精心整理
其余的比较简单，大家可以自己考虑。
3.坐标系}B {的位置变化如下：初始时，坐标系}A {与}B {重合，让坐标系}B {绕B Z 轴旋转θ角；然
后再绕B X 旋转φ角。给出把对矢量P B 的描述变为对P A
描述的旋转矩阵。
解：Θ坐标系}B {相对自身坐标系（动系）的当前坐标系旋转两次，为相对变换，齐次变换顺序为依次右乘。
∴对P A 其中T A B 9.图 （1 （2（3解：（1对楔块对楔块其中0
2T 所以：??
??????
??=1000
00100001
1T ；?????
?
??
??-=10
00401000012T 对楔块2的变换步骤：
① 绕自身坐标系X 轴旋转?90； ② 绕新形成的坐标系的Z 轴旋转?180； ③ 绕定系的Z 轴旋转?-90；
④ 沿定系的各轴平移)4,0,3(-。
方法2：如图建立两个坐标系}{1111z y x o 、}{2222z y x o 与参考坐标系重合，两坐标系与2个楔块相固联。
图1：楔块坐标系建立（方法2）
对楔块1进行的变换矩阵为：)90,()90,(1z Rot y Rot T =； 对楔块2进行的变换矩阵为：
3213?
?
??????????-=10
001000
111
1
111
11θθθθθθs L c s c L s c A ；?
?
???
???????-=100
0100002222222
2
2θθθθθθs L c s c L s c A ； ??
???
???????-=100
010*******
333θθθθc s s c A ；
方法二进行建模：
坐标系的建立如图4所示。
图4：机械手的坐标系建立
根据所建坐标系得到机械手的连杆参数，见表2。
表2：机械手的连杆参数
连杆3的坐标系与末端执行器的坐标系相重合。机械手的D-H 参数值见表3。
表3：机械手的连杆参数
注：关节变量04321====θθθθ。
将表3中的参数带入得到各变换矩阵分别为：
??
???????
???+-=1000
010010000012110
L L T ；?
?
????
?
?????=1000
010********
321L T ； ??
???????
???=100001000010001432
L T ；??
???
??
?????=100
001000010000
13末
T 方法2建模：
??1000
??10001. 已知坐标系}C {对基座标系的变换为：?
????
????
???=100000013100
4010C ；对于基座标系的微分平移分量分别为
沿X 轴移动0.5，沿Y 轴移动0，沿Z 轴移动1；微分旋转分量分别为0.1，0.2和0。 （1） 求相应的微分变换；
（2） 求对应于坐标系}C {的等效微分平移与旋转。
解：（1）对基座标系的微分平移：T d ]1,0,5.0[=；
对基座标系的微分旋转：T ]0,2.0,1.0[=δ；
?????
????
???--=?0000101.02.001.0005.02.000
；
????-0001.05.0002
.0?
?
?????
?????+++-+=100001000)
()(0)()(223232
22323231
θθθθθθθθθθs L c s c L s c T ；??
???
???????-=100
010*********
32θθθθc s s c T ；E T =33； 由上式求得雅可比矩阵：
???
???
???
?
?????
?????=110
00000000000003232θθc L s L J T
； 2）使用方法2建模，使用微分变换法。
图8：机械手的坐标系建立
表6：D-H 参数表
机械基础《习题册》答案（部分） 绪论 任务 一、填空题 1、人为的实体，确定相对，能量，有用机械功； 2、动力部分，传动部分，执行部分，控制部分； 3、动力，工作，信息； 4、运动，力； 5、机器，机构； 6、构件，零件； 7、直接接触，可动； 8、低副，高副； 9、移动副，转动副，螺旋副； 10、电气，液压； 11、往复移动，连续转动； 12、机构运动简图。 二、判断题 1 ×2×3√4×5√6√7×8√9×10× 三、选择题 1 B 2D 3C 4B 5B 6D 7C 四、名词解释 机构：若干构件通过运动副连接而成的各部分间具有确定相对运动的构件组合体。 构件：机构中独立的运动单元； 零件：机器中最小的制造单元； 运动副：两个构件直接接触且能够产生相对运动的连接。 五、简答题 1、动力部分：机器工作的动力源； 执行部分：直接完成机器预定工作任务的部分； 传动部分：将动力部分的运动和动力传递给执行部分的中间环节； 控制部分：控制机器动作的其他组成部分； 辅助部分 2、构件是机器中取小的运动单元，零件是机器中最小的制造单元。构件可以是一个零件，也可以是由若干个零件组成，如内燃机中的连杆。 3、低副是面接触，易加工，承载能力大，效率低，不能传递复杂的运动； 高副是点红接触，难加工，易磨损，寿命低，能传递复杂的运动。
