機器人復習題及參考答案

1、1機器人學導論機器人學導論二、簡答題：二、簡答題：1.機器人學主要包含哪些研究內容？2.機器人常用的機身和臂部的配置型式有哪些？3.拉格朗日運動方程式的一般表示形式與各變量含義？4.機器人控制系統(tǒng)的基本單元有哪些？5.直流電機的額定值有哪些？6.常見的機器人外部傳感器有哪些？7.簡述脈沖回波式超聲波傳感器的工作原理。8.機器人視覺的硬件系統(tǒng)由哪些部分組成？9.為什么要做圖像的預處理？機器視覺常用的預處理步驟有哪些？10.請簡述模糊控制器

2、的組成及各組成部分的用途。11.從描述操作命令的角度看，機器人編程語言可分為哪幾類？12.仿人機器人的關鍵技術有哪些？三、論述題三、論述題：1.試論述機器人技術的發(fā)展趨勢。2.試論述精度、重復精度與分辨率之間的關系。3.試論述輪式行走機構和足式行走機構的特點和各自適用的場合。4.試論述機器人靜力學、動力學、運動學的關系。5.機器人單關節(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)機器人的應用準則。四、計算題：（需寫

3、出計算步驟，無計算步驟不能得分）：四、計算題：（需寫出計算步驟，無計算步驟不能得分）：1.已知點u的坐標為[732]T，對點u依次進行如下的變換：（1）繞z軸旋轉90得到點v；（2）繞y軸旋轉90得到點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t。求uvwt各點的齊次坐標。6.如圖所示的三自由度機械手（兩個旋轉關節(jié)加一個平移關節(jié)，簡稱RPR機械手），求末端機械手的運動學方程。xyzOuvwtθ3d2

4、θ1L1L2L3二、簡答題：二、簡答題：1.答：機器人研究的基礎內容有以下幾方面：(1)空間機構學；(2)機器人運動學；(3)機器人靜力學；(4)機器人動力學；(5)機器人控制技術；(6)機器人傳感器；(7)機器人語言。3人技術?；诙鄠鞲衅鳌⒍嗝襟w和虛擬現(xiàn)實以及臨場感應技術，實現(xiàn)機器人的虛擬遙控操作和人機交互。(6)多智能體控制技術。這是目前機器人研究的一個嶄新領域。主要對多智能體的群體體系結構、相互間的通信與磋商機理，感知與學習方法

5、，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進行研究。(7)微型和微小機器人技術。這是機器人研究的一個新的領域和重點發(fā)展方向。過去的研究在該領域幾乎是空白，因此該領域研究的進展將會引起機器人技術的一場革命，并且對社會進步和人類活動的各個方面產(chǎn)生不可估量的影響，微型機器人技術的研究主要集中在系統(tǒng)結構、運動方式、控制方，法、傳感技術、通信技術以及行走技術等方面。(8)軟機器人技術。主要用于醫(yī)療、護理、休閑和娛樂場合。傳統(tǒng)機器人設計未考慮與人緊密共處，因

6、此其結構材料多為金屬或硬性材料，軟機器人技術要求其結構、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機器人意外地與環(huán)境或人碰撞時是安全的，機器人對人是友好的。(9)仿人和仿生技術。這是機器人技術發(fā)展的最高境界，目前僅在某些方面進行一些基礎研究。2.答：精度、重復精度和分辨率用來定義機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，指機器人手部實際到達位置與所需要到達的理想位置之間的差距。機器人的精度決定于機械精度與電氣精度。重復精度指在相同的

7、運動位置命令下，機器人連續(xù)若干次運動軌跡之間的誤差度量。如果機器人重復執(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精度。分辨率是指機器人每根軸能夠實現(xiàn)的最小移動距離或最小轉動角度。精度和分辨率不一定相關。一臺設備的運動精度是指命令設定的運動位置與該設備執(zhí)行此命令后能夠達到的運動位置之間的差距，分辨率則反映了實際需要的運動位置和命令所能夠設定的位置之間的差距。工業(yè)機器人的精度

