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。
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。
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.
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 τA 和τB 。
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
11212
21211212
212l s l s l s l c l c l c θθ---??
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J
Word 格式 工业机器人技术题库及答案 一、判断题 第一章 1、工业机器人由操作机、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成。√ 2、被誉为“工业机器人之父”的约瑟夫·英格伯格最早提出了工业机器人概念。 × 3、工业机器人的机械结构系统由基座、手臂、手腕、末端操作器 4 大件组成。 × 4、示教盒属于机器人 - 环境交互系统。× 5、直角坐标机器人的工作范围为圆柱形状。× 6、机器人最大稳定速度高, 允许的极限加速度小, 则加减速的时间就会长一些。√ 7、承载能力是指机器人在工作范围内的特定位姿上所能承受的最大质量。× 第二章 1、工业机器人的机械部分主要包括末端操作器、手腕、手臂和机座。√ 2、工业机器人的机械部分主要包括末端操作器、手腕、手肘和手臂。× 3、工业机器人的手我们一般称为末端操作器。√ 4、齿形指面多用来夹持表面粗糙的毛坯或半成品。√ 5、吸附式取料手适应于大平面、易碎、微小的物体。√ 6、柔性手属于仿生多指灵巧手。√ 7、摆动式手爪适用于圆柱表面物体的抓取。√ 8、柔顺性装配技术分两种：主动柔顺装配和被动柔顺装配。√ 9、一般工业机器人手臂有 4 个自由度。× 10、机器人机座可分为固定式和履带式两种。× 11、行走机构按其行走运动轨迹可分为固定轨迹和无固定轨迹两种方式。√ 12、机器人手爪和手腕最完美的形式是模仿人手的多指灵巧手。√ 13、手腕按驱动方式来分，可分为直接驱动手腕和远距离传动手腕。√ 第三章 1、正向运动学解决的问题是：已知手部的位姿，求各个关节的变量。× 2、机器人的运动学方程只局限于对静态位置的讨论。√ 第四章 1、用传感器采集环境信息是机器人智能化的第一步。√ 2、视觉获得的感知信息占人对外界感知信息的60% 。× 3、工业机器人用力觉控制握力。× 4、超声波式传感器属于接近觉传感器。√ 5、光电式传感器属于接触觉传感器。× 6、喷漆机器人属于非接触式作业机器人。√ 7、电位器式位移传感器，随着光电编码器的价格降低而逐渐被取代。√ 8、光电编码器及测速发电机，是两种广泛采用的角速度传感器。× 9、多感觉信息融合技术在智能机器人系统中的应用, 则提高了机器人的认知水平。 √ 第五章 1、机器人控制系统必须是一个计算机控制系统。√
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
一、单项选择题 1.对机器人进行示教时, 作为示教人员必须事先接受过专门的培训才行. 与示教作业人员一起进行作业的监护人员, 处在机器人可动范围外时,（B），可进行共同作业。 A．不需要事先接受过专门的培训B．必须事先接受过专门的培训 C．没有事先接受过专门的培训也可以 D. 具有经验即可 2.使用焊枪示教前, 检查焊枪的均压装置是否良好, 动作是否正常, 同时对电极头的要求是（A）。 A．更换新的电极头B．使用磨耗量大的电极头 C．新的或旧的都行 D. 电极头无影响 3.通常对机器人进行示教编程时, 要求最初程序点与最终程序点的位置（A）, 可提高工作效率。 A．相同B．不同 C．无所谓D．分离越大越好 4.为了确保安全, 用示教编程器手动运行机器人时, 机器人的最高速度限制为（B）。 A．50mm/s B．250mm/s C．800mm/s D．1600mm/s 5.正常联动生产时, 机器人示教编程器上安全模式不应该打到（C）位置上。A．操作模式B．编辑模式C．管理模式 D. 安全模式 6.示教编程器上安全开关握紧为ON, 松开为OFF 状态, 作为进而追加的功能, 当握紧力过大时, 为（C）状态。 A．不变B．ON C．OFF D. 急停报错 7.对机器人进行示教时, 模式旋钮打到示教模式后, 在此模式中，外部设备发出的启动信号（A）。 A．无效B．有效C．延时后有效 D. 视情况而定 8.位置等级是指机器人经过示教的位置时的接近程度, 设定了合适的位置等级时，可使机器人运行出与周围状况和工件相适应的轨迹，其中位置等级（A）。
