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θ
1
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
6.如图所示的三自由度机械手（两个旋转关节加一个平移关节，简称RPR 机械手），求末端机械手的运动学方程。
θ3
d 2
θ1
L 1
L 2L 3
参考答案
一、名词解释题： 二、简答题：
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。机身设计成横梁式，用于悬挂手臂部件，具有占地面积小，能有效地利用空间，直观等优点。(2)立柱式。多采用回转型、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，具有占地面积小而工作范围大的特点。(3)机座式。可以是独立的、自成系统的完整装置，可随意安放和搬动。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：
d d L L
τt q q
????-
= ????? 式中，q 是广义坐标；τ是广义力。L 是拉格朗日算子，表示为
L K P =-
这里，K 是动能；P 是位能。
4.答：构成机器人控制系统的基本要素包括： (1) 电动机，提供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交流伺服电动机的流经电流较大，机器人常采用脉冲宽度调制（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) 控制系统的硬件，以计算机为基础，采用协调级与执行级的二级结构。(6) 控制系统的软件，实现对机器人运动特性的计算、机器人的智能控制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，科学与技术的发展将会使机器人技术提高到一个更高的水平。未来机器人技术的主要研究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。探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载-自重比，同时机构向着模块化、可重构方向发展。(2) 机器人控制技术。重点研究开放式、模块化控制系统，人机界面更加友好，语言、图形编程界面正在研制之中。
机器人控制器的标准化和网络化以及基于PC机网络式控制器已成为研究热点。(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。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别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协调控制，通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，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) 多智能体控制技术。这是目前机器人研究的一个崭新领域。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、群体行为控制等方面进行研究。(7) 微型和微小机器人技术。这是机器人研究的一个新的领域和重点发展方向。过去的研究在该领域几乎是空白，因此该领域研究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可估量的影响，微型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控制方，法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。(8) 软机器人技术。主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。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、控制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。这是机器人技术发展的最高境界，目前仅在某些方面进行一些基础研究。
2.答：精度、重复精度和分辨率用来定义机器人手部的定位能力。
精度是一个位置量相对于其参照系的绝对度量，指机器人手部实际到达位置与所需要到达的理想位置之间的差距。机器人的精度决定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，机器人连续若干次运动轨迹之间的误差度量。如果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，而是在一平均值附近变化，该平均值代表精度，而变化的幅度代表重复精度。
