機器人學基礎復習

機器人學基礎第一章國際標準組織的定義。機器人是“一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能機械手，這種機械手具有幾個軸，能夠借助于可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行種種任務”。各種定義有共同之處，即認為機器人：1、 像人或人的上肢，并能模仿人的動作；2、 具有智力或感覺與識別能力；3、 是人造的機器或機械電子裝置。機器人具有下列兩個主要特征。1、 通用性：機器人的通用性取決于其幾何特性和機械能力。通用性指的是執(zhí)行不同的功能和完成多樣的簡單任務的實際能力。2、 機器人的適應性是指其對環(huán)境的自適應能力，即所設計的機器人能夠自我執(zhí)行未經(jīng)完全指定的任務，而不管任務執(zhí)行過程所發(fā)生的沒有預計到的環(huán)境變化。剛體的自由度：物體能夠?qū)ψ鴺讼颠M行獨立運動的數(shù)目稱為自由度。（一個簡單的物體有六個自由度，三個平移，三個旋轉(zhuǎn)）機器人的自由度：機器人的分類按機械手的幾何結構來分柱面坐標機器人、球面坐標機器人、關節(jié)式球面坐標機器人按機器人的控制方式分非伺服機器人、伺服機器人按機器人控制的信息輸入方式分日本工業(yè)機器人協(xié)會（JIRA）、美國機器人協(xié)會（RIA）和法國工業(yè)機器人協(xié)會（AFRI）按機器人的智能程度分一般機器人、智能機器人（按智能程度的不同可分為，傳感型機器人、交互型機器人、自立型機器人）按機器人的用途分工業(yè)機器人或產(chǎn)業(yè)機器人、探索機器人、服務機器人、軍事機器人按機器人移動性分固定式機器人、移動式機器人人工智能三大學派：符號主義、連接主義、行為主義。第二章（計算題）AA-—**第二章正向運動學：對一給定的機器人，已知連桿幾何參數(shù)和關節(jié)變量，欲求機器人末端執(zhí)行器相對于參考坐標系的位置和姿態(tài)。逆向運動學：已知機器人連桿的幾何參數(shù)，給定機器人末端執(zhí)行器相對于參考坐標系的期望和姿態(tài)（位姿），求機器人能夠達到預期位姿的關節(jié)變量。歐拉變換：先繞Z軸旋轉(zhuǎn)W角，再繞Y軸旋轉(zhuǎn)。角，最后繞Z軸旋轉(zhuǎn)4角。Euler（①、0、W）=Rot（z,巾）Rot（j,0）Rot（z,W）橫滾（roll）（對z軸旋轉(zhuǎn)）、俯仰（pitch）（對y軸旋轉(zhuǎn)）、偏轉(zhuǎn)（yaw）（對x軸旋轉(zhuǎn)）Rpy（⑦、0、W）=Rot（z,8）Rot（j,0）RotG,W）廣義變換矩陣相鄰兩連桿坐標系i-1和i之間的對應關系1、 先繞Xii軸旋轉(zhuǎn)aii角，使Zii轉(zhuǎn)到ZR，同Zi方向一致，使坐標系｛i-1｝過渡到｛R｝。2、 坐標系｛R｝沿Xi-i^XR軸平移一距離％，將坐標系移到i軸上，使坐標系｛R｝過渡到｛Q｝。 11 13、 坐標系｛Q｝繞Zq或Zi軸轉(zhuǎn)動嘰角，使｛Q｝過渡到｛P｝。4、 坐標系｛P｝再沿Zj軸平移一距離1，使｛P｝過渡到和i桿的坐標系｛i｝重合。i-1T=Rot（x，a.］）Trans（1「0，0）Rot（z，9.）Trans（0，0，d.）PUMA560（D-H）第四章分析機器人操作的動態(tài)數(shù)學模型1、 動力學基本理論，包括牛頓-歐拉方程。（考單自由度運動方程）力的動態(tài)平衡法2、 拉格朗日力學，拉格朗日功能平衡法，只需求速度不必求內(nèi)作用力zrr立?第五章控制器分類包括非伺服控制、伺服控制、位置和速度反饋控制、力（力矩）控制、基于傳感器的控制、非線性控制、分解加速度控制、滑?？