A．CNT值越小, 运行轨迹越精准B．CNT值大小, 与运行轨迹关系不大C．CNT值越大, 运行轨迹越精准 D. 只与运动速度有关 9. 试运行是指在不改变示教模式的前提下执行模拟再现动作的功能, 机器人动作速度超过示教最高速度时, 以（B）。 A．程序给定的速度运行B．示教最高速度来限制运行 C．示教最低速度来运行 D. 程序报错 10. 机器人经常使用的程序可以设置为主程序, 每台机器人可以设置（C）主程序。A．3 个B．5 个C．1 个D．无限制 11.机器人三原则是由（D）提出的。 A. 森政弘 B. 约瑟夫·英格伯格 C. 托莫维奇 D. 阿西莫夫 13.当代机器人大军中最主要的机器人为（A）。 A. 工业机器人 B. 军用机器人 C. 服务机器人 D. 特种机器人 14.手部的位姿是由（B）构成的。 A. 位置与速度 B. 姿态与位置 C. 位置与运行状态 D. 姿态与速度 15.运动学主要是研究机器人的（B）。 A. 动力源是什么 B. 运动和时间的关系 C. 动力的传递与转换 D. 运动的应用 16. 动力学主要是研究机器人的（C）。 A. 动力源是什么 B. 运动和时间的关系 C. 动力的传递与转换 D. 动力的应用 17.传感器的基本转换电路是将敏感元件产生的易测量小信号进行变换，使传感器的信号输出符合具体工业系统的要求。一般为（A）。 A. 4～20mA、–5～5V B. 0～20mA、0～5V C. -20mA～20mA、–5～5V D. -20mA～20mA、0～5V 18.传感器的输出信号达到稳定时，输出信号变化与输入信号变化的比值代表传感器的（D）参数。 A. 抗干扰能力 B. 精度 C. 线性度 D. 灵敏度
《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
西南大学网络与继续教育学院课程考试试卷 专业：机电一体化技术2014年8月 课程名称【编号】：工业机器人【0941】B卷 闭 / 开卷闭卷考试时间：80分钟满分：100分 答案必须做在答题卷上，做在试卷上不予记分。 一、填空（每空 1.5 分，共 18 分） （ 1）机器人是（指代替原来由人直接或间接作业的自动化机械）（第一章学习单元1） （ 2）在定的直角坐系{A} 中，空任一点P 的位置可用的位置矢量 A P表示，其 左上 A 代表定的参考坐系，P x P y P z是点P在坐系{A}中的三个位置坐 分量。（第二章学元1） 答： 3×1 （3）次坐的表示不是的，我将其各元素同乘一非零因子后，仍然代表同一点。 （第二章学元1） 答：唯一。 （4）斯坦福机器人的手臂有关，且两个关的相交于一点，一个移关，共三个自由度。 （第二章学元 5） 答：两个。 （ 5）在θ和d出后,可以算出斯坦福机器人手部坐系{6} 的和姿n、o、a， 就是斯坦福机器人手部位姿的解，个求解程叫做斯坦福机器人运学正解。（第二章学元 5） 答：位置 p。 （ 6）若定了体上和体在空的姿，个体在空上是完全确定的。 （第二章学元1） 答：某一点的位置。 （ 7）机器人运学逆解的求解主要存在三个：逆解可能不存在、和求解方法的多性。（第二章学元6） 答：逆解的多重性 （ 8）机器人逆运学求解有多种方法，一般分两：封解和。（第二章学元 6） 答：数解（9）“角度定法”就是采用相参考坐系或相运坐系作三次来定姿的 方法。和欧拉角法、 RPY 角法是角度定法中常用的方法。（第二章学元7）答： （10）在工机器人速度分析和以后的静力学分析中都将遇到似的雅可比矩，我称 之工机器人雅可比矩，或称雅可比，一般用符号表示。（第三章学元 1）答：J 。之的关系且 dX 此表示微小位移。 J 反映了关空微小运 dθ与 （11） （第三章学元 1） 答：手部作空微小位移 dX 。 （12）于n个自由度的工机器人，其关量可以用广关量q 表示；当关 关， qi＝ di，当关移关， qi＝di， dq＝[dq1 dq2 ? dqn]T，反映了关 空的。（第三章学元 1） 答：微小运。 二、名解（每 3 分，共 6 分） 1、柔性手（第四章学习单元1） 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。 2、制动器失效抱闸（第四章学习单元1） 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。 三、答（每 6 分，共 36 分） 1、简述脉冲回波式超声波传感器的工作原理。（第五章学习单元3） 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： 2、机器人视觉的硬件系统由哪些部分组成？（第五章学习单元9） (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。 3、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？（第五章学习单元9） 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。 4、为什么我们说步进电动机是是位置控制中不可缺少的执行装置？他有什么优缺点？（第六章学习单元 6） 因为可以对数字信号直接进行控制，能够很容易地与微型计算机相连接，不需要反馈控制， 电路简单，容易用微型计算机控制，且停止时能保持转矩，维护也比较方便，但工作效率低， 容易引起失歩，有时也有振荡现象产生。
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)
精品文档 2008 至 2009学年第 一 学期 工业机器人技术 试卷B 卷 答案及评分标准 复查总分 总复查人 （本题36分）一、简答(每小题6分，共36分) 1．简述工业机器人的主要应用场合。 1) 恶劣工作环境及危险工作，如：压铸车间及核工业等领域的作业环境。(2分) 2) 特殊作业场合和极限作业，如：火山探险、深海探密和空间探索等领域。(2分) 3) 自动化生产领域，如：焊接机器人、材料搬运机器人、检测机器人、装配机器人、喷漆和喷涂 机器人。(2分) 2．说明工业机器人的基本组成部分。 工业机器人由三大部分六个子系统组成。 三大部分是机械部分、传感部分和控制部分。 六个子系统是驱动系统(1分)、机械结构系统(1分)、感受系统(1分)、机器人－环境交互系统(1分)、人机交互系统(1分)和控制系统。(1分) 3．简述工业机器人关节制动器的作用。 许多机器人的机械臂都需要在各关节处安装制动器, 其作用是: 在机器人停止工作时, 保持机械臂的位置不变; 在电源发生故障时, 保护机械臂和它周围的物体不发生碰撞。(6分) 4．机器人的新型驱动方式有哪些？新型驱动方式有什么优点？ 磁致伸缩驱动、压电晶体驱动器、形状记忆金属、静电驱动器(4分)。新型驱动方式可以实现驱动元件的简单化和微型化，更适宜于机器人的使用。(2分) 5．试述运用D-H 方法建立机器人运动学方程时，如何建立连杆坐标系？ 建立连杆坐标系的规则如下: ① 连杆n 坐标系的坐标原点位于n +1关节轴线上,是关节n +1的关节轴线与n 和n +1关节轴 线公垂线的交点。(2分) ② Z 轴与n +1关节轴线重合。 (2分) ③ X 轴与公垂线重合;从n 指向n +1关节。(1分) ④ Y 轴按右手螺旋法则确定。(1分) 6．工业机器人控制系统的特点有哪些？ (1) 机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关。(2分) (2) 是一个多变量控制系统，要求系统具有一定的智能性。(1分) (3) 是一个复杂的计算机控制系统。(1分) (4) 描述机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型,各变量之间还存在耦合。(1分) (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。(1分) （本题10分）二、有一旋转变换，先绕固定坐标系0X 轴转30°，再绕0Y 轴转60°， 最后沿0Z 轴移动10，试求其变换矩阵。