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1、机器人学导论二、简答题：机器人学重要涉及哪些研究内容?2机器人常用的机身和臂部的配备型式有哪些?3.拉格朗日运动方程式的一般表达形式与各变量含义？4.机器人控制系统的基本单元有哪些?5直流电机的额定值有哪些?6.常用的机器人外部传感器有哪些？7简述脉冲回波式超声波传感器的工作原理。8.机器人视觉的硬件系统由哪些部分构成？9.为什么要做图像的预解决?机器视觉常用的预解决环节有哪些?10.请简述模糊控制器的构成及各构成部分的用途。1.从描述操作命令的角度看，机器人编程语言可分为哪几类？ 12.仿人机器人的核心技术有哪些?三、论述题:.试论述机器人技术的发展趋势。2.试论述精度、反复精度与辨别率之间
2、的关系。3.试论述轮式行走机构和足式行走机构的特点和各自合用的场合。4试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。机器人单关节伺服控制中,位置反馈增益和速度反馈增益是如何拟定的?6试论述工业机器人的应用准则。四、计算题:（需写出计算环节，无计算环节不能得分):1.已知点u的坐标为,3,2，对点u依次进行如下的变换:(1)绕z轴旋转得到点v；（2）绕轴旋转90得到点w;(3)沿x轴平移4个单位，再沿y轴平移-3个单位,最后沿z轴平移7个单位得到点t。求, v, w,t各点的齐次坐标。6.如图所示的三自由度机械手（两个旋转关节加一种平移关节，简称RP机械手),求末端机械手的运动学方程。二、简答题:1
3、. 答：机器人研究的基本内容有如下几方面：（1) 空间机构学;(2) 机器人运动学;(3)机器人静力学；（4)机器人动力学;() 机器人控制技术;（6） 机器人传感器；(7) 机器人语言。2. 答:目前常用的有如下几种形式：(1) 横梁式。机身设计成横梁式,用于悬挂手臂部件，具有占地面积小，能有效地运用空间,直观等长处。（)立柱式。多采用回转型、俯仰型或屈伸型的运动型式,一般臂部都可在水平面内回转，具有占地面积小而工作范畴大的特点。（) 机座式。可以是独立的、自成系统的完整装置,可随意安放和搬动。也可以具有行走机构，如沿地面上的专用轨道移动，以扩大其活动范畴。（4)屈伸式。臂部由大小臂构成,大
4、小臂间有相对运动，称为屈伸臂，可以实现平面运动，也可以作空间运动。3. 答：拉格朗日运动方程式一般表达为：式中,q是广义坐标;是广义力。L是拉格朗日算子，表达为这里， K是动能;P是位能。4. 答:构成机器人控制系统的基本要素涉及: (） 电动机，提供驱动机器人运动的驱动力。(2)减速器,为了增长驱动力矩、减少运动速度。(3)驱动电路,由于直流伺服电动机或交流伺服电动机的流经电流较大,机器人常采用脉冲宽度调制（PWM)方式进行驱动。(4) 运动特性检测传感器，用于检测机器人运动的位置、速度、加速度等参数。(5） 控制系统的硬件，以计算机为基本,采用协调级与执行级的二级构造。(6） 控制系统的软
5、件,实现对机器人运动特性的计算、机器人的智能控制和机器人与人的信息互换等功能。5. 答：直流电动机的额定值有如下几项：（1)额定功率,是指按照规定的工作方式运营时所能提供的输出功率。对电动机来说，额定功率是指轴上输出的机械功率,单位为kW。(2)额定电压，是电动机电枢绕组可以安全工作的最大外加电压或输出电压，单位为V。()额定电流，是指电动机按照规定的工作方式运营时，电枢绕组容许流过的最大电流,单位为。（4)额定转速,指电动机在额定电压、额定电流和输出额定功率的状况下运营时,电动机的旋转速度,单位为/min。6. 答:常用的外部传感器涉及触觉传感器,分为接触觉传感器、压觉传感器、滑觉传感器和力