模块一 任务一 一、填空题 1、主要参数，接头，安装方法； 2、主动带轮，从动带轮，传动带； 3、摩擦型，啮合型； 4、平带，V 带，多楔带，圆带； 5、矩形、内表面； 6、开口传动，交叉传动，半交叉传动； 7、黏接，带扣，螺栓； 8、打滑，其他零件损坏。 二、判断题 1× 2√ 3√ 4× 5√ 6√ 7√ 三、选择题 1D 2B 3C 4C 5A 四、简答题 2、1）改变中心距的方法：①定期张紧，②自动张紧； 2）使用张紧轮。 任务二 一、填空题 1、等腰梯形，两侧面； 2、伸张层，压缩层； 3、帘布芯，绳芯； 4、7，Y ，E ； 5、型号，基准长度，标准编号； 6、轮缘，轮毂，轮辐； 7、铸铁，HT150，HT200； 8、定期检查，重新张紧，张紧力； 9、平行，重合； 10、带齿，轮齿； 11、链，齿轮； 12、>30m/s ，104~5×105r/min ； 13、平带，V 带 二、判断题 1√ 2× 3× 4√ 5√ 6× 7√ 8× 9× 三、选择题 1B 2C 3D 4D 5C 6D 7A 8C 9A 10D 11A 五、简答题 1、普通V 带分为Y 、Z 、A 、B 、C 、D 、E 七种型号，按次序其截面面积依次增大，传递的功率随截面面积的增大而增大。 六、计算题 1、解：5.21002501212=== d d d d i
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
其余的比较简单，大家可以自己考虑。 3. 坐标系}B {的位置变化如下：初始时，坐标系}A {与}B {重合，让坐标系}B {绕 B Z 轴旋转θ角；然后再绕B X 旋转φ角。给出把对矢量P B 的描述变为对P A 描述 的旋转矩阵。 解：Θ坐标系}B {相对自身坐标系（动系）的当前坐标系旋转两次，为相对变换，齐次变 换顺序为依次右乘。 ∴对P A 描述有 P T P B A B A = ； 其中 ),(),(φθx Rot z Rot T A B = 。 9. 图2-10a 示出摆放在坐标系中的两个相同的楔形物体。要求把它们重新摆放在图2-10b 所示位置。 （1）用数字值给出两个描述重新摆置的变换序列，每个变换表示沿某个轴平移或绕该轴旋转。 （2）作图说明每个从右至左的变换序列。 （3）作图说明每个从左至右的变换序列。 解：（1）方法1:如图建立两个坐标系}{1111z y x o 、}{2222z y x o ，与2个楔块相固联。
图1：楔块坐标系建立（方法1） 对楔块1进行的变换矩阵为：)90,()90,(1z Rot y Rot T = ； 对楔块2进行的变换矩阵为： )180,()90,()90,()4,0,3(o o 02o 2z Rot x TRot z Rot Trans T --= ； 其中 ? ? ??? ???? ???=10000100501000010 2T ； 所以 ：?? ??????? ???=1000 00100001 01001T ；????? ? ? ?? ???--=10 004010000121 002T 对楔块2的变换步骤： ① 绕自身坐标系X 轴旋转?90； ② 绕新形成的坐标系的Z 轴旋转?180； ③ 绕定系的Z 轴旋转?-90； ④ 沿定系的各轴平移)4,0,3(-。 方法2：如图建立两个坐标系}{1111z y x o 、}{2222z y x o 与参考坐标系重合，两坐标系与2个楔块相固联。
一．简答题 1．工业机器人定义？ 工业机器人的定义：一种用于移动各种材料、零件、工具或者专用装置的，可通过可编程序动作来执行各种任务的，并且具有各种编程能力的多功能的机械手。 2. 按机器人的用途分类，可以将机器人分为哪几大类？试简述之。 1)工业机器人或产业机器人应用于工农业生产中，主要用在制造业，进行焊接、 喷漆、装配、搬运、检验、农产品的加工等产业。 2)探索机器人用于进行太空和海洋探索，也可用于地面和地下探索。 3)服务机器人一种半自主或全自主的机器人，其所从事的服务工作可使人类生存 的更好，使制造业以外的设备工作的更好。 4)军用机器人用于军事目的，或进攻性的，或防御性的。 3. 什么叫“机器人的三守则”？它的重要意义是什么？ 