機(jī)器人基礎(chǔ)考試試題重點(diǎn)(河南理工大學(xué))

1、（二）簡(jiǎn)答題智能機(jī)器人的所謂智能的表現(xiàn)形式是什么？答:推理判斷、記憶機(jī)器人分為幾類？答:首先，機(jī)器人按應(yīng)用分類可分為工業(yè)機(jī)器人、極限機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人。1）工業(yè)機(jī)器人有搬運(yùn)、焊接、裝配、噴漆、檢驗(yàn)機(jī)器人，主要用于現(xiàn)代化的工廠和柔性加工系統(tǒng)中。2）極限機(jī)器人主要是指用在人們難以進(jìn)入的核電站、海底、宇宙空間進(jìn)行作業(yè)的機(jī)器人，包括建筑、農(nóng)業(yè)機(jī)器人。3）娛樂(lè)機(jī)器人包括彈奏機(jī)器人、舞蹈機(jī)器人、玩具機(jī)器人等。也有根據(jù)環(huán)境而改變動(dòng)作的機(jī)器人。其次，按照控制方式機(jī)器人可分為操作機(jī)器人、程序機(jī)器人、示教機(jī)器人、智能機(jī)器人和綜合機(jī)器人。機(jī)器人由哪幾部分組成？機(jī)器人由三大部分六個(gè)子系統(tǒng)組成。三大部分是機(jī)械部分、傳感

2、部分和控制部分。六個(gè)子系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、機(jī)器人一環(huán)境交換系統(tǒng)、人機(jī)交換系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。什么是自由度？答:人們把構(gòu)建相對(duì)于參考系具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目稱為自由度。機(jī)器人技術(shù)參數(shù)有哪些？各參數(shù)的意義是什么？答:機(jī)器人技術(shù)參數(shù)有：自由度、精度、工作圍、速度、承載能力1）自由度：是指機(jī)器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸的數(shù)目，不包括手爪（末端操作器）的開(kāi)合自由度。在三維空間里描述一個(gè)物體的位置和姿態(tài)需要六個(gè)自由度。但是，工業(yè)機(jī)器人的自由度是根據(jù)其用途而設(shè)計(jì)的，也可能小于六個(gè)自由度，也可能大于六個(gè)自由度。2）精度：工業(yè)機(jī)器人的精度是指定位精度和重復(fù)定位精度。定位精度是指機(jī)器人手部實(shí)際到達(dá)位置

3、與目標(biāo)位置之間的差異。重復(fù)定位精度是指機(jī)器人重復(fù)定位其手部于同一目標(biāo)位置的能力，可以用標(biāo)準(zhǔn)偏差這個(gè)統(tǒng)計(jì)量來(lái)表示，它是衡量一列誤差值的密集度（即重復(fù)度）。3）工作圍：是指機(jī)器人手臂末端或手腕中心所能到達(dá)的所有點(diǎn)的集合，也叫工作區(qū)域。4）速度；速度和加速度是表明機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性的主要指標(biāo)。5）承載能力：是指機(jī)器人在工作圍的任何位姿上所能承受的最大質(zhì)量。承載能力不僅取決于負(fù)載的質(zhì)量，而且還與機(jī)器人運(yùn)行的速度和加速度的大小和方向有關(guān)。為了安全起見(jiàn)，承載能力這一技術(shù)指標(biāo)是指高速運(yùn)行時(shí)的承載能力。通常，承載能力不僅指負(fù)載，而且還包括機(jī)器人末端操作器的質(zhì)量。機(jī)器人手腕有幾種？試述每種手腕結(jié)構(gòu)。答：機(jī)器人的手臂

