機(jī)器人課程考試復(fù)習(xí)題庫(kù)

1、24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(xiàn)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(guān)點(diǎn)來(lái)處

2、理手指位置與關(guān)節(jié)變量的關(guān)系稱(chēng)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

3、序、位置和時(shí)間等具體數(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(chēng)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(pán)對(duì)機(jī)器人語(yǔ)言命令進(jìn)行用戶(hù)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（P, proportional）、積分（I, integral）、微分（D, derivative）進(jìn)行控制。 脫機(jī)編程：指用機(jī)器人程序語(yǔ)言預(yù)先進(jìn)

4、行程序設(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(lèi)。 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 0T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(xiàn)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

5、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(pán) 。 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)

6、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）420mA、55V （B）020mA、05

7、V （C）-20mA20mA、55V （D）-20mA20mA、05V 7、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(xiàn)性度 （D）靈敏度 86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

8、方式不一樣 （D）編碼方式不一樣四、判斷題（回答Y/N） 1機(jī)械手亦可稱(chēng)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(chēng)為冗余自由度機(jī)器人。Y 3、關(guān)節(jié)空間是由全部關(guān)節(jié)參數(shù)構(gòu)成的。Y 4、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。Y 5、關(guān)節(jié)i的坐標(biāo)系放在i-1關(guān)節(jié)的末端。N 6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。N 7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。N 8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。Y 9激光測(cè)距儀可以進(jìn)行散裝物料重量的檢測(cè)。Y 10運(yùn)動(dòng)控制的電子齒輪模式是一種

9、主動(dòng)軸與從動(dòng)軸保持一種靈活傳動(dòng)比的隨動(dòng)系統(tǒng)。Y 11諧波減速機(jī)的名稱(chēng)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(lèi)方法？是否還有其他的分類(lèi)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

10、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(lèi)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(zhuān)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?chē)h(huán)境狀態(tài)；二是運(yùn)動(dòng)要素，對(duì)外界做出反

11、應(yīng)性動(dòng)作；三是思考要素，根據(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?chē)h(huán)境的手段。這就是筋肉，或稱(chēng)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+

12、冗余度8、為了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

13、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(xiàn)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(xiě)出各個(gè)齊次矩陣 4、寫(xiě)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(xiě)出各齊次矩陣（利用式和D-H參數(shù)計(jì)算各連桿之間的D-H矩陣），寫(xiě)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程（根據(jù)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)空間和操作空間的方程系數(shù)矩陣（）15、什么是機(jī)器人

16、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(xiàn)運(yùn)動(dòng)受限制 16、簡(jiǎn)述齊次變換矩陣的物理含義。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(lèi)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

17、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？ 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

18、，能有效地利用空間，直觀(guān)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(zhuān)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(chēng)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

19、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？

20、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(mǎn)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)

21、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) 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)

22、，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(lèi)？ 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)

23、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(xiàn)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。滑模變結(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(chēng)為滑模控制。30、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(lèi)：模型參考自適應(yīng)控制、自校正自適應(yīng)控制和線(xiàn)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

24、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(xiàn)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(xiàn)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

25、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(xiàn)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

26、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(lèi)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。

27、(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

28、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(xiàn)分

29、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) 在生產(chǎn)率和生產(chǎn)質(zhì)量落后的部門(mén)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

30、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(lèi)擺脫很臟、很危險(xiǎn)或很繁重的勞動(dòng)，但是工廠(chǎng)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)

31、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(xiàn)中的恰當(dāng)位置上，使它成為工人的好助手。4、 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

32、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)），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。習(xí)題4-17圖 答

33、：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(guān)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(chēng)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(xiàn)表示的關(guān)系可通過(guò)實(shí)線(xiàn)關(guān)系的組合表示，這些也可

34、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(chē)輪移動(dòng)方式行走是相當(dāng)優(yōu)越的。車(chē)輪的形狀或結(jié)構(gòu)形式取決于地面的性質(zhì)和車(chē)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

35、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(xiàn)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(xiàn)/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(q1, , qn)； （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（

36、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(mén)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(chēng)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)

37、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)

38、、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零?！胺较蛴嘞揖仃嚒?/p>

39、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。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，分析討論機(jī)

40、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(lèi)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)算出工具的控

41、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)。現(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)器人）的非線(xiàn)性及關(guān)節(jié)間的耦合作

42、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)間間隔內(nèi)傳動(dòng)軸角位移的差值。由

43、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(mǎn)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(xiě)出計(jì)算步驟） 1、已知R為旋轉(zhuǎn)矩陣，b為平移向量，試寫(xiě)出相應(yīng)的齊次矩陣。 解：齊次矩陣為 2、矩陣代表齊次坐標(biāo)變換，求其中的未知元素值x、y、z、w(第一列元素)。 3、寫(xiě)出齊次變換矩陣，它表示相對(duì)固定坐標(biāo)系A(chǔ)作以下變換：（a）繞zA軸轉(zhuǎn)900； （b）再繞xA軸轉(zhuǎn)900； （c）最后作

