机器人学-作业

机器人技术作业指导书一、简介机器人技术是指利用计算机科学、人工智能、机械工程等相关学科知识和技术，开发和制造能够自主执行任务的机器人系统。

在本任务指导书中，我们将介绍机器人技术的基本原理、操作方法以及常见应用场景，帮助同学们更好地掌握和应用机器人技术。

二、机器人技术基础知识1. 机器人定义和分类机器人是一种能够执行人类给定任务的自动化设备。

根据机器人的外观和应用领域的不同，可以将其分为工业机器人、服务机器人、医疗机器人等多个类别。

2. 机器人感知与定位机器人通过传感器获取周围环境信息，并根据这些信息对自身位置进行定位。

感知与定位是机器人实现自主导航和操作任务的基础。

3. 机器人运动控制机器人运动控制涉及机器人的路径规划和运动规划，通过算法和控制器实现机器人的精确运动和动作执行。

三、机器人操作方法1. 远程操作机器人可以通过远程控制器进行操作，远程操作可以减少人工接触，降低风险，适用于高风险环境和远距离操作。

2. 自主导航机器人通过内置算法和传感器，能够自主感知环境、规划路径并实现自主导航，适用于需要长时间工作或复杂环境下的应用。

3. 人机协作机器人与人类进行密切配合，通过感应人类的动作和指令，实现协同操作。

人机协作在工业生产、医疗护理等领域有广泛应用。

四、机器人技术应用场景1. 工业自动化工业机器人在生产线上完成重复性工作，提高生产效率，降低劳动强度，广泛应用于汽车制造、电子生产等行业。

2. 医疗服务医疗机器人在手术、康复护理等领域发挥着重要作用，能够提高手术的准确性和安全性，辅助康复治疗，减轻医护人员负担。

3. 农业领域农业机器人可以自动化完成农田作业，如播种、施肥、除草等，提高生产效率，减少劳动力需求，为农业生产带来新的变革。

五、机器人技术的挑战与未来发展1. 感知能力的提升当前机器人在复杂环境下的感知能力仍有限，需要进一步加强对环境的感知和理解，提高自主决策能力。

2. 人工智能的融合机器人技术与人工智能的融合将会推动机器人领域的进一步发展，使机器人能够更好地理解和适应人类需求。

机器人技术基础作业学院：电气与信息工程班级：电子信息工程1302姓名：唐佳伟学号：A191301501.工业机器人的末端操作器有哪些种类？答：工业机器人的手部也叫末端操作器，它直接装在工业机器人的手腕上用于夹持工件或让工具按照规定的程序完成指定的工作。

可以具有手指，也可以不具有手指；可以有手爪，也可以是专用工具。

用在工业上的机器人的手是机器人直接用于抓取和握紧(吸附)专用工具(如喷枪、扳手、焊具、喷头等)进行操作的部件。

它具有模仿人手动作的功能, 并安装于机器人手臂的前端。

由于被握工件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态等不同,因此工业机器人末端操作器是多种多样的2.夹钳式取料手由哪几部分组成，每部分的作用是什么？答：夹钳式手部与人手相似，是工业机器人广为应用的一种手部形式。

它一般由手爪和驱动结构，传动机构，及连接与支撑原件组成，如图，能通过手爪的开闭动作实现对物体的夹持。

（1）.手指手指是直接与工件接触的部件，手部松开和夹紧工件，就是通过手指的张开与闭合实现的，机器人的手部一般有两个手指，也有三个或多个手指，其结构形式常取决于北京加持弓箭的形状和特性。

指端的形状：V型指和平面指。

如图所示的三种V型的形状，用来夹持圆柱形工件，平面指为夹钳式手的指端，一般用于加持正方形，板形或细小棒。

3.试绘制一种的结构件图，并简单描述其工作原理？夹钳式手部与人手相似, 是工业机器人广为应用的一种手部形式。

它一般由手指(手爪)和驱动机构、传动机构及连接与支承元件组成, , 能通过手爪的开闭动作实现对物体的夹持。

3.吸附式取料手有哪些种类，适用范围如何？答：电磁吸盘电磁吸盘的结构：a)主要由磁盘、防尘盖、线圈、壳体等组成。

工作原理：b)夹持工件：i.线圈通电→空气间隙的存在→线圈产生大的电感和启动电流→周围产生磁场（通电导体一定会在周围产生磁场）→吸附工件c)放开工件：i.线圈断电→磁吸力消失→工件落位适用范围：适用于用铁磁材料做成的工件；不适合于由有色金属和非金属材料制成的工件。