4、按結(jié)構(gòu)形式分可分為單臂式，雙臂式及懸掛式按手臂的運(yùn)動(dòng)形式區(qū)分，手臂有直線運(yùn)動(dòng)的。如手臂的伸縮，升降及橫向移動(dòng)，有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的如手臂的左右回轉(zhuǎn)上下擺動(dòng)有復(fù)合運(yùn)動(dòng)如直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組合。2直線運(yùn)動(dòng)的組合2回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組合。手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式是多種多樣的，常用的有葉片是回轉(zhuǎn)缸，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，鏈輪傳動(dòng)和連桿機(jī)構(gòu)手臂俯仰運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，一般采用活塞油（氣）缸與連桿機(jī)構(gòu)聯(lián)用來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，多數(shù)用于動(dòng)作程度固定不變的專用機(jī)器人。機(jī)器人機(jī)座有幾種？試述每種機(jī)座結(jié)構(gòu)。答：機(jī)器人幾座有固定式和行走時(shí)2種1）固定式機(jī)器人的級(jí)左右直接接地地面基礎(chǔ)上，也可以固定在機(jī)身上2）移動(dòng)式機(jī)器人

5、有可分為輪車機(jī)器人，有3組輪子組成的輪系四輪機(jī)器人三角論系統(tǒng)，全方位移動(dòng)機(jī)器人，2足步行式機(jī)器人，履帶行走機(jī)器人試述機(jī)器人視覺(jué)的結(jié)構(gòu)及工作原理答:機(jī)器人視覺(jué)由視覺(jué)傳感器攝像機(jī)和光源控制計(jì)算器和圖像處理機(jī)組成原理：由視覺(jué)傳感器講景物的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳遞給圖像處理器，同時(shí)光源控制器和32攝像機(jī)控制器把把光線，距離顏色光源方向等等參數(shù)傳遞給圖像處理器，圖像處理器對(duì)圖像數(shù)據(jù)做一些簡(jiǎn)單的處理將數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)算機(jī)最后由計(jì)算器存儲(chǔ)和處理。工業(yè)機(jī)器人控制方式有幾種？答:工業(yè)機(jī)器人的控制方式多種多樣，根據(jù)作業(yè)任務(wù)的不同，主要分為點(diǎn)位控制方式、連續(xù)軌跡控制方式、力（力矩）控制方式和智能控

6、制方式。1）點(diǎn)位控制方式（PTP）這種控制方式的特點(diǎn)是只控制工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間中某些規(guī)定的離散點(diǎn)上的位姿?？刂茣r(shí)只要求工業(yè)機(jī)器人快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)相鄰各點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)，而對(duì)達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡則不作任何規(guī)定。這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是定位精度和運(yùn)動(dòng)所需的時(shí)間。2）連續(xù)軌跡控制方式（CP）這種控制方式的特點(diǎn)是連續(xù)的控制工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間的位姿，要求其嚴(yán)格按照預(yù)定的軌跡和速度在一定的精度圍運(yùn)動(dòng)，而且速度可控，軌跡光滑，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，以完成工作任務(wù)。3）力（力矩）控制方式在完成裝配、抓放物體等工作時(shí)，除要準(zhǔn)確定位外，還要求使用適度的力或力矩進(jìn)行工作，這時(shí)就要利用力（力矩）伺服方式。

7、這種方式的控制原理與位置伺服控制原理基本相同，只不過(guò)輸入量和反饋量不是位置信號(hào)，而是力（力矩）信號(hào)，因此系統(tǒng)中必須有力（力矩）傳感器。有時(shí)也利用接近、滑動(dòng)等傳感功能進(jìn)行自適應(yīng)式控制。4）智能控制方式機(jī)器人的智能控制時(shí)通過(guò)傳感器獲得周圍環(huán)境的知識(shí)，并根據(jù)自身部的知識(shí)庫(kù)做出相應(yīng)的決策。采用智能控制技術(shù)，使機(jī)器人具有了較強(qiáng)的適應(yīng)性及自學(xué)習(xí)功能。智能控制技術(shù)的發(fā)展有賴于近年來(lái)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基因算法、遺傳算法、專家系統(tǒng)等人工智能的迅速發(fā)展。機(jī)器人參數(shù)坐標(biāo)系有哪些？各參數(shù)坐標(biāo)系有何作用？答:工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)形式有直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型和平面關(guān)節(jié)型。1）直角坐標(biāo)/笛卡兒坐標(biāo)/臺(tái)架型（3