1)机器人必须不危害人类，也不允许它眼看人类将受伤害而袖手旁观 2)机器人必须绝对服从人类，除非这种服从有害于人类 3)机器人必须保护自身不受伤害，除非为了保护人类或者人类命令它做出牺牲等 意义：给机器人社会附以新的伦理性，并且机器人概念更加通俗化，更易于为人类社会所接受，至今，它仍为机器人研究人员、设计制造厂家和用户，提供了十分有意义的指导方针。 4. 机器人系统一般有哪些程序功能？ （1）运算：可以使机器人自己做出判断，在下一步把机器手或工具置于何处。 （2）决策：机器人系统会根据输入信息做出决策，而不必执行任何运算。 （3）通信：机器人与操作人员之间的通信能力，允许机器人要求操作人员提供信息，告知操作者下一步该做什么，以及机器人打算下一步做什么。 （4）机械手运动：使复杂的多的运动变为可能；使运动传感器控制机器手成为可能； 能独立存储工具位置 （5）工具指令：可以对机器人进行比较复杂的控制。 （6）传感器数据处理：机器人的通用计算机必须与传感器连接起来，才能发挥全部作用。
一、填空 1、构件是机器的运动单元体；零件是机器的制造单元体；部件是机器的装配单元体。 2、平面运动副可分为低副和高副，低副又可分为转动副和移动副。 3、运动副是使两构件接触，同时又具有确定相对运动的一种联接。平面运动副可分为低副和高副。3、平面运动副的最大约束数为 2 。 4、机构具有确定相对运动的条件是机构的自由度数目等于主动件数目。 5、平面机构中，两构件通过点、线接触而构成的运动副称为高副。 6、机构处于压力角α=90°时的位置，称机构的死点位置。曲柄摇杆机构，当曲柄为原动件时，机构无死点位置，而当摇杆为原动件时，机构有死点位置。 7、铰链四杆机构的死点位置发生在从动件与连杆共线位置。 8、在曲柄摇杆机构中，当曲柄等速转动时，摇杆往复摆动的平均速度不同的运动特性称为：急回特性。 9、摆动导杆机构的极位夹角与导杆摆角的关系为相等。10、凸轮机构是由机架、凸轮、从动件三个基本构件组成的。11、为保证带传动的工作能力，一般规定小带轮的包角α≥120°。12、链传动是由主动链轮、从动链轮、绕链轮上链条所组成。13、链传动和带传动都属于挠性件传动。14、齿轮啮合时，当主动齿轮的齿根_推动从动齿轮的齿顶，一对轮齿开始进入啮合，所以开始啮合点应为从动轮齿顶圆与啮合线的交点；当主动齿轮的齿顶推动从动齿轮的齿根，两轮齿即将脱离啮合，所以终止啮合点为主动轮齿顶圆与啮合线的交点。15、渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合的条件为模数和压力角分别相等。16、_齿面磨损__和_因磨损导致的轮齿折断__是开式齿轮传动的主要失效形式。17、渐开线齿形常用的加工方法有仿形法和范成法两类。18、斜齿圆柱齿轮的重合度大于直齿圆柱齿轮的重合度，所以斜齿轮传动平稳，承载能力高，可用于高速重载的场合。19、在蜗轮齿数不变的情况下，蜗杆的头数越少，则传动比就越大。20、普通圆柱蜗杆和蜗轮传动的正确啮合条件是_ m a1=m t2、αa1=αt2、λ=β_。21、轮系运动时，所有齿轮几何轴线都固定不动的，称定轴轮系轮系，至少有一个齿轮几何轴线不固定的，称周转星轮系。22、轴的作用是支承轴上的旋转零件，传递运动和转矩，按轴的承载情况不同，可以分为转轴、心轴、传动轴。23、机械静联接又可以分为可拆联接和不可拆联接，其中键联接、螺纹联接、销联接属于可拆连接。24、平键的工作面是键的两侧面。25、楔键的工作面是键的上下两面。26、滑动轴承中所选用的润滑油，其粘度越大，则其承载能力越大。27、普通平键的剖面尺寸(b×h)，一般应根据轴的直径按标准选择。28、滚动轴承内圈与轴颈的配合采用基孔制，外圈与轴承孔的配合采用基轴制。二、判断题(正确的打√，错误的打×)1、所有构件一定都是由两个以上零件组成的。（×）2、铰链四杆机构中，传动角γ越大，机构传力性能越高。（√）3、极位夹角是曲柄摇杆机构中，摇杆两极限位置的夹角。 (×)4、机构处于死点位置时，其传动角等于90°。 (×)5、凸轮轮廓的形状取决于从动件的运动规律。(×) 6、带传动的弹性滑动是不可避免的，打滑是可以避免的。 (√ )7、V带型号中，截面尺寸最小的是Z型。（×）8、基圆以内无渐开线。(√)9、在直齿圆柱齿轮传动中，忽略齿面的摩擦力，则轮齿间受有圆周力、径向力和轴向力三个力作用。（×）10、蜗杆传动一般用于大速比的场合。(√)11、蜗杆传动一般用于传动大功率、大速比的场合。（×）12、定轴轮系的传动比等于始末两端齿轮齿数之反比。（×）13、楔键的顶底面是工作面。(√)14、设计键联接时，键的截面尺寸通常根据传递转矩的大小来选择。