机器人学导论复习题及参考答案
西安高学考试复习题及参考答案
机器人学导论
一、名词解释题：
1.自由度：
2.机器人工作载荷：
3.柔性手：
4.制动器失效抱闸：
5.机器人运动学：
6.机器人动力学：
7.虚功原理：
8.PWM驱动：
9.电机无自转：
10.直流伺服电机的调节特性：
11.直流伺服电机的调速精度：
12.PID控制：
13.压电元件：
14.图像锐化：
15.隶属函数：
16.BP网络：
17.脱机编程：
18.AUV：
二、简答题：
1.机器人学主要包含哪些研究内容？
2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？
3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义？
4.机器人控制系统的基本单元有哪些？
5.直流电机的额定值有哪些？
6.常见的机器人外部传感器有哪些？
7.简述脉冲回波式超声波传感器的工作原理。
8.机器人视觉的硬件系统由哪些部分组成？
9.为什么要做图像的预处理？机器视觉常用的预处理步骤有哪些？
10.请简述模糊控制器的组成及各组成部分的用途。
11.从描述操作命令的角度看，机器人编程语言可分为哪几类？
12.仿人机器人的关键技术有哪些？
三、论述题：
1.试论述机器人技术的发展趋势。
2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。
3.试论述轮式行走机构和足式行走机构的特点和各自适用的场合。
4.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。
5.机器人单关节伺服控制中，位置反馈增益和速度反馈增益是如何确定的？
6.试论述工业机器人的应用准则。
四、计算题：（需写出计算步骤，无计算步骤不能得分）：
1.已知点u的坐标为[7,3,2]T，对点u依次进行如下的变换：（1）绕z轴旋转90°得到点v；（2）绕y
轴旋转90°得到点w；（3）沿x轴平移4个单位，再沿y轴平移-3个单位，最后沿z轴平移7个单位得到点t。求u, v, w, t各点的齐次坐标。
2.如图所示为具有三个旋转关节的3R 机械手，求末端机械手在基坐标系{x 0,y 0}下的运动学方程。
3.如图所示为平面内的两旋转关节机械手，已知机器人末端的坐标值{x ,y }，试求其关节旋转变量θ1
和θ2
.
P
4.如图所示两自由度机械手在如图位置时（θ1= 0 , θ2=π/2），生成手爪力 F A = [ f x 0 ]T 或F B = [ 0 f y ]T 。求对应的驱动力 τA 和τB 。
0x f ???
5.如图所示的两自由度机械手，手部沿固定坐标系在手上X 0轴正向以 1.0m/s 的速度移动，杆长
l 1=l 2=0.5m 。设在某时刻θ1=30°，θ2=-60°，求该时刻的关节速度。已知两自由度机械手速度雅
可比矩阵为
1121221211212
212l s l s l s l c l c l c θθ---??
=?
?+??
J
6.如图所示的三自由度机械手（两个旋转关节加一个平移关节，简称RPR 机械手），求末端机械手的运动学方程。
参考答案
一、名词解释题：
1. 自由度：指描述物体运动所需要的独立坐标数。
2. 机器人工作载荷：机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受的最大负载量（包括手部）。
3. 柔性手：可对不同外形物体实施抓取，并使物体表面受力比较均匀的机器人手部结构。
4. 制动器失效抱闸：指要放松制动器就必须接通电源，否则，各关节不能产生相对运动。
5. 机器人运动学：从几何学的观点来处理手指位置与关节变量的关系称为运动学。
6. 机器人动力学：机器人各关节变量对时间的一阶导数、二阶导数与各执行器驱动力或力矩之间的
关系，即机器人机械系统的运动方程。
7. 虚功原理：约束力不作功的力学系统实现平衡的必要且充分条件是对结构上允许的任意位移（虚位
移）施力所作功之和为零。
8. PWM 驱动：脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation ）驱动。
9. 电机无自转：控制电压降到零时，伺服电动机能立即自行停转。
10. 直流伺服电机的调节特性：是指转矩恒定时，电动机的转速随控制电压变化的关系。
11. 直流伺服电机的调速精度：指调速装置或系统的给定角速度与带额定负载时的实际角速度之
差，与给定转速之比。
12. PID 控制：指按照偏差的比例（P, proportional ）、积分（I, integral ）、微分（D, derivative ）
进行控制。
13. 压电元件：指某种物质上施加压力就会产生电信号，即产生压电现象的元件。 14. 图像锐化：突出图像中的高频成分，使轮廓增强。
15. 隶属函数：表示论域U 中的元素u 属于模糊子集A 的程度，在[0, 1]闭区间内可连续取值。 16. BP 网络：BP (Back Propagation)神经网络是基于误差反向传播算法的人工神经网络。 17. 脱机编程：指用机器人程序语言预先进行程序设计，而不是用示教的方法编程。 18. AUV ：Autonomous Underwater Vehicle 无缆自治水下机器人，或自动海底车。 二、简答题：
1.答：机器人研究的基础内容有以下几方面：(1) 空间机构学；(2) 机器人运动学；(3) 机器人静力学；(4)机器人动力学；(5)机器人控制技术；(6)机器人传感器；(7)机器人语言。
2.答：目前常用的有如下几种形式：(1)横梁式。机身设计成横梁式，用于悬挂手臂部件，具有占地面积小，能有效地利用空间，直观等优点。(2)立柱式。多采用回转型、俯仰型或屈伸型的运动型式，一般臂部都可在水平面内回转，具有占地面积小而工作范围大的特点。(3)机座式。可以是独立的、自成系统的完整装置，可随意安放和搬动。也可以具有行走机构，如沿地面上的专用轨道移动，以扩大其活动范围。(4)屈伸式。臂部由大小臂组成，大小臂间有相对运动，称为屈伸臂，可以实现平面运动，也可以作空间运动。
3.答：拉格朗日运动方程式一般表示为：
d d L L
τt q q ????-
= ?????
& 式中，q 是广义坐标；τ是广义力。L 是拉格朗日算子，表示为
L K P =-
这里，K 是动能；P 是位能。
4.答：构成机器人控制系统的基本要素包括： (1) 电动机，提供驱动机器人运动的驱动力。(2) 减速器，为了增加驱动力矩、降低运动速度。(3) 驱动电路，由于直流伺服电动机或交流伺服电动机的流经电流较大，机器人常采用脉冲宽度调制（PWM ）方式进行驱动。(4) 运动特性检测传感器，用于检测机器人运动的位置、速度、加速度等参数。(5) 控制系统的硬件，以计算机为基础，采用协调级与执行级的二级结构。(6) 控制系统的软件，实现对机器人运动特性的计算、机器人的智能控制和机器人与人的信息交换等功能。
5.答：直流电动机的额定值有以下几项：(1)额定功率，是指按照规定的工作方式运行时所能提供的
输出功率。对电动机来说，额定功率是指轴上输出的机械功率，单位为kW。(2)额定电压，是电动机电枢绕组能够安全工作的最大外加电压或输出电压，单位为V。(3)额定电流，是指电动机按照规定的工作方式运行时，电枢绕组允许流过的最大电流，单位为A。(4)额定转速，指电动机在额定电压、额定电流和输出额定功率的情况下运行时，电动机的旋转速度，单位为r/min。
6.答：常见的外部传感器包括触觉传感器，分为接触觉传感器、压觉传感器、滑觉传感器和力觉传感器。距离传感器，包括超声波传感器，接近觉传感器，以及视觉传感器、听觉传感器、嗅觉传感器、味觉传感器等。
7.答：在脉冲回波式中，先将超声波用脉冲调制后发射，根据经被测物体反射回来的回波延迟时间Δt，计算出被测物体的距离R，假设空气中的声速为v，则被测物与传感器间的距离R为：
=??
