機(jī)器人復(fù)習(xí)題及參考答案

1、1機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論二、簡(jiǎn)答題：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)器視覺常用的預(yù)處理步驟有哪些？10.請(qǐng)簡(jiǎn)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(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

3、出計(jì)算步驟，無計(jì)算步驟不能得分）：四、計(jì)算題：（需寫出計(jì)算步驟，無計(jì)算步驟不能得分）：1.已知點(diǎn)u的坐標(biāo)為[732]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uvwt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。xyzOuvwtθ3d2

4、θ1L1L2L3二、簡(jiǎn)答題：二、簡(jiǎn)答題：1.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。3人技術(shù)?；诙鄠鞲衅鳌⒍嗝襟w和虛擬現(xiàn)實(shí)以及臨場(chǎng)感應(yīng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的虛擬遙控操作和人機(jī)交互。(6)多智能體控制技術(shù)。這是目前機(jī)器人研究的一個(gè)嶄新領(lǐng)域。主要對(duì)多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機(jī)理，感知與學(xué)習(xí)方法

5、，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進(jìn)行研究。(7)微型和微小機(jī)器人技術(shù)。這是機(jī)器人研究的一個(gè)新的領(lǐng)域和重點(diǎn)發(fā)展方向。過去的研究在該領(lǐng)域幾乎是空白，因此該領(lǐng)域研究的進(jìn)展將會(huì)引起機(jī)器人技術(shù)的一場(chǎng)革命，并且對(duì)社會(huì)進(jìn)步和人類活動(dòng)的各個(gè)方面產(chǎn)生不可估量的影響，微型機(jī)器人技術(shù)的研究主要集中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、控制方，法、傳感技術(shù)、通信技術(shù)以及行走技術(shù)等方面。(8)軟機(jī)器人技術(shù)。主要用于醫(yī)療、護(hù)理、休閑和娛樂場(chǎng)合。傳統(tǒng)機(jī)器人設(shè)計(jì)未考慮與人緊密共處，因

6、此其結(jié)構(gòu)材料多為金屬或硬性材料，軟機(jī)器人技術(shù)要求其結(jié)構(gòu)、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機(jī)器人意外地與環(huán)境或人碰撞時(shí)是安全的，機(jī)器人對(duì)人是友好的。(9)仿人和仿生技術(shù)。這是機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的最高境界，目前僅在某些方面進(jìn)行一些基礎(chǔ)研究。2.答：精度、重復(fù)精度和分辨率用來定義機(jī)器人手部的定位能力。精度是一個(gè)位置量相對(duì)于其參照系的絕對(duì)度量，指機(jī)器人手部實(shí)際到達(dá)位置與所需要到達(dá)的理想位置之間的差距。機(jī)器人的精度決定于機(jī)械精度與電氣精度。重復(fù)精度指在相同的

7、運(yùn)動(dòng)位置命令下，機(jī)器人連續(xù)若干次運(yùn)動(dòng)軌跡之間的誤差度量。如果機(jī)器人重復(fù)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(fù)精度。分辨率是指機(jī)器人每根軸能夠?qū)崿F(xiàn)的最小移動(dòng)距離或最小轉(zhuǎn)動(dòng)角度。精度和分辨率不一定相關(guān)。一臺(tái)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)精度是指命令設(shè)定的運(yùn)動(dòng)位置與該設(shè)備執(zhí)行此命令后能夠達(dá)到的運(yùn)動(dòng)位置之間的差距，分辨率則反映了實(shí)際需要的運(yùn)動(dòng)位置和命令所能夠設(shè)定的位置之間的差距。工業(yè)機(jī)器人的精度

