機(jī)器人課程考試復(fù)習(xí)題庫(kù)

1、機(jī)器人課程復(fù)習(xí)一、名詞解釋工作空間：工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)時(shí)，其腕軸交點(diǎn)能在空間活動(dòng)的范圍剛體自由度：物體能夠?qū)ψ鴺?biāo)系進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目機(jī)器人的自由度：機(jī)器人末端構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。機(jī)器人工作載荷：機(jī)器人在規(guī)定的性能范圍內(nèi)，機(jī)械接口處能承受的最大負(fù)載量（包括手部）。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆問(wèn)題：機(jī)器人正動(dòng)力學(xué)問(wèn)題已知機(jī)器人各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力或力矩，求機(jī)器人各關(guān)節(jié)軌跡或末端執(zhí)行器（位姿）軌跡。機(jī)器人逆動(dòng)力學(xué)問(wèn)題已知機(jī)器人各關(guān)節(jié)軌跡或末端執(zhí)行器（位姿） 軌跡，求機(jī)器人各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力或力矩。雅可比矩陣：研究機(jī)器人操作空間速度與關(guān)節(jié)空間速度間的線性映射關(guān)系即雅克比矩陣機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)：從幾何學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)處理手指位置與

2、關(guān)節(jié)變量的關(guān)系稱為運(yùn)動(dòng)學(xué)。機(jī)器人動(dòng)力學(xué)：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。PWM 驅(qū)動(dòng)：脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation ）驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)的調(diào)節(jié)特性：是指轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓變化的關(guān)系。直流伺服電機(jī)的調(diào)速精度：指調(diào)速裝置或系統(tǒng)的給定角速度與帶額定負(fù)載時(shí)的實(shí)際角速度之差，與給定轉(zhuǎn)速之比。示教再現(xiàn)：一種可重復(fù)再現(xiàn)通過(guò)示教編程存儲(chǔ)起來(lái)的作業(yè)程序的機(jī)器人。示教有直接示教和間接示教兩種方法。直接示教是操作人員使用插入機(jī)器人手臂內(nèi)的操作桿，按給定運(yùn)動(dòng)順序示教動(dòng)作內(nèi)容，機(jī)器人自動(dòng)把順序、位置和時(shí)間

3、等具體數(shù)值記錄在存儲(chǔ)器中。再現(xiàn)時(shí)，依次讀出存儲(chǔ)的信息，重復(fù)示教的動(dòng)作過(guò)程。 間接示教是采用示教盒 (或稱示教器 )示教。操作者通過(guò)示教盒按鍵操縱完成空間作業(yè)軌跡點(diǎn)及其有關(guān)速度等信息的示教，然后用操作盤對(duì)機(jī)器人語(yǔ)言命令進(jìn)行用戶工作程序的編輯，并存儲(chǔ)在示教數(shù)據(jù)區(qū)。再現(xiàn)時(shí)，機(jī)器人的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)逐條取出示教命令與位置數(shù)據(jù)，進(jìn)行解讀、運(yùn)算并作出判斷，將各種控制信號(hào)送到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或端口 ,使機(jī)器人忠實(shí)地再現(xiàn)示教動(dòng)作。PID控制：指按照偏差的比例（制。P, proportional）、積分（ I,integral）、微分（ D, derivative）進(jìn)行控脫機(jī)編程：指用機(jī)器人程序語(yǔ)言預(yù)先進(jìn)行程序

4、設(shè)計(jì)，而不是用示教的方法編程。二、填空題1、機(jī)器人按機(jī)構(gòu)特性可以劃分為（關(guān)節(jié)機(jī)器人）和（非關(guān)節(jié)機(jī)器人）兩大類。2、機(jī)器人系統(tǒng)大致由（驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）、（機(jī)械系統(tǒng)）、（感知系統(tǒng)）和 （人機(jī)交互系統(tǒng)、機(jī)器 -環(huán)境交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部分組成。3、機(jī)器人的重復(fù)定位精度是指（機(jī)器人末端執(zhí)行器為重復(fù)到達(dá)同一目標(biāo)位置（理想位置）而實(shí)際到達(dá)位置之間的接近程度）。4、齊次坐標(biāo) 0 0 1 0 T 表示的內(nèi)容是z 方向。5、機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)是研究機(jī)器人末端執(zhí)行器位姿和運(yùn)動(dòng)與關(guān)節(jié)空間之間的關(guān)系。6、如果機(jī)器人相鄰兩關(guān)節(jié)軸線相交，則聯(lián)接這兩個(gè)關(guān)節(jié)的連桿長(zhǎng)度為零。7、常用的建立機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程的方法有牛頓和拉格朗日。.8、6