（×）15、在螺纹联接的结构设计中，通常要采用凸台或凹坑作为螺栓头和螺母的支承面，其目的是使螺栓免受弯曲和减小加工面。（√）16、螺纹联接是可拆联接。 (√)17、滚动轴承的基本额定动载荷C值越大，则轴承的承载能力越高。(√ ) 18、在相同工作条件的同类型滚动轴承，通常尺寸越大，其寿命越长。（√） 1、在如图所示的齿轮—凸轮轴系中，轴4称为(A) A.零件 B.机构 C.构件 D.部件 2、平面运动副所提供的约束为（C） A.1 B.2 C.1或2 D.3 3、若两构件组成低副，则其接触形式为（A） A.面接触 B.点或线接触 C.点或 面接触 D.线或面接触 4、机构具有确定相对运动的条件是(A) A.机构的自由度数目等于主动件数目 B.机构的自由度数目大 于主动件数目 C.机构的自由度数目小于主动件数目 D.机构的自由度数目大 于等于主动件数目 5、铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，则为了获得曲柄摇杆机构，其机架应取(B) A.最短杆 B.最短杆的相邻杆 C.最短杆的相对杆 D.任何一杆 6、在凸轮机构的从动件选用等速运动规律时，其从动件的运动(A) A.将产生刚性冲击 B.将产生柔性冲击 C.没有冲击 D.既有刚性冲击又有柔性冲击 7、带传动的主要失效形式是带的(A) A.疲劳拉断和打滑 B.磨损和胶合 C.胶合和打滑 D.磨损和疲劳点蚀 8、带传动中弹性滑动现象的产生是由于（C） A.带的初拉力达不到规定值 B.带与带轮的摩擦系数过小 C.带的弹性变形 D.带型选择不当 9、 (A )是带传动中所固有的物理现象，是不可避免的。
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
机器人学蔡自兴课后 习题答案
其余的比较简单，大家可以自己考虑。 3. 坐标系}B {的位置变化如下：初始时，坐标系}A {与}B {重合，让坐标系} B {绕B Z 轴旋转θ角；然后再绕B X 旋转φ角。给出把对矢量P B 的描述变为对P A 描 述的旋转矩阵。 解：Θ坐标系}B {相对自身坐标系（动系）的当前坐标系旋转两次，为相对变换，齐次变换顺序为依次右乘。 ∴对P A 描述有 P T P B A B A = ； 其中 ),(),(φθx Rot z Rot T A B = 。 9. 图2-10a 示出摆放在坐标系中的两个相同的楔形物体。要求把它们重新摆放在图2-10b 所示位置。 （1）用数字值给出两个描述重新摆置的变换序列，每个变换表示沿某个轴平移或绕该轴旋转。 （2）作图说明每个从右至左的变换序列。 （3）作图说明每个从左至右的变换序列。 解：（1）方法1:如图建立两个坐标系}{1111z y x o 、}{2222z y x o ，与2个楔块相固联。
图1：楔块坐标系建立（方法1） 对楔块1进行的变换矩阵为：)90,()90,(1z Rot y Rot T = ； 对楔块2进行的变换矩阵为： )180,()90,()90,()4,0,3(o o 02o 2z Rot x TRot z Rot Trans T --= ； 其中 ? ? ??? ???????=100001005010000102T ； 所以 ：?? ??????? ???=1000 00100001 01001T ；????? ? ? ?? ???--=10 004010000121 002T 对楔块2的变换步骤： ① 绕自身坐标系X 轴旋转?90； ② 绕新形成的坐标系的Z 轴旋转?180； ③ 绕定系的Z 轴旋转?-90； ④ 沿定系的各轴平移)4,0,3(-。
机器人等级考试(一级) 姓名： 答案解析 您的姓名：* 您的回答：姓名 1.下列人物形象中，哪个是机器人？（） [分值：2]您的回答：C. （得分：2） 2.以下哪个是螺丝杆？（） [分值：2] 您的回答：B. （得分：2）
3.下图中哪个实物运用到四边形原理？（） [分值：2] 您的回答：B. （得分：2） 4.下图中哪个是等臂杠杆？（） [分值：2] 您的回答：A. （得分：2） 5.以下属于费力杠杆的一组是？（） [分值：2] 您的回答：C. ②④（得分：2） 6.机器人驱动方式不包括？（）[分值：2] 您的回答：B.水驱动（得分：2） 7.用斧头作砍木头的工作，是利用（）能省力的原理。[分值：2] 您的回答：C.斜面（得分：2） 8.汽车轮胎上设置花纹的目的是？（）[分值：2] 您的回答：D.让轮胎增加与地面之间的摩擦，防止打滑；（得分：2）
