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机器人学导论作业答案

作业一

一、问答题

1．答：机器人的主要应用场合有：

(1) 恶劣的工作环境和危险工作；

(2) 在特殊作业场合进行极限作业；

(3) 自动化生产领域；

(4) 农业生产；

(5) 军事应用。

2．答：工业机器人（英语：industrial robot。简称IR）是广泛适用的能够自主动作，且多轴联动的机械设备。它们在必要情况下配备有传感器，其动作步骤包括灵活的转动都是可编程控制的（即在工作过程中，无需任何外力的干预）。它们通常配备有机械手、刀具或其他可装配的的加工工具，以及能够执行搬运操作与加工制造的任务。

数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。

3．答：科幻作家阿西莫夫机器人三原则：(1) 不伤害人类；(2) 在原则下服从人给出的命令；

(3) 在与上两个原则不矛盾的前提下保护自身。

我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。

4．答：机器人研究的基础内容有以下几方面：

(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；

(5) 机器人控制技术；

(6) 机器人传感器；

(7) 机器人语言。

5．答：按几何结构分：

(1) 直角坐标式机器人；

(2) 圆柱坐标式机器人；

(3) 球面坐标式机器人；

(4) 关节式球面坐标机器人。

6．答：通常由四个相互作用的部分组成：执行机构、驱动单元、控制系统、智能系统。7．答：一共需要5个：定位3个，放平稳2个。

8．答：机器人的主要特点有通用性、适应性。决定通用性有两方面因素：机器人自由度；末端执行器的结构和操作能力。

9．答：工业机器人的手部是用来握持工件或工具的部件。大部分的手部结构都是根据特定的工件要求而专门设计的。各种手部的工作原理不同，故其结构形态各异。常用的手部按其握持原理可以分为夹持类和吸附类两大类。

10．答：(a) 机械部分；(b) 一个或多个传感器；(c) 控制器；(d) 驱动源。

11．答：自由度的选择与生产要求有关，若批量大，操作可靠性要求高，运行速度快，机器人的自由度数可少一些；如果要便于产品更换，增加柔性，机器人的自由度要多一些。 12．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当优越的。

足式行走对崎岖路面具有很好的适应能力，足式运动方式的立足点是离散的点，可以在可能到达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主动隔振能力，尽管地面高低不平，机身的运动仍然可以相当平稳；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。 13．答：（1）左上角3×3矩阵表示新坐标系在旧坐标系中的旋转方向。

（2）左上角3×3矩阵中的各列表示新坐标系的各坐标轴的单位矢量在旧坐标系的各坐标轴上的投影；各行表示旧坐标系的各坐标轴的单位矢量在新坐标系的各坐标轴上的投影；P 表示新坐标系相对旧坐标系的平移量，其各分量表示平移后新坐标系在旧坐标系中的矢量。

二、计算题

1．解：矢量 u ：cosα=0，cosβ=0.866，cosγ=0.5

u =[0 0.866 0.5 0]T

v ：cosα=0.866，cosβ=0，cosγ=0.5 v =[0.866 0 0.5 0]T

w ：cosα=0.866，cosβ=0.5，cosγ=0 w =[0.866 0.5 0 0]T

2．解：X B 方向列阵 n =[cos30° cos30° cos30° 0]T

=[0.866 0.5 0 0] T

Y B 方向列阵 o =[cos120° cos30° cos90° 0]T

=[-0.5 0.866 0 0] T

Z B 方向列阵 a =[0 0 1 0] T

坐标系{B}的位置阵列 p =[2 1 0 1]T ，则动坐标系{B}的4×4矩阵表达式为：

0.8660.5020.50.8660100100

001-??

?=????

??T 3．解：

0050

1020102100400160

0160001000101071006001120001new

B ???????????

?=????

-???

????

??????=??

-??

4．解：

001001

0070

10010003(90)(90)100000

1020001000110010721000370100230

00111Rot Y Rot Z -??????

???????

???==??????

-???

?????????

??????

????????????

==??????

??????

，，W U

5．解：A P =(5,3,6)(,90)B

Trans Rot x P

=10051

001002010300101000300160

10000

1050

001000100

011-????????????????-???

??????????????

???????????=2281??

??-????

????

作业二

一、问答题

1．答：和一般的伺服系统或过程控制系统相比，机器人控制系统有如下特点：

(1) 机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关。

(2) 一个简单的机器人也至少有3~5个自由度，比较复杂的机器人有十几个、甚至几十个自由度。

(3) 把多个独立的伺服系统有机地协调起来，使其按照人的意志行动，甚至赋予机器人一定的“智能”，这个任务只能由计算机来完成。

(4) 描述机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型，随着状态的不同和外方的变化，其参数也在变化，各变量之间还存在耦合。

(5) 机器人的动作往往可以通过不同的方式和路径来完成，因此存在一个“最优”的问题。总而言之，机器人控制系统是一个与运动学和动力学原理密切相关的、有耦合的、非线性的多变量控制系统。

2．答：调速即速度调节或速度控制，是指通过改变电动机的参数、结构或外加电气量（如供电电压、电流的大小或者频率）来改变电动机的速度，以满足工作机械的要求。调速要靠改变电动机的特性曲线来实现。