5、 自由度機(jī)器人有解析逆解的條件是機(jī)器人操作手的獨(dú)立關(guān)節(jié)變量多于末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)自由度數(shù)。9、機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式主要有（液壓）、（氣動(dòng)）和（電動(dòng)）三種。10、機(jī)器人上常用的可以測(cè)量轉(zhuǎn)速的傳感器有測(cè)速發(fā)電機(jī)和增量式碼盤。11、機(jī)器人控制系統(tǒng)按其控制方式可以分為程序控制方式、適應(yīng)性控制方式和人工智能控制方式。三、選擇題（4 選 1）1、機(jī)器人三原則是由誰(shuí)提出的。（D ）（ A ）森政弘（ B ）約瑟夫 ·英格伯格（ C）托莫維奇（D ）阿西莫夫2、當(dāng)代機(jī)器人大軍中最主要的機(jī)器人為：（A ）（ A ）工業(yè)機(jī)器人（ B）軍用機(jī)器人（C）服務(wù)機(jī)器人（ D ）特種機(jī)器人3、手部的位姿是由哪兩部分變量

6、構(gòu)成的？（B ）（ A）位置與速度（B ）姿態(tài)與位置（ C）位置與運(yùn)行狀態(tài)（ D ）姿態(tài)與速度4、運(yùn)動(dòng)學(xué)主要是研究機(jī)器人的：（B ）（ A ）動(dòng)力源是什么（ B）運(yùn)動(dòng)和時(shí)間的關(guān)系（ C）動(dòng)力的傳遞與轉(zhuǎn)換（ D ）運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用5、動(dòng)力學(xué)主要是研究機(jī)器人的：（C）（ A ）動(dòng)力源是什么 （ B）運(yùn)動(dòng)和時(shí)間的關(guān)系 （ C）動(dòng)力的傳遞與轉(zhuǎn)換 （ D ）動(dòng)力的應(yīng)用6、傳感器的基本轉(zhuǎn)換電路是將敏感元件產(chǎn)生的易測(cè)量小信號(hào)進(jìn)行變換，使傳感器的信號(hào)輸出符合具體工業(yè)系統(tǒng)的要求。一般為：（A ）（ A ）4 20mA 、55V（ B）0 20mA 、0 5V（ C）-20mA 20mA 、5 5V（ D ）-20mA

7、 20mA 、 05V7、傳感器的輸出信號(hào)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，輸出信號(hào)變化與輸入信號(hào)變化的比值代表傳感器的_參數(shù)。（ D ）（ A ）抗干擾能力（ B）精度（ C）線性度（D ）靈敏度8 6 維力與力矩傳感器主要用于（D ）（ A ）精密加工（ B ）精密測(cè)量（ C）精密計(jì)算（D ）精密裝配9、機(jī)器人軌跡控制過(guò)程需要通過(guò)求解_ 獲得各個(gè)關(guān)節(jié)角的位置控制系統(tǒng)的設(shè)定值。（ B）（ A ）運(yùn)動(dòng)學(xué)正問(wèn)題（ B）運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問(wèn)題（ C）動(dòng)力學(xué)正問(wèn)題（ D）動(dòng)力學(xué)逆問(wèn)題10模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)的主要區(qū)別是什么？（B）（ A ）載波頻率不一樣（ B）信道傳送的信號(hào)不一樣（ C）調(diào)制方式不一樣（ D）編碼方式不一樣

8、四、判斷題（回答Y/N ）1機(jī)械手亦可稱之為機(jī)器人。Y;.2完成某一特定作業(yè)時(shí)具有多余自由度的機(jī)器人稱為冗余自由度機(jī)器人。Y3、關(guān)節(jié)空間是由全部關(guān)節(jié)參數(shù)構(gòu)成的。Y4、任何復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)都可以分解為由多個(gè)平移和繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的合成。Y5、關(guān)節(jié) i 的坐標(biāo)系放在i-1 關(guān)節(jié)的末端。 N6手臂解有解的必要條件是串聯(lián)關(guān)節(jié)鏈中的自由度數(shù)等于或小于6。 N7對(duì)于具有外力作用的非保守機(jī)械系統(tǒng)，其拉格朗日動(dòng)力函數(shù)L 可定義為系統(tǒng)總動(dòng)能與系統(tǒng)總勢(shì)能之和。 N8由電阻應(yīng)變片組成電橋可以構(gòu)成測(cè)量重量的傳感器。Y9激光測(cè)距儀可以進(jìn)行散裝物料重量的檢測(cè)。Y10運(yùn)動(dòng)控制的電子齒輪模式是一種主動(dòng)軸與從動(dòng)軸保持一種靈活傳動(dòng)比