分辨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。精度和分辨率不一定相关。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，分辨率则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、重复精度和分辨率要求是根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、运动速度控制和驱动方式、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分辨率是变化的，因此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τ的关系。动力学研究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。而运动学研究从几何学的观点来处理手指位置与关节变量的关系。
在考虑控制时，就要考虑在机器人的动作中，关节驱动力τ会产生怎样的关节位置θ、关节速度θ、关节加速度θ，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，还与各连杆的质量，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。图中用虚线表示的关系可通过实线关系的组合表示，这些也可作为动力学的问题来处理。
7,3,2,1T
1.解：点u的齐次坐标为：[]
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
《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
关于智能机器人的学习报告 姓名：XXX 学号：XXXXXXXXXXXX 专业：自动化 班级：2012-4
【摘要】人类社会发展至今，经历了蒸汽机，电气，信息3大工业革命，这三次巨大的变革彻底改变了人类社会的发展与进程。而如今，机器人技术的发展可以视为第四次工业革命。从世界上第一个机器人诞生到现在，机器人技术经历了一个长期而缓慢的发展过程。随着计算机技术、微电子技术、网络技术等一系列相关的飞速发展，机器人技术也得到了长足的发展。不仅工业机器人水平不断提高，各种用于非制造业的先进机器人系统也有了很大的进展。机器人技术代表了机电一体化技术的最高研究成果，涉及机械工程、电子技术、计算机技术、自动控制理论及人工智能等多门学科，是当代科学技术发展最活跃的领域之一。机器人的研究、制造和应用程度，在一定程度上代表了一个国家或公司科技水平和经济实力。目前，国际上各大公司都在竞相研制各类先进机器人，以向世人展示其强大的工业实力。 【关键字】分类结构硬件组成研究热点发展趋势 一、机器人分类 机器人按其智能程度可分为一般机器人和智能机器人。 一般机器人是指不具有智能，只具有一般编程能力和操作功能的机器人。到目前为止，在世界范围内还没有一个统一的智能机器人定义。大多数专家认为智能机器人至少要具备以下三个要素：一是感觉要素，用来认识周围环境状态；二是运动要素，对外界做出反应性动作；三是思考要素，根据感觉要素所得到的信息，思考采用什么样的动作。感觉要素包括能感知视觉、接近、距离的非接触型传感器和能感知力、压觉、触觉的接触型传感器。这些要素实质上就相当于人的眼、鼻、耳等五官，它们的功能可以利用诸如摄像机、图像传感器、超声波传感器、激光器、导电橡胶、压电元件、气动元件、行程开关等机电元器件来实现。对运动要素来说，智能机器人需要有一个无轨道型移动机构，以适应诸如平地、台阶、墙壁、楼梯、坡道等不同的地理环境。它们的功能可以借助轮子、履带、支脚、吸盘、气垫等移动机构来完成。在运动过程中要对移动机构进行实时控制，这种控制不仅要包括位置控制，而且还要有力度控制、位置与力度混合控制及伸缩率控制等。智能机器人的思考要素是三个要素中的关键，也是应赋予机器人的必备要素。思考要素包括判断、逻辑分析、理解等方面的智力活动。
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)
(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
机器人导论课后学习 13301084-钟奎 （1）ARM的发展简史 ARM最早于1990年由Acorn改组而来，之前Acorn时期开发出自己第一代32位、6MHz、3.0μm处理器，即ARM1，并用它做出一台 RISC指令集的计算机，也就是说当时还是在沿袭传统的方式，自己设计芯片出售芯片，早期使用Acorn 芯片产品的包括苹果的Newton pad等。RISC 即精简指令集计算机，起初为达到降低售价把面积设计的小，功耗低是顺带的优势，而价格低廉功耗少天然适合移动设备，1990年11月，从苹果获得150万英镑投资，从VLSI获25万英镑投资，Acorn则是12个工程师和作价150万英镑的IP，外加一个办公的谷仓，重组后的Acorn开启世界标准之旅。 初创时期的ARM没有商业经验没有管理经验，当然也没有世界标准这种愿景，运营资金紧张，工程师人心惶惶，最后ARM决定自己不生产芯片，转而以授权的方式将芯片设计方案转让给其他公司，即“Partnership”开放模式，公司在1993年实现盈利，1998年纳斯达克和伦敦证券交易所两地上市，同年基于ARM 架构芯片出货达5000万片。 