如下图所示，图a 中工作机械即负载的特性曲线为M L ，通过调整装置改变的电动机特性曲线为M 1、M 2和M 3，与线M L 的交点分别为点1、2和3。与其相对应的角速度为Ω1、Ω2和Ω3，即电动机将有不同的角速度，实现了调速。

相反，如果不改变电动机的特性，而靠改变负载转矩虽然也可以使速度变化，如下图b 所示，负载转矩由M L1增加到M L2或M L3，虽然也可以使电动机速度降低，但这不是调速，而是负载扰动，在实际使用中我们不希望出现这种情况，这是稳速控制的主要问题。

图电动机速度变化的曲线

a) 调速时的特性曲线 b) 负载变化时的特性曲线

3．答：(1) 超调量；

(2) 转矩变化的时间响应； (3) 阶跃输入的转速响应时间； (4) 建立时间； (5) 频带宽度； (6) 堵转电流。

4．答：按照偏差的比例(P ，proportional)、积分(I ，integral)、微分(D ，derivative)进行控制的PID 控制到目前仍是机器人控制的一种基本的控制算法。

下图为理想PID 控制的基本形式，理想PID 控制的表达式为：

p d i 1d (d )d e u K e e t T T t

图 PlD 控制的基本形式

PID 控制的拉普拉斯变换为：

p d i ()1(1)()U s K T s E s T s

=++

式中，K P 为比例增益；T i 为积分时间；T d 为微分时间；u 为操作量；e 为控制输出量y 和给

定值之间的偏差。

5．答：DSP 的主要特点可以概括如下：

(1) 哈佛结构；

(2) 用管道式设计加快执行速度； (3) 在每一时钟周期中执行多个操作； (4) 支持复杂的DSP 编址； (5) 特殊的DSP 指令； (6) 面向寄存器和累加器； (7) 支持前、后台处理；

(8) 拥有简便的单片内存和内存接口。

6．答：灵敏度、线性度、精度、重复性、分辨率、响应时间、抗干扰能力。 7．答：机器人的位置传感器、机器人的角度传感器、机器人姿态传感器。

8．答：力或力矩传（力觉）感器、触觉传感器、接近觉传感器、滑觉传感器、视觉传感器、听觉传感器、嗅觉传感器、味觉传感器。

二、计算题 1．解：

T A B

= Rot(z,90)*Rot(x,90)*Trans （0,5,3）

P =T A

B * B P

2．解：

因为：1121221211212

212l s l s l s l c l c l c θθ---??

?+??J 因此，逆雅可比为：2122121

11212

11212122

l c l s l c l c l s l s l l s θθθ-?

??----??

因为，1

-=J v θ，且v =[1, 0]T ，即v X =1m/s ，v Y =0，因此

1212212112121121212221211211222212

1101rad/s=-2rad/s 0.5

4rad/s l c l s l c l c l s l s l l s c l s c c

l s l s θθθθ

θθθθθθθ???

???=??????----????????===

因此，在该瞬时两关节的位置分别为， θ1=30°，θ2=60°；速度分别为1θ=-2rad/s ，2θ=4 rad/s ；手部瞬时速度为1m/s 。

式中：11

1212sin sin()s s θθθθ==+

3．解：因为 15.0=z δ，1.0=dx ，1.0=dy ，3.0=dz ，得

???

???-=?00003.00001.00015.01.0015.00

???

???-=?????????

??????????

???-=??=0000

3.0000

4.01

5.00095.00

.010005010

70012100

0000

3.00001.000

15.01.0015.00

T dT ?

???

???=+=1000

3.5010

4.71

5.001

05.11

15.0dT T T Hold

R new H R

T =????????????-100

010*******

1111

s l c s c l s c ,21T =????????????-100

01000022222222

s l c s c l s c ,32T =??

???

??????-10000100003333333

3s l c s c l s c 30

T =10T 21T 32T

5．解：因为 T dT ??=，所以1

-?=?T

0.10.10.6100

500.10.10.10.1000.500180.10000.1000.501030.1000000000010000----??????

??????-?

??????==??????

----??????

??????

[]001.0，，=d ，[]1.01.00，，=δ

dT T T

?=?-1

?????

???????--=?00005.0001.05.0001.06.01.01.00T

作业三

一、问答题

1．答：(1) 景物和距离传感器，常用的有摄像机、CCD 图像传感器、超声波传感器和结构光设备等；

(2) 视频信号数字化设备，其任务是把摄像机或者CCD 输出的信号转换成方便计算和分析的数字信号；

(3) 视频信号处理器，视频信号实时、快速、并行算法的硬件实现设备：如DSP 系统； (4) 计算机及其设备，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处理及其机器人控制的需要；

(5) 机器人或机械手及其控制器。

2．答：预处理的主要目的是清楚原始图像中各种噪声等无用的信息，改进图像的质量，增强兴趣的有用信息的可检测性。从而使得后面的分割、特征抽取和识别处理得以简化，并提高其可靠性。机器视觉常用的预处理包括去噪、灰度变换和锐化等。

3．答：模糊逻辑控制器有4个基本部分组成，如下图所示，即模糊化、知识库、推理算法和逆模糊化。

图模糊逻辑控制系统

(1) 模糊化将检测输入变量值变换成相应的论域，将输人数据转换成合适的语言值。 (2) 知识库知识库包含应用领域的知识和控制目标，它有数据和模糊语言控制规则组成。

