2022年机器人学导论复习题及参考答案新.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 中南高校网络训练课程考试复习题及参考答案 机器人学导论 一、名词说明题：二、简答题：1. 机器人学主要包含哪些讨论内容？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. 机器人掌握系统的基本单元有哪些？三、论述题 ：1. 试论述机器人技术的进展趋势；2. 试论述精度、重复精度与辨论率之间的关系；4. 试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系；四、运算题： （需写出运算步骤,无运算步骤不能得分）：1. 已知点 u 的坐标为 7,3,2T,对点 u 依次进行如下的变换： （1）绕 z 轴旋转 9

2、0 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,最终沿z 轴平移 7 个单位得到点 t；求 u, v, w, t 各点的齐次坐标；ztvw2. 如下列图为具有三个旋转关节的xOy x0, y0 下的运动学方程；u3R机械手,求末端机械手在基坐标系 3L3y0 2L2L1 1Ox0 x, y ,试求其关节旋转变量13. 如下列图为平面内的两旋转关节机械手,已知机器人末端的坐标值和 2. 1 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - Py2L2L 1 1x4

3、. 如下列图两自由度机械手在如图位置时（1= 0 , 2= /2）,生成手爪力F A = fx0 T 或 FB = 0 fy T；求对应的驱动力A 和B ；PF B0xfyyfFA0L221xL 15. 如下列图的两自由度机械手,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l1=l2=0.5m；设在某时刻 1=30 , 2=-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Jl s11l s 12l s 2 12l cl c 12l c 12y0Ol11x0l2- 2y3v3x32 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 8 页精选学习

4、资料 - - - - - - - - - 6. 如下列图的三自由度机械手（两个旋转关节加一个平移关节,简称 运动学方程；L 1d2L 2L 3 13参考答案一、名词说明题：二、简答题：RPR 机械手）,求末端机械手的1. 答：机器人讨论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 机器人掌握技术；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：面积小,能有效地利用空间,直观等优点；1 横梁式；机身设计成横梁式,用于悬挂手臂部件,具有占地 2 立柱式；多采纳回转型、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,

5、具有占地面积小而工作范畴大的特点；3 机座式；可以是独立的、自成系 统的完整装置,可随便安放和搬动；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 围； 4 屈伸式；臂部由大小臂组成,大小臂间有相对运动,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示为：dLLdtq &q式中, q 是广义坐标； 是广义力； L 是拉格朗日算子,表示为LKP这里, K 是动能； P 是位能；4. 答：构成机器人掌握系统的基本要素包括：1 电动机,供应驱动机器人运动的驱动力；2 减速器,为了增加驱动力矩、降低运动速度；3 驱动电路,由于直流伺服电动机或沟通伺服

6、电动机的流经电流较大,机器人常采纳脉冲宽度调制（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 掌握系统的硬件,以运算机为基础,采纳和谐级与执行级的二级结构； 6 掌握系统的软件,实现对机器人运动特性的运算、机器人的智能掌握和机器人与人的信息交换 等功能；三、论述题 ：1. 答：科学技术水平是机器人技术的基础,科学与技术的进展将会使机器人技术提高到一个更高的水 平；将来机器人技术的主要讨论内容集中在以下几个方面：1 工业机器人操作机结构的优化设计技术；-自重比,同时机构向着模块化、可重构方向进展；2 机器 探究新的高强度轻质材料,进一步提高负载

7、 人掌握技术； 重点讨论开放式、模块化掌握系统,人机界面更加友好,语言、 图形编程界面正在研制之中；3 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 机器人掌握器的标准化和网络化以及基于PC 机网络式掌握器已成为讨论热点；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关键；其讨论热点在于有效可行的多传感器融合算法,特殊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；4 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和谐掌握,通过网络建立大范畴内的机器人遥控系统,在

8、有时延的情形下,建立预先显示进行遥控等；5 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 多智能体掌握技术；这是目前机器人讨论的一个崭新领域；主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理,感知与学习方法,建模和规划、群体行为掌握等方面进行讨论；7 微型和微小机器人技术；这是机器人讨论的一个新的领域和重点进展方向；过去的讨论在该领域几乎是空白,因此该领域讨论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行估量的影响,微型机器人技术的讨论主要 集中在系统结构、运动方式、掌握方,法、传感技术、通信技术以

9、及行走技术等方面；8 软机器人技术；主要用于医疗、护理、休闲和消遣场合；传统机器人设计未考虑与人紧密共处,因此其结构材料多为金属 或硬性材料,软机器人技术要求其结构、掌握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安全的,机器人对人是友好的；9 仿人和仿生技术；这是机器人技术进展的最高境域,目前仅在某些方面进行一些基础讨论；2. 答：精度、重复精度和辨论率用来定义机器人手部的定位才能；精度是一个位置量相对于其参照系的肯定度量,指机器人手部实际到达位置与所需要到达的抱负位置之间 的差距；机器人的精度打算于机械精度与电气精度；重复精度指在相同的运动位置命令下,机器人连续如干次运动轨迹之间的误