R v t
/2
如果空气温度为T（℃)，则声速v可由下式求得：
()
=+
v T
331.50.607m/s
8.答：(1) 景物和距离传感器，常用的有摄像机、CCD图像传感器、超声波传感器和结构光设备等；
(2) 视频信号数字化设备，其任务是把摄像机或者CCD输出的信号转换成方便计算和分析的数字信号；(3) 视频信号处理器，视频信号实时、快速、并行算法的硬件实现设备：如DSP系统；(4) 计算机及其设备，根据系统的需要可以选用不同的计算机及其外设来满足机器人视觉信息处理及其机器人控制的需要；(5) 机器人或机械手及其控制器。
9.答：预处理的主要目的是清楚原始图像中各种噪声等无用的信息，改进图像的质量，增强兴趣的有用信息的可检测性。从而使得后面的分割、特征抽取和识别处理得以简化，并提高其可靠性。机器视觉常用的预处理包括去噪、灰度变换和锐化等。
10.答：模糊逻辑控制器由4个基本部分组成，即模糊化、知识库、推理算法和逆模糊化。(1) 模糊化：将检测输入变量值变换成相应的论域，将输入数据转换成合适的语言值。(2) 知识库：包含应用领域的知识和控制目标，它由数据和模糊语言控制规则组成。(3) 推理算法：从一些模糊前提条件推导出某一结论，这种结论可能存在模糊和确定两种情况。(4) 逆模糊化：将推理所得到的模糊值转换为明确的控制讯号，作为系统的输入值。
11.答：机器人编程语言可分为：(1) 动作级：以机器人末端执行器的动作为中心来描述各种操作，要在程序中说明每个动作。(2) 对象级：允许较粗略地描述操作对象的动作、操作对象之间的关系等，特别适用于组装作业。(3) 任务级：只要直接指定操作内容就可以了，为此，机器人必须一边思考一边工作。
12.答：(1) 仿人机器人的机构设计；(2) 仿人机器人的运动操作控制，包括实时行走控制、手部操作的最优姿态控制、自身碰撞监测、三维动态仿真、运动规划和轨迹跟踪；(3) 仿人机器人的整体动力学及运动学建模；(4) 仿人机器人控制系统体系结构的研究；(5) 仿人机器人的人机交互研究，包括视觉、语音及情感等方面的交互；(6) 动态行为分析和多传感器信息融合。
三、论述题：
1.答：科学技术水平是机器人技术的基础，科学与技术的发展将会使机器人技术提高到一个更高的水平。未来机器人技术的主要研究内容集中在以下几个方面：(1) 工业机器人操作机结构的优化设计技术。探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载-自重比，同时机构向着模块化、可重构方向发展。(2) 机器人控制技术。重点研究开放式、模块化控制系统，人机界面更加友好，语言、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的标准化和网络化以及基于PC机网络式控制器已成为研究热点。(3) 多传感系统。为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。(4) 机器人遥控及监控技术，机器人半自主和自主技术。多机器人和操作者之间的协调控制，通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。(5) 虚拟机器人技术。基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感应技术，实现机器人的虚拟遥控操作和人机交互。(6) 多智能体控制技术。这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。(7) 微型和微小机器人技术。这是机器人研究的一个新的领域和重点发展方向。过去的研究在该领域几乎是空白，因此该领域研究的进展将会引起机器人技术的一场革命，并且对社会进步和人类活动的各个方面产生不可估量的影响，微型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控制方，法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。(8) 软机器人技术。
主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。传统机器人设计未考虑与人紧密共处，因此其结构材料多为金属或硬性材料，软机器人技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机器人意外地与环境或人碰撞时是安全的，机器人对人是友好的。(9) 仿人和仿生技术。这是机器人技术发展的最高境界，目前仅在某些方面进行一些基础研究。
2.答：精度、重复精度和分辨率用来定义机器人手部的定位能力。
精度是一个位置量相对于其参照系的绝对度量，指机器人手部实际到达位置与所需要到达的理想位置之间的差距。机器人的精度决定于机械精度与电气精度。
重复精度指在相同的运动位置命令下，机器人连续若干次运动轨迹之间的误差度量。如果机器人重复执行某位置给定指令，它每次走过的距离并不相同，而是在一平均值附近变化，该平均值代表精度，而变化的幅度代表重复精度。
分辨率是指机器人每根轴能够实现的最小移动距离或最小转动角度。精度和分辨率不一定相关。一台设备的运动精度是指命令设定的运动位置与该设备执行此命令后能够达到的运动位置之间的差距，分辨率则反映了实际需要的运动位置和命令所能够设定的位置之间的差距。
工业机器人的精度、重复精度和分辨率要求是根据其使用要求确定的。机器人本身所能达到的精度取决于机器人结构的刚度、运动速度控制和驱动方式、定位和缓冲等因素。
由于机器人有转动关节，不同回转半径时其直线分辨率是变化的，因此造成了机器人的精度难以确定。由于精度一般较难测定，通常工业机器人只给出重复精度。
3.答：轮式行走机器人是机器人中应用最多的一种机器人，在相对平坦的地面上，用车轮移动方式行走是相当优越的。车轮的形状或结构形式取决于地面的性质和车辆的承载能力。在轨道上运行的多采用实心钢轮，室外路面行驶的采用充气轮胎，室内平坦地面上的可采用实心轮胎。足式行走对崎岖路面具有很好的适应能力，足式运动方式的立足点是离散的点，可以在可能到达的地面上选择最优的支撑点，而轮式行走工具必须面临最坏的地形上的几乎所有点；足式运动方式还具有主动隔震能力，尽管地面高低不平，机身的运动仍然可以相当平稳；足式行走在不平地面和松软地面上的运动速度较高，能耗较少。
4.答：静力学指在机器人的手爪接触环境时，在静止状态下处理手爪力F 与驱动力τ的关系。动力学研究机器人各关节变量对时间的一阶导数、二阶导数与各执行器驱动力或力矩之间的关系，即机器人机械系统的运动方程。而运动学研究从几何学的观点来处理手指位置与关节变量的关系。
在考虑控制时，就要考虑在机器人的动作中，关节驱动力τ会产生怎样的关节位置θ、关节速度θ&、关
节加速度θ&&，处理这种关系称为动力学（dynamics ）。对于动力学来说，除了与连杆长度有关之外，还与
各连杆的质量，绕质量中心的惯性矩，连杆的质量中心与关节轴的距离有关。 运动学、静力学和动力学中各变量的关系如下图所示。图中用虚线表示的关系可通过实线关系的组合表示，这些也可作为动力学的问题来处理。
5.答：二阶系统的特性取决于它的无阻尼自然频率ωn 和阻尼比ξ。为了安全起见，我们希望系统具有临界阻尼或过阻尼，即要求系统的阻尼比ξ≥1（注意，系统的位置反馈增益k p ＞0表示负反馈）。把由二阶系统特征方程标准形式所求得的ωn 代入可得：