9、的隨動(dòng)系統(tǒng)。Y11諧波減速機(jī)的名稱來(lái)源是因?yàn)閯傒嘄X圈上任一點(diǎn)的徑向位移呈近似于余弦波形的變化。N五、簡(jiǎn)答題 /問(wèn)答題1、國(guó)內(nèi)外機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展有何特點(diǎn)？答： 1、傳感器智能機(jī)器人發(fā)展較快2、新型智能技術(shù)的概念和應(yīng)用研究正醞釀著新的突破3、采用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)4 、機(jī)器人工程系統(tǒng)呈上升趨勢(shì)5、微型機(jī)器人的研究有所突破6、應(yīng)用領(lǐng)域向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)擴(kuò)展7、行走機(jī)器人研究引起重視8、開(kāi)發(fā)敏捷制造生產(chǎn)系統(tǒng)9、軍事機(jī)器人將裝備部隊(duì)2、有哪幾種機(jī)器人分類方法？是否還有其他的分類方法？答： 1、按機(jī)械手的幾何結(jié)構(gòu)來(lái)分2、按機(jī)器人的控制方式分3、按機(jī)器人控制器的信息輸入方式分4、按機(jī)器人的智能程度分5、按機(jī)器人

10、的移動(dòng)性分6、按機(jī)器人的用途分3、什么叫做 “機(jī)器人三守則 ”？它的重要意義是什么？4、工業(yè)機(jī)器人和智能機(jī)器人的定義分別是什么？工業(yè)機(jī)器人 是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié) 機(jī)械手 或多 自由度 的機(jī)器人。 工業(yè)機(jī)器人 是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的 工業(yè)機(jī)器人 還可以根據(jù) 人工智能 技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。到目前為止，在世界范圍內(nèi)還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的智能機(jī)器人 定義。大多數(shù)專家認(rèn)為智能機(jī)器人 至少要具備以下三個(gè)要素：一是感覺(jué)要素，用來(lái)認(rèn)識(shí)周圍環(huán)境狀態(tài)；二是運(yùn)動(dòng)要素，對(duì)外界做出反應(yīng)性動(dòng)作；三是思考;.要素，根

11、據(jù)感覺(jué)要素所得到的信息，思考出采用什么樣的動(dòng)作。5、智能機(jī)器人的含義是什么？智能機(jī)器人具備形形色色的內(nèi)部信息傳感器和外部信息傳感器，如視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)。除具有感受器外，它還有效應(yīng)器，作為作用于周圍環(huán)境的手段。這就是筋肉，或稱自整步電動(dòng)機(jī)，它們使手、腳、長(zhǎng)鼻子、 觸角等動(dòng)起來(lái)。 由此也可知， 智能機(jī)器人至少要具備三個(gè)要素：感覺(jué)要素， 運(yùn)動(dòng)要素和思考要素。6、分析一個(gè)空間激光切割機(jī)械手至少需要多少自由度？要求能使激光束的焦點(diǎn)定位，并可切割任意曲面。定位需要三個(gè)自由度，切割曲面需要三個(gè)自由度，共計(jì)六個(gè)7、機(jī)器人的靈活度、自由度和冗余度的概念及其相互關(guān)系是什么？靈活度 =自由度 +冗余度8、為了

12、將圓柱形的零件放在平板上，機(jī)器人至少應(yīng)具有幾個(gè)自由度？答：一共需要 5 個(gè)：定位3 個(gè)，放平穩(wěn) 2 個(gè)9、機(jī)器人的精度、重復(fù)精度及空間分辨度的含義及其區(qū)別？答：精度、重復(fù)精度和分辨率用來(lái)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(guò)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

13、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、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。10、機(jī)器人學(xué)主要包含哪些研究?jī)?nèi)容？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)

14、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。11、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析的一般過(guò)程是什么？為什么要進(jìn)行機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)分析？答： 1、建立坐標(biāo)系2、確定連桿參數(shù)3、寫出各個(gè)齊次矩陣4、寫方程機(jī)器人動(dòng)力學(xué)研究目的，建立力、質(zhì)量和加速度之間以及力矩、慣量和角速度之間的關(guān)系。;.確定力和力矩，計(jì)算每個(gè)驅(qū)動(dòng)器所需的驅(qū)動(dòng)力，以便在機(jī)器人連桿和關(guān)節(jié)上產(chǎn)生期望的加速度。根據(jù)有關(guān)方程并考慮機(jī)器人的外部載荷計(jì)算出驅(qū)動(dòng)器可能承受的最大載荷，設(shè)計(jì)出能提供足夠力及力矩的驅(qū)動(dòng)器。研究機(jī)器人不同部件之間的關(guān)系，合理地設(shè)計(jì)出機(jī)器人的部件。12、簡(jiǎn)述建立工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)

