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1、机器人技术习题集答案 东北大学网络教育学 院1机器人技术机器人技术习题集答案习题集答案第第 1 章章 绪论绪论一、选择题（一、选择题（4 选选 1）12） ；21） ；33） ；43） ；52）二、判断题（二、判断题（Y/N）1Y；2Y；3Y；4N；5N；6Y；7Y；8Y；9Y；10Y三、简答题三、简答题1 机器人学是关于研究、设计、制造和应用机器人的一门科学。一般包括：机器人结构、机器人 坐标系统、机器人运动学、机器人动力学、机器人控制、机器感知、机器视觉、机器人语言、决策 与规划等。相比机器人技术研究的更为概括、抽象和理论一些。 2 一般将机器人分为三代。 * 第一代为示教再现型机器人。由
2、操作人员预先给出（示教）机器人的运动轨迹，然后机 器人准确地重复再现这种轨迹。 * 第二代为感觉判断型机器人，亦称为感知融合智能机器人。机器人带有一些可感知环境 的装置，通过反馈控制，使机器人能在一定程度上适应变化的环境。 * 第三代为自主感知型机器人，亦称为自主感知思维智能机器人。机器人具有多种感知功 能，可进行复杂的逻辑推理、判断及决策，可在作业环境中独立行动；具有发现问题且能 自主地解决问题的能力。 3 直角坐标机器人 圆柱坐标机器人 极坐标机器人 多关节型机器人串联关节机器人垂直关节机器人水平关节机器人 并联关节机器人 串并联关节机器人 4 优点：结构最紧凑，灵活性大，占地面积最小，工
3、作空间最大，能与其他机器人协调工作，避障性好机器人技术习题集答案 东北大学网络教育学 院2缺点：位置精度较低，有平衡问题，控制存在耦合，设计与控制比较复杂 5 优点：刚性好，结构稳定，承载能力高，运动精度高 缺点：活动空间小。 6 气动机器人 液压机器人 电动机器人 新型驱动方式机器人（如静电驱动器、压电驱动器、形状记忆合金驱动器、人工肌肉及光 驱动器等） 7 内部传感器是用来检测机器人自身状态（内部信息）的机器人传感器，如检测关节位置、 速度的光轴编码器等。是机器人自身运动与正常工作所必需的； 外部传感器是用来感知外部世界、检测作业对象与作业环境状态（外部信息）的机器人传 感器。如视觉、听觉
4、、触觉等。是适应特定环境，完成特定任务所必需的。 8 机器人本体，控制器，任务，环境机器人的设计与制造是和机器人的任务和环境密不 可分的。 9 数学（立体几何、线性代数、微分方程、拓扑学等） 力学（工程力学、结构力学、弹塑性力学、流体力学气动、液压） 机械学 电子学和微电子学 控制理论与系统 计算机 通讯工程 系统工程 生物学与仿生学 人工智能 人工生命等。 10 坐标系统与坐标变换 运动学与动力学 轨迹规划 机械工程与机电一体化 控制工程 机器视觉与图像工程 语言与声音识别 自学习与自组织 系统仿真 人工智能（专家系统，模糊推理，神经网络等） 人体工程学 多智能体系统等 11机器人技术习题集
5、答案 东北大学网络教育学 院3对于关节型机器人，常常由于结构原因使得机器人存在手部不能到达的作业区域，称之为 死区(dead zone)。死区的存在导致机器人在执行某作业时而不能完成任务。四、分析与计算题四、分析与计算题 1 答：机器人的应用和普及是发展经济和生产力的需要。因为机器人不仅可以提高产品质量和生产效 率，而且可以减轻劳动强度，改善生产环境。机器人的应用和普及必然要替代一部分从事重复性劳 动的技术工人。先进国家的实践经验，机器人的大量使用并没有引起劳动力失业的增加，而是引起 劳动力的转移，从繁重的“蓝领劳动力”转向层次更高的“白领技术人员” ，设计、使用和维护机器 人；从第 2 产业
6、的生产第一线转向第 3 产业，提高人们的生活质量。因此不会造成严重的社会问题。第第 2 章章 空间、坐标与变换空间、坐标与变换一、选择题（一、选择题（4 选选 1）14)；22)姿态与位置 二、判断题（二、判断题（Y/N）1Y；2Y；3N；4Y；5Y；6N；7Y；8Y；9N；10Y；11N；12N；13Y三、简答题三、简答题1 绕 X 轴转动为侧摆，亦称航向角 绕 Y 轴转动为俯仰角 绕 Z 轴转动为横滚角 2 一般说来，以（N+1）维矢量来表示 N 维位置矢量，称为齐次坐标表示法。因此齐次向量 是不唯一的。最简单的表示方法是增加一维，其值为 1。四、分析与计算题四、分析与计算题1 解：将矩阵