8、、重復精度和分辨率要求是根據(jù)其使用要求確定的。機器人本身所能達到的精度取決于機器人結構的剛度、運動速度控制和驅動方式、定位和緩沖等因素。由于機器人有轉動關節(jié)，不同回轉半徑時其直線分辨率是變化的，因此造成了機器人的精度難以確定。由于精度一般較難測定，通常工業(yè)機器人只給出重復精度。3.答：輪式行走機器人是機器人中應用最多的一種機器人，在相對平坦的地面上，用車輪移動方式行走是相當優(yōu)越的。車輪的形狀或結構形式取決于地面的性質和車輛的承載能力。在

9、軌道上運行的多采用實心鋼輪，室外路面行駛的采用充氣輪胎，室內平坦地面上的可采用實心輪胎。足式行走對崎嶇路面具有很好的適應能力，足式運動方式的立足點是離散的點，可以在可能到達的地面上選擇最優(yōu)的支撐點，而輪式行走工具必須面臨最壞的地形上的幾乎所有點；足式運動方式還具有主動隔震能力，盡管地面高低不平，機身的運動仍然可以相當平穩(wěn)；足式行走在不平地面和松軟地面上的運動速度較高，能耗較少。4.答：靜力學指在機器人的手爪接觸環(huán)境時，在靜止狀態(tài)下處理手

10、爪力F與驅動力τ的關系。動力學研究機器人各關節(jié)變量對時間的一階導數(shù)、二階導數(shù)與各執(zhí)行器驅動力或力矩之間的關系，即機器人機械系統(tǒng)的運動方程。而運動學研究從幾何學的觀點來處理手指位置與關節(jié)變量的關系。在考慮控制時，就要考慮在機器人的動作中，關節(jié)驅動力τ會產(chǎn)生怎樣的關節(jié)位置θ、關節(jié)速度、關節(jié)加速度，處理這種關系稱為動力學（dynamics）。對于動力學來說，除θ?θ??了與連桿長度有關之外，還與各連桿的質量，繞質量中心的慣性矩，連桿的質量中心

11、與關節(jié)軸的距離有關。運動學、靜力學和動力學中各變量的關系如下圖所示。圖中用虛線表示的關系可通過實線關系的組合表示，這些也可作為動力學的問題來處理。5.答：設計和應用工業(yè)機器人時，應全面考慮和均衡機器人的通用性、環(huán)境的適應性、耐久性、可靠性和經(jīng)濟性等因素，具體遵循的準則如下。(1)從惡劣工種開始采用機器人機器人可以在有毒、風塵、噪聲、振動、高溫、易燃易爆等危險有害的環(huán)境中長期穩(wěn)定地工作。在技術、經(jīng)濟合理的情況下，采用機器人逐步把人從這些工

12、作崗位上代替下來，將從根本上改善勞動條件。(2)在生產(chǎn)率和生產(chǎn)質量落后的部門應用機器人現(xiàn)代化的大生產(chǎn)分工越來越細，操作越來越簡單，勞動強度越來越大。機器人可以高效地完成一些簡單、重復性的工作，使生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質量獲得明顯的改善。(3)要估計長遠需要一般來講，人的壽命比機械的壽命長，不過，如果經(jīng)常對機械進行保養(yǎng)和維修，對易換件進行補充和更換，有可能使機械壽命超過人。另外；工人會由于其自身的意志而放棄某些工作，造成辭職或停工，而工業(yè)機器人沒

13、有自己的意愿，因此機器人的使用不會在工作中途因故障以外的原因停止工作，能夠持續(xù)從事所交給的工作，直至其機械壽命完結。(4)機器人的投入和使用成本雖說機器人可以使人類擺脫很臟、很危險或很繁重的勞動，但是工廠經(jīng)理們極關心的是機器人的經(jīng)濟性。在經(jīng)濟方面所考慮的因素包括勞力、材料、生產(chǎn)率、能源、設備和成本等?？梢杂脙斶€期Y定量地衡量機器人使用的合理性。如果機器人的使用壽命大于其償還期，使用機器人是有效益的。(5)應用機器人時需要人在應用工業(yè)機器