15、學(xué)方程的方法、步驟。建立各連桿坐標(biāo)系，確定各連桿D-H 參數(shù)，寫出各齊次矩陣（利用式i 和 D-H 參數(shù)計(jì)算各連桿之間的 D-H 矩陣），寫運(yùn)動(dòng)學(xué)方程（根據(jù)Tn1 . i . n 建立機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程）13、方向余弦矩陣的特點(diǎn)都有那些“方向余弦矩陣”是由兩組不同的標(biāo)準(zhǔn)正交基的基底向量之間的方向余弦所形成的矩陣。方向余弦矩陣可以用來(lái)表達(dá)一組標(biāo)準(zhǔn)正交基與另一組標(biāo)準(zhǔn)正交基之間的關(guān)系，也可以用來(lái)表達(dá)一個(gè)向量對(duì)于另一組標(biāo)準(zhǔn)正交基的方向余弦。方向余弦矩陣為正交矩陣，其中每列或每行中各元素平方之和為一，而兩個(gè)不同列或不同行中對(duì)應(yīng)元素的乘積之和則為零。14、機(jī)器人雅可比矩陣的含義是什么？關(guān)節(jié)空間和操作空

16、間的方程系數(shù)矩陣（XJ）15、什么是機(jī)器人的奇異狀態(tài)？機(jī)器人的雅克比矩陣的行列式等于零時(shí)的狀態(tài)，自由度會(huì)減少，母線運(yùn)動(dòng)受限制16、簡(jiǎn)述齊次變換矩陣的物理含義。xxw xpxTyyw ypyw zp zzz0001答： 1、起到坐標(biāo)變換的作用。2、代表物體的位置姿態(tài)17、工業(yè)機(jī)器人常用的驅(qū)動(dòng)器有那些類型，并簡(jiǎn)要說(shuō)明其特點(diǎn)。（ 1）電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的能源簡(jiǎn)單，速度變化范圍大，效率高，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小，速度和位置精度都很高，但它們多與減速裝置相聯(lián)，直接驅(qū)動(dòng)比較困難。（ 2）液壓驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)是功率大，可省去減速裝置而直接與被驅(qū)動(dòng)的桿件相連，結(jié)構(gòu)緊湊，剛度好，響應(yīng)快，伺服驅(qū)動(dòng)具有較高的精度。但需要增設(shè)液壓源，易產(chǎn)生

17、液體泄漏，不適合高、低溫及有潔凈要求的場(chǎng)合。故液壓驅(qū)動(dòng)器目前多用于特大功率的操作機(jī)器人系統(tǒng)或機(jī)器人化工程機(jī)械。（ 3）氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，清潔，動(dòng)作靈敏，具有緩沖作用。但也需要增設(shè)氣壓源，且與液壓驅(qū)動(dòng)器;.相比，功率較小，剛度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高、但有潔凈、防爆等要求的點(diǎn)位控制機(jī)器人。18、常用的工業(yè)機(jī)器人的傳動(dòng)系統(tǒng)有那些？齒輪傳動(dòng)，蝸桿傳動(dòng)，滾珠絲桿出傳動(dòng)，同步齒形帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)和行星齒輪傳動(dòng)19、在機(jī)器人系統(tǒng)中為什么往往需要一個(gè)傳動(dòng)（減速）系統(tǒng)？因?yàn)楝F(xiàn)在的電機(jī)一般速度較高，力矩較小，需要通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)降低轉(zhuǎn)速、提高力矩。20、機(jī)器人常用的機(jī)身和臂部的配置型式有哪些？

18、 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)。21、直流電機(jī)的額定值有哪些？ 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

19、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 。22、機(jī)器人上常用的距離與接近覺(jué)傳感器有哪些？。超聲波，激光、紅外，霍爾傳感器23、常見(jiàn)的機(jī)器人外部傳感器有哪些？ 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

20、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。24、機(jī)器人視覺(jué)的硬件系統(tǒng)由哪些部分組成？ 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。25、機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本單元有哪些？ 答 ：構(gòu)成機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本

21、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。26、請(qǐng)簡(jiǎn)述模糊控制器的組成及各組成部分的用途。 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)