6、觉传感器。距离传感器,涉及超声波传感器，接近觉传感器,以及视觉传感器、听觉传感器、嗅觉传感器、味觉传感器等。7. 答:在脉冲回波式中,先将超声波用脉冲调制后发射,根据经被测物体反射回来的回波延迟时间t，计算出被测物体的距离R,假设空气中的声速为v，则被测物与传感器间的距离R为：如果空气温度为T()，则声速v可由下式求得:8. 答:(）景物和距离传感器，常用的有摄像机、CCD图像传感器、超声波传感器和构造光设备等;() 视频信号数字化设备,其任务是把摄像机或者CCD输出的信号转换成以便计算和分析的数字信号；(3) 视频信号解决器，视频信号实时、迅速、并行算法的硬件实现设备:如DS系统；（)计算机
7、及其设备,根据系统的需要可以选用不同的计算机及其外设来满足机器人视觉信息解决及其机器人控制的需要；(5） 机器人或机械手及其控制器。9. 答：预解决的重要目的是清晰原始图像中多种噪声等无用的信息,改善图像的质量，增强爱好的有用信息的可检测性。从而使得背面的分割、特性抽取和辨认解决得以简化，并提高其可靠性。机器视觉常用的预解决涉及去噪、灰度变换和锐化等。10. 答：模糊逻辑控制器由4个基本部分构成,即模糊化、知识库、推理算法和逆模糊化。（1） 模糊化:将检测输入变量值变换成相应的论域，将输入数据转换成合适的语言值。（2) 知识库：涉及应用领域的知识和控制目的,它由数据和模糊语言控制规则构成。(3
8、)推理算法:从某些模糊前提条件推导出某一结论，这种结论也许存在模糊和拟定两种状况。（） 逆模糊化：将推理所得到的模糊值转换为明确的控制讯号，作为系统的输入值。11. 答:机器人编程语言可分为:（1）动作级:以机器人末端执行器的动作为中心来描述多种操作，要在程序中阐明每个动作。(2) 对象级:容许较粗略地描述操作对象的动作、操作对象之间的关系等，特别合用于组装作业。() 任务级:只要直接指定操作内容就可以了，为此,机器人必须一边思考一边工作。12. 答:() 仿人机器人的机构设计;(2) 仿人机器人的运动操作控制，涉及实时行走控制、手部操作的最优姿态控制、自身碰撞监测、三维动态仿真、运动规划和轨
9、迹跟踪;(3) 仿人机器人的整体动力学及运动学建模；（4) 仿人机器人控制系统体系构造的研究;(） 仿人机器人的人机交互研究,涉及视觉、语音及情感等方面的交互;(6) 动态行为分析和多传感器信息融合。三、论述题:1. 答：科学技术水平是机器人技术的基本,科学与技术的发展将会使机器人技术提高到一种更高的水平。将来机器人技术的重要研究内容集中在如下几种方面：(1) 工业机器人操作机构造的优化设计技术。摸索新的高强度轻质材料,进一步提高负载-自重比，同步机构向着模块化、可重构方向发展。（2)机器人控制技术。重点研究开放式、模块化控制系统,人机界面更加和谐，语言、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器
10、的原则化和网络化以及基于机网络式控制器已成为研究热点。(3) 多传感系统。为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解决的核心。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法,特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。() 机器人遥控及监控技术,机器人半自主和自主技术。多机器人和操作者之间的协调控制,通过网络建立大范畴内的机器人遥控系统,在有时延的状况下，建立预先显示进行遥控等。(） 虚拟机器人技术。基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感应技术,实现机器人的虚拟遥控操作和人机交互。(6) 多智能体控制技术。这是目前机器人研究的一种崭新领域。重要对多智能体的群体体