进入2000年，开始受益于手机以及其他电子产品的迅速普及，ARM系列芯片呈爆炸性增长，2001年11月出货量累积突破十亿片，2011年基于ARM系列芯片单年出货79亿片，年营收4.92亿英镑（合7.85亿美元）,净利润1.13亿英镑。 ARM 的发展代表了半导体行业某种趋势，即从完全的垂直整合到深度的专业化分工，70年代半导体行业普遍采用上中下游的垂直整合封闭式生产体系，80年代开始半导体行业开始分化，出现垂直整合和分工化的系统制造、定制集成等两个体系，台积电的晶圆代工模式进一步推动了专业分工的发展，半导体行业分工进一步细化，形成IP、设计、晶圆、封装价上下游体系，ARM处于价值链顶端。 （2）STM32系列微控制器的特点 STM32系列给MCU用户带来了前所未有的自由空间，提供了全新的32位产品选项，结合了高性能、实时、低功耗、低电压等特性，同时保持了高集成度和易于开发的优势。 STM32控制器的主要优点： 使用ARM最新的、先进架构的Cortex-M3内核。哈佛结构。 1.25 DMIPS/MHz和0.19 mW/MHz。 Thumb-2指令集以16位的代码密度带来了32位的性能。单周期乘法指令和硬件除法指令。 内置了快速的中断控制器，提供了优越的实时特性，中断间的延迟时间降到只需6个 CPU周期，从低功耗模式唤醒的时间也只需6个CPU周期。
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
机器人的概论 摘要：机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。机器人能力的评价标准包括：智能，指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；机能，指变通性、通用性或空间占有性等；物理能，指力、速度、可靠性、联用性和寿命等。因此，可以说机器人就是具有生物功能的实际空间运行工具，可以代替人类完成一些危险或难以进行的劳作、任务等。 关键字:机器人，人类，智能机器人 正文：如今机器人发展的特点可概括为：横向上，应用面越来越宽。由95%的工业应用扩展到更多领域的非工业应用。像做手术、采摘水果、剪枝、巷道掘进、侦查、排雷，还有空间机器人、潜海机器人。机器人应用无限制，只要能想到的，就可以去创造实现；纵向上，机器人的种类会越来越多，像进入人体的微型机器人，已成为一个新方向，可以小到像一个米粒般大小；机器人智能化得到加强，机器人会更加聪明。 中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”。在研究和开发未知及不确定环境下作业的机器人的过程中，人们逐步认识到机器人技术的本质是感知、决策、行动和交互技术的结合。 随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断地向人类活动的各个领域渗透。结合这些领域的应用特点，人们发展了各式各样的具有感知、决策、行动和交互能力的特种机器人和各种智能机器，如移动机器人、微机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、空中空间机器人、娱乐机器人等。对不同任务和特殊环境的适应性，也是机器人与一般自动化装备的重要区别。这些机器人从外观上已远远脱离了最初仿人型机器人和工业机器人所具有的形状，更加符合各种不同应用领域的特殊要求，其功能和智能程度也大大增强，从而为机器人技术开辟出更加广阔的发展空间。 在人们感到自己在不断异化，各种职业病逐渐产生，于是人们强烈希望用某种机器代替自己工作，因此人们研制出了机器人，用以代替人们去完成那些单调、枯燥或是危险的工作。由于机器人的问世，使一部分工人失去了原来的工作，于是有人对机器人产生了敌意。“机器人上岗，人将下岗。”不仅在中国，即使在一些发达国家如美国，也有人持这种观念。其实这种担心是多余的，任何先进的机器设备，都会提高劳动生产率和产品质量，创造出更多的社会财富，也就必然提供更多的就业机会，这已被人类生产发展史所证明。任何新事物的出现都有利有弊，只不过利大于弊，很快就得到了人们的认可。比如汽车的出现，它不仅夺了一部分人力车夫、挑夫的生意，还常常出车祸，给人类生命财产带来威胁。虽然人们都看到了汽车的这些弊端，但它还是成了人们日常生活中必不可少的交通工具。英国一位著名的政治家针对关于工业机器人的这一问题说过这样一段话：“日本机器人的数量居世界首位，而失业人口最少，英国机器人数量在发达国家中最少，而失业人口居高不下”，这也从另一个侧面说明了机器人是不会抢人饭碗的。美国是机器人的发源地，机器人的拥有量远远少于日本，其中部分原因就是因为美国有些工人不欢迎机器人，从而抑制了机器人的发展。日本之所以能迅速成为机器人大国，原因是多方面的，但其中很重要的一条就是当时日本劳动力