(3) 推理算法推理是从一些模糊前提条件推导出某一结论，这种结论可能存在模糊和确定两种情况，目前模糊推理有十几种方法，大致分为直接法和间接法两大类。通常把隶属函数的隶属度值视为真值进行推理的方法是直接推理法。

(4) 逆模糊化控制量可由输出趴的隶属度函数加权平均判决法得到。

4．答：神经网络在控制系统中的作用主要有：充当对象的模型、控制器、优化计算环节等。

常见的控制方法有：(1) 参数估计自适应控制方法；(2) 前馈控制方法。

5．答：机器人语言与计算机编程语言有着密切的关系，它也应有一般程序计算语言所应具有的特性。

(1) 清晰性、简易性和一致性； (2) 程序结构的清晰性； (3) 应用的自然性； (4) 易扩展性；

(5) 调试和外部支持工具； (6) 效率。

6．答：机器人编程语言系统的基本动能：

(1) 运算功能；

(2) 机器人的运动功能； (3) 机器人的决策功能； (4) 机器人的通信功能； (5) 机器人的工具功能； (6) 传感数据处理功能。

7．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。

8．答：完整的焊接机器人系统一般由以下几个部分组成：机器人操作机、变位机、控制器、焊接系统（专用焊接电源、焊枪或焊钳等）、焊接传感器、中央控制计算机和相应的安全设备等。

二、计算题

1．解：T A

B =Trans （5,6,7）*Rot(x,-90)*Rot(z,-90)

=????????????1000710060105001*?????????

???-----10

000)

90cos()90sin(00)90sin()90cos(000

01*??

???

??????-1000010000)90cos()90sin(00)

90sin()90cos( =

???

?????--1000

700161005010 或：T A

B =Trans （3, 7, 9）*Rot(x, -90)*Rot(z, 90)=??

???

???--1000

90017100301

0 2．解：

（1）P U =B U T P B

=??

?????

???-10001100500

110010????????????1123=?????

???????1288 （2）C U T =Trans(20,0,0)R(Y ,

90)B U T =?

???

????

???1000

01000010

20001?

???

???????-1000

000100100100 ???????

???-100

01100500110010=?

????

???

???-100010010

5001211

（3）P U =C U T P C ?P C

=1][-c U T P U =?

???

???--1000

2100110100

5010????????????1288=?????

???????-113123 3．解：各连杆参数如下：

T =????????????-100

010*******

c s s c ,21T =????????????--10

00100021222122

s l c s c l s c ,32T =??

???

??????-100

01000032333233

s l c s c l s c 30

T =10T 21T 32T

机器人学导论(克雷格)第二章作业答案

2、1 solution: According to the equation of pure transition transformation,the new point after transition is as follows: 2、3 solution: According to the constraint equations: Thus,the matrix should be like this: 2、4 Solution:

= 2、7 Solution: According to the equation of pure rotation transformation , the new coordinates are as follows: 2、9 Solution: Acording to the equations for the bined transformations ,the new coordinates are as follows: 010051 05110 0030010310(,90)(5,3,6)(,90)001060 1004900 0110 00111A B P Rot z Trans Rot x P -????????????????????-? ????????? =???==?????????? ? ????????? ??????????o o

A B Transformations relative to the reference frame Transformations relative to the current frame 2、10 P=Trans(5,3,6)Rot(x,90)Rot(a,90) P 1 0 0 5 1 0 0 0 0 -1 0 0 2 = 0 1 0 3 0 0 -1 0 1 0 0 0 3

机器人学概论

《我看机器人》学院：理学院学号：5502211005 姓名：黄志涵班级：应用物理学111班

摘要：在21世纪，随着科学技术的发展，机器人的研究和发展也将会更进一步。机器人原本起源在美国，但其在美国的发展速度远远不如日本。这里面主要的原因，可能是因为日本劳动力短缺，大部分需要劳动力的工厂得不到劳动力，所以日本政府大力发展机器人产业，用机器人代替短缺的劳动力资源。本文通过三部分简要阐述有关机器人一些发展和应用，以及未来机器人更大的应用前景。关键词：机器人，机器人发展史，关键技术，分类，应用正文：第一部分：机器人的发展史从1920年捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中，根据Robota(捷克文，原意为“劳役、苦工”)和Robotnik(波兰文，原意为“工人”)，创造出“机器人”这个词。机器人历史有了如下的发展：1939年美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人Elektro。它由电缆控制，可以行走，会说77个字，甚至可以抽烟，不过离真正干家务活还差得远。但它让人们对家用机器人的憧憬变得更加具体。 1942年美国科幻巨匠阿西莫夫提出“机器人三定律”。虽然这只是科幻小说里的创造，但后来成为学术界默认的研发原则。 1948年诺伯特·维纳出版《控制论》，阐述了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律，率先提出以计算机为核心的自动化工厂。 1954年美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人，并注册了专利。这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作，因此具有通用性和灵活性。 1956年在达特茅斯会议上，马文·明斯基提出了他对智能机器的看法：智能机器“能够创建周围环境的抽象模型，如果遇到问题，能够从抽象模型中寻找解决方法”。这个定义影响到以后30年智能机器人的研究方向。 1959年德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出第一台工业机器人。随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂——Unimation公司。由于英格伯格对工业机器人的研发和宣传，他也被称为“工业机器人之父”。 1962年美国AMF公司生产出“VERSTRAN”(意思是万能搬运),与Unimation 公司生产的Unimate一样成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对机器人和机器人研究的热潮。 1962年-1963年传感器的应用提高了机器人的可操作性。人们试着在机器人上安装各种各样的传感器，包括1961年恩斯特采用的触觉传感器，托莫维奇和博尼1962年在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器，而麦卡锡1963年则开始在机器人中加入视觉传感系统，并在1965年，帮助MIT推出了世界上第一个带有视觉传感器，能识别并定位积木的机器人系统. 1965年约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast机器人。Beast已经能通过声纳系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置。20世纪60年代中期开始，美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。美国兴起研究第二代带传感器、“有感觉”的机器人，并向人工智能进发。 1968年美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人Shakey。它带有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木,不过控制它的计算机有一个房间那么大。Shakey可以算是世界第一台智能机器人，拉开了第三代机器人研发的序幕。 1969年日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。加藤一郎长期致力于研究仿人机器人，被誉为“仿人机器人之父”。日本专家