9.下列关于秋千说法正确的是？（）[分值：2] 您的回答：B.秋千荡到最低点时动能最大（得分：2） 10.传动链和齿轮传动共有的特点是？（）[分值：2] 您的回答：C.准确无误的传递动力（得分：2） 11.在杠杆结构中，杠杆绕着转动的固定点称为？（）[分值：2] 您的回答：C.支点（得分：2） 12.下列图中那一组是齿轮传动装置？（） [分值：2] 您的回答：B. （得分：2） 13.风扇通过什么原理为人们实现降温？（）[分值：2] 您的回答：B.加速空气流通（得分：2） 14.如果想把玩具汽车的螺丝钉拧紧，首先选用那种工具最合适？（）[分值：2] 您的回答：B.螺丝刀（得分：2） 15.是什么原因让我们能够在地面上行走？（）[分值：2] 您的回答：C.因为我们的鞋与地面之间存在摩擦力（得分：2） 16.动滑轮实质是？（）[分值：2] 您的回答：C.省力杠杆（得分：2） 17.以下不是由于重力产生的现象是？（）[分值：2] 您的回答：D.我们在光滑的地板上推箱子，送开手时，箱子会自己移动一段距 离（得分：2） 18.下列是齿轮传动的缺点的是？（）[分值：2] 您的回答：C.易损坏机械（得分：2） 19.有关轮轴描述正确的是？（）[分值：2] 您的回答：B.轮轴是能连续转动的杆杠（得分：2）
机械基础习题参考答案 SANY GROUP system office room 【SANYUA16H-
一机械传动概述 1.什么是零件？什么是构件？构件与零件的关系是什么？ 零件：构成机械最小单元的，也是制造的最小单元。 构件：由若干零件组成，能独立完成某种运动的单元。 2. 2..什么是机器？什么是机构？机构与机器的关系是什么？ 机器：是执行机械运动，变换机械方式或传递能量的装置。 机构：由若干零件组成，可在机械中转变并传递特定的机械运动。 3.什么叫做运动副？常见的运动副有哪些？ 运动副：构件之间的接触和约束。有那些：低副，高副，平副。 4.什么是低副？什么是高副？在平面机构中的低副和高副各引入几个约束？ 低副：两个构件之间为面接触形成的运动副。高副：两个构件之间为点接触形成的运动副。二常用机构 1.何谓连杆机构？何谓铰链四杆机构？判别各铰链四杆机构的类型什么是曲柄？什么是摇杆？什 么是连杆？ 连杆机构：由一些刚性杆件用铰链和滑道等连接而成的机构。 铰链四杆机构：在平面连杆机构中，有一种由四个构件相互用铰链连接而成的机构。 2.铰链四杆机构有哪几种基本形式？试说明它们的运动特点，并举出应用实例。 3种1）取与最短杆相邻的任何一杆为机架，并取最短杆为曲柄时，为曲柄摇杆机构。2）取最短杆为机架时，为双曲柄机构。3）取最短杆对面的杆为机架时，为双摇杆机构。 3.试述铰链四杆机构类型的判别方法。根据图中注明的尺寸，。 a双曲柄机构（方法：最短杆固定）b双摇杆机构（方法：与最短杆相对的杆固定）c曲柄摇杆机构（方法:与最短杆相邻的杆固定）d双摇杆机构（方法:任意杆固定）
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： 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
一机械传动概述 1.什么是零件什么是构件构件与零件的关系是什么 零件：构成机械最小单元的，也是制造的最小单元。 构件：由若干零件组成，能独立完成某种运动的单元。 2. 2..什么是机器什么是机构机构与机器的关系是什么 机器：是执行机械运动，变换机械方式或传递能量的装置。 机构：由若干零件组成，可在机械中转变并传递特定的机械运动。 3.什么叫做运动副常见的运动副有哪些 运动副：构件之间的接触和约束。有那些：低副，高副，平副。 4.什么是低副什么是高副在平面机构中的低副和高副各引入几个约束 低副：两个构件之间为面接触形成的运动副。高副：两个构件之间为点接触形成的运动副。 二常用机构 1.何谓连杆机构何谓铰链四杆机构判别各铰链四杆机构的类型什么是曲柄什么是摇杆什 么是连杆 连杆机构：由一些刚性杆件用铰链和滑道等连接而成的机构。 铰链四杆机构：在平面连杆机构中，有一种由四个构件相互用铰链连接而成的机构。 2.铰链四杆机构有哪几种基本形式试说明它们的运动特点，并举出应用实例。 3种1）取与最短杆相邻的任何一杆为机架，并取最短杆为曲柄时，为曲柄摇杆机构。2）取最短杆为机架时，为双曲柄机构。3）取最短杆对面的杆为机架时，为双摇杆机构。 3.试述铰链四杆机构类型的判别方法。根据图中注明的尺寸，。 a双曲柄机构（方法：最短杆固定）b双摇杆机构（方法：与最短杆相对的杆固定）c曲柄摇杆机构（方法:与最短杆相邻的杆固定）d双摇杆机构（方法:任意杆固定） 4.试述曲柄滑块机构的组成和运动特点。 组成：曲柄，连杆，滑块及机架。特点：若曲柄为主动件，当曲柄作整周连续转动时，可通过连杆带动滑块作往复直线运动；反之若滑块为主动件，当滑块作往复直线运动时，又可通过连杆带动曲柄作整周连续转动。 5.什么是机构的急回特性在生产中怎样利用这种特性 急回特性：平面连杆机构中的摇杆往复摆动时所需时间一般并不相同，要求返回空行程明显快于工作行程。