(列出A 的计算式4分，列出齐次变换矩阵4分，得出答案2分) 解： 学院名称 专业班级 姓名： 学号： 密 封 线 内 不 要 答 题 ┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃ 密 ┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃ 封 ┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃ 线 ┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃
(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：
(C) 8. 齐次变换矩阵的大小是（）。 (A) (B) (C) (D) 参考答案： (D) 9. 对于如下的2自由度机械手，其可能的逆运动学求解有几组（）。 (A)无解(B) 1组(C) 2组(D) 无穷多 参考答案： (C)
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
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
一、判断题 1．机械手亦可称之为机器人。（Y） 2．完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人称为冗余自由度机器人。 （Y） 3、关节空间是由全部关节参数构成的。（Y） 4、任何复杂的运动都可以分解为由多个平移和绕轴转动的简单运动的合成。 （Y） 5、关节i的坐标系放在i-1关节的末端。（N） 6．手臂解有解的必要条件是串联关节链中的自由度数等于或小于6。（N） 7．对于具有外力作用的非保守机械系统，其拉格朗日动力函数L可定义为系统总动能与系统总势能之和。（N） 8．由电阻应变片组成电桥可以构成测量重量的传感器。（Y） 9．激光测距仪可以进行散装物料重量的检测。（Y） 10．运动控制的电子齿轮模式是一种主动轴与从动轴保持一种灵活传动比的随动 系统。（Y） 11．谐波减速机的名称来源是因为刚轮齿圈上任一点的径向位移呈近似于余弦波 形的变化。（N） 12．轨迹插补运算是伴随着轨迹控制过程一步步完成的，而不是在得到示教点之后，一次完成，再提交给再现过程的。（Y） 13．格林（格雷）码被大量用在相对光轴编码器中。（N） 14．图像二值化处理便是将图像中感兴趣的部分置1，背景部分置2。（N）15．图像增强是调整图像的色度、亮度、饱和度、对比度和分辨率，使得图像效果 清晰和颜色分明。（Y） 二、填空题 1.机器人是指代替原来由人直接或间接作业的自动化机械。 2.在机器人的正面作业与机器人保持300mm以上的距离。 3.手动速度分为: 微动、低速、中速、高速。
4.机器人的三种动作模式分为: 示教模式、再现模式、远程模式。 5.机器人的坐标系的种类为: 关节坐标系、直角坐标系、圆柱坐标系、工具坐标 系、用户坐标系。 6.设定关节坐标系时，机器人的 S、L、U、R、B、T 各轴分别运动。 7.设定为直角坐标系时，机器人控制点沿 X、Y、Z 轴平行移动。 8.用关节插补示教机器人轴时，移动命令为MOVJ。 9.机器人的位置精度PL 是指机器人经过示教的位置时的接近程度，可以分为9个等级，分别是PL=0，PL=1，PL=2，PL=3，PL=4，PL=5，PL=6，PL=7，PL=8。马自达标准中，PL=1 指只要机器人TCP 点经过以示教点为圆心、以0.5mm为半径的圆内的任一点即视为达到；PL=2 指只要机器人 TCP 点经过以示教点为圆心、以20mm为半径的圆内的任一点即视为达；PL=3 指只要机器人TCP 点经过以示教点为圆心、以75mm 为半径的圆内的任一点即视为达到。 10.机器人的腕部轴为R，B，T，本体轴为S， L，U。 11.机器人示教是指：将工作内容告知产业用机器人的作业。 12.机器人轨迹支持四种插补方式，分别是关节插补，直线插补，圆弧插补,自由曲线插补，插补命令分别是MOVJ，MOVL,MOVC，MOVS。 13.关节插补以最高速度的百分比来表示再现速度，系统可选的速度从慢到快依次是 0.78%，1.56%，3.12%，6.25%，12.50%，25.00%，50.00%，100.00%。 14.干涉区信号设置有两种，分别是绝对优先干涉区和相对优先干涉区，基于设备安全方面考虑，现场使用的干涉区绝大多数都是绝对优先干涉区，并尽可能的通过作业时序上错开的方法来实现节拍最优化。 15.机器人按机构特性可以划分为关节机器人和非关节机器人两大类。 16. 机器人系统大致由驱动系统、机械系统、人机交互系统和控制系统、感知系统、