a eff a
b a v
a p eff a
12ξk k J R =
≥
因而速度反馈增益k v 为：
v a
k ≥
取方程等号时，系统为临界阻尼系统；取不等号时，为过阻尼系统。
在确定位置反馈增益k p 时，必须考虑操作臂的结构刚性和共振频率，它与操作臂的结构、尺寸、质量分布和制造装配质量有关。
为了不至于激起结构的振盈和系统的共振，Paul 于1981年建议：闭环系统无阻尼自然频率ωn 必须限制在关节结构共振频率的一半之内，即：
n r 0.5ωω≤
根据这一要求来调整反馈增益k p ，可以求出：
200a
p a
04ωJ R k k <≤
k p 求出后，相应的速度反馈增益k v 可求得：
v a
k ≥
6.答：设计和应用工业机器人时，应全面考虑和均衡机器人的通用性、环境的适应性、耐久性、可靠性和经济性等因素，具体遵循的准则如下。 (1)从恶劣工种开始采用机器人
机器人可以在有毒、风尘、噪声、振动、高温、易燃易爆等危险有害的环境中长期稳定地工作。在技术、经济合理的情况下，采用机器人逐步把人从这些工作岗位上代替下来，将从根本上改善劳动条件。 (2)在生产率和生产质量落后的部门应用机器人
现代化的大生产分工越来越细，操作越来越简单，劳动强度越来越大。机器人可以高效地完成一些简单、重复性的工作，使生产效率、产品质量获得明显的改善。 (3)要估计长远需要
一般来讲，人的寿命比机械的寿命长，不过，如果经常对机械进行保养和维修，对易换件进行补充和更换，有可能使机械寿命超过人。另外；工人会由于其自身的意志而放弃某些工作，造成辞职或停工，而工业机器人没有自己的意愿，因此机器人的使用不会在工作中途因故障以外的原因停止工作，能够持续从事所交给的工作，直至其机械寿命完结。 (4)机器人的投入和使用成本
虽说机器人可以使人类摆脱很脏、很危险或很繁重的劳动，但是工厂经理们极关心的是机器人的经济性。在经济方面所考虑的因素包括劳力、材料、生产率、能源、设备和成本等。
可以用偿还期Y 定量地衡量机器人使用的合理性。如果机器人的使用寿命大于其偿还期，使用机器人是有效益的。
(5)应用机器人时需要人
在应用工业机器人代替工人操作时，要考虑工业机器人的现实能力以及工业机器人技术知识的现状和未来给予预测。用现有的机器人原封不动地取代目前正在工作的所有工人，并接替他们的工作，显然是不可能的。
在平均能力方面，与工人相比，工业机器人显得过于逊色；但在承受环境条件的能力和可靠性方面，工业机器人比人优越。因此要把工业机器人安排在生产线中的恰当位置上，使它成为工人的好助手。 四、计算题：
1.解：点u 的齐次坐标为：[]7,3,2,1T
v = Rot(z,90°)u = 0100731
00037001022000111--??????
???????
?????=??????
????????????
w = Rot(y,90°)v = 00103201
0077100023000111-??????
???????
?????=??????
-???????????? t = Trans(4,-3,7)w = 100
4260
1037400173100
00111????????????-?
?????=??????
??????
??????
2.解：建立如图1的参考坐标系，则
10
T =111
1000000100
001c s s c -????????????,21T =2
212200000100
01c s L s c -?????????
???,32T =3
3
23
30000
0100
01c s L s c -????????
????
y
图1
30
T =10T 21T 32T =1231231121212312311212000010
01c s L c L c s c L s L s -+????+?
?????
??
其中()()123123123123cos ,sin c s θθθθθθ=++=++. 3.解：如图2所示，逆运动学有两组可能的解。
图2
第一组解：由几何关系得
()11212cos cos x L L θθθ=++ （1） ()11212sin sin y L L θθθ=++ （2）
（1）式平方加（2）式平方得
222
2121222cos x y L L L L θ+=++
222
212
212arccos 2x y L L L L θ??+--=>= ???
221122sin arctan arctan cos L y x L L θθθ????
=- ? ?+????
第二组解：由余弦定理， ()222
212
12arccos 2x y L L L L α??-+++?
?=????
2
'θπα=+
()1
'arctan 2
y x παθ-??
=
+ ???
4.解：由关节角给出如下姿态：
()()()
()11212212221
11212212sin sin sin 0cos cos cos L L L L L J L L L L θθθθθθθθθθ--+-+??--??
==?
???+++??????
由静力学公式T
J F τ=
2212200x x T
A A x L f L L f J F L L f τ--??
????===??????--??????
1212000y T
B B y L f L L J F f L τ-????
??===??????-??????
5.解：因为：1121221211212
212l s l s l s l c l c l c θθ---??
=?
?+??
J 因此，逆雅可比矩阵为：2122121
1121211212122
1l c l s l c l c l s l s l l s θθθ-?
?
=
??----??
J
因为，1
-=&J v θ
，且v =[1, 0]T ，即v X =1m/s ，v Y =0，因此 1
21221211212112121222121
1211222212
1101rad/s=-2rad/s 0.5
4rad/s l c l s l c l c l s l s l l s c l s c c
l s l s θθθθθθθθθθθ??????=??????----????????
===-
-=&&&& （算出最后结果2分）
因此，在该瞬时两关节的位置分别为， θ1=30°，θ2=-60°；速度分别为1θ&=-2rad/s ，2
θ&=4 rad/s ；手部瞬时速度为1m/s 。
式中：??????
11
1212
s θ=sin θs =sin(θ+θ) 6.解：建立如图的坐标系，则各连杆的DH 参数为：
3
由连杆齐次坐标变换递推公式
1
1
11
11
111
100
00
1i
i i i i i i i i i i i i i i i i i i c s a s c c c s d s T s s c s c d c θθθαθαααθαθααα-----------??
??--??=??
?
???
有
11110
1
100000010
01c s s c T L θθθθ-??????=??
??
??，2121
00000101000
001d T ????--??=??
????，3
3332320
00000100
01c s s c T L θθθθ-??????=??