人工智能机器人学导论 (1) 简介: (1) 作者简介 (2) 机器人控制器与程序设计 (3) 简介: (3) 机器人制作入门篇 (6) 简介: (6) 作者简介 (6) 机器人智能控制工程 (8) 简介: (8) 人工智能机器人学导论 作者：Ricky 文章来源：本站原创更新时间：2006年05月03日打印此文浏览数：2370 Slides for Second Edition (Beta) Chapter 1: What are Robots?. ppt slides and the pdf version (good a quick look) Chapter 2: Telesystems. the pdf version Chapter 3: Biological Foundations of the Reactive Paradigm. ppt slides and pdf version Chapter 5: The Reactive Paradigm Chapter 6: Selecting and Combining Behaviors Chapter 7: Common Sensors and Sensing Techniques Chapter 8: Designing a Behavior-Based Implementation Chapter 9: Multi-Agents Chapter 10: Navigation and the Hybrid Paradigm Chapter 11: Topological Path Planning Chapter 12: Metric Path Planning Chapter 13: Localization and Mapping Chapter 14: Affective Robots Chapter 15: Human-Robot Interaction Chapter 16: What Can Robot Do and What Will They Be Able to Do? 简介: 本书系统地介绍了人工智能机器人在感知、导航、路径规划、不确定导航等领域的主要内容。全书共分两大部分。第一部分共八章，它定义了什么是人工智能机器人，并介绍了为什么需要人工智能。重点介绍了人工智能机器人中智能组织的三个主要结构范式：慎思式、反应式及慎思/反应混合式。这部分还专门介绍了反应式行为的感知和编程技术，以及多智能体群体之间的协调和控制等问题。第二部分共四章，其中三章讲述了定性和定量导航、路径规划技术和在不确定性管理方面的工作。最后一章总结性地介绍了计算机视觉方面的最新技术在机器人中的应用，以及移动机器人在各个领域应用的发展展望。本书每章后均附有参考文献和习题。许多章节还列举了一些实例，用以说明本书讲述的概念和方法在实际机器人中的应用。本书内容丰富，反映了智能机器人学的基础和先进的理论和技术。本书可作为计算机、电子及自动化等专业本科高年级学生和研究生的教材或参考书，也可供从事智能机器人方面研究的教师和研究人员学习参考。
机器人学 A B i I d i R b i A Basic Introduction to Robotics战强 航航机究 北京航空航天大学机器人研究所 课程简介 本课程为机械电子工程专业、机械设计及理论专业硕士研究 课程的目的与地位生的专业必修课。通过本课程的学习,学生可以了解机器人的发展状况和基本概念,掌握机器人位姿的数学描述、坐标变换、运动学建模、正运动学方程、逆运动学求解、静力学分析动力学建模与分析机器人运动控制的基本原理为分析、动力学建模与分析、机器人运动控制的基本原理,为深入研究机器人的运动学和动力学控制打下基础。 第一章机器人概论 3
课程主要章 3 学时第二章机器人的位姿描述与坐标变换 5 学时第三章机器人运动学 12 学时 4 节学时分配第四章机器人静力学 4 学时 第五章机器人动力学 4 学时 第六章机器人运动控制 4 学时 考核方式考试 1、吴瑞祥,机器人技术与应用, 北京航空航天大学出版社主要参考书 2、吴广玉等,机器人工程导论,哈尔滨工大出版社 3、熊有伦,机器人学, 机械工业出版社 第一章第章机器人概论 机器人学研究的是如何综合运用机械、传感器、驱动器和计算机来实现人类某些方面的功能— 1、机器人(ROBOT 的定义 ★ Robot 来源于捷克作家 Karel Capek 年的剧本《罗沙姆的万能机器人公司》, Capek 把捷克语“ Robota (奴隶”写成
了“ Robot” 该剧描写了 Karel Capek (1890—1938 了 Robot ,该剧描写了 Robot 从只会劳 动没有思维的奴隶发展到消灭人类,后又进化为人类的社会悲剧进化为人类的社会悲剧。 ★ 为了防止机器人伤害人类,科幻作 家阿西莫夫 (Asimov于年发表的 作品《 Runaround 》提出了机器人的伦 ”
1.下列哪个机器人不是工业机器人？（6.0分）A. 焊 接 机 器 人 B. 娱 乐 机 器 人 C. 码 垛 机 器 人 D. 真 空 机 器 人 我的答案：B √答对 2.下列哪个机器人是服务机器人？（6.0分）A. 激 光 加 工 机 器 人 B. 喷 涂 机 器 人 C.
配 机 器 人 D. 厨 师 机 器 人 我的答案：D √答对 3.机器人技术是什么年代问世的？（6.0分） A.20世纪 40年代 B.20世纪 50年代 C.20世纪 60年代 D.20世纪 70年代 我的答案：B ×答错 4.圆柱坐标型机器人的臀部不可以作哪些动作？（6.0分）A. 升 降 B. 回 转 C. 伸 缩 D. 俯 仰 我的答案：D √答对 5.以下哪个不是卡佩克提出的机器人的问题？（ 6.0分）A. 破 坏 力 B.