《教学机器人》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本次作业旨在帮助学生掌握教学机器人的基本操作，了解机器人的基本结构和功能，培养学生对机器人的兴趣和爱好，为后续的学习打下基础。

二、作业内容1. 机器人的组装与连接要求学生在规定时间内完成机器人的组装，确保各部件连接正确，能够正常运行。

2. 机器人的移动与控制要求学生通过编程，使机器人能够按照指定的路径进行移动，并能够进行简单的避障操作。

3. 机器人的传感器使用要求学生了解并使用机器人的各种传感器，如红外传感器、超声波传感器等，通过编程实现机器人的感知和反应能力。

4. 作业报告学生需提交一份作业报告，包括机器人的组装过程、编程实现、遇到的问题及解决方法等，字数不少于XX字。

三、作业要求1. 作业时间：学生需在XX小时内完成机器人的组装与移动控制编程，并在课后完成作业报告。

2. 作业材料：学生需自带教学机器人一套，学校提供相关课件和指导文档。

3. 作业形式：学生需独立完成作业，不得抄袭。

4. 作业报告：报告应真实反映作业完成情况，不得虚假陈述。

四、作业评价1. 评价标准：根据学生提交的作业报告和实际操作情况，进行评价。

重点考察学生的组装正确性、编程实现难度、遇到问题的解决能力等方面。

2. 评价方式：采用教师评价和小组互评相结合的方式，确保评价的公正性和准确性。

3. 优秀作品奖励：对于优秀作品，将给予一定的奖励，以激励学生的学习热情和积极性。

五、作业反馈1. 学生反馈：学生在完成作业后，如有疑问或发现的问题，可向教师或同学请教，共同进步。

2. 教师反馈：教师对每位学生的作业情况进行反馈，对于存在的问题和不足，给予指导和建议，帮助学生更好地提高自己的技能水平。

3. 家长反馈：家长可向教师反馈学生对作业的完成情况、兴趣程度等，以便教师更好地了解学生的学习情况和需求，为后续的教学提供参考。

通过本次作业，学生将进一步掌握教学机器人的基本操作和功能，提高自己的编程能力和解决问题的能力，为后续的学习打下坚实的基础。

(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。

这属于（）。

(A)机器人正运动学(B)机器人逆运动学(C)机器人静力学(D)机器人动力学参考答案：(B)14. 第一个提出robot称谓的人是（）。

(A)捷克作家KarelCapek(B) 美国科幻作家IsaacAsimov(C) 日本科学家加藤一郎(D) 挪威剧作家易卜生参考答案：(A)15.下图所示的机器人属于（）。

机器人大赛评析作业一、问答题（每题8分，共48分）1．机器人自由度是否越多越有利 ? 简单说明原因。

不一定，自由度越多越灵活，但控制也越复杂，相应的调试难度也会增加。

自由度的多少根据需要而定，并非越多越好。

对于平面内的运动，4自由度机器人即可满足要求，而对于空间中的运动，6自由度机器人完全可满足要求。

2．装备军用机器人有哪些好处？首先，机器人可以代替士兵完成繁重的工程及后勤任务；其次，由于机器人对各种恶劣环境的承受能力大大超过载人系统，因而在空间、海底及各种极限条件下，它可以完成许多载人系统无法完成的工作；此外，在未来的战场上，将会出现越来越多的新式武器和大规模杀伤武器，在这样的条件下，士兵的生存非常困难，其代价也是昂贵的，因此大量采用战场机器人将是一种趋势；最后，由于机器人按设定规划行动，在环境极其险恶、只有采取某种自杀行为才能挽救战局时，它会毫不畏惧地承担起自我牺牲的战斗任务。