?
??? 故
1313112121313
1
12120012
31
2333
1
000
1c c c s s s L s d s c s s c c L c d T T T T s c L θθθθθθθθθ
θθθθθθθ-+????----??==????
??
（写出最后结果2分）
式中：11
11sin cos s c θθθθ==L L
机器人学导论(克雷格)第二章作业答案
2、1 solution: According to the equation of pure transition transformation,the new point after transition is as follows: 2、3 solution: According to the constraint equations: Thus,the matrix should be like this: 2、4 Solution:
= 2、7 Solution: According to the equation of pure rotation transformation , the new coordinates are as follows: 2、9 Solution: Acording to the equations for the bined transformations ,the new coordinates are as follows: 010051 05110 0030010310(,90)(5,3,6)(,90)001060 1004900 0110 00111A B P Rot z Trans Rot x P -????????????????????-? ????????? =???==?????????? ? ????????? ??????????o o
A B Transformations relative to the reference frame Transformations relative to the current frame 2、10 P=Trans(5,3,6)Rot(x,90)Rot(a,90) P 1 0 0 5 1 0 0 0 0 -1 0 0 2 = 0 1 0 3 0 0 -1 0 1 0 0 0 3
机器人学概论
《我看机器人》 学院：理学院 学号：5502211005 姓名：黄志涵 班级：应用物理学111班
摘要：在21世纪，随着科学技术的发展，机器人的研究和发展也将会更进一步。机器人原本起源在美国，但其在美国的发展速度远远不如日本。这里面主要的原因，可能是因为日本劳动力短缺，大部分需要劳动力的工厂得不到劳动力，所以日本政府大力发展机器人产业，用机器人代替短缺的劳动力资源。本文通过三部分简要阐述有关机器人一些发展和应用，以及未来机器人更大的应用前景。 关键词：机器人，机器人发展史，关键技术，分类，应用 正文： 第一部分：机器人的发展史 从1920年捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中，根据Robota(捷克文，原意为“劳役、苦工”)和Robotnik(波兰文，原意为“工人”)，创造出“机器人”这个词。机器人历史有了如下的发展：1939年美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人Elektro。它由电缆控制，可以行走，会说77个字，甚至可以抽烟，不过离真正干家务活还差得远。但它让人们对家用机器人的憧憬变得更加具体。 1942年美国科幻巨匠阿西莫夫提出“机器人三定律”。虽然这只是科幻小说里的创造，但后来成为学术界默认的研发原则。 1948年诺伯特·维纳出版《控制论》，阐述了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律，率先提出以计算机为核心的自动化工厂。 1954年美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人，并注册了专利。这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作，因此具有通用性和灵活性。 1956年在达特茅斯会议上，马文·明斯基提出了他对智能机器的看法：智能机器“能够创建周围环境的抽象模型，如果遇到问题，能够从抽象模型中寻找解决方法”。这个定义影响到以后30年智能机器人的研究方向。 1959年德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出第一台工业机器人。随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂——Unimation公司。由于英格伯格对工业机器人的研发和宣传，他也被称为“工业机器人之父”。 1962年美国AMF公司生产出“VERSTRAN”(意思是万能搬运),与Unimation 公司生产的Unimate一样成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对机器人和机器人研究的热潮。 1962年-1963年传感器的应用提高了机器人的可操作性。人们试着在机器人上安装各种各样的传感器，包括1961年恩斯特采用的触觉传感器，托莫维奇和博尼1962年在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器，而麦卡锡1963年则开始在机器人中加入视觉传感系统，并在1965年，帮助MIT推出了世界上第一个带有视觉传感器，能识别并定位积木的机器人系统. 1965年约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast机器人。Beast已经能通过声纳系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置。20世纪60年代中期开始，美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。美国兴起研究第二代带传感器、“有感觉”的机器人，并向人工智能进发。 1968年美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人Shakey。它带有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木,不过控制它的计算机有一个房间那么大。Shakey可以算是世界第一台智能机器人，拉开了第三代机器人研发的序幕。 1969年日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。加藤一郎长期致力于研究仿人机器人，被誉为“仿人机器人之父”。日本专家
机器人学导论习题
1. 自由度：指描述物体运动所需要的独立坐标数。 2. 机器人工作载荷：机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受的最大负载量（包括手部）。 3. 柔性手：可对不同外形物体实施抓取，并使物体表面受力比较均匀的机器人手部结构。 4. 制动器失效抱闸：指要放松制动器就必须接通电源，否则，各关节不能产生相对运动。 5. 机器人运动学：从几何学的观点来处理手指位置与关节变量的关系称为运动学。 6. 机器人动力学：机器人各关节变量对时间的一阶导数、二阶导数与各执行器驱动力或力矩之间的 关系，即机器人机械系统的运动方程。 7. 虚功原理：约束力不作功的力学系统实现平衡的必要且充分条件是对结构上允许的任意位移（虚位 移）施力所作功之和为零。 8. PWM 驱动：脉冲宽度调制驱动。 9. 电机无自转：控制电压降到零时，伺服电动机能立即自行停转。 10. 直流伺服电机的调节特性：是指转矩恒定时，电动机的转速随控制电压变化的关系。 11. 直流伺服电机的调速精度：指调速装置或系统的给定角速度与带额定负载时的实际角速度之 差，与给定转速之比。 12. PID 控制：指按照偏差的比例、积分、微分进行控制。 13. 压电元件：指某种物质上施加压力就会产生电信号，即产生压电现象的元件。 14. 图像锐化：突出图像中的高频成分，使轮廓增强。 15. 隶属函数：表示论域U 中的元素u 属于模糊子集A 的程度，在[0, 1]闭区间内可连续取值。 16. 脱机编程：指用机器人程序语言预先进行程序设计，而不是用示教的方法编程。 17. AUV ：无缆自治水下机器人，或自动海底车。 二、简答题： 1.机器人学主要包含哪些研究内容？ 2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？ 4.机器人控制系统的基本单元有哪些？ 5.直流电机的额定值有哪些？ 6.常见的机器人外部传感器有哪些？ 7.简述脉冲回波式超声波传感器的工作原理。 8.机器人视觉的硬件系统由哪些部分组成？ 9.为什么要做图像的预处理？机器视觉常用的预处理步骤有哪些？ 10.请简述模糊控制器的组成及各组成部分的用途。 11.