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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机器人技术习题集答案第1章 绪论一、选择题（4选1）12）；21）；33）；43）；52）二、判断题（Y/N）1Y；2Y；3Y；4N；5N；6Y；7Y；8Y；9Y；10Y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
2、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，工作空间最大，能与其他机器人协调工作，避障性好缺点：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
3、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、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
4、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 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，
5、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2章 空间、坐标与变换一、选择题（4选1）14)；22)姿态与位置 二、判断题（Y/N）1Y；2Y；3N；4Y；5Y；6N；7Y；8Y；9N；10Y；11N；12N；13Y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
6、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1 解：将矩阵乘其转置矩阵，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解：设，根据齐次矩阵的性质，故w=0.由于 ， 因为R正交矩阵，Y0Z0X0=比较对角线元素， 此时可以用直角坐标三轴的相互关系决定取舍：ZHXHYHXH（取正） 符合右手关系，可以是解。取负则不对了。（取负） 3. 解：齐次矩阵为4解： 5解：由于，则表示动坐标位姿的齐次矩阵6解： 直接列写，则是 结果相同
7、。 7. 解：第3章 机器人运动学一、选择题（4选1）11)；23)；31)；43)二、判断题（Y/N）1N；2N；3N；4Y；5Y；6Y；7Y；8N；9Y；10N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。3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
8、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1解: 2. 解 手臂绕定轴转动是相对固定坐标系作旋转变换，故有手部绕手腕轴旋转是相对动坐标系作旋转变换，所以3. 解: 4. 解: 第4章 机器人动力学一、选择题（4选1）13)；21)；34)；44)二、判断题（Y/N）1N；2Y；3Y ；4N；5N三、简答题1 广义坐标包括线位移
9、量和角位移量，广义力包括力和力矩。2Lagrange 方程是以能量观点建立起来的运动方程式，为了列出系统的运动方程式，只需要从两个方面去分析，一个是表征系统运动的动力学量系统的动能和势能，另一个是表征主动力作用的动力学量广义力。由于理想约束反力不出现在方程组中，因此建立运动方程式时只需分析已知的主动力，而不必分析未知的约束反力。四、分析与计算题1图 二自由度机器人动力学方程的建立解：1）选定广义关节变量及广义力选取笛卡儿坐标系。连杆1和连杆2的关节变量分别是转角1和2，关节1和关节2相应的力矩是1和2。连杆1和连杆2的质量分别是m1和m2，杆长分别为l1和l2，质心分别在k1和k2处，离关节中
10、心的距离分别为p1和p2。因此，杆1质心k1的位置坐标为杆1质心k1速度的平方为杆2质心k2的位置坐标为杆2质心k2速度的平方为2）系统动能 i=1，23）系统势能 i=1，2Ep1=m1gp1(1cq1)Ep2=m2gl1(1cq1)+m2gp2(1c12)4）拉格朗日函数第5章 机器人轨迹规划一、选择题（4选1）14)；22)；32)；42)；51)二、判断题（Y/N）1N；2Y；3Y；4Y；5Y；6N三、简答题1两个插补点间的时间间隔保持不变，为定时插补；两个插补点间的距离保持不变，为定距插补。在工作速度不变的情况下，采用定时插补；在工作速度需要变化的条件下，为了保证跟踪的精度，需要采用
11、定距插补。2其中包括：原始位置接近螺栓到达抓住提升接近托架插入孔中松夹移开四、分析与计算题1 解：1）通过示教过程得到机器人轨迹上特征点的位姿。对于直线需要得到起始点和终点，对于圆弧需要得到弧上三点；2）根据轨迹特征（直线/园弧/其它）和插补策略（定时/定距/其它）进行相应的插补运算，求出该插补点的位姿值； 3）根据机器人逆运动学原理，求出手臂解，即对应于插补点位姿的全部关节角(q1, , qn)； 4）以求出的关节角为相应关节位置控制系统的设定值，分别控制n个关节驱动电机；5）和关节驱动电机同轴连接的光轴编码器给出该关节当前实际位置值，进行反馈，位置控制系统根据此位置误差（设定值反馈值）实施
12、控制以消除误差，使机器人达到所要求的位姿。 2解：位置误差的消除是不能一步完成的，需要有一个过渡过程，因此在一个插补周期内必须要完成若干次角度采样和控制，因此控制系统的控制频率要远高于插补运算的频率。第6章 机器人感觉技术与传感器一、选择题（4选1，多于4个的为多选题）11)+3)+5）；21)；32)；41)；53)；63)；74)；83)；93）；101)；113)；124)；133)；142)+5)+6)；151)+4)+5)二、判断题（Y/N）1N；2Y；3Y；4N；5Y；6N；7N；8Y；9Y；10N；11N；12N；13N；14N；15Y；16Y；17Y；18Y；19Y；20Y；2
13、1 Y；22Y；23N；24Y三、简答题1传感器是一种以一定精度将被测量(如位移、力、加速度、温度等)转换为与之有确定对应关系、易于精确处理和测量的某种物理量(如电量)的测量部件或装置。2相同点：都是由像素构成，其分辨率为 m n，如：480 640不同点：灰度图像为单色图像，仅给出各像素点的强度值I = f ( x, y )彩色图像要给出各像素点三种“基色”红、绿、蓝的强度值，即IR = fR ( x, y )，IG = fG ( x, y )，IB = fB ( x, y )。而各像素点的颜色为三基色的合四、分析与计算题1解：当加上载荷后，R1和R3阻值变小，而R2和R4阻值变大，于是破坏了电桥的平衡输出，输出端上部电位降低，呈负极性；下部电位增加，呈正极性。而且变化幅值和载荷大小成正比。2解：第7章 机器人