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
《工业机器人》 一、填空题 1、按坐标形式分类，机器人可分为直角坐标型、圆柱坐标 型、球坐标型 和关节坐标型四种基本类型。 2、作为一个机器人，一般由三个部分组成，分别是控制系统、传感系统和机械系统。 3、机器人主要技术参数一般有自由度、定位精度、工作范围、重复定位精度、分辨率、承载能力及最大速度等。 4、自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的的数 目，不包括末端操作器的开合自由度。 5、机器人分辨率分为编程分辨率和控制分辨率，统称为系统分辨率。 6、重复定位精度是关于精度的统计数据。 7、根据真空产生的原理真空式吸盘可分为真空吸盘、气流负压吸盘和 挤气负压吸盘等三种基本类型。 8、机器人运动轨迹的生成方式有示教再现运动、关节空间运动、空间直线运动和空间曲线运动。 9、机器人传感器的主要性能指标有灵敏度、线性度、测量范围、重复性、精度、分辨率、响应时间和抗干扰能力等。 10、自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目。 11、机器人的重复定位精度是指在同一环境、同一条件、同一目标动作、同一命令下，机器人连续重复运动若干次时，其位置分散情况。12、机器人的驱动方式主要有液压驱动、气压驱动和电气驱动三种。 13、机器人上常用的可以测量转速的传感器有测速发电机和增量式码盘。
14、机器人控制系统按其控制方式可以分为力控制方式、轨迹 控制方式和示教控制方式。 15、按几何结构分划分机器人分为：串联机器人、并联机器人。 二、单项选择题(请在每小题的四个备选答案中，选出一个最佳答案。) 1、工作范围是指机器人 B 或手腕中心所能到达的点的集合。 A 机械手 B 手臂末端 C 手臂 D 行走部分。 2、机器人的精度主要依存于 C 、控制算法误差与分辨率系统误差。 A传动误差 B 关节间隙 C机械误差 D 连杆机构的挠性 3、滚转能实现360°无障碍旋转的关节运动，通常用 A 来标记。 A R B W C B D L 4、RRR型手腕是 C 自由度手腕。 A 1 B 2 C 3 D 4 5、真空吸盘要求工件表面 D 、干燥清洁，同时气密性好。 A 粗糙 B 凸凹不平 C 平缓突起 D平整光滑 6、同步带传动属于 B 传动，适合于在电动机和高速比减速器之间使用。 A 高惯性 B 低惯性 C 高速比 D 大转矩 7、机器人外部传感器不包括 D 传感器。 A 力或力矩 B 接近觉 C 触觉 D 位置 8、手爪的主要功能是抓住工件、握持工件和 C 工件。 A 固定 B 定位 C 释放 D 触摸。 9、机器人的精度主要依存于 C 、控制算法误差与分辨率系统误差。 A传动误差 B 关节间隙 C机械误差 D 连杆机构的挠性 10、机器人的控制方式分为点位控制和 C 。 A 点对点控制 B点到点控制 C 连续轨迹控制 D 任意位置控制 11、焊接机器人的焊接作业主要包括 A 。 A 点焊和弧焊 B 间断焊和连续焊 C 平焊和竖焊 D气体保护焊和氩弧焊 12、作业路径通常用 D 坐标系相对于工件坐标系的运动来描述。 A 手爪 B 固定 C 运动 D工具 13、谐波传动的缺点是 A 。