3．医用机器人的定义是什么？主要包括哪些种类？医用机器人是一种智能型服务机器人，它能独自编制操作计划，依据实际情况确定动作程序，然后把动作变为操作机构的运动。

因此，它有广泛的感觉系统、智能、模拟装置（周围情况及自身——机器人的意识和自我意识），从事医疗或辅助医疗工作。

医用机器人种类很多，按照其用途不同，有运送物品机器人、移动病人机器人、临床医疗用机器人和为残疾人服务机器人、护理机器人、医用教学机器人等。

4．为什么要发展机器人?机器人有三个方面是我们必要去发展的理由:一个是机器人干人不愿意干的事，把人从有毒的、有害的、高温的或危险的，这样的环境中解放出来，同时机器人可以干不好干的活，比方说在汽车生产线上我们看到工人天天拿着一百多公斤的焊钳,一天焊几千个点，就重复性的劳动，一方面他很累，但是产品的质量仍然很低；另一方面机器人干人干不了的活，这也是非常重要的机器人发展的一个理由，比方说人们对太空的认识，人上不去的时候，叫机器人上天，上月球，以及到海洋，进入到人体的小机器人，以及在微观环境下，对原子分子进行搬迁的机器人，都是人们不可达的工作。

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-KII2.1 solution:According to the equation of pure transition transformation^he new point after transition is as follows:2.3 solution:According to the constraint equations: 〃 • d = 0;〃 • o = 0；d • o = 0n = 1Thus,the matrix should be like this:'o0 -1 5"0 -1 5" 1 0 0 3 or -10 0 3 0 -1 02 0 -1 0 2 01_012.4= Trans (d x , d y , ) x P ()ldSolution:Solution:According to the equation of pure rotation transformation , the new coordinates are as follows:2.9 Solution:Acording to the equations for the combined transformations ,the new coordinates are as follows:2.71P new = rot(xA5 )xP = 0V22返V22 .7A /2Transformations relative to the current frame 2.10此T「ans(536)Rot(x，90)Rot(a，90) P10_丁'1 '0 3 100 4 91 1 10 -1t. 1 0A P = Rot(z,90 )X Trans(5y3,6)x Rot(x.90°)x P= ° Q0 0 Tran sformatio ns relative to the ref ere nee frame(/O 5 10 10 3 0 0-1 0 10 0 00 10 0 0 0 100\Q 02.120. 0.369 -0.766 -0.601Tl = 0.574 0.819 0 -2.9470.6 28 0.439 0.643 -5.38OJ00 0 -0.39 -3.820 -60.3 0.92 ・3.79\0 02.14a) For spherical coordinates we have (for posihon )1)r cos y sin 0 二 3.13752)r sin ysin 0 二 2.1953)r cosp = 3.214I) Assuming sin P is posihve, from a and b —> y二35°from b and c t 0二50°unitsII) If sin p were negative. ThenY二35。

东大15春学期《机器人技术》在线作业及满分答案一、单选题（共 6 道试题，共30 分。

）1. 6维力与力矩传感器主要用于__A. 精密加工B. 精密测量C. 精密计算D. 精密装配正确答案：D2. 应用电容式传感器测量微米级的距离，应该采用改变________的方式。

A. 极间物质介电系数B. 极板面积C. 极板距离D. 电压正确答案：C3. 运动逆问题是实现如下变换：__B. 从操作空间到迪卡尔空间的变换C. 从迪卡尔空间到关节空间的变换D. 从操作空间到任务空间的变换正确答案：C4. 当代机器人主要源于以下两个分支：__A. 计算机与数控机床B. 遥操作机与计算机C. 遥操作机与数控机床D. 计算机与人工智能正确答案：C5. 机器人终端效应器（手）的力量来自哪里？A. 机器人的全部关节B. 机器人手部的关节C. 决定机器人手部位置的各关节D. 决定机器人手部位姿的各个关节正确答案：D6. 动力学主要是研究机器人的：__B. 运动和时间的关系C. 动力的传递与转换D. 动力的应用正确答案：C15春学期《机器人技术》在线作业1二、多选题（共 2 道试题，共10 分。