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)
第一章静力学 一、填空 1、力对物体的作用效应取决于力的三要素，即力的力的大小、力的方向和力的作用点。 2、平衡是指物体相对于地球保持静止或作匀速直线运动的状态。 3、柔性约束对物体的作用力为沿柔体伸长的方向的_拉_力。 4、铰链约束分为__固定铰链__和_ 活动铰链__。 5、活动铰链的约束反力必通过_铰链中心__并与__支承面__相垂直。 6、固定铰链的约束反力是随转动零件所处的位置的变化而变化的，通常可用两个相互垂直的分力表示。约束反力的作用线必定通过铰链的中心。 7、固定端约束反力一般情况下可分解为相互垂直的两个分力和一个阻止其转动的力偶矩。 8、力对物体的作用效果是使物体运动状态发生变化或使物体产生变形.。 9、平面汇交力系平衡的几何条件是_力多边形自行封闭_；平衡的解析条件是_力系中所有各力在两坐标轴 上的投影的代数和分别为零___。 10、作用于物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力，合力的作用点为该两力的作用点，合力的大 小和方向用该两个分力为邻边所构成的平行四边形的对角线表示。 11、力偶对物体的转动效应取决于_力偶矩的大小_、_力偶的转向__和_力偶作用面的方位__三要素。 12、力偶是指_作用于同一物体上大小相等，方向相反，而作用线不在同一直线上的一对平行力_。 13、物体受到的力一般可分为两类，一类是使物体产生运动的力称为主动力；另一类是约束体对物体的 运动起限制作用的力称为约束反力。 14、作用在刚体上各个力的作用线如果均在同一平面内，则这种力系称为平面力系；平面力系中如果各 力的作用线都汇交于一点，这样的力系又叫做平面汇交力系；若平面力系中各力的作用线均相互平行， 这种力系称为平面平行力系；作用在物体上的各力的作用线在同一平面内，若它们既不汇交于一点，又 不相互平行，这样的力系称为平面任意力系。 15、平面汇交力系的合力对平面内任一点之矩等于该力系中各分力对同一点的力矩的代数和。 16、任意一个平面任意力系均可向物体内的任一点进行简化，简化结果得到○1一个主矢，它等于原力 系中各力的矢量和，作用在简化中心；○2一个主矩，它等于原力系中各力对简化中心之矩的代数和。
精心整理 其余的比较简单，大家可以自己考虑。 3.坐标系}B {的位置变化如下：初始时，坐标系}A {与}B {重合，让坐标系}B {绕B Z 轴旋转θ角；然 后再绕B X 旋转φ角。给出把对矢量P B 的描述变为对P A 描述的旋转矩阵。 解：Θ坐标系}B {相对自身坐标系（动系）的当前坐标系旋转两次，为相对变换，齐次变换顺序为依次右乘。 ∴对P A 其中T A B 9.图 （1 （2（3解：（1对楔块对楔块其中0 2T 所以：?? ?????? ??=1000 00100001 1T ；????? ? ?? ??-=10 00401000012T 对楔块2的变换步骤： ① 绕自身坐标系X 轴旋转?90； ② 绕新形成的坐标系的Z 轴旋转?180； ③ 绕定系的Z 轴旋转?-90；
④ 沿定系的各轴平移)4,0,3(-。 方法2：如图建立两个坐标系}{1111z y x o 、}{2222z y x o 与参考坐标系重合，两坐标系与2个楔块相固联。 图1：楔块坐标系建立（方法2） 对楔块1进行的变换矩阵为：)90,()90,(1z Rot y Rot T =； 对楔块2进行的变换矩阵为： 3213? ? ??????????-=10 001000 111 1 111 11θθθθθθs L c s c L s c A ；? ? ??? ???????-=100 0100002222222 2 2θθθθθθs L c s c L s c A ； ?? ??? ???????-=100 010******* 333θθθθc s s c A ；
机器人学考试