机器人学导论习题

1. 自由度：指描述物体运动所需要的独立坐标数。 2. 机器人工作载荷：机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受的最大负载量（包括手部）。 3. 柔性手：可对不同外形物体实施抓取，并使物体表面受力比较均匀的机器人手部结构。 4. 制动器失效抱闸：指要放松制动器就必须接通电源，否则，各关节不能产生相对运动。 5. 机器人运动学：从几何学的观点来处理手指位置与关节变量的关系称为运动学。 6. 机器人动力学：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。 7. 虚功原理：约束力不作功的力学系统实现平衡的必要且充分条件是对结构上允许的任意位移（虚位移）施力所作功之和为零。 8. PWM 驱动：脉冲宽度调制驱动。 9. 电机无自转：控制电压降到零时，伺服电动机能立即自行停转。 10. 直流伺服电机的调节特性：是指转矩恒定时，电动机的转速随控制电压变化的关系。 11. 直流伺服电机的调速精度：指调速装置或系统的给定角速度与带额定负载时的实际角速度之差，与给定转速之比。 12. PID 控制：指按照偏差的比例、积分、微分进行控制。 13. 压电元件：指某种物质上施加压力就会产生电信号，即产生压电现象的元件。 14. 图像锐化：突出图像中的高频成分，使轮廓增强。 15. 隶属函数：表示论域U 中的元素u 属于模糊子集A 的程度，在[0, 1]闭区间内可连续取值。 16. 脱机编程：指用机器人程序语言预先进行程序设计，而不是用示教的方法编程。 17. AUV ：无缆自治水下机器人，或自动海底车。二、简答题： 1.机器人学主要包含哪些研究内容？ 2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？ 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.常见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组成？ 9.为什么要做图像的预处理？机器视觉常用的预处理步骤有哪些？ 10.请简述模糊控制器的组成及各组成部分的用途。 11.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.仿人机器人的关键技术有哪些？ 1.答：机器人研究的基础内容有以下几方面：(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；(5)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。(2)立柱式。(3)机座式。(4)屈伸式。 4.答：构成机器人控制系统的基本要素包括： (1) 电动机，(2) 减速器，(3) 驱动电路，(4) 运动特性检测传感器，(5) 控制系统的硬件，(6) 控制系统的软件， 5.答：直流电动机的额定值有以下几项：(1)额定功率，(2)额定电压，(3)额定电流，(4)额定转速， 6.答常见的外部传感器包括触觉传感器，分为；接触觉传感器、压觉传感器、滑觉传感器和力觉传感器。距离传感器，包括超声波传感器，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Δt ，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： /2R v t =?? 如果空气温度为T （℃)，则声速v 可由下式求得： ()331.50.607m/s v T =+ 8.答：(1) 景物和距离传感器，常用的有摄像机、CCD 图像传感器、超声波传感器和结构光设备等；(2) 视频信号数字化设备，其任务是把摄像机或者CCD 输出的信号转换成方便计算和分析的数字信号；(3)

机器人学导论复习题及参考答案新

中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案机器人学导论一、名词解释题：二、简答题： 1.机器人学主要包含哪些研究内容？ 2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？ 3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义？ 4.机器人控制系统的基本单元有哪些？三、论述题： 1.试论述机器人技术的发展趋势。 2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。 4.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。四、计算题：（需写出计算步骤，无计算步骤不能得分）： 1.已知点u 的坐标为[7,3,2]T ，对点u 依次进行如下的变换：（1）绕z 轴旋转90°得到点v ；（2）绕y 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u , v , w , t 各点的齐次坐标。 x y z O u v w t 2.如图所示为具有三个旋转关节的3R 机械手，求末端机械手在基坐标系{x 0,y 0}下的运动学方程。 θ1 θ2 θ3 L 2 L 1 L 3 x 0 y 0 O 3.如图所示为平面内的两旋转关节机械手，已知机器人末端的坐标值{x ,y }，试求其关节旋转变量θ1 和θ2.