天津市工业机器人技术应用技能大赛 暨第三届全国工业机器人技术应用技能大赛选拔赛 理论竞赛试题 考试时间 ：60 分钟 选手将答案填写在答题纸上，答题纸以外的答案无效 一、单项选择题 （共 50 题 ，每题 1 分，共 50 分） 1．电气控制线路原理图中，触头的位置是处于（ D ）。 A 不确定 B 通电状态 C 根据情况确定状态 D 未通电状态 2．在文字符号标志的电阻法中， 4K5 的阻值是（ C ）。 A 450K Ω B 45K Ω C 4.5K Ω D 4 x105K Ω 3．为保证机床操作者的安全，机床照明灯的电压应选（ D ）。 A 380V B 220V C 110V D 36V 以下 4．运 算 放 大 器 电 路 如 图 所 示 ，该 电 路 中 反 馈 类 型 为 （ A ）。 A 串 联 电 压 负 反 馈 B 串 联 电 流 负 反 馈 C 并 联 电 压 负 反 馈 D 并 联 电 流 负 反 馈 5.如图 13-64 所示，多匝电感线圈 L 的电阻和电池内阻都忽略不计， 两个电阻的阻值都是 R ， 电键 S 原来打开，电流 I 0 /2R ，今合上电键将一电阻短路，于是线圈有自感电动势产 生，这电动势（ D ） A. 有阻碍电流的作用，最后电流由 I 0减少到零 B. 有阻碍电流的作用，最后电流总小于 I 0 C. 有阻碍电流增大的作用，因而电流 I 0 保持不变 D. 有阻碍电流增大的作用，但电流最后还是增大到 2I 0 L S I 0 u O
ε RR 图13-64 6．电器设备铭牌上所标出的电压、电流值都是指（ B ）。 A 最大值 B 有效值 C 瞬时值 D 平均值7．水平放置的带电平行板电容器两板间，悬浮着一个带负电的微粒，若从微粒取走一些负电荷（质量不变），为使它仍能悬浮，应该（A ） A 减小两板正对面积 B 增大两板的正对面积 C 使两板靠近些 D 使两板分开些 8．如图所示，闭合导线框的质量可忽略不计，将它从图示位置匀速拉出匀强磁场，若第一次用0.3 s 时间拉出，外力所做功为W1，通过导线横截面的电量为q1，第二次用0.9 s 时间拉出，外力做功为W2，通过导线截面电量为q2，则（C ） A. W1W2，q1q2 B. W1W2，q1q2 C. W1 W2，q1 q2 D. W1 W2 ，q1 q2 9．一带电粒子射入一固定在O 点的点电荷的电场中，粒子运动轨迹如图中虚线所示，图中实线是同心圆弧，表示电场的等势面，不计重力，可以判断（A ） A.此粒子一直受到静电排斥力作用 B.粒子在b 点电势能一定大于在a 点的电势能 C.粒子在b 点速度一定大于在a 点速度 D.粒子在a 点和c点速度大小一定相等 10．关于提高功率因数的说法，正确的是（ A ） A 在感性负载上并联电容可以提高功率因数 B 在感性负载上串联电容可以提高功率因数 C 在阻性负载上并联电感可以提高功率因数
工业机器人技术 试卷B 卷 答案及评分标准 出卷教师： 适应班级： 考试方式： 本试卷考试分数占学生总评成绩的70 % 题号 一 二 三 四 五 总分 核分人 得分 复查总分 总复查人 （本题36分）一、简答(每小题6分，共36分) 1．简述工业机器人的主要应用场合。 1) 恶劣工作环境及危险工作，如：压铸车间及核工业等领域的作业环境。(2分) 2) 特殊作业场合和极限作业，如：火山探险、深海探密和空间探索等领域。(2分) 3) 自动化生产领域，如：焊接机器人、材料搬运机器人、检测机器人、装配机器人、喷漆和喷涂 机器人。(2分) 2．说明工业机器人的基本组成部分。 工业机器人由三大部分六个子系统组成。 三大部分是机械部分、传感部分和控制部分。 六个子系统是驱动系统(1分)、机械结构系统(1分)、感受系统(1分)、机器人－环境交互系统(1分)、人机交互系统(1分)和控制系统。(1分) 3．简述工业机器人关节制动器的作用。 许多机器人的机械臂都需要在各关节处安装制动器, 其作用是: 在机器人停止工作时, 保持机 械臂的位置不变; 在电源发生故障时, 保护机械臂和它周围的物体不发生碰撞。(6分) 4．机器人的新型驱动方式有哪些？新型驱动方式有什么优点？ 磁致伸缩驱动、压电晶体驱动器、形状记忆金属、静电驱动器(4分)。新型驱动方式可以实现驱动元件的简单化和微型化，更适宜于机器人的使用。(2分) 5．试述运用D-H 方法建立机器人运动学方程时，如何建立连杆坐标系？ 建立连杆坐标系的规则如下: ① 连杆n 坐标系的坐标原点位于n +1关节轴线上,是关节n +1的关节轴线与n 和n +1关节轴 线公垂线的交点。(2分) ② Z 轴与n +1关节轴线重合。(2分) ③ X 轴与公垂线重合;从n 指向n +1关节。(1分) ④ Y 轴按右手螺旋法则确定。(1分) 6．工业机器人控制系统的特点有哪些？ (1) 机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关。(2分) (2) 是一个多变量控制系统，要求系统具有一定的智能性。