8、P）這種機(jī)器人由三個(gè)線性關(guān)節(jié)組成，這三個(gè)關(guān)節(jié)用來(lái)確定末端操作器的位置，通常還帶有附加道德旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，用來(lái)確定末端操作器的姿態(tài)。這種機(jī)器人在X、Y、Z軸上的運(yùn)動(dòng)是獨(dú)立的，運(yùn)動(dòng)方程可獨(dú)立處理，且方程是線性的，因此，很容易通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)；它可以兩端支撐，對(duì)于給定的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，剛性最大：它的精度和位置分辨率不隨工作場(chǎng)合而變化，容易達(dá)到高精度。但是，它的操作圍小，手臂收縮的同時(shí)又向相反的方向伸出，即妨礙工作，且占地面積大，運(yùn)動(dòng)速度低，密封性不好。2)圓柱坐標(biāo)型(R3P)圓柱坐標(biāo)機(jī)器人由兩個(gè)滑動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來(lái)確定部件的位置，再附加一個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來(lái)確定部件的姿態(tài)。這種機(jī)器人可以繞中心軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角，工作圍可以

9、擴(kuò)大，且計(jì)算簡(jiǎn)單；直線部分可采用液壓驅(qū)動(dòng)，可輸出較大的動(dòng)力；能夠伸入型腔式機(jī)器部。但是，它的手臂可以到達(dá)的空間受到限制，不能到達(dá)近立柱或近地面的空間；直線驅(qū)動(dòng)器部分難以密封、防塵；后臂工作時(shí)，手臂后端會(huì)碰到工作圍的其它物體。球坐標(biāo)型(2RP)球坐標(biāo)機(jī)器人采用球坐標(biāo)系，它用一個(gè)滑動(dòng)關(guān)節(jié)和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來(lái)確定部件的位置，再用一個(gè)附加的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)確定部件的姿態(tài)。這種機(jī)器人可以繞中心軸旋轉(zhuǎn)，中心支架附近的工作圍大，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置容易密封，覆蓋工作空間較大。但該坐標(biāo)復(fù)雜，難于控制，且直線驅(qū)動(dòng)裝置仍存在密封及工作死區(qū)的問(wèn)題。關(guān)節(jié)坐標(biāo)型/擬人型(3R)關(guān)節(jié)機(jī)器人的關(guān)節(jié)全都是旋轉(zhuǎn)的，類似于人的手臂，是工業(yè)機(jī)器人

10、中最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)。平面關(guān)節(jié)型這種機(jī)器人可看作是關(guān)節(jié)坐標(biāo)式機(jī)器人的特例，它只有平行的肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)軸線共面。機(jī)器人學(xué)主要包含哪些研究容？答：機(jī)器人研究的基礎(chǔ)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。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，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回轉(zhuǎn)，具有占地面積小而工作圍大的特點(diǎn)。(3)機(jī)座

11、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)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)。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)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)，

12、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。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

13、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。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)：只要直接指定操作容就可以了，為此，機(jī)器人必須一邊思考一邊工作。MOTOMAN機(jī)器人示教盤(pán)模式旋鈕上有三種模式，分別是哪三種，并寫(xiě)出三種模式各自的特點(diǎn)。答

14、案：示教模式人教機(jī)器人稱作示教。再現(xiàn)模式執(zhí)行程序，機(jī)器人自動(dòng)運(yùn)行。遠(yuǎn)程模式通過(guò)外部信號(hào)進(jìn)行的操作，相當(dāng)于遙控。MOTOMAN機(jī)器人上有三種安全模式，分別是哪三種，并寫(xiě)出三種模式各自的特點(diǎn)。答案：三種模式分別是：PLAY再現(xiàn)模式、TEACH示教模式、REMOTE遠(yuǎn)程模式。再現(xiàn)模式可以用來(lái)對(duì)示教完的程序進(jìn)行再現(xiàn)運(yùn)行以及各種條件文件的設(shè)定、修改或刪除，在此模式下外部設(shè)備發(fā)出的啟動(dòng)信號(hào)無(wú)效示教模式可以用示教編程器進(jìn)行軸操作和編輯，編輯、示教程序，修改已登錄的程序，以及各種特性文件和參數(shù)的設(shè)定，在此模式下外部設(shè)備發(fā)出的啟動(dòng)信號(hào)無(wú)效遠(yuǎn)程模式下機(jī)器人由外部信號(hào)進(jìn)行操作，可以接通伺服電源、啟動(dòng)、調(diào)出主程序、設(shè)