22、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。27、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？ 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

23、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。28、什么是變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)？為什么要采用變結(jié)構(gòu)控制？一個(gè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)是隨位置、時(shí)間變化而變化的；因?yàn)闄C(jī)器人是典型的非線性變參數(shù)系統(tǒng)模型。29、試述機(jī)器人滑模變結(jié)構(gòu)控制的基本原理?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制的原理，是根據(jù)系統(tǒng)所期望的動(dòng)態(tài)特性來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的切換超平面，通過(guò)滑動(dòng)模態(tài)控制器使系統(tǒng)狀態(tài)從超平面之外向切換超平面收束。系統(tǒng)一旦到達(dá)切換超平面，控制作用將保證系統(tǒng)沿切換超平面到達(dá)系統(tǒng)原點(diǎn)，這一沿切換超平面向原點(diǎn)滑動(dòng)的過(guò)程稱為滑?？刂啤?0、自適應(yīng)控制器有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？試簡(jiǎn)介其工作原理。機(jī)器人自適應(yīng)控制分為三類：模型參考自適應(yīng)控制、自校正

24、自適應(yīng)控制和線性攝動(dòng)自適應(yīng)控制等。(a)模型參考自適應(yīng)控制器；它的基本設(shè)計(jì)思想是：為機(jī)器人機(jī)械手的狀態(tài)方程（傳動(dòng)）綜合一個(gè)控制信號(hào)u，或?yàn)闋顟B(tài)方程（動(dòng)力學(xué)）綜合一個(gè)輸入F。這種控制信號(hào)將以一定的由參考模型所規(guī)定的期望方式，迫使系統(tǒng)具有需要特性。(b)自校正自適應(yīng)控制器；它與 MRAC 方法的主要區(qū)別在于：STAC 用線性離散模型來(lái)表示操作機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性，因而其控制器為一數(shù)字控制器。這種離散模型必須借助系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)，應(yīng)用采樣輸入 -輸出數(shù)據(jù)來(lái)建立。線性攝動(dòng)自適應(yīng)控制器六、論述題 /綜合題1、試論述機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。;.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

25、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

26、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，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(guò)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

27、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(lè)場(chǎng)合。傳統(tǒng)機(jī)器人設(shè)計(jì)未考慮與人緊密共處，因此其結(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、試論述精度、重復(fù)精度與分辨率之間的關(guān)系。答：精度、重復(fù)精度和分辨率用來(lái)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

28、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(guò)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、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

29、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、試論述工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用準(zhǔn)則。 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(kāi)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作崗位上代替下來(lái)，將從根本上改善勞動(dòng)條件。(2)

30、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(lái)越細(xì)，操作越來(lái)越簡(jiǎn)單， 勞動(dòng)強(qiáng)度越來(lái)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(lái)講，人的壽命比機(jī)械的壽命長(zhǎng)，不過(guò)，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(guò)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(méi)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(shuō)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)，

31、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。可以用償還期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)器人代替工人操作時(shí)，要考慮工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)實(shí)能力以及工業(yè)機(jī)器人技術(shù)知識(shí)的現(xiàn)狀和未來(lái)給予預(yù)測(cè)。用現(xiàn)有的機(jī)器人原封不動(dòng)地取代目前正在工作的所有工人，并接替他們的工作，顯然是不可能的。在平均能力方面，與工人相比，工業(yè)機(jī)器人顯得過(guò)于遜色；但在承受環(huán)境條件的能力和可靠性方面，工業(yè)機(jī)器人比人優(yōu)越。因此要把工業(yè)機(jī)器人安排在生產(chǎn)線中的恰當(dāng)位置上，使它成為工人的好助手。4

32、、如果讓你設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)器人，你最希望制作一個(gè)什么樣的機(jī)器人？它由哪幾部分組成？制作它主要需要完成些什么工作？答： 機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由機(jī)器人的機(jī)構(gòu)部分、傳感器組、控制部分及信息處理部分組成。機(jī)器人的外貌有的像人，有的卻并不具有人的模樣，但其組成與人很相似。機(jī)構(gòu)部分包括機(jī)械手和移動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)械手相當(dāng)于人手一樣，可完成各種工作；移動(dòng)機(jī)構(gòu)相當(dāng)于人的腳，機(jī)器人靠它來(lái)"走路 " 。感知機(jī)器人自身或外部環(huán)境變化信息的傳感器是它的感覺(jué)器官，相當(dāng)于人的眼、耳、皮膚等，它包括內(nèi)傳感器和外傳感器。電腦是機(jī)器人的指揮中心，相當(dāng)于人腦或中樞神經(jīng)，它能控制機(jī)器人各部位協(xié)調(diào)動(dòng)作；信息處理裝置（電子計(jì)算機(jī)），