全 C. 感 知 D. 自 我 繁 殖 我的答案：D ×答错 1.科幻作家阿西莫夫于1940年提出了“机器人三原则”，分别是（8.0分）） A.机 器人 不应 伤害 人类 B.机 器人 要保 护同 类 C.机 器人 应遵 守人 类的 命 令， 与第 一条 违背 的命 令除 外 D.机 器人 应能 保护 自 己， 与第
相抵 触者 除外 我的答案：ACD √答对 2.按程序输入方式分类，机器人可以分类为两类，分别为（8.0分））A. 工 业 机 器 人 B. 编 程 输 入 型 机 器 人 C. 示 教 输 入 型 机 器 人 D. 特 种 机 器 人 我的答案：BC √答对 3.加藤一郎提出的机器人应具有的三个条件为（8.0分）） A.具 有 脑、 手、
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。
Chapter 4 Planar Kinematics Kinematics is Geometry of Motion . It is one of the most fundamental disciplines in robotics, providing tools for describing the structure and behavior of robot mechanisms. In this chapter, we will discuss how the motion of a robot mechanism is described, how it responds to actuator movements, and how the individual actuators should be coordinated to obtain desired motion at the robot end-effecter. These are questions central to the design and control of robot mechanisms. To begin with, we will restrict ourselves to a class of robot mechanisms that work within a plane, i.e. Planar Kinematics . Planar kinematics is much more tractable mathematically, compared to general three-dimensional kinematics. Nonetheless, most of the robot mechanisms of practical importance can be treated as planar mechanisms, or can be reduced to planar problems. General three-dimensional kinematics, on the other hand, needs special mathematical tools, which will be discussed in later chapters. 4.1 Planar Kinematics of Serial Link Mechanisms Example 4.1 Consider the three degree-of-freedom planar robot arm shown in Figure 4.1.1. The arm consists of one fixed link and three movable links that move within the plane. All the links are connected by revolute joints whose joint axes are all perpendicular to the plane of the links. There is no closed-loop kinematic chain; hence, it is a serial link mechanism. Figure 4.1.1 Three dof planar robot with three revolute joints To describe this robot arm, a few geometric parameters are needed. First, the length of each link is defined to be the distance between adjacent joint axes. Let points O, A, and B be the locations of the three joint axes, respectively, and point E be a point fixed to the end-effecter. Then the link lengths are E B B A A O ===321,,A A A . Let us assume that Actuator 1 driving
课程考试复习题及参考答案 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(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
机器人学导论作业3.1 [15]计算例3.3中平面操作臂的运动学方程。 建立坐标系，由书图3-7得
三连杆平面操作臂的连杆参数 110 11 1 000000100 01T C S S C ?? ????=?? ???? - 1 22 122 20000 0100 1T C S L S C ???? ??=?????? -
2 33 233 30000 0100 1T C S L S C ???? ??=?????? - 1231230012 33 31 230112120112120010 01L C L C L S L S T T T T C S S C +?? ? ? +?? ==???? ?? - 其中123 123cos() C θθθ=++ 123 123sin()S θθθ=++ 3.4 [22]图3-30所示为三自由度机械臂，关节1和关节2相互垂直，关节2和关节3相互平行。如图所示，所有关节都处于初始位置。关节转角的正方向都已标出。在这个操作臂的简图中定义了连坐标系{0}和{3}，并表示在图中。求变换矩阵 01 T ， 12 T 和23 T 。 解：如下图建立连杆坐标系，
据相应坐标，写出连杆参数表
根据一般表达式 011 1 1 1 1 1 1 1 0000 1 i i i i i i i i i i i i i i i i i i i c s s c c c s s T s s c s c c d d θ θαθαθαααθαθααα-----------?? ?? --?? =??? ? ? ? 带入数字得： 1 1100 001000010001T L ?? ????=?? ?? ?? 12210 0000100 100 001T L ?? ??-??=?? ?? ?? 3 23 100010000100 00 1T L ???? ??=??????