θ1 θ2 L 2 L 1 x y P 4.如图所示两自由度机械手在如图位置时（θ1= 0 , θ2=π/2），生成手爪力 F A = [ f x 0 ]T 或F B = [ 0 f y ]T 。求对应的驱动力 τ A 和τ B 。 τ1 L 2 x y P L 1 τ2F A F B 0y f ?? ???? 0x f ?????? 5.如图所示的两自由度机械手，手部沿固定坐标系在手上X 0轴正向以 1.0m/s 的速度移动，杆长 l 1=l 2=0.5m 。设在某时刻θ1=30°，θ2=-60°，求该时刻的关节速度。已知两自由度机械手速度雅可比矩阵为 1121221211212 212l s l s l s l c l c l c θθ---?? =? ?+?? J θ1 -θ2 l 2 l 1 x 0 y 0 O x 3 y 3v 3

中南大学《机器人学导论》课程作业(在线作业)一及参考答案

(一) 单选题 1. 下图所示的机身和臂部的配置型式属于（）。 (A)横梁式 (B) 立柱式 (C) 机座式 (D) 屈伸式参考答案： (A) 2. 下图所示的机器人属于（）。 (A)直角坐标型 (B) 圆柱坐标型 (C) 极坐标型 (D) 多关节型参考答案：(B)

3. ASIMO是什么类型的机器人（）。 (A)拟人机器人 (B) 焊接机器人 (C) 搬运机器人 (D) 星球探险车参考答案： (A) 4. 下图所示的机身和臂部的配置型式属于（）。 (A)横梁式 (B) 立柱式 (C) 机座式 (D) 屈伸式参考答案： (C) 5. 几个以上的自由度是冗余的（）。 (A)4 (B) 5 (C) 6 (D) 7 参考答案： (D) 6. 下图所示的机身和臂部的配置型式属于（）。

(A) 横梁式 (B) 立柱式 (C) 机座式 (D) 屈伸式参考答案： (D) 7. 下图所示的机器人有几个自由度（）。 (A) 3 (B) 4 (C) 5 (D) 6 参考答案：

10. 通常指（）。 (A)美国(B) 日本(C) 德国(D) 中国参考答案： (B) 11. PUMA是什么类型的机器人（）。 (A)拟人机器人 (B) 军事机器人 (C) 工业机器人 (D) 星球探险车参考答案： (C) 12. 下图所示的机器人属于（）。 (A)直角坐标型 (B) 圆柱坐标型 (C) 极坐标型 (D) 多关节型参考答案： (A) 13. 已知机器人杆件的几何参数，给定机器人末端执行器相对于参考坐标系的期望位置和姿态(位姿)，求取机器人使其末端执行器达到这个预期的位姿的关节变量。这属

机器人学导论期末作业

机器人学导论期末作业题目：（图说明，图中的圆柱是只沿特定的转轴方向转动的转动副，不是空间圆柱副，没有沿轴线方向的移动）要求：应用螺旋理论方法求解该机构运动的自由度以及受到的约束。过程求解： 1、首先先求解每个分支运动链的运动螺旋系。分析1分支运动系： (1) 11R 的分析。首先该转动副的轴线方向与x 轴相同，所以我将取它的(10 0)s =, 1111 11()r x y z =, 求解011 111111111111(0)10 0i j k s r s x y z z j y k z y ?? ? =?==-=- ? ?? ? ，所以运动螺旋111111(100;0)R z y =- (2) 因为12R 、13R 的轴线方向与11R 相同，都是平行于x 轴，所以它们的s 是相同的，均为 (100)s =，只是相对于坐标原点的位置不同，向量r 不同，所以最终求得各自的运动螺旋为121212(10 0;0)R z y =-，131313(100;0)R z y =-。

(3) 综上可得，分支运动链1的运动螺旋系为：1111111212 1213 1313(100;0)(100;0)(100;0) R z y R z y R z y =-?? =-??=-?，根据互矩为0，可以求出该分支的约束螺旋系111213 (100;000)(000;010)(000;001)r r r R R R ?=?=??=?，其中11r R 表示作用在x 轴线上的约束线矢，12r R 表示绕y 轴的约束力偶，13 r R 表示绕z 轴的约束力偶。 2、分析3分支运动系。由于分支3的各转动副的轴线方向完全与分支1的对应相同，都平行于x 轴，所以同理可得分支3的运动螺旋系为3131 313232 3233 3333(100;0)(100;0)(100;0) R z y R z y R z y =-?? =-??=-?，而相应的约束螺旋系为313233 (100;000)(000;010)(000;001)r r r R R R ?=?=??=?，其中31r R 表示作用在x 轴线上的约束线矢，32r R 表示绕y 轴的约束力偶，33r R 表示绕z 轴的约束力偶。 3、分析2分支运动系。 (1) 21R 的分析首先该转动副的轴线方向与y 轴相同，所以我将取它的(010)s =, 212121() r x y z =, 求解 02 1 (0) 01 i j k s r s x y ?? ?=?==-+=- ? ?? ? ，所以运动螺旋1121 21(010;0)R z x =- (2) 同理可求得， 122222(010;0)R z x =-，132323(010;0)R z x =-。 (3) 综上所述，分支运动链2的运动螺旋系为：21212122222223 2323(010;0) (010;0)(010;0)R z x R z x R z x =-?? =-??=-?，约束螺旋系为：212223 (010;000)(000;100)(000;001)r r r R R R ?=?=??=?，其中21r R 表示作用在y 轴线上的约束线矢，22 r R 表示作绕x 轴的约束力偶，23r R 表示作绕z 轴的用在z 轴上的约束力偶。