从描述操作命令的角度看，机器人编程语言可分为哪几类？ 12.仿人机器人的关键技术有哪些？ 1.答：机器人研究的基础内容有以下几方面：(1) 空间机构学；(2) 机器人运动学；(3) 机器人静力学；(4)机器人动力学；(5)机器人控制技术；(6)机器人传感器；(7)机器人语言。 2.答：目前常用的有如下几种形式：(1)横梁式。(2)立柱式。(3)机座式。(4)屈伸式。 4.答：构成机器人控制系统的基本要素包括： (1) 电动机，(2) 减速器，(3) 驱动电路，(4) 运动特性检测传感器，(5) 控制系统的硬件，(6) 控制系统的软件， 5.答：直流电动机的额定值有以下几项：(1)额定功率，(2)额定电压，(3)额定电流，(4)额定转速， 6.答常见的外部传感器包括 触觉传感器，分为；接触觉传感器、压觉传感器、滑觉传感器和力觉传感器。距离传感器，包括超声波传感器，接近觉传感器，以及视觉传感器、听觉传感器、嗅觉传感器、味觉传感器等。 7.答：在脉冲回波式中，先将超声波用脉冲调制后发射，根据经被测物体反射回来的回波延迟时间Δt ，计算出被测物体的距离R ，假设空气中的声速为v ，则被测物与传感器间的距离R 为： /2R v t =?? 如果空气温度为T （℃)，则声速v 可由下式求得： ()331.50.607m/s v T =+ 8.答：(1) 景物和距离传感器，常用的有摄像机、CCD 图像传感器、超声波传感器和结构光设备等；(2) 视频信号数字化设备，其任务是把摄像机或者CCD 输出的信号转换成方便计算和分析的数字信号；(3)
机器人学导论复习题及参考答案 新
中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案 机器人学导论 一、名词解释题： 二、简答题： 1.机器人学主要包含哪些研究内容？ 2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？ 3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义？ 4.机器人控制系统的基本单元有哪些？ 三、论述题： 1.试论述机器人技术的发展趋势。 2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。 4.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。 四、计算题：（需写出计算步骤，无计算步骤不能得分）： 1.已知点u 的坐标为[7,3,2]T ，对点u 依次进行如下的变换：（1）绕z 轴旋转90°得到点v ；（2）绕y 轴旋转90°得到点w ；（3）沿x 轴平移4个单位，再沿y 轴平移-3个单位，最后沿z 轴平移7个单位得到点t 。求u , v , w , t 各点的齐次坐标。 x y z O u v w t 2.如图所示为具有三个旋转关节的3R 机械手，求末端机械手在基坐标系{x 0,y 0}下的运动学方程。 θ1 θ2 θ3 L 2 L 1 L 3 x 0 y 0 O 3.如图所示为平面内的两旋转关节机械手，已知机器人末端的坐标值{x ,y }，试求其关节旋转变量θ1 和θ2.
θ1 θ2 L 2 L 1 x y P 4.如图所示两自由度机械手在如图位置时（θ1= 0 , θ2=π/2），生成手爪力 F A = [ f x 0 ]T 或F B = [ 0 f y ]T 。求对应的驱动力 τ A 和τ B 。 τ1 L 2 x y P L 1 τ2F A F B 0y f ?? ???? 0x f ?????? 5.如图所示的两自由度机械手，手部沿固定坐标系在手上X 0轴正向以 1.0m/s 的速度移动，杆长 l 1=l 2=0.5m 。设在某时刻θ1=30°，θ2=-60°，求该时刻的关节速度。已知两自由度机械手速度雅 可比矩阵为 1121221211212 212l s l s l s l c l c l c θθ---?? =? ?+?? J θ1 -θ2 l 2 l 1 x 0 y 0 O x 3 y 3v 3
中南大学《机器人学导论》课程作业(在线作业)一及参考答案
(一) 单选题 1. 下图所示的机身和臂部的配置型式属于（）。 (A)横梁 式 (B) 立柱 式 (C) 机座 式 (D) 屈伸 式 参考答案： (A) 2. 下图所示的机器人属于（）。 (A)直角坐 标型 (B) 圆柱坐 标型 (C) 极坐 标型 (D) 多关 节型 参考答案：(B)
3. ASIMO是什么类型的机器人（）。 (A)拟人机 器人 (B) 焊接机 器人 (C) 搬运机 器人 (D) 星球探 险车 参考答案： (A) 4. 下图所示的机身和臂部的配置型式属于（）。 (A)横梁 式 (B) 立柱 式 (C) 机座 式 (D) 屈伸 式 参考答案： (C) 5. 几个以上的自由度是冗余的（）。 (A)4 (B) 5 (C) 6 (D) 7 参考答案： (D) 6. 下图所示的机身和臂部的配置型式属于（）。
(A) 横梁式 (B) 立柱 式 (C) 机座式 (D) 屈伸式 参考答案： (D) 7. 下图所示的机器人有几个自由度（）。 (A) 3 (B) 4 (C) 5 (D) 6 参考答案：
(C) 8. 齐次变换矩阵的大小是（）。 (A) (B) (C) (D) 参考答案： (D) 9. 对于如下的2自由度机械手，其可能的逆运动学求解有几组（）。 (A)无解(B) 1组(C) 2组(D) 无穷多 参考答案： (C)
10. 通常指（）。 (A)美国(B) 日本(C) 德国(D) 中国参考答案： (B) 11. PUMA是什么类型的机器人（）。 (A)拟人机 器人 (B) 军事机 器人 (C) 工业机 器人 (D) 星球探 险车 参考答案： (C) 12. 下图所示的机器人属于（）。 (A)直角坐 标型 (B) 圆柱坐 标型 (C) 极坐 标型 (D) 多关 节型 参考答案： (A) 13. 已知机器人杆件的几何参数，给定机器人末端执行器相对于参考坐标系的期望位置 和姿态(位姿)，求取机器人使其末端执行器达到这个预期的位姿的关节变量。这属
最新机器人学导论复习题及参考答案
中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案机器人学导论 一、名词解释题： 1.自由度： 2.机器人工作载荷： 3.柔性手： 4.制动器失效抱闸： 5.机器人运动学： 6.机器人动力学： 7.虚功原理： 8.PWM驱动： 9.电机无自转： 10.直流伺服电机的调节特性： 11.直流伺服电机的调速精度： 12.PID 控制： 13.压电元件： 14.图像锐化： 15.隶属函数： 16.BP 网络： 17.脱机编程： 18.AUV： 二、简答题： 1.机器人学主要包含哪些研究内容？ 2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？ 3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义？ 4.机器人控制系统的基本单元有哪些？ 5.直流电机的额定值有哪些？ 6.常见的机器人外部传感器有哪些？ 7.简述脉冲回波式超声波传感器的工作原理。 8.机器人视觉的硬件系统由哪些部分组成？ 9.为什么要做图像的预处理？机器视觉常用的预处理步骤有哪些？ 10.请简述模糊控制器的组成及各组成部分的用途。 11.从描述操作命令的角度看，机器人编程语言可分为哪几类？ 12.仿人机器人的关键技术有哪些？ 三、论述题： 1.试论述机器人技术的发展趋势。 2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。 3.试论述轮式行走机构和足式行走机构的特点和各自适用的场合。 4.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。 5.机器人单关节伺服控制中，位置反馈增益和速度反馈增益是如何确定的？ 6.试论述工业机器人的应用准则。 四、计算题：（需写出计算步骤，无计算步骤不能得分）： 1.已知点u的坐标为[7,3,2] T，对点u依次进行如下的变换：（1）绕z轴旋转90°得到点v； （2）绕y 轴旋转90°得到点w；（3）沿x轴平移4个单位，再沿y轴平移-3个单位，最后沿
机器人学导论期末作业
机器人学导论期末作业 题目： （图说明，图中的圆柱是只沿特定的转轴方向转动的转动副，不是空间圆柱副，没有沿轴线方向的移动） 要求：应用螺旋理论方法求解该机构运动的自由度以及受到的约束。 过程求解： 1、 首先先求解每个分支运动链的运动螺旋系。分析1分支运动系： (1) 11R 的分析。首先该转动副的轴线方向与x 轴相同，所以我将取它的(10 0)s =, 1111 11()r x y z =, 求解011 111111111111(0)10 0i j k s r s x y z z j y k z y ?? ? =?==-=- ? ?? ? ， 所以运动螺旋111111(100;0)R z y =- (2) 因为12R 、13R 的轴线方向与11R 相同，都是平行于x 轴，所以它们的s 是相同的，均为 (100)s =，只是相对于坐标原点的位置不同，向量r 不同，所以最终求得各自的运 动螺旋为121212(10 0;0)R z y =-，131313(100;0)R z y =-。