(1分) (3) 是一个复杂的计算机控制系统。(1分) (4) 描述机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型,各变量之间还存在耦合。(1分) (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。(1 分) 得分 评卷人 学院名称 专业班级： 姓名： 学号： 密 封 线 内 不 要 答 题 ┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃ 密 ┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃ 封 ┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃ 线 ┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃
《工业机器人》复习题 一、判断题 1.机械手亦可称之为机器人。（Y） 2.完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人称为冗余自由度机器人。（Y） 3.关节空间是由全部关节参数构成的。（Y） 4.任何复杂的运动都可以分解为由多个平移和绕轴转动的简单运动的合成。（Y） 5.关节i的坐标系放在i-1关节的末端。（N） 6.手臂解有解的必要条件是串联关节链中的自由度数等于或小于6。（N） 7.对于具有外力作用的非保守机械系统，其拉格朗日动力函数L可定义为系统总 动能与系统总势能之和。（N） 8.由电阻应变片组成电桥可以构成测量重量的传感器。（Y） 9.激光测距仪可以进行散装物料重量的检测。（Y） 10.运动控制的电子齿轮模式是一种主动轴与从动轴保持一种灵活传动比的随动系 统。（Y） 11.工业机器人工作站是由一台或两台机器人所构成的生产体系。（） 12.机器人分辨率分为编程分辨率与控制分辨率，统称为系统分辨率。（） 13.正交变换矩阵R为正交矩阵。（） 14.复合运动齐次矩阵的建立是由全部简单运动齐次矩阵求和所形成的。（） 15.关节i的效应表现在i 关节的末端。（） 16.并联关节机器人的正运动学问题求解易，逆运动学问题求解难。（） 17.机器人轨迹泛指工业机器人在运动过程中所走过的路径。（） 18.空间直线插补是在已知该直线始点、末点和中点的位置和姿态的条件下，进而 求出轨迹上各点（插补点）的位置和姿态。（） 19.示教编程用于示教－再现型机器人中。（Y） 20.机器人轨迹泛指工业机器人在运动过程中的运动轨迹，即运动点的位移、速度 和加速度。（Y）
21.关节型机器人主要由立柱、前臂和后臂组成。（N） 22.到目前为止，机器人已发展到第四代。（N） 23.磁力吸盘能够吸住所有金属材料制成的工件。（N） 24.谐波减速机的名称来源是因为刚轮齿圈上任一点的径向位移呈近似于余弦波形 的变化。（N） 25.由电阻应变片组成电桥可以构成测量重量的传感器。（Y） 26.激光测距仪可以进行散装物料重量的检测。（Y） 27.机械手亦可称之为机器人。（Y） 28.谐波减速机的名称来源是因为刚轮齿圈上任一点的径向位移呈近似于余弦波形 的变化。（N） 29.借助于电磁波和声波可以构成接触型传感器。（） 30.增量式编码器比起绝对式编码器加工难、安装严、体积大、价格高。（） 31.计算机视觉学科中绝大多数问题为病态问题，既难以求解或解不唯一。（） 32.示教-再现控制的给定方式中分直接示教和间接示教。直接示教便是操作人员 通过手动控制盒上的按键，编制机器人的动作顺序，确定位置、设定速度或限时。（） 33.东大牛机器人足球队是中国第一支夺得世界杯冠军的代表队，填补了国空白。 （） 34.图像恢复指是的光学镜头几何形变的矫正，补偿由于光学镜头所带来的图像畸 变。（） 35.变位机的运动数（自由度）主要取决于被加工件的大小。（） 36.轨迹插补运算是伴随着轨迹控制过程一步步完成的，而不是在得到示教点之 后，一次完成，再提交给再现过程的。（Y） 37.格林（格雷）码被大量用在相对光轴编码器中。（N） 38.图像二值化处理便是将图像中感兴趣的部分置1，背景部分置2。（N） 39.图像增强是调整图像的色度、亮度、饱和度、对比度和分辨率，使得图像效果