机器人学导论课后习题答案

第三章课后习题答案 3.3和3.4 步骤： 1、建立坐标系； 2、列D －H 参数表； 3、根据写出； 4、根据写出 3.3具体计算： i )()()()(111i Z i Z i X i X i i d D R a D R T θα---=T i i 1 -T T T T T N N N 12312010...-=T N αa d θ?? ????? ?????-=100001000000111 101 θθθθc s s c T ?? ??? ?? ?????-????????????-=100 00100 0001000 0010 010000 122 122 12θθθθc s L s c T ?? ??? ???????-=1000010 00003323323 θθθθc s L s c T T T T T B w 2 3 1201=

i 3.8具体计算：因为标定过程中{G}和{T}是重合的，所以则： αa d θ????????????+-=1000100000021111101L L c s s c T θθθθ?? ??? ?? ?????-????????????-=100 0010000001000001001000001222212θθθθc s s c T ????????????-=100001000003333323 θθθθc s L s c T T T B G B T =T T T T S G B S W T B W =T T T T S G B S B W W T 1-=

3.13、3.15—3.21答案 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = 1 2 2 l P tip tip tip P T P2 2 0=

机器人学导论(克雷格)第二章作业答案

机器人学导论(克雷格)第二章作业答案本页仅作为文档封面，使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March

2.1 solution: According to the equation of pure transition transformation,the new point after transition is as follows: 100235010358(,,)0014711000111trans x y z old P Trans d d d P ??????????????????=?==?????????????????? 2.3 solution: According to the constraint equations: 0;0;0 1n a n o a o n ?=?=?== Thus,the matrix should be like this: 00150015100310030102010200010001or --????????-????????--???????? 2.4 Solution:

X Y Z P P P ?? ? ? ???=cos 0sin 010sin 0cos θθθθ?? ? ? ?-??0n a P P P ?? ? ? ??? 2.7 Solution: According to the equation of pure rotation transformation , the new coordinates are as follows: 10022222(,45)0 3422720222new P rot x P ??????????? ?????=?==???????????????????????? 2.9 Solution: Acording to the equations for the combined transformations ,the new coordinates are as follows:

机器人学导论(克雷格)第二章作业答案

2.1 solution: According to the equation of pure transition transformation,the new point after transition is as follows: 1002350 10358(,,)00147110 00111trans x y z old P Trans d d d P ?????? ??????? ?????=?==?????? ?????? ?????? 2.3 solution: According to the constraint equations: 0;0;01 n a n o a o n ?=?=?== Thus,the matrix should be like this: 0015001 51003100301020102000 1000 1or --????????-? ?? ?????--? ?? ????? 2.4 Solution:

X Y Z P P P ?? ? ? ???=cos 0sin 010sin 0cos θθθθ?? ? ? ?-? ?0n a P P P ?? ? ? ??? 2.7 Solution: According to the equation of pure rotation transformation , the new coordinates are as follows: 10022(,45)0 3402 22new P rot x P ???? ?? ????? ?????=?==???????????????? ????? ??? 2.9 Solution: Acording to the equations for the combined transformations ,the new coordinates are as follows:

机器人学导论复习题及参考答案

《机器人学导论》课程复习资料一、名词解释： 1.自由度 2.机器人工作载荷 3.柔性手 4.制动器失效抱闸 5.机器人运动学 6.机器人动力学 7.虚功原理 8.PWM驱动 9.电机无自转 10.直流伺服电机的调节特性 11.直流伺服电机的调速精度 12.PID控制 13.压电元件 14.图像锐化 15.隶属函数 16.BP网络 17.脱机编程 18.AUV 二、简答题： 1.机器人学主要包含哪些研究内容？ 2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？ 3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义？ 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.常见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组成？ 9.为什么要做图像的预处理？机器视觉常用的预处理步骤有哪些？ 10.请简述模糊控制器的组成及各组成部分的用途。 11.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.仿人机器人的关键技术有哪些？三、论述题： 1.试论述机器人技术的发展趋势。 2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。 3.试论述轮式行走机构和足式行走机构的特点和各自适用的场合。 4.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。 5.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确定的？ 6.试论述工业机器人的应用准则。四、计算题：（需写出计算步骤，无计算步骤不能得分）： 1.已知点u的坐标为[7,3,2]T，对点u依次进行如下的变换：（1）绕z轴旋转90°得到点v；（2）绕y 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u, v, w, t各点的齐次坐标。

机器人学导论复习试题与参考答案新

. 中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案机器人学导论一、名词解释题：二、简答题： 1.机器人学主要包含哪些研究容？ 2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？ 3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义？ 4.机器人控制系统的基本单元有哪些？三、论述题： 1.试论述机器人技术的发展趋势。 2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。 4.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。四、计算题：（需写出计算步骤，无计算步骤不能得分）： 1. 已知点u的坐标为 [7,3,2]T ，对点 u 依次进行如下的变换：（1）绕 z 轴旋转90°得到点v；（2）绕 y 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 u,v, w,t 各点的齐次坐标。 z t v w O y x u 2. 如图所示为具有三个旋转关节的3R 机械手，求末端机械手在基坐标系{ x0, y0} 下的运动学方程。 θ3 L3 θ2 y0 L2 L1 θ1 O x0 3. 如图所示为平面的两旋转关节机械手，已知机器人末端的坐标值{ x, y} ，试求其关节旋转变量θ 1 和 θ2.