11、系构造、互相间的通信与磋商机理,感知与学习措施,建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。(7） 微型和微小机器人技术。这是机器人研究的一种新的领域和重点发展方向。过去的研究在该领域几乎是空白，因此该领域研究的进展将会引起机器人技术的一场革命，并且对社会进步和人类活动的各个方面产生不可估计的影响，微型机器人技术的研究重要集中在系统构造、运动方式、控制方，法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。(8) 软机器人技术。重要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。老式机器人设计未考虑与人紧密共处,因此其构造材料多为金属或硬性材料,软机器人技术规定其构造、控制方式和所用传感系统在机器人意外地与环境或人碰撞时是
12、安全的,机器人对人是和谐的。(9) 仿人和仿生技术。这是机器人技术发展的最高境界,目前仅在某些方面进行某些基本研究。2. 答：精度、反复精度和辨别率用来定义机器人手部的定位能力。精度是一种位置量相对于其参照系的绝对度量，指机器人手部实际达到位置与所需要达到的抱负位置之间的差距。机器人的精度决定于机械精度与电气精度。反复精度指在相似的运动位置命令下,机器人持续若干次运动轨迹之间的误差度量。如果机器人反复执行某位置给定指令，它每次走过的距离并不相似,而是在一平均值附近变化，该平均值代表精度,而变化的幅度代表反复精度。辨别率是指机器人每根轴可以实现的最小移动距离或最小转动角度。精度和辨别率不一定有关
13、。一台设备的运动精度是指命令设定的运动位置与该设备执行此命令后可以达到的运动位置之间的差距，辨别率则反映了实际需要的运动位置和命令所可以设定的位置之间的差距。工业机器人的精度、反复精度和辨别率规定是根据其使用规定拟定的。机器人自身所能达到的精度取决于机器人构造的刚度、运动速度控制和驱动方式、定位和缓冲等因素。由于机器人有转动关节,不同回转半径时其直线辨别率是变化的,因此导致了机器人的精度难以拟定。由于精度一般较难测定,一般工业机器人只给出反复精度。3. 答:轮式行走机器人是机器人中应用最多的一种机器人，在相对平坦的地面上，用车轮移动方式行走是相称优越的。车轮的形状或构造形式取决于地面的性质和车
14、辆的承载能力。在轨道上运营的多采用实心钢轮，室外路面行驶的采用充气轮胎，室内平坦地面上的可采用实心轮胎。足式行走对崎岖路面具有较好的适应能力，足式运动方式的立足点是离散的点，可以在也许达到的地面上选择最优的支撑点，而轮式行走工具必须面临最坏的地形上的几乎所有点;足式运动方式还具有积极隔震能力，尽管地面高下不平，机身的运动仍然可以相称平稳；足式行走在不平地面和松软地面上的运动速度较高,能耗较少。4. 答：静力学指在机器人的手爪接触环境时,在静止状态下解决手爪力F与驱动力的关系。动力学研究机器人各关节变量对时间的一阶导数、二阶导数与各执行器驱动力或力矩之间的关系,即机器人机械系统的运动方程。而运动
15、学研究从几何学的观点来解决手指位置与关节变量的关系。在考虑控制时，就要考虑在机器人的动作中,关节驱动力会产生如何的关节位置、关节速度、关节加速度，解决这种关系称为动力学(ynic）。对于动力学来说，除了与连杆长度有关之外,还与各连杆的质量,绕质量中心的惯性矩,连杆的质量中心与关节轴的距离有关。运动学、静力学和动力学中各变量的关系如下图所示。图中用虚线表达的关系可通过实线关系的组合表达,这些也可作为动力学的问题来解决。5. 答:设计和应用工业机器人时,应全面考虑和均衡机器人的通用性、环境的适应性、耐久性、可靠性和经济性等因素,具体遵循的准则如下。（1) 从恶劣工种开始采用机器人机器人可以在有毒、
16、风尘、噪声、振动、高温、易燃易爆等危险有害的环境中长期稳定地工作。在技术、经济合理的状况下,采用机器人逐渐把人从这些工作岗位上替代下来,将从主线上改善劳动条件。（2） 在生产率和生产质量落后的部门应用机器人现代化的大生产分工越来越细,操作越来越简朴，劳动强度越来越大。机器人可以高效地完毕某些简朴、反复性的工作,使生产效率、产品质量获得明显的改善。()要估计长远需要一般来讲,人的寿命比机械的寿命长，但是,如果常常对机械进行保养和维修，对易换件进行补充和更换,有也许使机械寿命超过人。此外;工人会由于其自身的意志而放弃某些工作，导致辞职或停工，而工业机器人没有自己的意愿，因此机器人的使用不会在工作半途因
