機器人復(fù)習(xí)題及參考答案

1、1機器人學(xué)導(dǎo)論機器人學(xué)導(dǎo)論二、簡答題：二、簡答題：1.機器人學(xué)主要包含哪些研究內(nèi)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(yù)處理？機器視覺常用的預(yù)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(guān)鍵技術(shù)有哪些？三、論述題三、論述題：1.試論述機器人技術(shù)的發(fā)展趨勢。2.試論述精度、重復(fù)精度與分辨率之間的關(guān)系。3.試論述輪式行走機構(gòu)和足式行走機構(gòu)的特點和各自適用的場合。4.試論述機器人靜力學(xué)、動力學(xué)、運動學(xué)的關(guān)系。5.機器人單關(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)機器人的應(yīng)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(zhuǎn)90得到點v；（2）繞y軸旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)關(guān)節(jié)加一個平移關(guān)節(jié)，簡稱RPR機械手），求末端機械手的運動學(xué)方程。xyzOuvwtθ3d2

4、θ1L1L2L3二、簡答題：二、簡答題：1.答：機器人研究的基礎(chǔ)內(nèi)容有以下幾方面：(1)空間機構(gòu)學(xué)；(2)機器人運動學(xué)；(3)機器人靜力學(xué)；(4)機器人動力學(xué)；(5)機器人控制技術(shù)；(6)機器人傳感器；(7)機器人語言。3人技術(shù)。基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實以及臨場感應(yīng)技術(shù)，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(shù)。這是目前機器人研究的一個嶄新領(lǐng)域。主要對多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機理，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行研究。(7)微型和微小機器人技術(shù)。這是機器人研究的一個新的領(lǐng)域和重點發(fā)展方向。過去的研究在該領(lǐng)域幾乎是空白，因此該領(lǐng)域研究的進展將會引起機器人技術(shù)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(shù)的研究主要集中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運動方式、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)軟機器人技術(shù)。主要用于醫(yī)療、護理、休閑和娛樂場合。傳統(tǒng)機器人設(shè)計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(shù)。這是機器人技術(shù)發(fā)展的最高境界，目前僅在某些方面進行一些基礎(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(fù)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(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。分辨率是指機器人每根軸能夠?qū)崿F(xiàn)的最小移動距離或最小轉(zhuǎn)動角度。精度和分辨率不一定相關(guān)。一臺設(shè)備的運動精度是指命令設(shè)定的運動位置與該設(shè)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(shè)定的位置之間的差距。工業(yè)機器人的精度

8、、重復(fù)精度和分辨率要求是根據(jù)其使用要求確定的。機器人本身所能達到的精度取決于機器人結(jié)構(gòu)的剛度、運動速度控制和驅(qū)動方式、定位和緩沖等因素。由于機器人有轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，不同回轉(zhuǎn)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(fù)精度。3.答：輪式行走機器人是機器人中應(yīng)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(jié)構(gòu)形式取決于地面的性質(zhì)和車輛的承載能力。在

9、軌道上運行的多采用實心鋼輪，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心輪胎。足式行走對崎嶇路面具有很好的適應(yīng)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(xué)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(qū)動力τ的關(guān)系。動力學(xué)研究機器人各關(guān)節(jié)變量對時間的一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)與各執(zhí)行器驅(qū)動力或力矩之間的關(guān)系，即機器人機械系統(tǒng)的運動方程。而運動學(xué)研究從幾何學(xué)的觀點來處理手指位置與關(guān)節(jié)變量的關(guān)系。在考慮控制時，就要考慮在機器人的動作中，關(guān)節(jié)驅(qū)動力τ會產(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)系稱為動力學(xué)（dynamics）。對于動力學(xué)來說，除θ?θ??了與連桿長度有關(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)。運動學(xué)、靜力學(xué)和動力學(xué)中各變量的關(guān)系如下圖所示。圖中用虛線表示的關(guān)系可通過實線關(guān)系的組合表示，這些也可作為動力學(xué)的問題來處理。5.答：設(shè)計和應(yīng)用工業(yè)機器人時，應(yīng)全面考慮和均衡機器人的通用性、環(huán)境的適應(yīng)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(fēng)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(shù)、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(zhì)量落后的部門應(yīng)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(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(jié)。(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(guān)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(shè)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(yīng)用機器人時需要人在應(yīng)用工業(yè)機器