刂?、最優(yōu)控制、自適應控制、遞階控制以及各種智能控制等?？砂压I(yè)機器人的控制器分為單關節(jié)控制器和多關節(jié)控制器兩種。前者設計時應考慮穩(wěn)態(tài)誤差的補償問題；對于后者，則應首先考慮耦合慣量的補償問題。對一臺機器人的控制，本質(zhì)上就是對下列雙向方程式的控制：V（t）?T（t）?C（t）>@（t）—?X（t）主要控制層次1、 第一級：人工智能級2、 第二級：控制模式級3、 第三級：伺服系統(tǒng)級主動剛度控制遞階控制系統(tǒng)模糊控制系統(tǒng)模糊控制器由模糊化接口、知識庫、推理機和模糊判決接口4個基本單元組成。學習控制系統(tǒng)學習控制具有4個主要功能：搜索、識別、記憶和推理。神經(jīng)控制系統(tǒng)特性和能力包括1、 神經(jīng)網(wǎng)絡對信息的并行處理能力和快速性，適于實時控制和動力學控制。2、 神經(jīng)網(wǎng)絡的本質(zhì)非線性特性，為非線性控制帶來新的希望。3、 神經(jīng)網(wǎng)絡可通過訓練獲得學習能力，能夠解決那些用數(shù)學模型或規(guī)則描述難以處理或無法處理的控制過程。4、 神經(jīng)網(wǎng)絡具有很強的自適應能力和信息綜合能力，能同時處理大量不同類型的控制輸入，解決輸入信息之間的互補性和冗余性問題，實現(xiàn)信息融合處理。第六章機器人的感覺順序分為兩步進行1、 變換一一通過硬件把相關目標特性轉(zhuǎn)換為信號。2、 處理一一把所獲信號變換為規(guī)則及執(zhí)行某個機器人功能所需要的信息，包括預處理和解釋兩個步驟。應用傳感器時應考慮的問題1、 程序設計與傳感器2、 示教與傳感器3、 抗干擾能力光電編碼器是角度傳感器，它能采用TTL二進制碼提供軸的角度位置。有兩種光電編碼器——增量式編碼器和絕對式編碼器。外傳感器：觸覺傳感器、應力傳感器、接近度傳感器和聽覺傳感器等。內(nèi)傳感器：位移位置傳感器、速度和加速度傳感器、力傳感器以及應力傳感器等。第七章第八章對機器人編程的要求1、 能夠建立世界模型2、 能夠描述機器人的作業(yè)3、 能夠描述機器人的運動4、 允許用戶規(guī)定執(zhí)行流程5、 要有良好的編程環(huán)境6、 需要人機接口和綜合傳感信號機器人編程語言的類型根據(jù)作業(yè)描述水平的高低，通常可分為三級：動作級；對象級；任務級。機器人語言操作系統(tǒng)包括三個基本的操作狀態(tài)：監(jiān)控狀態(tài)、編輯狀態(tài)、執(zhí)行狀態(tài)。機器人編程語言的基本功能：運算、決策、通信、機械手運動、工具指令、傳感器數(shù)據(jù)處理離線編程的優(yōu)點與在線示教編程相比，離線編程系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：1、 可減小機器人非工作時間，當對下一個任務進行編程時，機器人仍可在生產(chǎn)線上工作。2、 使編程者遠離危險的工作環(huán)境。3、 使用范圍廣，可以對各種機器人進行編程。4、 便于和CAD/CAM系統(tǒng)結合，做到CAD/CAM/機器人一體化。5、 可使用高級計算機編程語言對復雜任務進行編程。6、 便于修改機器人程序。機器人離線編程系統(tǒng)的結構它主要有用戶接口、機器人系統(tǒng)構型、運動學計算、軌跡規(guī)劃、動力學仿真、并行操作、傳感器仿真、通信接口和誤差校正9部分組成。第九章應用機器人三要素1、 技術因素包括性能要求、布局要求、產(chǎn)品特性、設備更換、過程變更等。2、 經(jīng)濟因素包括勞動力、材料、生產(chǎn)率、能