）1. 美国发往火星的机器人是______号。

B. 机遇C. 小猎兔犬D. 挑战者E. 哥伦比亚正确答案：AB2. 完整的传感器应包括下面哪三部分？A. 敏感元件B. 计算机芯片C. 转换元件D. 模数转换电路E. 基本转换电路F. 微波通信电路正确答案：ACE15春学期《机器人技术》在线作业1三、判断题（共10 道试题，共60 分。

）1. 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。

A. 错误B. 正确正确答案：B2. 电感式传感器只能检测与铁磁性物体间的距离。

A. 错误B. 正确正确答案：B3. 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A. 错误B. 正确正确答案：A4. 红外距离传感器（红外测距仪）相对而言，测距的准确度不高，测量距离相对较短，而由于价格低，也很适合于机器人应用。

《机器人技术基础》大作业题目：班级：姓名：成绩：一、机器人功能描述（200字）具有供人观赏，娱乐为目的，具有机器人的外部特征，也可以像人，像某种动物等。

同时具有机器人的功能，可以行走或完成动作，有语言能力，会唱歌，有一定的感知能力，可以自主的连续表演事先编好的多套动作。

二、机器人系统的功能构成（框图+文字说明）驱动：电动传动机械结构系统：感受系统：智能传感器基本思路：通过对人类动作的深入了解，分析人类的动作特性，并且与控制对象跳舞机器人的工作原理、动作过程进行比较，从而确定机器人的基本构成并选择合适的机械构件，组装完成机器人的造型。

分析机器人动作的局限性与优势，设定机器人的舞蹈动作，按动作编写程序，完成作品设计。

跳舞机器人的结构完全模仿真人，并实现了双腿分立走路，双臂有很强的自由度，可以完成多种高难度动作。

机器人的双脚为轮式结构，这样不仅可以实现转身和滑步，更突出的优点是在走路时减少了重心的调整，从而减少了机器人的倾斜度，实现了类似真人的走路及跳舞模式。

舞蹈机器人的控制方式是将uC/OS-Ⅱ操作系统嵌入Atmega128处理器中,采用PID算法,对电机、舵机进行实时可靠的控制，进而对机器人主动轮的速度、方向进行有效的控制，使机器人的动作定位更加准确，动作过程更加优美协调。

机器人的双脚为轮式结构，此结构可以很完美地实现转身和滑步。

更突出的优点是在走路时减少了重心的调整，同时也克服了塑料构件机械强度不够高的局限性。

跳舞机器人完全实现了智能化运行，可以用相应软件通过编程实现对舵机的控制，做出各种不同的动作，带给人们另类娱乐。

它可以走进各种不同的场合，如：在学校用于科技教育学习；在家庭用于提供丰富的生活享受；用于社会可以增加更多的新型娱乐项目等。

随着社会对服务业的需求不断扩大，可以代替人的机器人将会有更广阔的前景从近几年世界范围内推出的机器人产品来看，机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展。

其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的的开放化；PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化。

(单选题)1: 增量式光轴编码器一般应用___套光电元件，从而可以实现计数、测速、鉴向和定位。

A: 一
B: 二
C: 三
D: 四
正确答案: C
(单选题)2: CCD（Charge Coupled Device）摄像头输出信号为____帧/秒(fpsmdash;mdash;frame per second)。

A: 20
B: 25
C: 30
D: 50
正确答案: B
(单选题)3: 机器人终端效应器（手）的力量来自哪里？
A: 机器人的全部关节
B: 机器人手部的关节
C: 决定机器人手部位置的各关节
D: 决定机器人手部位姿的各个关节
正确答案: D
(单选题)4: 模拟通信系统与数字通信系统的主要区别是什么？
A: 载波频率不一样
B: 信道传送的信号不一样
C: 调制方式不一样
D: 编码方式不一样
正确答案: B
(单选题)5: 当代机器人大军中最主要的机器人为：__
A: 工业机器人
B: 军用机器人
C: 服务机器人
D: 特种机器人
正确答案: A
(单选题)6: CCD摄像头采用电视PAL标准，每帧图像由___场构成。