8、、重復(fù)精度和分辨率要求是根據(jù)其使用要求確定的。機(jī)器人本身所能達(dá)到的精度取決于機(jī)器人結(jié)構(gòu)的剛度、運(yùn)動(dòng)速度控制和驅(qū)動(dòng)方式、定位和緩沖等因素。由于機(jī)器人有轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，不同回轉(zhuǎn)半徑時(shí)其直線分辨率是變化的，因此造成了機(jī)器人的精度難以確定。由于精度一般較難測(cè)定，通常工業(yè)機(jī)器人只給出重復(fù)精度。3.答：輪式行走機(jī)器人是機(jī)器人中應(yīng)用最多的一種機(jī)器人，在相對(duì)平坦的地面上，用車輪移動(dòng)方式行走是相當(dāng)優(yōu)越的。車輪的形狀或結(jié)構(gòu)形式取決于地面的性質(zhì)和車輛的承載能力。在

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

10、爪力F與驅(qū)動(dòng)力τ的關(guān)系。動(dòng)力學(xué)研究機(jī)器人各關(guān)節(jié)變量對(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)與各執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)力或力矩之間的關(guān)系，即機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程。而運(yùn)動(dòng)學(xué)研究從幾何學(xué)的觀點(diǎn)來處理手指位置與關(guān)節(jié)變量的關(guān)系。在考慮控制時(shí)，就要考慮在機(jī)器人的動(dòng)作中，關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力τ會(huì)產(chǎn)生怎樣的關(guān)節(jié)位置θ、關(guān)節(jié)速度、關(guān)節(jié)加速度，處理這種關(guān)系稱為動(dòng)力學(xué)（dynamics）。對(duì)于動(dòng)力學(xué)來說，除θ?θ??了與連桿長(zhǎng)度有關(guān)之外，還與各連桿的質(zhì)量，繞質(zhì)量中心的慣性矩，連桿的質(zhì)量中心

11、與關(guān)節(jié)軸的距離有關(guān)。運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)中各變量的關(guān)系如下圖所示。圖中用虛線表示的關(guān)系可通過實(shí)線關(guān)系的組合表示，這些也可作為動(dòng)力學(xué)的問題來處理。5.答：設(shè)計(jì)和應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人時(shí)，應(yīng)全面考慮和均衡機(jī)器人的通用性、環(huán)境的適應(yīng)性、耐久性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性等因素，具體遵循的準(zhǔn)則如下。(1)從惡劣工種開始采用機(jī)器人機(jī)器人可以在有毒、風(fēng)塵、噪聲、振動(dòng)、高溫、易燃易爆等危險(xiǎn)有害的環(huán)境中長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作。在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)合理的情況下，采用機(jī)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(dòng)條件。(2)在生產(chǎn)率和生產(chǎn)質(zhì)量落后的部門應(yīng)用機(jī)器人現(xiàn)代化的大生產(chǎn)分工越來越細(xì)，操作越來越簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度越來越大。機(jī)器人可以高效地完成一些簡(jiǎn)單、重復(fù)性的工作，使生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量獲得明顯的改善。(3)要估計(jì)長(zhǎng)遠(yuǎn)需要一般來講，人的壽命比機(jī)械的壽命長(zhǎng)，不過，如果經(jīng)常對(duì)機(jī)械進(jìn)行保養(yǎng)和維修，對(duì)易換件進(jìn)行補(bǔ)充和更換，有可能使機(jī)械壽命超過人。另外；工人會(huì)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(jī)器人沒

13、有自己的意愿，因此機(jī)器人的使用不會(huì)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(jī)械壽命完結(jié)。(4)機(jī)器人的投入和使用成本雖說機(jī)器人可以使人類擺脫很臟、很危險(xiǎn)或很繁重的勞動(dòng)，但是工廠經(jīng)理們極關(guān)心的是機(jī)器人的經(jīng)濟(jì)性。在經(jīng)濟(jì)方面所考慮的因素包括勞力、材料、生產(chǎn)率、能源、設(shè)備和成本等?？梢杂脙斶€期Y定量地衡量機(jī)器人使用的合理性。如果機(jī)器人的使用壽命大于其償還期，使用機(jī)器人是有效益的。(5)應(yīng)用機(jī)器人時(shí)需要人在應(yīng)用工業(yè)機(jī)器