33、是人與機(jī)器人溝通的工具，可根據(jù)外界的環(huán)境變化、靈活變更機(jī)器人的動(dòng)作5、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。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)下處理手爪力F 與驅(qū)動(dòng)力 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(lái)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)力會(huì)產(chǎn)生怎樣的關(guān)節(jié)位置、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(lái)說(shuō)，除了與連桿長(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)量中心與

34、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(guò)實(shí)線關(guān)系的組合表示，這些也可作為動(dòng)力學(xué)的問(wèn)題來(lái)處理。6、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。 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

35、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。7、機(jī)器人軌跡控制過(guò)程如圖所示。試列出各步的主要內(nèi)容。;.習(xí)題 4-17 圖 解 ：（ 1）通過(guò)示教過(guò)程得到機(jī)器人軌跡上特征點(diǎn)的位姿。對(duì)于直線需要得到起始點(diǎn)和終點(diǎn)，對(duì)于圓弧需要得到弧上三點(diǎn)；（2）根據(jù)軌跡特征（直線/園弧 /其它）和插補(bǔ)策略（定時(shí)/ 定距 /其它）進(jìn)行相應(yīng)的插補(bǔ)運(yùn)算，求出該插補(bǔ)點(diǎn)的位姿值；（3）根據(jù)機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，求出手臂解，即對(duì)應(yīng)于插補(bǔ)點(diǎn)位姿的全部關(guān)節(jié)角( 1 , n )；（4）以求出的關(guān)節(jié)角為相應(yīng)關(guān)節(jié)位置控制系統(tǒng)的設(shè)定值，分

36、別控制n 個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)；（5）和關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)同軸連接的光軸編碼器給出該關(guān)節(jié)當(dāng)前實(shí)際位置值，進(jìn)行反饋， 位置控制系統(tǒng)根據(jù)此位置誤差（設(shè)定值 反饋值）實(shí)施控制以消除誤差，使機(jī)器人達(dá)到所要求的位姿。8、機(jī)器人學(xué)是一門綜合性的學(xué)科，（ 1）試論述機(jī)器人學(xué)重要的研究?jī)?nèi)容及其所需要解決的問(wèn)題（至少 3 個(gè)方面）。答：機(jī)器人學(xué)【 robotics】與機(jī)器人設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用相關(guān)的科學(xué)。機(jī)器人學(xué)又稱為機(jī)器人技術(shù)或機(jī)器人工程學(xué)，主要研究機(jī)器人的控制與被處理物體之間的相互關(guān)系。機(jī)器人學(xué)涉及的科目很多，主要內(nèi)容有運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)、行動(dòng)規(guī)劃和應(yīng)用工程等。隨著工業(yè)自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，到

37、六十年代機(jī)器人開(kāi)始進(jìn)入大量生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用階段。爾后由于自動(dòng)裝備海洋開(kāi)發(fā)空間探索等實(shí)際問(wèn)題的需要，對(duì)機(jī)器人的智能水平提出了更高的要求。特別是危險(xiǎn)環(huán)境，人們難以勝任的場(chǎng)合更迫切需要機(jī)器人，從而推動(dòng)了智能機(jī)器人的研究。機(jī)器人學(xué)的研究推動(dòng)了許多人工智能思想的發(fā)展，有一些技術(shù)可在人工智能研究中用來(lái)建立世界狀態(tài)的模型和描述世界狀態(tài)變化的過(guò)程。關(guān)于機(jī)器人動(dòng)作規(guī)劃生成和規(guī)劃監(jiān)督執(zhí)行等問(wèn)題的研究，推動(dòng)了規(guī)劃方法的發(fā)展。此外由于機(jī)器人是一個(gè)綜合性的課題，除機(jī)械手和步行機(jī)構(gòu)外，還要研究機(jī)器視覺(jué)觸覺(jué)聽(tīng)覺(jué)等信感技術(shù)，以及機(jī)器人語(yǔ)言和智能控制軟件等?？梢钥闯鲞@是一個(gè)設(shè)計(jì)精密機(jī)械信息傳感技術(shù)人工智能方法智能控制以及生物工程