7、乘其转置矩阵，乘积为单位矩阵，故为正交矩阵；如果不是单位阵，则不是正交矩 阵。计算结果：1） 、2） 、4）为正交矩阵，3） 、5）不是。 2机器人技术习题集答案 东北大学网络教育学 院4解： 设，根据齐次矩阵的性质，故 w=0.100201100010wzyxA由于 ， 因为 R 正交矩阵， 10 1000201100010 PR zyxA= 010010zyxIRRT 001100zyx11222zyzxzyzyxyxzxyx比较对角线元素， 11111222zyxQ 010zyx此时可以用直角坐标三轴的相互关系决定取舍：（取正） 1000201010010100A符合右手关系，可以是解。
8、取负则不对了。（取负） 1000201010010100A3. 解：齐次矩阵为1000501021003001A4解： 1000010000010010)90,(ozRot1000001001000001)90,(oxRotY0Z0X0ZHXHYHXH机器人技术习题集答案 东北大学网络教育学 院51000910070103001)973(Trans5解：由于，1000010000010010)90,(ozRot1000001001000001)90,(oxRot，则表示动坐标位姿的齐次矩阵1000910070103001)973(Trans)90,()90,()973(zRotxRotTran
9、sA1000900171003010100001000001001010009010710030011000010000010010*100000100100000110009100701030016 解：10120102010000100100100001)0100(aTransb11200101201000001001000001)90,(bXRotcB直接列写，则是结果相同。bxRotaITransxRotc)90,()0100()90,(机器人技术习题集答案 东北大学网络教育学 院61020100000100100000110000100100100001)90,()0100(aXRo
10、tITransdH121001020100000101010000017. 解：Rot( ,90 )Rot( ,90 )YZWU700100100010010003100000102000100011 720010100037 010023 000111 第第 3 章章 机器人运动学机器人运动学一、选择题（一、选择题（4 选选 1）11)；23)；31)；43)二、判断题（二、判断题（Y/N）1N；2N；3N；4Y；5Y；6Y；7Y；8N；9Y；10N三、简答题三、简答题 1 关节允许机器人本体各零件之间发生相对运动的机构。 关节之中，凡单独驱动的称主动关节，反之，称从动关节。 关节分类1）平
11、动（移动）关节（P-prismatic joint） ，也称之为移动副，允许连杆作直线移动。2）转动关节（R-revolute joint） ，也称之为转动副，允许连杆作旋转运动。 2 关节角，杆件长度，横距，扭转角。机器人技术习题集答案 东北大学网络教育学 院73 位置运动学仅考虑运动中的几何学问题，即不考虑运动与时间的关系。已知关节空间的关 节变量，计算操作机在操作空间的手部位姿，称之为运动学正问题。反之，已知操作机在 操作空间的手部位姿，求各关节变量的反变换，称之为运动学逆问题，也叫求手臂解。 4 转置雅克比矩阵代表着如何将迪卡尔空间作用在手爪上的力/力矩转变成关节空间各个关节 上的平衡
12、力/平衡力矩，即把直角空间的力/力矩映射为等价的关节力/关节力矩。四、分析与计算题四、分析与计算题1解: 10000010000100000100000100000221221121122112122222111121 cscdssccssdscsccdcssc csscAAA2. 解 手臂绕定轴转动是相对固定坐标系作旋转变换，故有21Rot( ,90 )010001021006 100010060102 001000120012 000100010001Z GG手部绕手腕轴旋转是相对动坐标系作旋转变换，所以机器人技术习题集答案 东北大学网络教育学 院831Rot( ,90 ) 010201001002 100610000106 001200100012 000100010001Z GG3. 解: 100001000045450045451