(3) 综上可得，分支运动链1的运动螺旋系为：1111111212 1213 1313(100;0)(100;0)(100;0) R z y R z y R z y =-?? =-??=-?，根据 互矩为0，可以求出该分支的约束螺旋系111213 (100;000)(000;010)(000;001)r r r R R R ?=?=??=?，其中11r R 表 示作用在x 轴线上的约束线矢，12r R 表示绕y 轴的约束力偶，13 r R 表示绕z 轴的约束力偶。 2、 分析3分支运动系。由于分支3的各转动副的轴线方向完全与分支1的对应相同，都平 行于x 轴，所以同理可得分支3的运动螺旋系为3131 313232 3233 3333(100;0)(100;0)(100;0) R z y R z y R z y =-?? =-??=-?， 而相应的约束螺旋系为313233 (100;000)(000;010)(000;001)r r r R R R ?=?=??=?，其中31r R 表示作用在x 轴线上 的约束线矢，32r R 表示绕y 轴的约束力偶，33r R 表示绕z 轴的约束力偶。 3、 分析2分支运动系。 (1) 21R 的分析首先该转动副的轴线方向与y 轴相同，所以我将取它的(010)s =, 212121() r x y z =, 求解 02 1 (0) 01 i j k s r s x y ?? ?=?==-+=- ? ?? ? ，所以运动螺旋1121 21(010;0)R z x =- (2) 同理可求得， 122222(010;0)R z x =-，132323(010;0)R z x =-。 (3) 综上所述，分支运动链2的运动螺旋系为：21212122222223 2323(010;0) (010;0)(010;0)R z x R z x R z x =-?? =-??=-?，约束 螺旋系为：212223 (010;000)(000;100)(000;001)r r r R R R ?=?=??=?， 其中21r R 表示作用在y 轴线上的约束线矢，22 r R 表示作绕x 轴的约束力偶，23r R 表示作绕z 轴的用在z 轴上的约束力偶。
机器人学导论课后习题答案
第三章课后习题答案 3.3和3.4 步骤： 1、建立坐标系； 2、列D －H 参数表； 3、根据 写出 ； 4、根据 写出 3.3具体计算： i )()()()(111i Z i Z i X i X i i d D R a D R T θα---=T i i 1 -T T T T T N N N 12312010...-=T N αa d θ?? ????? ?????-=100001000000111 101 θθθθc s s c T ?? ??? ?? ?????-????????????-=100 00100 0001000 0010 010000 122 122 12θθθθc s L s c T ?? ??? ???????-=1000010 00003323323 θθθθc s L s c T T T T T B w 2 3 1201=
i 3.8具体计算： 因为标定过程中{G}和{T}是重合的，所以 则： αa d θ????????????+-=1000100000021111101L L c s s c T θθθθ?? ??? ?? ?????-????????????-=100 0010000001000001001000001222212θθθθc s s c T ????????????-=100001000003333323 θθθθc s L s c T T T B G B T =T T T T S G B S W T B W =T T T T S G B S B W W T 1-=
3.13、3.15—3.21答案 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = 1 2 2 l P tip tip tip P T P2 2 0=
机器人学导论(克雷格)第二章作业答案
机器人学导论(克雷格)第二章作业答案 本页仅作为文档封面，使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March
2.1 solution: According to the equation of pure transition transformation,the new point after transition is as follows: 100235010358(,,)0014711000111trans x y z old P Trans d d d P ??????????????????=?==?????????????????? 2.3 solution: According to the constraint equations: 0;0;0 1n a n o a o n ?=?=?== Thus,the matrix should be like this: 00150015100310030102010200010001or --????????-????????--???????? 2.4 Solution:
X Y Z P P P ?? ? ? ???=cos 0sin 010sin 0cos θθθθ?? ? ? ?-??0n a P P P ?? ? ? ??? 2.7 Solution: According to the equation of pure rotation transformation , the new coordinates are as follows: 10022222(,45)0 3422720222new P rot x P ??????????? ?????=?==???????????????????????? 2.9 Solution: Acording to the equations for the combined transformations ,the new coordinates are as follows:
机器人学导论(克雷格)第二章作业答案
2.1 solution: According to the equation of pure transition transformation,the new point after transition is as follows: 1002350 10358(,,)00147110 00111trans x y z old P Trans d d d P ?????? ??????? ?????=?==?????? ?????? ?????? 2.3 solution: According to the constraint equations: 0;0;01 n a n o a o n ?=?=?== Thus,the matrix should be like this: 0015001 51003100301020102000 1000 1or --????????-? ?? ?????--? ?? ????? 2.4 Solution:
X Y Z P P P ?? ? ? ???=cos 0sin 010sin 0cos θθθθ?? ? ? ?-? ?0n a P P P ?? ? ? ??? 2.7 Solution: According to the equation of pure rotation transformation , the new coordinates are as follows: 10022(,45)0 3402 22new P rot x P ???? ?? ????? ?????=?==???????????????? ????? ??? 2.9 Solution: Acording to the equations for the combined transformations ,the new coordinates are as follows:
机器人学导论复习题及参考答案