38、等學(xué)科的綜合技術(shù)。這一課題研究有利于促進(jìn)各學(xué)科的相互結(jié)合，并大大推動(dòng)人工智能技術(shù)的發(fā)展。1、傳感器與感知系統(tǒng)2、驅(qū)動(dòng)、建模與控制3、自動(dòng)規(guī)劃與調(diào)度4、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)5、應(yīng)用研究9、方向余弦矩陣是進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)，試論述方向余弦矩陣的性質(zhì)和特點(diǎn)，并通過(guò)具體的實(shí)例分析給予驗(yàn)證。答：“方向余弦矩陣”是由兩組不同的標(biāo)準(zhǔn)正交基的基底向量之間的方向余弦所形成的矩陣。方向余弦矩陣可以用來(lái)表達(dá)一組標(biāo)準(zhǔn)正交基與另一組標(biāo)準(zhǔn)正交基之間的關(guān)系，也可以用來(lái)表達(dá)一個(gè)向量對(duì)于另一組標(biāo)準(zhǔn)正交基的方向余弦。方向余弦矩陣為正交矩陣，其中每列或每行中各元素平方之和為一，而兩個(gè)不同列或不同行中對(duì)應(yīng)元素的乘積之和則為

39、零?！胺较蛴嘞揖仃嚒笔怯蓛山M不同的標(biāo)準(zhǔn)正交基的基底向量之間的方向余弦所形成的矩陣。方向余弦矩陣可以用來(lái)表達(dá)一組標(biāo)準(zhǔn)正交基與另一組標(biāo)準(zhǔn)正交基之間的關(guān)系，也可以用來(lái)表達(dá)一個(gè)向量對(duì)于另一組標(biāo)準(zhǔn)正交基的方向余弦。;.10、對(duì)（工業(yè)）機(jī)器人進(jìn)行位置和力的控制時(shí)，試比較關(guān)節(jié)空間控制器設(shè)計(jì)和操作空間控制器設(shè)計(jì)的不同點(diǎn)，并畫(huà)出一個(gè)機(jī)器人單關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)空間控制器和操作空間控制器的控制系統(tǒng)框圖。解：答：關(guān)節(jié)空間控制器再輸入與反饋的時(shí)候無(wú)正解與反解，而操作空間控制器輸入與反饋時(shí)要有正解與反解，如下圖所示。;.畫(huà)出一個(gè)機(jī)器人單關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)空間控制器和操作空間控制器的控制系統(tǒng)框圖如下11、以多自由度工業(yè)機(jī)器人為例，分析討論

40、機(jī)器人的控制：（ 1）分析討論工業(yè)機(jī)器人的位置控制、速度控制、加速度控制和力控制的特點(diǎn)及其區(qū)別；答：位置控制：工業(yè)機(jī)器人位置控制的目的，就是要使機(jī)器人各關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)預(yù)先所規(guī)劃的運(yùn)動(dòng)，最終保證工業(yè)機(jī)器人終端(手爪 ) 沿預(yù)定的軌跡運(yùn)行。 這類運(yùn)動(dòng)控制的特點(diǎn)是連續(xù)控制工業(yè)機(jī)器人手爪(或工具 )的位姿軌跡。一般要求速度可控、軌跡光滑且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。軌跡控制的技術(shù)指標(biāo)是軌跡精度和平穩(wěn)性。速度控制意味著各個(gè)關(guān)節(jié)馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)聯(lián)合進(jìn)行，并以不同的速度同時(shí)運(yùn)行以保證夾手沿著笛卡爾坐標(biāo)軸穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。分解運(yùn)動(dòng)速度控制先把期望的夾手運(yùn)動(dòng)分解為各個(gè)關(guān)節(jié)的期望速度，然后對(duì)各個(gè)關(guān)節(jié)實(shí)行速度伺服控制。加速度控制分解運(yùn)動(dòng)加速度控制首先計(jì)

41、算出工具的控制加速度，然后把它分解為相應(yīng)的各個(gè)關(guān)節(jié)加速度，再按照動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算出控制力矩。力控制除了在一些自由度方向進(jìn)行位置控制外，還需要在另一些自由度方向進(jìn)行力控制。（ 2）給出操作空間及驅(qū)動(dòng)空間的單個(gè)關(guān)節(jié)的機(jī)器人控制框圖，并說(shuō)明其控制過(guò)程。機(jī)器人控制器的控制結(jié)構(gòu)形式，常見(jiàn)的有：集中控制、分散控制和遞階控制等。如圖表示 PUMA 機(jī)器人兩級(jí)遞階控制的結(jié)構(gòu)圖。;.機(jī)器人控制系統(tǒng)以機(jī)器人作為控制對(duì)象，它的設(shè)計(jì)方法及參數(shù)選擇，仍可參照一般計(jì)算機(jī)/嵌入式控制系統(tǒng)?，F(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人大多采用獨(dú)立關(guān)節(jié)的PID 控制。如圖所示PUMA 機(jī)器人的控制結(jié)構(gòu)即為一典型。由于獨(dú)立關(guān)節(jié)PID 控制未考慮被控對(duì)象（機(jī)器