44、移動(dòng)(3,7,9)T。解：=Trans（3，7，9）Rot（X，-90）Rot（Z，90）= 4、寫(xiě)出齊次變換矩陣，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xB軸轉(zhuǎn)900； （c）繞zB軸轉(zhuǎn)900。答：=Rot（Z，90）Rot（X，-90）Trans（3，7，9）= 5、求下面齊次變換的逆變換T-1。解：6、矢量Ap軸繞ZA軸旋轉(zhuǎn)300角，然后繞XA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(chǔ)與B重合，讓坐標(biāo)系B繞ZB軸旋轉(zhuǎn)300角；然后再繞XB軸旋轉(zhuǎn)450角。給出把對(duì)矢量Bp的描述變?yōu)閷?duì)Ap描述的

45、旋轉(zhuǎn)矩陣。解： 8、下面的坐標(biāo)系矩陣B移動(dòng)距離d=(5，2，6)T：求該坐標(biāo)系相對(duì)于參考坐標(biāo)系的新位置。解： 9、求點(diǎn)P=(2，3，4)T繞x軸旋轉(zhuǎn)45度后相對(duì)于參考坐標(biāo)系的坐標(biāo)。 解： 10、寫(xiě)出齊次變換矩陣，它表示相對(duì)固定坐標(biāo)系A(chǔ)作以下變換：（a） 繞Z軸轉(zhuǎn)90º；（b）再繞X軸轉(zhuǎn)-90º；（c）最后做移動(dòng)（3，7，9）。解：依題意，解得 11*、如圖所示為二自由度機(jī)械手，已知各桿長(zhǎng)度分別為d1，d2。題21圖 二連桿機(jī)械手 （1）進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的步驟有那些？結(jié)合如圖所示的二自由度機(jī)械手，通過(guò)建立坐標(biāo)系及坐標(biāo)變換矩陣0T1，1T2等，求出機(jī)械手末端O3點(diǎn)的位置和速

46、度方程； （2）對(duì)這類(lèi)平面機(jī)器人，求機(jī)械手末端O3點(diǎn)的位置和速度方程還有什么別的方法？ （3）求解該機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)反解。 （4）按集中質(zhì)量，建立其動(dòng)力學(xué)方程式。（1）由題意已知，則：=,=,=圖1=其中（2）如圖1示逆運(yùn)動(dòng)學(xué)有兩組可能的解。第一組解：由幾何關(guān)系得 （1） （2）（1） 式平方加（2）式平方得第二組解：由余弦定理， 1工業(yè)機(jī)器人定義？工業(yè)機(jī)器人的定義：一種用于移動(dòng)各種材料、零件、工具或者專(zhuān)用裝置的，可通過(guò)可編程序動(dòng)作來(lái)執(zhí)行各種任務(wù)的，并且具有各種編程能力的多功能的機(jī)械手。2. 按機(jī)器人的用途分類(lèi)，可以將機(jī)器人分為哪幾大類(lèi)？試簡(jiǎn)述之。1) 工業(yè)機(jī)器人或產(chǎn)業(yè)機(jī)器人 應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中

47、，主要用在制造業(yè)，進(jìn)行焊接、噴漆、裝配、搬運(yùn)、檢驗(yàn)、農(nóng)產(chǎn)品的加工等產(chǎn)業(yè)。2) 探索機(jī)器人 用于進(jìn)行太空和海洋探索，也可用于地面和地下探索。3) 服務(wù)機(jī)器人 一種半自主或全自主的機(jī)器人，其所從事的服務(wù)工作可使人類(lèi)生存的更好，使制造業(yè)以外的設(shè)備工作的更好。4) 軍用機(jī)器人 用于軍事目的，或進(jìn)攻性的，或防御性的。3. 什么叫“機(jī)器人的三守則”？它的重要意義是什么？1) 機(jī)器人必須不危害人類(lèi)，也不允許它眼看人類(lèi)將受傷害而袖手旁觀(guān)2) 機(jī)器人必須絕對(duì)服從人類(lèi)，除非這種服從有害于人類(lèi)3) 機(jī)器人必須保護(hù)自身不受傷害，除非為了保護(hù)人類(lèi)或者人類(lèi)命令它做出犧牲等意義：給機(jī)器人社會(huì)附以新的倫理性，并且機(jī)器人概念更