. P θ2 y L2 L 1 θ1 x 4. 如图所示两自由度机械手在如图位置时（θ1= 0 ,A f x0 ]T B θ 2=π/2），生成手爪力F = [或 F = [ 0f y]T。求对应的驱动力τA和τB。 y F B 0 f y P F A f x τ2 L2 τ1 x L1 5. 如图所示的两自由度机械手，手部沿固定坐标系在手上X0轴正向以 1.0m/s的速度移动，杆长 l 1=l 2=0.5m。设在某时刻θ1=30°，θ2=-6 0°，求该时刻的关节速度。已知两自由度机械手速度雅可比矩阵为 l1s 1l2 s12l2 s12 J l2c12l2c12 l1c 1 y0 l1 -θ2 y3 θ 1l2 v3 O x0 x3

机器人学导论(克雷格)第二章作业答案

机器人学导论(克雷格)第二章作业答案 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

机器人学导论复习试题和参考答案解析

西安高学考试复习题及参考答案机器人学导论一、名词解释题： 1.自由度： 2.机器人工作载荷： 3.柔性手： 4.制动器失效抱闸： 5.机器人运动学： 6.机器人动力学： 7.虚功原理： 8.PWM驱动： 9.电机无自转： 10.直流伺服电机的调节特性： 11.直流伺服电机的调速精度： 12.PID控制： 13.压电元件： 14.图像锐化： 15.隶属函数： 16.BP网络： 17.脱机编程： 18.AUV：二、简答题： 1.机器人学主要包含哪些研究内容？ 2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？ 3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义？ 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.常见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组成？ 9.为什么要做图像的预处理？机器视觉常用的预处理步骤有哪些？ 10.请简述模糊控制器的组成及各组成部分的用途。 11.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.仿人机器人的关键技术有哪些？三、论述题： 1.试论述机器人技术的发展趋势。 2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。 3.试论述轮式行走机构和足式行走机构的特点和各自适用的场合。 4.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。 5.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确定的？ 6.试论述工业机器人的应用准则。四、计算题：（需写出计算步骤，无计算步骤不能得分）： 1.已知点u的坐标为[7,3,2]T，对点u依次进行如下的变换：（1）绕z轴旋转90°得到点v；（2）绕y 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u, v, w, t各点的齐次坐标。

机器人学导论(英) 第五讲

Chapter5: Velocities and Static Forces

?Objective : we will examine the linear and angular velocity of a rigid body and analyze the motion of a manipulator.t t Q t t Q Q dt d V B B t B Q B ???+==→?)()(lim )(0?The derivative of a vector ?It is important to indicate the frame in which the vector is differentiated. )) (()(Q dt d V B A Q B A =?The velocity vector can be represented in terms of any frame (reference frame) ) ()(Q B A B Q B A V R V =differentiated in {B} differentiated in {B},written in {A}

?We often consider the velocity of the origin of a frame relative to some non-moving universe reference frame. CORG U c V v ={U} is the reference frame Example 5.1 {T} {C} {U} mph v C 30=mph v T 100=?)(CORG U U P dt d ? )(TORG U C V ? )(CORG T C V R U T R U C

机器人学导论作业答案

机器人学导论作业答案作业一一、问答题 1．答：机器人的主要应用场合有： (1) 恶劣的工作环境和危险工作； (2) 在特殊作业场合进行极限作业； (3) 自动化生产领域； (4) 农业生产； (5) 军事应用。 2．答：工业机器人（英语：industrial robot。简称IR）是广泛适用的能够自主动作，且多轴联动的机械设备。它们在必要情况下配备有传感器，其动作步骤包括灵活的转动都是可编程控制的（即在工作过程中，无需任何外力的干预）。它们通常配备有机械手、刀具或其他可装配的的加工工具，以及能够执行搬运操作与加工制造的任务。数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。 3．答：科幻作家阿西莫夫机器人三原则：(1) 不伤害人类；(2) 在

原则下服从人给出的命令；(3) 在与上两个原则不矛盾的前提下保护自身。我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。 4．答：机器人研究的基础内容有以下几方面： (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； (5) 机器人控制技术； (6) 机器人传感器； (7) 机器人语言。 5．答：按几何结构分： (1) 直角坐标式机器人； (2) 圆柱坐标式机器人；