《机器人学导论》课程复习资料 一、名词解释： 1.自由度 2.机器人工作载荷 3.柔性手 4.制动器失效抱闸 5.机器人运动学 6.机器人动力学 7.虚功原理 8.PWM驱动 9.电机无自转 10.直流伺服电机的调节特性 11.直流伺服电机的调速精度 12.PID控制 13.压电元件 14.图像锐化 15.隶属函数 16.BP网络 17.脱机编程 18.AUV 二、简答题： 1.机器人学主要包含哪些研究内容？ 2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？ 3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义？ 4.机器人控制系统的基本单元有哪些？ 5.直流电机的额定值有哪些？ 6.常见的机器人外部传感器有哪些？ 7.简述脉冲回波式超声波传感器的工作原理。 8.机器人视觉的硬件系统由哪些部分组成？ 9.为什么要做图像的预处理？机器视觉常用的预处理步骤有哪些？ 10.请简述模糊控制器的组成及各组成部分的用途。 11.从描述操作命令的角度看，机器人编程语言可分为哪几类？ 12.仿人机器人的关键技术有哪些？ 三、论述题： 1.试论述机器人技术的发展趋势。 2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。 3.试论述轮式行走机构和足式行走机构的特点和各自适用的场合。 4.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。 5.机器人单关节伺服控制中，位置反馈增益和速度反馈增益是如何确定的？ 6.试论述工业机器人的应用准则。 四、计算题：（需写出计算步骤，无计算步骤不能得分）： 1.已知点u的坐标为[7,3,2]T，对点u依次进行如下的变换：（1）绕z轴旋转90°得到点v；（2）绕y 轴旋转90°得到点w；（3）沿x轴平移4个单位，再沿y轴平移-3个单位，最后沿z轴平移7个单位得到点t。求u, v, w, t各点的齐次坐标。
机器人学导论复习试题与参考答案新
. 中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案 机器人学导论 一、名词解释题： 二、简答题： 1.机器人学主要包含哪些研究容？ 2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？ 3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义？ 4.机器人控制系统的基本单元有哪些？ 三、论述题： 1.试论述机器人技术的发展趋势。 2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。 4.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。 四、计算题：（需写出计算步骤，无计算步骤不能得分）： 1. 已知点u的坐标为 [7,3,2]T ，对点 u 依次进行如下的变换：（1）绕 z 轴旋转90°得到点v；（2）绕 y 轴旋转90°得到点 w；（3）沿 x 轴平移4个单位，再沿y 轴平移-3个单位，最后沿z 轴平移7个单位得到点t 。求 u,v, w,t 各点的齐次坐标。 z t v w O y x u 2. 如图所示为具有三个旋转关节的3R 机械手，求末端机械手在基坐标系{ x0, y0} 下的运动学方程。 θ3 L3 θ2 y0 L2 L1 θ1 O x0 3. 如图所示为平面的两旋转关节机械手，已知机器人末端的坐标值{ x, y} ，试求其关节旋转变量θ 1 和 θ2.
. P θ2 y L2 L 1 θ1 x 4. 如图所示两自由度机械手在如图位置时（θ1= 0 ,A f x0 ]T B θ 2=π/2），生成手爪力F = [或 F = [ 0f y]T。求对应的驱动力τA和τB。 y F B 0 f y P F A f x τ2 L2 τ1 x L1 5. 如图所示的两自由度机械手，手部沿固定坐标系在手上X0轴正向以 1.0m/s的速度移动，杆长 l 1=l 2=0.5m。设在某时刻θ1=30°，θ2=-6 0°，求该时刻的关节速度。已知两自由度机械手速度雅可比矩阵为 l1s 1l2 s12l2 s12 J l2c12l2c12 l1c 1 y0 l1 -θ2 y3 θ 1l2 v3 O x0 x3
机器人学导论(克雷格)第二章作业答案
机器人学导论(克雷格)第二 章作业答案 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
2.1 solution: According to the equation of pure transition transformation,the new point after transition is as follows: 100235010358(,,)0014711000111trans x y z old P Trans d d d P ??????????????????=?==?????????????????? 2.3 solution: According to the constraint equations: 0;0;0 1n a n o a o n ?=?=?== Thus,the matrix should be like this: 00150015100310030102010200010001or --????????-????????--???????? 2.4 Solution:
X Y Z P P P ?? ? ? ???=cos 0sin 010sin 0cos θθθθ?? ? ? ?-??0n a P P P ?? ? ? ??? 2.7 Solution: According to the equation of pure rotation transformation , the new coordinates are as follows: 10022222(,45)0 3422720222new P rot x P ??????????? ?????=?==???????????????????????? 2.9 Solution: Acording to the equations for the combined transformations ,the new coordinates are as follows:
机器人学导论复习试题和参考答案解析
西安高学考试复习题及参考答案 机器人学导论 一、名词解释题： 1.自由度： 2.机器人工作载荷： 3.柔性手： 4.制动器失效抱闸： 5.机器人运动学： 6.机器人动力学： 7.虚功原理： 8.PWM驱动： 9.电机无自转： 10.直流伺服电机的调节特性： 11.直流伺服电机的调速精度： 12.PID控制： 13.压电元件： 14.图像锐化： 15.隶属函数： 16.BP网络： 17.脱机编程： 18.AUV： 二、简答题： 1.机器人学主要包含哪些研究内容？ 2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？ 3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义？ 4.机器人控制系统的基本单元有哪些？ 5.直流电机的额定值有哪些？ 6.常见的机器人外部传感器有哪些？ 7.简述脉冲回波式超声波传感器的工作原理。 8.机器人视觉的硬件系统由哪些部分组成？ 9.为什么要做图像的预处理？机器视觉常用的预处理步骤有哪些？ 10.请简述模糊控制器的组成及各组成部分的用途。 11.从描述操作命令的角度看，机器人编程语言可分为哪几类？ 12.仿人机器人的关键技术有哪些？ 三、论述题： 1.试论述机器人技术的发展趋势。 2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。 3.试论述轮式行走机构和足式行走机构的特点和各自适用的场合。 4.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。 5.机器人单关节伺服控制中，位置反馈增益和速度反馈增益是如何确定的？ 6.试论述工业机器人的应用准则。 四、计算题：（需写出计算步骤，无计算步骤不能得分）： 1.已知点u的坐标为[7,3,2]T，对点u依次进行如下的变换：（1）绕z轴旋转90°得到点v；（2）绕y 轴旋转90°得到点w；（3）沿x轴平移4个单位，再沿y轴平移-3个单位，最后沿z轴平移7个单位得到点t。求u, v, w, t各点的齐次坐标。
机器人学导论(英) 第五讲
Chapter5: Velocities and Static Forces
?Objective : we will examine the linear and angular velocity of a rigid body and analyze the motion of a manipulator.t t Q t t Q Q dt d V B B t B Q B ???+==→?)()(lim )(0?The derivative of a vector ?It is important to indicate the frame in which the vector is differentiated. )) (()(Q dt d V B A Q B A =?The velocity vector can be represented in terms of any frame (reference frame) ) ()(Q B A B Q B A V R V =differentiated in {B} differentiated in {B},written in {A}