48、加通俗化，更易于為人類(lèi)社會(huì)所接受，至今，它仍為機(jī)器人研究人員、設(shè)計(jì)制造廠(chǎng)家和用戶(hù)，提供了十分有意義的指導(dǎo)方針。4. 機(jī)器人系統(tǒng)一般有哪些程序功能？（1）運(yùn)算：可以使機(jī)器人自己做出判斷，在下一步把機(jī)器手或工具置于何處。 （2）決策：機(jī)器人系統(tǒng)會(huì)根據(jù)輸入信息做出決策，而不必執(zhí)行任何運(yùn)算。 （3）通信：機(jī)器人與操作人員之間的通信能力，允許機(jī)器人要求操作人員提供信息，告知操作者下一步該做什么，以及機(jī)器人打算下一步做什么。 （4）機(jī)械手運(yùn)動(dòng)：使復(fù)雜的多的運(yùn)動(dòng)變?yōu)榭赡?；使運(yùn)動(dòng)傳感器控制機(jī)器手成為可能；能獨(dú)立存儲(chǔ)工具位置 （5）工具指令：可以對(duì)機(jī)器人進(jìn)行比較復(fù)雜的控制。 （6）傳感器數(shù)據(jù)處理：機(jī)器人的通用計(jì)

49、算機(jī)必須與傳感器連接起來(lái)，才能發(fā)揮全部作用。5. 有哪幾種重要的機(jī)器人高層規(guī)劃系統(tǒng)？它們各有什么特點(diǎn)？1) 積木世界的機(jī)器人規(guī)劃2) 基于消解原理的機(jī)器人規(guī)劃3) 基于專(zhuān)家系統(tǒng)的機(jī)器人規(guī)劃4) 機(jī)器人路徑規(guī)劃6. 機(jī)器人傳感器的作用和特點(diǎn)為何？（1）機(jī)器人傳感器的作用：機(jī)器人的通用計(jì)算機(jī)必須與傳感器連接起來(lái)，才能發(fā)揮全部作用。機(jī)器人傳感器在機(jī)器人的控制中起了非常重要的作用，正因?yàn)橛辛藗鞲衅鳎瑱C(jī)器人才具備了類(lèi)似人類(lèi)的知覺(jué)功能和反應(yīng)能力。 （2）特點(diǎn)：機(jī)器人感覺(jué)是把相關(guān)的特性或相關(guān)的物體特性轉(zhuǎn)換為執(zhí)行某一種機(jī)器人功能所需的信息，這些物體特征包括幾何的、光學(xué)的、機(jī)械學(xué)的、聲音的、材料的、電氣的、磁性

50、的、放射性的和化學(xué)的，這些特征形成符號(hào)以表示系統(tǒng)，進(jìn)而構(gòu)成與給定工作任務(wù)有關(guān)的世界狀態(tài)知識(shí)。傳感器的分類(lèi) 內(nèi)部傳感器：檢測(cè)機(jī)器人本身狀態(tài)（手臂間角度等）的傳感器。 外部傳感器：檢測(cè)機(jī)器人所處環(huán)境（是什么物體，離物體的距離有多遠(yuǎn)等）及狀況（抓取的物體滑落等）的傳感器。 外部傳感器分為末端執(zhí)行器傳感器和環(huán)境傳感器。 末端執(zhí)行器傳感器：主要裝在作為末端執(zhí)行器的手上，檢測(cè)處理精巧作業(yè)的感覺(jué)信息。相當(dāng)于觸覺(jué)。 環(huán)境傳感器：用于識(shí)別物體和檢測(cè)物體與機(jī)器人的距離。相當(dāng)于視覺(jué)7. 什么是變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)？為什么要采用變結(jié)構(gòu)控制？變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的定義：系統(tǒng)各部分間的連續(xù)關(guān)系發(fā)生變化；系統(tǒng)的參數(shù)產(chǎn)生變化等等，這樣的系統(tǒng)稱(chēng)為變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。在動(dòng)態(tài)控制過(guò)程中，變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)時(shí)的狀態(tài)偏差及其各階導(dǎo)數(shù)的變化，以躍變的方式按照設(shè)定的規(guī)律做相應(yīng)改變，它是一類(lèi)特殊的非線(xiàn)性控制系統(tǒng)。為什么要采用變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)？因?yàn)橐话愕某绦蚩刂圃谙到y(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是預(yù)先設(shè)定好的，而往往有些異常的突發(fā)情況，使得它達(dá)不到要求，而變結(jié)構(gòu)控制的話(huà)，可以根據(jù)誤差及其導(dǎo)數(shù)的變化情況來(lái)確定。若控制對(duì)象參數(shù)不變化，自適應(yīng)控制逐漸退化為定?？刂?，而變結(jié)構(gòu)控制并不會(huì)退化為定?？刂?，始終保持微變結(jié)構(gòu)控制。8. 旋轉(zhuǎn)矩陣的幾何意義是什么？旋轉(zhuǎn)矩陣的幾何意義：為了研究機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和操作，往往不僅要表示空間某一點(diǎn)的位置，而且需要表示