第一章 1.机器人的定义：工业机器人，一种用于移动各种材料、零件、工具或者专用装置的、通过可编程序动 作来执行各种任务的，具有一定的记忆存储和感知能力的，并且具有各种编程能力的多功能机械手。 机器人特征： 1 2 3 4 2.机器人的分类： 第一代机器人（可编程、示教的工业机器人） 第二代机器人（具有一定的感知能力，低级智能机器人） 第三代机器人（具有高度适应性的自治机器人） 3.按照开发内容和目的区分，可分为以下三类机器人 ?工业机器人（ Industrial Robot）：如焊接、喷漆、装配机器人。 ?操纵机器人（ Teleoperator Robot）：如主从手，遥控排险、水下作业机器人。 ?智能机器人（ Intelligent Robot）：如演奏、表演、下棋、探险机器人。 4.机器人结构： 1）执行机构: 机器人的足、腿、手、臂、腰及关节等，它是机器人运动和完成某项任务所必不可少的组成部分。 2）驱动和传动装置:用来有效地驱动执行机构的装置，通常采用液压、电动和气动，有直接驱动和间接驱动二种方式。 3）传感器:是机器人获取环境信息的工具，如视觉、听觉、嗅觉、触觉、力觉、滑觉和接近觉传感器等，它们的功能相当于人的眼、耳、鼻、皮肤及筋骨。 4）控制器:是机器人的核心，它负责对机器人的运动和各种动作控制及对环境的识别。 5.机器人工作原理： 1）“示教再现”方式：通过“示教盒”或者人“手把手”两种方式教机械手如何工作，控制器将示教过程记忆下来，然后机器人按照记忆周而复始的工作。 2）“可编程控制”方式：工作人员事先根据机器人的工作任务和运动轨迹编制控制程序，然后将控制程序输入给机器人的控制器，起动控制程序，机器人就按照程序所规定的动作一步一步地去完成，如果任务变更，只要修改或重新编写控制程序，非常灵活方便。大多数工业机器人都是按照前两种方式工作的。 3）“遥控”方式：由人用有线或无线遥控器控制机器人在人难以到达或危险的场所完成某项任务。 4）“自主控制”方式：是机器人控制中最高级、最复杂的控制方式，它要求机器人在复杂的非结构化环境中具有识别环境和自主决策能力，也就是要具有人的某些智能行为。 6.位置控制 ?点位控制－PTP（Point to Point）：只考虑起始点和目的点的位置，而不考虑两点之间的移动路径的控制方式，适用于上下料、点焊、搬运等； ?连续路径控制－ CP（ Continuous Path）：不但要求机器人以一定的精度到达目标点，而且对其移动的轨迹形式有一定精度范围的要求。 第二章
第一单元认识机械 一、填空题 1．零件和构件的主要区别在于零件是加工制造的单元体，构件是运动的单元体。 2．机器和机构的总称为机械。机器与机构的区别是机器能完成机械功或转换机械能；而机构只能完成传递运动和力或改变运动的形式。 3．一般机器由动力部分、执行部分、传动部分、控制部分和支撑及辅助部分组成。汽车内燃机属于动力部分，车轮属于执行部分。 二、判断题 1．机器与机构都是机械，也可以认为机构就是机器。（×）2．机构就是具有相对运动的构件的组合。（√）3．零件是加工制造的单元体，构件是运动的单元体。一个构件，可以是单一的零件，也可以是由几个相互之间没有相对运动但可以拆卸的零件组合而成的刚性体。（√） 三、选择题 1．下列属于机构的是（）。 A．机床B．纺织机C．千斤顶D．拖拉机2．车床上的刀架属于机器的（）。 A．工作部分B．传动部分C．原动机部分D．控制部分3．机器与机构的主要区别是（）。 A．机器的运动较复杂 B．机器的结构较复杂 C．机器能完成有用的机械功或实现能量转化 D．机器能变换运动形式 4．组成机器的运动单元是（）。 A．机构B．构件C．部件D．零件 四、简答题 1．零件、构件、机构和机器的关系是什么？ 略 I
2．请简要介绍不同机器的共同特征。 略 第二单元机械零件的设计与制造 一、填空题 1．机械零件由于某种原因不能正常工作，称为失效。在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度，称为工作能力。机械零件常见的失效形式有整体断裂、过大的残余变形、零件表面的破坏以及破坏正常工作条件引起的失效。 2．机械零件的结构工艺性是指其结构制造的可行性和经济性。 3．滑动摩擦有干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦四种类型。 二、判断题 1．摩擦是机器运转过程中不可避免的物理现象。零件的磨损是决定机器使用寿命的主要因素。（√）2．机械零件常用材料主要是高分子材料。（×） 三、选择题 1．机件以平稳而缓慢的速度磨损，标志摩擦条件保持恒定不变，此阶段为（）阶段。 A．跑合期B．稳定磨合 C．剧烈磨合D．轻磨损 2．材料的（）直接影响零件制造工艺及其质量。 A．使用性能B．工艺性能 C．经济性能D．物理性能 四、简答题 1．机械零件常见的失效形式只要有哪些？ 略 2．请简述机械零件对材料的要求。 略 II
