機(jī)器人復(fù)習(xí)題及參考答案

PAGE4機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論二、簡(jiǎn)答題：1.機(jī)器人學(xué)主要包含哪些研究?jī)?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(jiàn)的機(jī)器人外部傳感器有哪些？7.簡(jiǎn)述脈沖回波式超聲波傳感器的工作原理。8.機(jī)器人視覺(jué)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(jué)常用的預(yù)處理步驟有哪些？10.請(qǐng)簡(jiǎn)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(yǔ)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、論述題：1.試論述機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。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(chǎng)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(wú)計(jì)算步驟不能得分）：1.已知點(diǎn)u的坐標(biāo)為[7,3,2]T，對(duì)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)。\6.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(jiǎn)稱RPR機(jī)械手），求末端機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。二、簡(jiǎn)答題：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(yǔ)言。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)。答：拉格朗日運(yùn)動(dòng)方程式一般表示為：式中，q是廣義坐標(biāo)；τ是廣義力。L是拉格朗日算子，表示為這里，K是動(dòng)能；P是位能。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)。(4)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)器人的智能控制和機(jī)器人與人的信息交換等功能。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(lái)說(shuō)，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(guò)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。答：常見(jiàn)的外部傳感器包括觸覺(jué)傳感器，分為接觸覺(jué)傳感器、壓覺(jué)傳感器、滑覺(jué)傳感器和力覺(jué)傳感器。距離傳感器，包括超聲波傳感器，接近覺(jué)傳感器，以及視覺(jué)傳感器、聽(tīng)覺(jué)傳感器、嗅覺(jué)傳感器、味覺(jué)傳感器等。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(cè)物體反射回來(lái)的回波延遲時(shí)間Δt，計(jì)算出被測(cè)物體的距離R，假設(shè)空氣中的聲速為v，則被測(cè)物與傳感器間的距離R為：如果空氣溫度為T（℃)，則聲速v可由下式求得：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(lái)滿足機(jī)器人視覺(jué)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。答：預(yù)處理的主要目的是清楚原始圖像中各種噪聲等無(wú)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(cè)性。從而使得后面的分割、特征抽取和識(shí)別處理得以簡(jiǎn)化，并提高其可靠性。機(jī)器視覺(jué)常用的預(yù)處理包括去噪、灰度變換和銳化等。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(kù)、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(yǔ)言值。(2)知識(shí)庫(kù)：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(yǔ)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。答：機(jī)器人編程語(yǔ)言可分為：(1)動(dòng)作級(jí)：以機(jī)器人末端執(zhí)行器的動(dòng)作為中心來(lái)描述各種操作，要在程序中說(shuō)明每個(gè)動(dòng)作。(2)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。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(cè)、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(jué)、語(yǔ)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：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(lái)機(jī)器人技術(shù)的主要研究?jī)?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(kāi)放式、模塊化控制系統(tǒng)，人機(jī)界面更加友好，語(yǔ)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)一步提高機(jī)器人的智能和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是其問(wèn)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(guò)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