10、差度量；假如机器人重复执行 某位置给定指令,它每次走过的距离并不相同,而是在一平均值邻近变化,该平均值代表精度,而变化的 幅度代表重复精度；辨论率是指机器人每根轴能够实现的最小移动距离或最小转动角度；精度和辨论率不肯定相关；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能够达到的运动位置之间的差距,辨论率就反 映了实际需要的运动位置和命令所能够设定的位置之间的差距；工业机器人的精度、重复精度和辨论率要求是依据其使用要求确定的；机器人本身所能达到的精度取决于 机器人结构的刚度、运动速度掌握和驱动方式、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论率是变化的,因此

11、造成了机器人的精度难以确定；由 于精度一般较难测定,通常工业机器人只给出重复精度；4. 答：静力学指在机器人的手爪接触环境时,在静止状态下处理手爪力F 与驱动力的关系；动力学讨论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；而运动学讨论从几何学的观点来处理手指位置与关节变量的关系；在考虑掌握时,就要考虑在机器人的动作中,关节驱动力 会产生怎样的关节位置 、关节速度 &、关 节加速度 &,处理这种关系称为动力学（dynamics ）；对于动力学来说,除了与连杆长度有关之外,仍与 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

12、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；这些也可作为动力学的问题来处理；1. 解：点 u 的齐次坐标为：7,3,2,1T图中用虚线表示的关系可通过实线关系的组合表示,4 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 01 0 073 v = Rotz,90 u = 100 03276L 1,2T =c3s 30L2001 022000 11100 1 032 w = Roty,90 v = 01 0 0771 00 023000 11110 04 t = Trans4,-3,7w = 0 1 03740 0

13、173s 2100 00 1112. 解：建立如图1 的参考坐标系,就0c 1s 100c 20T =s 1c 100,1T =s 2c200s 3c 300001000100010000100010001x3y3 x 2y1y0y2x 0Ox 1图 1 0T =0T 11T 22T =c 123s 1230L c 1 10L c 12s 123c 1230L s 1 1L s 2 1200100015 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 其中c 123cos123,s 123sin123.3. 解：如图 2 所示,逆

14、运动学有两组可能的解；Py2 211x图 2 第一组解：由几何关系得xL 1cos1L2cos12（1）112（2）yL 1sinL 2sin（1）式平方加（ 2）式平方得x2y22 L 1L22L L2cos22x22 y2 L 12 L 222arccosx2y22 L 12 L 22L L 21arctanyarctanL 1L2sin2xL 2cos其次组解：由余弦定理,arccos2 L L 2 22arctany1x4. 解：由关节角给出如下姿势：6 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - JL1sin1L 2

15、sin12L2sin12L 2L2L 1cos1L 2cos12L2cos12L 10由静力学公式T J F1&=-2rad/s ,2& =4 rad/s ；AT J F AL 2L 1fxL fxL 200L f 2xBT J F BL 2L 10L fyL 20fy05. 解：由于：Jl s1l s 2 12l s 2 12l c1l c 2 12l c 2 12因此,逆雅可比矩阵为：J112l c 2 12l sl s 2 12l s 2 12l c1l c 121l l s由于,&J1v ,且 v=1, 0T,即 vX=1m/s,vY=0,因此& 11l c 2 12l s 2 121

16、& 2l l s2l c1l c 2 12l s1l s 2 120& 1c 1221 rad/s=-2rad/s 0.5l s& 2c12c 1224rad/sl sl s（算出最终结果2 分）因此,在该瞬时两关节的位置分别为,1=30 ,2=-6 0 ；速度分别为手部瞬时速度为1m/s ；s1= sin 1式中：s 12= sin 1+ 26. 解：建立如图的坐标系,就各连杆的DH参数为：z1x1x2y3x3y1z2z3z0y0L 2x07 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 连杆转角n偏距dn扭角i1杆长ia11

17、 11L0 02 0 900d23 3L20 0由连杆齐次坐标变换递推公式i1 T icii1si10i1ai1i11s cc csd sis si1cisi1ci1d ci0001有0 1 Tc1s100,1 2 T10002,2 3 Tc3s300s1c100001ds3c300001L10100001L2000100010001故式中：0 3 T10 1 21 T T T 2 3c1 c3c s3s11s L22s d22（写出最终结果2 分）s c3s s3cc1Lc1ds3c30L 1ssin10001c1cos1L L8 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 8 页