第一章 1机器人组成系统的4大部分： 机构部分、传感器组、控制部分、信息处理部分 2机器人学的主要研究内容：研究机器人的控制与被处理物体间的相互关系 3机器人的驱动方式：液压、气动、电动 4机器人行走机构的基本形式：足式、蛇形式、轮式、履带式 5机器人的定义：由各种外部传感器引导的、带有一个或多个末端执行器、通过可编程运动，在其工作空间内对真实物体进行操作的软件可控的机械装置 6机器人的分类：1工业机器人2极限环境作业机器人3医疗福利机器人 7操作臂工作空间形式：1直角坐标式机器人2圆柱坐标式机器人3球坐标式机器人 4 scara 机器人5关节式机器人 8机器人三原则 第一条：机器人不得伤害人类. 第二条：机器人必须服从人类的命令，除非这条命令与第一条相矛盾。 第三条：机器人必须保护自己，除非这种保护与以上两条相矛盾。 第二章 1、什么是位姿：刚体参考点的位置和姿态 2、RPY 角与欧拉角的共同点：绕固定轴旋转的顺序与绕运动轴旋转的顺序相反并且旋转角度相同，能得到相同的变换矩阵，都是用三个变量描述。欧拉角为左乘RPY 角为右乘。 RPY 中绕x 旋转为偏转绕y 旋转为俯仰绕z 旋转为回转 3 、矩阵的左乘与右乘：左乘（变换从右向左）—指明运动相对于固定坐标系 右乘（变换从左向右）—指明运动相对于运动坐标系 4、齐次变换 T A B ：表示同一点相对于不同坐标系{B}和{A}的变换，描述{B}相对于{A}的位姿 5、自由矢量：完全由他的维数、大小、方向，三要素所规定的矢量 6、线矢量：由维数、大小、方向、作用线，四要素所规定的矢量 7、齐次变换矩阵 ?? ????=1000 0B A A B A B P R T 8、其次坐标变换?? ??????????=??????11000 10P P R P B B A A B A R A B 为旋转矩阵0B A P 为{B}的原点相对{A}的位置矢量 9、旋转矩阵：绕x 轴??????????-a a a a cos sin 0sin cos 0001y 轴??????????-a a a a cos 0sin 010sin 0cos z 轴?? ?? ? ?????-1000cos sin 0sin cos a a a a 10、变换矩阵求逆：?? ? ???-=10 0B A T A B T A B B A P R R T 已知B 相对于A 的描述求A 相对于B 的描述
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=
其余的比较简单，大家可以自己考虑。 3.坐标系｛B｝的位置变化如下：初始时，坐标系｛A｝与｛B｝重合，让坐标系｛B｝绕Z B轴旋转角；然后再绕XB旋转角。给出把对矢量B P的描述变为对A P描述的旋转矩阵。 解：坐标系｛ B｝相对自身坐标系（动系）的当前坐标系旋转两次，为相对变换，齐次变 换顺序为依次右乘。 对A P描述有A P B T B P； 其中A T Rot（z, ）Rot（x,）。 9.图2-10a示出摆放在坐标系中的两个相同的楔形物体。要求把它们重新摆放在图2-10b所示位置。 （1）用数字值给出两个描述重新摆置的变换序列，每个变换表示沿某个轴平移 或绕该轴旋转。 （2）作图说明每个从右至左的变换序列。 （3）作图说明每个从左至右的变换序列。 解：（1）方法1:如图建立两个坐标系｛qx^zj、｛o2x2y2z2｝，与2个楔块相固联。 图1:楔块坐标系建立（方法1）
对楔块1进行的变换矩阵为：T1 Rot（y,90）Rot（z,90）；
对楔块2进行的变换矩阵为: 10 0 0 010 5 0 0 10 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 2 1 0 0 0 1 0 0 所以： T 1 ；T 2 0 1 0 0 0 1 0 4 0 0 0 1 1 对楔块 2的变换步骤: ① 绕自身坐标系X 轴旋转90 ; ② 绕新形成的坐标系的Z 轴旋转180 ； ③ 绕定系的Z 轴旋转90 ； ④ 沿定系的各轴平移(3,0,4)。 与2个楔块相固联。 对楔块1进行的变换矩阵为：T 1 Rot(y,90)Rot(z,90)； 对楔块2进行的变换矩阵为: T 2 Trans( 3,0,4)Rot(z, 90o )；TRot(x,90o )Rot(z, 180°); 其中 0T 方法2:如图建立两个坐标系{o 1x 1y 1z 1} {QX z y z Z ?}与参考坐标系重合，两坐标系 (-】，5, O ( 1) ,5, 2,1) (1, 5T Z 1) II (L 0, 0,1) (1,4, a i) 图1 :楔块坐标系建立(方法2) (-〔421) / y (1,9, 0 1)