15、定循環(huán)等與開(kāi)始運(yùn)行有關(guān)的操作，數(shù)據(jù)傳輸功能有效，此時(shí)示教盤(pán)上的啟動(dòng)按鈕無(wú)效。(三)論述題試論述機(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)的主要研究容集中在以下幾個(gè)方面：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

16、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)建立大圍的機(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)。基于多傳感器、多媒體和虛擬現(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)。

17、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。試論述

18、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

19、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。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

20、，室外路面行駛的采用充氣輪胎，室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。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t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

21、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T會(huì)產(chǎn)生怎樣的關(guān)節(jié)位置關(guān)節(jié)速度濮關(guān)節(jié)加速度徵,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。E-一這竝一-阿IV、卜螂FT（四）計(jì)算題（需寫(xiě)出計(jì)算步驟，無(wú)計(jì)算步驟不能得分）：1.已知點(diǎn)u的坐標(biāo)為7,3,2T,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

22、）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u,v,w,t各點(diǎn)的齊次坐標(biāo)。解：點(diǎn)u的齊次坐標(biāo)為：【7,3,2,1b_0100_7-3_100037001022_0001_11v=Rot(z,90)u=w=Rot(y,90)v=-3-2_77231100100100100000011004_2-6010-3740017310000111t=Trans（4,-3,7）w=如圖所示為具有三個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的3R機(jī)械手，求末端機(jī)械手在基坐標(biāo)系x0,y0下的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。3yO001L1L解：建立如圖1的參考坐標(biāo)系，則c-s00-c-s0L_c-

23、s0L11221332s00sc00sc000T=1,1T=22,2T=3310102001030010000100010001c-s0Lc+Lc12312311212sc0Ls+Ls0T=0T1T2T=12312311212312300100001s=sin（0+0+0）.123123其中c=cos（0+0+0）,123123如圖所示為平面的兩旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)機(jī)械手，已知機(jī)器人末端的坐標(biāo)值x,y，試求其關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變量01和92.第一組解：由幾何關(guān)系得x=Lcos0+Lcos(0+0)(1)11212y=Lsin0+Lsin(0+0)(2)11212(1)式平方加(2)式平方得x2+y2=L2+L2+2

24、LLcos012122=0=arccos2x2+y2-L2-L2、122LL120=arctan1-arctan第二組解：由余弦定理，a=arccos22cVL+Lcos0丿122-C+y2)+L+L122LL120=兀+a20=7+arctan14.如圖所示兩自由度機(jī)械手在如圖位置時(shí)(91=0,92=n/2),生成手爪力FA=fx0T或/B=0fyT。求對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力tA和tB。yi-y-1x0.T-OV1od7X解：由關(guān)節(jié)角給出如下姿態(tài)：-Lsin0一Lsin（0+0）J=112z12Lcos0+Lcos（0+0）11212-Lsin（0+0）212Lcos（0+0）212-L-L22L01

25、-LL_f一L廠T=JtF=21x=2xAA-L00Lf2112x由靜力學(xué)公式T二JTF-LL_0-Lft=JtF=21=1yBBL0f021Ly1-*5.如圖所示的兩自由度機(jī)械手，手部沿固定坐標(biāo)系在手上的速度移動(dòng)，桿長(zhǎng)l=l=05m。設(shè)在某時(shí)刻0=30,0121的關(guān)節(jié)速度。已知兩自由度機(jī)械手速度雅可比矩陣為X軸正向以1.0m/s0=-60，求該時(shí)刻2-ls0Is11212lc0+1c11212-1s212c12解：因?yàn)椋篔=-1s9ls-1s11212212lcO+1clc11212212因此，逆雅可比矩陣為：J-1=1lc212c1121211s0-1cO-1122s12-ls0一ls11212因?yàn)椋?&J-vv，且V二1,0t,即v=1m/s,v=0,X因此122c=1s912rad/s=-2rad/s0.5罔1TOC o 1-5 h z9&ll貼20&=1c12-lc0-1c11212s12-ls0-1s112120&=-亠=4rad/s21s01s02212（算出最后結(jié)果2分）因此，在該瞬時(shí)兩關(guān)節(jié)的位置分別為，0=3