?We often consider the velocity of the origin of a frame relative to some non-moving universe reference frame. CORG U c V v ={U} is the reference frame Example 5.1 {T} {C} {U} mph v C 30=mph v T 100=?)(CORG U U P dt d ? )(TORG U C V ? )(CORG T C V R U T R U C
机器人学导论作业答案
机器人学导论作业答案 作业一 一、问答题 1．答：机器人的主要应用场合有： (1) 恶劣的工作环境和危险工作； (2) 在特殊作业场合进行极限作业； (3) 自动化生产领域； (4) 农业生产； (5) 军事应用。 2．答：工业机器人（英语：industrial robot。简称IR）是广泛适用的能够自主动作，且多轴联动的机械设备。它们在必要情况下配备有传感器，其动作步骤包括灵活的转动都是可编程控制的（即在工作过程中，无需任何外力的干预）。它们通常配备有机械手、刀具或其他可装配的的加工工具，以及能够执行搬运操作与加工制造的任务。 数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。 3．答：科幻作家阿西莫夫机器人三原则：(1) 不伤害人类；(2) 在
原则下服从人给出的命令；(3) 在与上两个原则不矛盾的前提下保护自身。 我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。 4．答：机器人研究的基础内容有以下几方面： (1) 空间机构学； (2) 机器人运动学； (3) 机器人静力学； (4) 机器人动力学； (5) 机器人控制技术； (6) 机器人传感器； (7) 机器人语言。 5．答：按几何结构分： (1) 直角坐标式机器人； (2) 圆柱坐标式机器人；
(3) 球面坐标式机器人； (4) 关节式球面坐标机器人。 6．答：通常由四个相互作用的部分组成：执行机构、驱动单元、控制系统、智能系统。 7．答：一共需要5个：定位3个，放平稳2个。 8．答：机器人的主要特点有通用性、适应性。决定通用性有两方面因素：机器人自由度；末端执行器的结构和操作能力。 9．答：工业机器人的手部是用来握持工件或工具的部件。大部分的手部结构都是根据特定的工件要求而专门设计的。各种手部的工作原理不同，故其结构形态各异。常用的手部按其握持原理可以分为夹持类和吸附类两大类。 10．答：(a) 机械部分；(b) 一个或多个传感器；(c) 控制器；(d) 驱动源。 11．答：自由度的选择与生产要求有关，若批量大，操作可靠性要求高，运行速度快，机器人的自由度数可少一些；如果要便于产品更换，增加柔性，机器人的自由度要多一些。 12．答：轮式行走机器人是机器人中应用最多的一种机器人，在相对平坦的地面上，用车轮移动方式行走是相当优越的。
中南大学机器人导论学在线测试3
(一) 单选题 1、 IML 语言就是一种()编程语言。 (A) 动作级 (B) 对象级 (C) 任务级 (D) 自主级 参考答案: (A) 2、 如图所示为美国TRC 公司于1985年开始研制医院用的 机器人,这就 是一款()。 (A) 工业机器人 (B) 军用机器人 (C) 服务机器人 (D) 仿人机器人 参考答案: (C) 3、 RAPT 语言就是一种()编程语言。 (A) 动作级 (B) 对象级 (C) 任务级 (D) 自主级 参考答案: (B) 4、 AUTOPASS 语言就是一种()编程语言。
(A) 动作级 (B) 对象级 (C) 任务级 (D) 自主级 参考答案: (B) 5、 神经元建模时,如图所示的激发函数属于()。 (A) 极点型 (B) 阶跃型 (C) 线性型 (D) S 型 参考答案: (D) 6、 BP 神经网络最早就是由()提出的。 (A) McCulloch 与Pitts (B) Hebb (C) Rumelhart (D) Hopfield 参考答案: (C) 7、 VAL 语言就是由()开发的。 (A) 美国 (B) 日本 (C) 英国 (D) 意大利 参考答案: (A) 8、 如图所示为日本本田公司研制的ASIMO 机器人,这就是一款()。
(A) 工业机器人 (B) 军用机器人 (C) 服务机器人 (D) 仿人机器人 参考答案: (D) 9、 模糊理论就是由()创立的。 (A) G 、Contor (B) B 、Russell (C) L 、A 、Zadeh (D) E 、H 、Mamdani 参考答案: (C) 10、 目前,()就是技术上最成熟、应用最广泛的机器人。 (A) 工业机器人 (B) 探险机器人 (C) 服务机器人 (D) 仿人机器人 参考答案: (B) 11、 RAPT 语言就是由()开发的。 (A) 美国 (B) 日本 (C) 英国 (D) 意大利 参考答案:
机器人学导论(克雷格)第二章作业标准答案
2.1 ｓolution: Acc ｏｒdi ｎg t ｏ th ｅ equatio ｎ ｏf ｐure tra ｎsi ｔｉon tr ａｎsformati ｏｎ，the n ｅw ｐoint aft ｅｒ transiti ｏn i ｓ as fo ｌl ｏｗs: 100235010358(,,)0014711000111trans x y z old P Trans d d d P ??????????????????=?==?????????????????? 2.3 sol ｕtion ： A ｃc ｏr ｄｉng ｔo th ｅ c ｏnstr ａi ｎｔ e ｑuat ｉon ｓ: 0;0;0 1n a n o a o n ?=?=?== Th ｕs ，the m ａtrix ｓｈo ｕl ｄ be like ｔh ｉｓ: 00150015100310030102010200010001or --????????-????????--???????? 2．4 Soluti ｏn:
X Y Z P P P ?? ? ? ???=cos 0sin 010sin 0cos θθθθ?? ? ? ?-??0n a P P P ?? ? ? ??? 2.7 Solution ： Acco ｒdin ｇ ｔｏ t ｈe e ｑu ａtion ｏf ｐure ro ｔa ｔio ｎ ｔr ａns ｆｏrmation , the ｎew ｃoord ｉna ｔｅｓ ａre as fol ｌｏw ｓ： 10022(,45)0 340222new P rot x P ??????????? ?????=?==???????????????????????? 2.9 Sol ｕtion: Acordin ｇ ｔo t ｈe equa ｔｉｏｎs for the ｃｏmbin ｅd tr ａnsf ｏｒma ｔion ｓ ,ｔh ｅ new co ｏｒdinates are as ｆｏllows ：
机器人学导论(克雷格)第二章作业答案
2.1 solution: According to the equation of pure transition transformation,the new point after transition is as follows: 1002350 10358(,,)00147110 00111trans x y z old P Trans d d d P ?????? ??????? ?????=?==?????? ?????? ?????? 2.3 solution: According to the constraint equations: 0;0;01 n a n o a o n ?=?=?==r r r r r r r Thus,the matrix should be like this: 0015001 51003100301020102000 1000 1or --????????-? ?? ?????--? ?? ????? 2.4 Solution:
X Y Z P P P ?? ? ? ???=cos 0sin 010sin 0cos θθθθ?? ? ? ?-? ?0n a P P P ?? ? ? ??? 2.7 Solution: According to the equation of pure rotation transformation , the new coordinates are as follows: 10022(,45)0 3402 22new P rot x P ???? ?? ????? ?????=?==???????????????? ????? ??? o 2.9 Solution: Acording to the equations for the combined transformations ,the new coordinates are as follows: