯坦福大學(xué)于 1973 年研制出世界上第一種機器人語言 WAVE語言。2、AL 語

46、言在 WAVE語言的基礎(chǔ)上， 1974 年斯坦福大學(xué)人工智能實驗室又開發(fā)出一種新的語言，稱為 AL 語言。AL 語言設(shè)計的原始目的是用于 具有傳感器信息反饋的多臺機器人或機械手的并行或協(xié)調(diào)控制編程 。3、VAL語言美國的 Unimation 公司于 1979 年推出了 VAL語言。二、常用的對象級編程語言美國 IBM 公司也一直致力于機器人語言的研究，取得了不少成果。 1975 年， IBM 公司研制出 ML語言 ，隨后該公司又研制出另一種語言 AUTOPASS語言 。世紀(jì) 80 年代初，美國 Automatix 公司開發(fā)了 RAIL 語言，同時， 麥道公司研制了 MCL語言，獨立于機器人在計

47、算機系統(tǒng)上實現(xiàn)的一種編程方法 機器人離線編程方法7.3 一些工業(yè)機器人六自由度工業(yè)機器人 是使用最廣泛的工業(yè)機器人，自由度越多機器人的運動功能越強， 但成本越高。六自由度工業(yè)機器人在自動搬運、 裝配、焊接、噴涂等工業(yè)現(xiàn)場中有廣泛的應(yīng)用。四自由度工業(yè)機器人可用于搬運、 點膠等簡單的應(yīng)用場合。1示教再現(xiàn)式機器人答：先由人驅(qū)動操作機， 再以示教動作作業(yè)，將示教作業(yè)程序、 位置及其他信息存儲起來， 然后讓機器人重現(xiàn)這些動作。 （5 分）2機器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由哪幾個部分組成答：通常由四個相互作用的部分組成：機械手、環(huán)境、任務(wù)和 控 制 器 。（ 5 分） 3為了將 圓柱形的零件放在平板上，機器人應(yīng)具有幾個自

48、由度 答：一共需要 5 個：定位 3 個，放平穩(wěn) 2 個。（ 5 分）下面的坐標(biāo)系矩陣B 移動距離求點 P=(2，3，4)T 繞 x 軸旋轉(zhuǎn) 45 度后相對于參考坐標(biāo)系的坐標(biāo)。寫出齊次變換矩陣 TAB，它表示相對固定坐標(biāo)系 A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（ 3，7，9）T0.2 工業(yè)機器人與數(shù)控機床有什么區(qū)別？答：1.23.4.機器人的運動為開式運動鏈而數(shù)控機床為閉式運動鏈；. 工業(yè)機器人一般具有多關(guān)節(jié)，數(shù)控機床一般無關(guān)節(jié)且均為直角坐標(biāo)系統(tǒng)；工業(yè)機器人是用于工業(yè)中各種作業(yè)的自動化機器而數(shù)控機床應(yīng)用于冷加工。機器人靈活性好，數(shù)控機床靈活性

49、差。0.7 題 0.7 圖所示為二自由度平面關(guān)節(jié)型機器人機械手，圖中 L1=2L2，關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角范圍是 01180,-90 2180, 畫出該機械手的工作范圍（畫圖時可以設(shè)L2=3cm）。1.1點矢量 v 為10.00 20.00 30.00 T ，相對參考系作如下齊次坐標(biāo)變換：A=0.8660.5000.00011.00.5000.8660.0003.00.0000.0001.0009.00001寫出變換后點矢量 v 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。0.8660.5000.00011.010.009.66，0.5000.8660.0003.020

50、.00=19.32解： v=Av=0.0000.0001.0009.030.0039000111屬于復(fù)合變換：0.8660.500旋轉(zhuǎn)算子 Rot（Z ，）=0.50.866 00平移算子0010000110011.0Trans（11.0，-3.0，9.0）=0103.00019.000011.2 有一旋轉(zhuǎn)變換，先繞固定坐標(biāo)系Z0 軸轉(zhuǎn)，再繞其 X 0 軸轉(zhuǎn)，最后繞其 Y0 軸轉(zhuǎn)，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 ，）Rot（X ，）Rot(Z，）0.500.866010000.7070.70700=010000.8660.500.7070.70700=0.86600

51、.5000.50.866000100001000100010.6600.0470.75000.6120.6120.500.4360.4360.433000011.3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 Z B 旋轉(zhuǎn)，然后繞旋轉(zhuǎn)后的動坐標(biāo)系的 X B 軸旋轉(zhuǎn)，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。1000解：起始矩陣： B=O= 010000100001最后矩陣：B=Rot(Z ，） B Rot （ X ， ）0.8660.35300=0.50.6120.612000.7070.707000011.4坐標(biāo)系 A 及 B在固定坐標(biāo)系 O 中的矩陣表達(dá)式為A=B=1.