42、人）的非線性及關(guān)節(jié)間的耦合作用，因而控制精度和速度的提高受到限制。斯坦福機(jī)械手具有反饋控制，其一個(gè)關(guān)節(jié)控制方框圖如圖所示。從圖可見(jiàn)，它有個(gè)光學(xué)編碼器，與測(cè)速發(fā)電機(jī)一起組成位置和速度反饋。這種工業(yè)機(jī)器人是一種定位裝置，它的每個(gè)關(guān)節(jié)都有一個(gè)位置控制系統(tǒng)。要提高響應(yīng)速度，通常是要提高系統(tǒng)的增益以及由電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)軸速度負(fù)反饋把某些阻尼引入系統(tǒng)，以加強(qiáng)反電勢(shì)的作用。要做到這一點(diǎn)，可以采用測(cè)速發(fā)電機(jī)，或者計(jì)算一定時(shí)間間隔內(nèi)傳動(dòng)軸角位移的差值。傳遞函數(shù)：要提高響應(yīng)速度，通常是要提高系統(tǒng)的增益以及由電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)軸速度負(fù)反饋把某些阻尼引入系統(tǒng)，以加強(qiáng)反電勢(shì)的作用。要做到這一點(diǎn)，可以采用測(cè)速發(fā)電機(jī)，或者計(jì)算一定時(shí)間間

43、隔內(nèi)傳動(dòng)軸角位移的差值。由于機(jī)器人機(jī)械手是通過(guò)工具進(jìn)行操作作業(yè)的，所以其末端工具的動(dòng)態(tài)性能將直接影響操作質(zhì)量。又因末端的運(yùn)動(dòng)是所有關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜函數(shù)，因此，即使每個(gè)關(guān)節(jié)的動(dòng)態(tài)性能可行，而末端的動(dòng)態(tài)性能則未必能滿足要求。（ 3）比較關(guān)節(jié)空間控制器設(shè)計(jì)和操作空間控制器設(shè)計(jì)的不同點(diǎn)。答：操作空間控制器設(shè)計(jì)涉及運(yùn)動(dòng)學(xué)的正、反解。;.七、計(jì)算題（需寫出計(jì)算步驟）1、已知 R 為旋轉(zhuǎn)矩陣， b 為平移向量，試寫出相應(yīng)的齊次矩陣。1003R001b20105 解 ：齊次矩陣為10030012A105000012、矩陣x010y001z102w001代表齊次坐標(biāo)變換，求其中的未知元素值x、 y、 z、w(第一

44、列元素 )。3、寫出齊次變換矩陣BA T ，它表示相對(duì)固定坐標(biāo)系 A 作以下變換：（ a）繞 zA 軸轉(zhuǎn) 900；（ b）再繞 x A 軸轉(zhuǎn) 900；（ c）最后作移動(dòng) (3,7,9) T。解： BA H =Trans（ 3， 7， 9）Rot（ X， -） Rot （ Z，）100310000100100301000103010700101000001710000017=01901000010=1090010=009001000100010001000100010001;.4、寫出齊次變換矩陣BA T ，它表示相對(duì)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系B 作以下變換：（ a）移動(dòng) (3,7,9) T ；（ b）再繞 x

45、B軸轉(zhuǎn) 900；（c）繞 z軸轉(zhuǎn) 900。B0019答： BA H =Rot （ Z，1003） Rot （X ， - ） Trans（3， 7， 9） =107000015、求下面齊次變換0101001210000001的逆變換 T -1 。nxnynzp n00-1 0解：T 1=oxoyozp o=100 1axaya zp a0-10 2000100016、矢量 A p 軸繞 Z A 軸旋轉(zhuǎn) 30 0 角，然后繞X A 軸旋轉(zhuǎn) 450 角。試給出依次按上述次序完成旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)矩陣。解：7、坐標(biāo)系 B 的位置變化如下： 初始時(shí)， 坐標(biāo)系 A 與 B 重合，讓坐標(biāo)系 B 繞 ZB 軸旋轉(zhuǎn) 30 0 角；然后再繞 XB 軸旋轉(zhuǎn) 450 角。給出把對(duì)矢量 B p 的描述變?yōu)閷?duì) A p 描述的旋轉(zhuǎn)矩陣。;