(3) 球面坐标式机器人； (4) 关节式球面坐标机器人。 6．答：通常由四个相互作用的部分组成：执行机构、驱动单元、控制系统、智能系统。 7．答：一共需要5个：定位3个，放平稳2个。 8．答：机器人的主要特点有通用性、适应性。决定通用性有两方面因素：机器人自由度；末端执行器的结构和操作能力。 9．答：工业机器人的手部是用来握持工件或工具的部件。大部分的手部结构都是根据特定的工件要求而专门设计的。各种手部的工作原理不同，故其结构形态各异。常用的手部按其握持原理可以分为夹持类和吸附类两大类。 10．答：(a) 机械部分；(b) 一个或多个传感器；(c) 控制器；(d) 驱动源。 11．答：自由度的选择与生产要求有关，若批量大，操作可靠性要求高，运行速度快，机器人的自由度数可少一些；如果要便于产品更换，增加柔性，机器人的自由度要多一些。 12．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当优越的。

中南大学机器人导论学在线测试3

(一) 单选题 1、 IML 语言就是一种()编程语言。 (A) 动作级 (B) 对象级 (C) 任务级 (D) 自主级参考答案: (A) 2、如图所示为美国TRC 公司于1985年开始研制医院用的机器人,这就是一款()。 (A) 工业机器人 (B) 军用机器人 (C) 服务机器人 (D) 仿人机器人参考答案: (C) 3、 RAPT 语言就是一种()编程语言。 (A) 动作级 (B) 对象级 (C) 任务级 (D) 自主级参考答案: (B) 4、 AUTOPASS 语言就是一种()编程语言。

(A) 动作级 (B) 对象级 (C) 任务级 (D) 自主级参考答案: (B) 5、神经元建模时,如图所示的激发函数属于()。 (A) 极点型 (B) 阶跃型 (C) 线性型 (D) S 型参考答案: (D) 6、 BP 神经网络最早就是由()提出的。 (A) McCulloch 与Pitts (B) Hebb (C) Rumelhart (D) Hopfield 参考答案: (C) 7、 VAL 语言就是由()开发的。 (A) 美国 (B) 日本 (C) 英国 (D) 意大利参考答案: (A) 8、如图所示为日本本田公司研制的ASIMO 机器人,这就是一款()。

(A) 工业机器人 (B) 军用机器人 (C) 服务机器人 (D) 仿人机器人参考答案: (D) 9、模糊理论就是由()创立的。 (A) G 、Contor (B) B 、Russell (C) L 、A 、Zadeh (D) E 、H 、Mamdani 参考答案: (C) 10、目前,()就是技术上最成熟、应用最广泛的机器人。 (A) 工业机器人 (B) 探险机器人 (C) 服务机器人 (D) 仿人机器人参考答案: (B) 11、 RAPT 语言就是由()开发的。 (A) 美国 (B) 日本 (C) 英国 (D) 意大利参考答案:

机器人学导论(克雷格)第二章作业标准答案

2.1 ｓolution: Acc ｏｒdi ｎg t ｏ th ｅ equatio ｎｏf ｐure tra ｎsi ｔｉon tr ａｎsformati ｏｎ，the n ｅw ｐoint aft ｅｒ transiti ｏn i ｓ as fo ｌl ｏｗs: 100235010358(,,)0014711000111trans x y z old P Trans d d d P ??????????????????=?==?????????????????? 2.3 sol ｕtion ： A ｃc ｏr ｄｉng ｔo th ｅ c ｏnstr ａi ｎｔ e ｑuat ｉon ｓ: 0;0;0 1n a n o a o n ?=?=?== Th ｕs ，the m ａtrix ｓｈo ｕl ｄ be like ｔh ｉｓ: 00150015100310030102010200010001or --????????-????????--???????? 2．4 Soluti ｏn:

X Y Z P P P ?? ? ? ???=cos 0sin 010sin 0cos θθθθ?? ? ? ?-??0n a P P P ?? ? ? ??? 2.7 Solution ： Acco ｒdin ｇｔｏ t ｈe e ｑu ａtion ｏf ｐure ro ｔa ｔio ｎｔr ａns ｆｏrmation , the ｎew ｃoord ｉna ｔｅｓａre as fol ｌｏw ｓ： 10022(,45)0 340222new P rot x P ??????????? ?????=?==???????????????????????? 2.9 Sol ｕtion: Acordin ｇｔo t ｈe equa ｔｉｏｎs for the ｃｏmbin ｅd tr ａnsf ｏｒma ｔion ｓ ,ｔh ｅ new co ｏｒdinates are as ｆｏllows ：

机器人学导论(克雷格)第二章作业答案

2.1 solution: According to the equation of pure transition transformation,the new point after transition is as follows: 1002350 10358(,,)00147110 00111trans x y z old P Trans d d d P ?????? ??????? ?????=?==?????? ?????? ?????? 2.3 solution: According to the constraint equations: 0;0;01 n a n o a o n ?=?=?==r r r r r r r Thus,the matrix should be like this: 0015001 51003100301020102000 1000 1or --????????-? ?? ?????--? ?? ????? 2.4 Solution:

X Y Z P P P ?? ? ? ???=cos 0sin 010sin 0cos θθθθ?? ? ? ?-? ?0n a P P P ?? ? ? ??? 2.7 Solution: According to the equation of pure rotation transformation , the new coordinates are as follows: 10022(,45)0 3402 22new P rot x P ???? ?? ????? ?????=?==???????????????? ????? ??? o 2.9 Solution: Acording to the equations for the combined transformations ,the new coordinates are as follows:

机器人学导论作业答案

机器人学导论(克雷格)第二章作业答案

机器人学概论

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