52、0000.0000.0000.00.0000.8660.50010.00.0000.5000.86620.000010.8660.5000.0003.00.4330.7500.5003.00.2500.4330.8663.00001畫出它們在 O 坐標(biāo)系中的位置和姿勢；A=Trans（0.0， 10.0，-20.0）Rot（X ， ）OB=Trans(-3.0，-3.0，3.0）Rot(X ，）Rot（Z ，）O1.5 寫出齊次變換陣 BA H ，它表示坐標(biāo)系 B連續(xù)相對固定坐標(biāo)系 A作以下變換：（1）繞 ZA 軸旋轉(zhuǎn) 。2）3）繞 XA軸旋轉(zhuǎn) - 。4）移動 3 7 9T。解： BA H =

53、Trans（3，7，9）Rot（X，-）Rot（Z ，）10031000010010030100=010700101000=00171000=0 0 1901000010010900100001000100010001000101030017100900011.6 寫出齊次變換矩陣 BB H ，它表示坐標(biāo)系 B 連續(xù)相對自身運動坐標(biāo)系 B作以下變換：（1）移動 3 7 9T 。（2）繞 XB軸旋轉(zhuǎn)。.（3）繞 ZB軸轉(zhuǎn) -。.BB H =Trans（3，7，9）Rot（X，）Rot（Z，）=100310000100010700101000=001901000010000100010001100

54、3010001030017100000170109001010090001000100011.7對于 1.7 圖（ a）所示的兩個楔形物體，試用兩個變換序列分別表示兩個楔形物體的變換過程，使最后的狀態(tài)如題 1.7 圖（ b)所示。(a)(b)111111111111解：A= 0 04400B=5 59955000022000022111111111111A=Trans(2，0，0）Rot（Z ，）Rot（X，）Trans（0，-4，0）A=100201001000100001001000001001040010001001000010000100010001000111111100121111

55、11004400=1000004400=00002201040000221111110001111111222200111111440044111111B=Rot（X ，）Rot（Y ，）Trans（0，-5，0）B=100000101000111111001001000105559955=01001000001000002200010001000111111100101000111111001010000105559955=1000010000100000220105000100011111110001111111000022559955=1111 110000220044001111111

56、111111.8 如題 1.8 圖所示的二自由度平面機械手， 關(guān)節(jié) 1 為轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)變量為 1；關(guān)節(jié) 2 為移動關(guān)節(jié)， 關(guān)節(jié)變量為 d2。試：1）建立關(guān)節(jié)坐標(biāo)系，并寫出該機械手的運動方程式。2）按下列關(guān)節(jié)變量參數(shù)求出手部中心的位置值。01306090d2/m0.500.801.000.70解：建立如圖所示的坐標(biāo)系參數(shù)和關(guān)節(jié)變量連桿d10001200d20CA1SRot (Z , 1 )0011SC001100100d200Trans (d201000A2,0,0)01000010001機械手的運動方程式：cos1sin10d 2 cos 1T2A1A2sin001cos0010d2 sin

57、 11001當(dāng)1=0，d2=0.5時：1000.50100手部中心位置值 B00000001當(dāng) =30，d =0.8 時120.8660.500.433手部中心位置值B0.50.86600.400000001當(dāng)1=60，d2=1.0時0.50.86600.50.8660.500.866手部中心位置值 B00000001當(dāng)1=90，d2=0.7時01001000.7手部中心位置值 B000000011.11 題 1.11 圖所示為一個二自由度的機械手，兩連桿長度均為 1m，試建立各桿件坐標(biāo)系，求出 A1 ， A2 的變換矩陣。解：建立如圖所示的坐標(biāo)系參數(shù)和關(guān)節(jié)變量連 桿d1100122100A1

58、=Rot(Z,1)Trans(1,0,0)Rot(X,cos0o)= sin0011sincos00110cs0111A2=Rot(Z,-2)Trans(l,0,0)Rot(X,s 20s90o) c 20c0000002200011.13 有一臺如題 1.13 圖所示的三自由度機械手的機構(gòu)，各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角正向均由箭頭所示方向指定，請標(biāo)出各連桿的 D-H 坐標(biāo)系，然后求各變換矩陣 A1， A2， A3。解： D-H 坐標(biāo)系的建立按 D-H 方法建立各連桿坐標(biāo)系參數(shù)和關(guān)節(jié)變量連桿ad110L1+L2220L30330L40cosA1 =sin 00110sincos001010L1L21cosA2

59、= sin0022sincos0020L3 cos2cos20L3 sin2A3 = sin10001033sincos0030L4 cos330L4 sin310013.1何謂軌跡規(guī)劃？簡述軌跡規(guī)劃的方法并說明其特點。答：機器人的軌跡泛指工業(yè)機器人在運動過程中的運動軌跡，即運動點位移，速度和加速度。軌跡的生成一般是先給定軌跡上的若干個點， 將其經(jīng)運動學(xué)反解映射到關(guān)節(jié)空間， 對關(guān)節(jié)空間中的相應(yīng)點建立運動方程， 然后按這些運動方程對關(guān)節(jié)進(jìn)行插值，從而實現(xiàn)作業(yè)空間的運動要求，這一過程通常稱為軌跡規(guī)劃。1）示教 再現(xiàn)運動。這種運動由人手把手示教機器人，定時記錄各關(guān)節(jié)變量， 得到沿路徑運動時各關(guān)節(jié)的位

60、移時間函數(shù) q(t)；再現(xiàn)時，按內(nèi)存中記錄的各點的值產(chǎn)生序列動作。2）關(guān)節(jié)空間運動。這種運動直接在關(guān)節(jié)空間里進(jìn)行。由于動力學(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間運動很方便。3）空間直線運動。這是一種直角空間里的運動，它便于描述空間操作，計算量小，適宜簡單的作業(yè)。4）空間曲線運動。這是一種在描述空間中用明確的函數(shù)表達(dá)的運動。3.2 設(shè)一機器人具有 6 個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，其關(guān)節(jié)運動均按三次多項式規(guī)劃， 要求經(jīng)過兩個中間路徑點后停在一個目標(biāo)位置。 試問欲描述該機器人關(guān)節(jié)的運動，共需要多少個獨立的三次多項式 ?要確定這些三次多項式，需要多少個系數(shù) ?答：共需要 3 個獨立的三次多項式