A: 1
B: 2
C: 3
D: 4
正确答案: B。

(一) 单选题1. 在机器人伺服系统中，（）可以提供机器人各个臂的位置、运动速度或力的大小信息，将它们与给定的位置、速度或力相比较，则可以得出误差信息。

(A)传感器(B) 计算机及其接口电路(C) 驱动器(D) 传动机构及机器人的手臂参考答案：(A)2. 伺服系统输入由零到对应的阶跃信号，从输入信号开始至转速达到稳态转速（终值），并不再超过稳态转速（终值）的（）范围，所经历的时间叫系统建立时间。

(A)5%(B) 10%(C) 15%(D) 20%参考答案：(A)3. 如下图所示，在机器人的手爪接触环境时，手爪力F与驱动力和的关系起重要作用，在静止状态下处理这种关系称为（）。

(A)运动学(B)逆运动学(C)静力学(D)动力学参考答案：(C)4. 在实际中可以认为多少的负载为空载（）。

(A)理想空载(B)小于额定负载10%(C)小于额定负载20%(D)小于额定负载30%参考答案：(B)5. 如下图所示，在考虑控制时，就要考虑在机器人的动作中，关节驱动力参考答案：(D)6. 在机器人伺服系统中，（）是驱动器的负载。

(A)传感器(B) 计算机及其接口电路(C) 驱动器(D) 传动机构及机器人的手臂参考答案：(D)7. 机器人在关节变量空间的轨迹或末端执行器在笛卡尔空间的轨迹已确定（轨迹已被规划），求解机器人各执行器的驱动力或力矩，这称为（）。

(A)正运动学(B)逆运动学(C)正动力学(D)逆动力学参考答案：(D)8. 在机器人伺服系统中，（）是系统的控制对象。

(A)传感器(B) 计算机及其接口电路(C) 驱动器(D) 传动机构及机器人的手臂参考答案：(C)9.如下图所示，为（）传感器。

(A)线性电位计(B)角度式电位计(C)绝对型旋转编码器(D)增量型旋转编码器参考答案：(B)10. 如下图所示的电动机控制系统为（）系统的框图。

(A)开环控制系统(B)闭环控制系统(C)模拟控制系统(D)数字控制系统参考答案：(B)11. 机器人各执行器的驱动力或力矩为已知，求解机器人关节变量在关节变量空间的轨迹或末端执行器在笛卡尔空间的轨迹，这称为（）。

机器人学基础范凯习题答案自工业机器人诞生以来，（）行业一直是其应用的主要领域。

[单选题]A、电子B、航天C、通信D、汽车(正确答案)机器人本体是工业机器人机械主体，是完成各种作业的（）。

[单选题]A、执行机构(正确答案)B、控制系统C、传输系统D、搬运机构机器人运动时，每个关节的运动通过驱动装置和（）实现。

[单选题]A、执行机构B、传动机构(正确答案)C、步进电机D、控制程序工业机器人的分辨率分编程分辨率和（）分辨率两种。

[单选题]A、执行B、动作C、运动D、控制(正确答案)机器人的运动学可用一个（）来建模，此链由数个刚体以驱支器驱动折转动或移动关节串联而成。

[单选题]A、闭环关节链B、开环关节链(正确答案)C、闭环腕链D、开环腕链点位控制下的轨迹规划是在（）进行的。

[单选题]A、关节坐标空间(正确答案)B、矢量坐标空间C、直角坐标空间D、极坐标空间工业机器人驱动类型可以划分为液压驱动、气压驱动、电力驱动和（）驱动四种类型。

[单选题]A、电机B、自动C、新型(正确答案)D、智能无障碍旋转的关节运动，通常用（）来标记。

[单选题]A、R(正确答案)B、SC、TD、W机器人的手部也称末端执行器，它是装在机器人的（）部上，直接抓握工作或执行作业的部件。

[单选题]A、臂B、腕(正确答案)C、手D、关节（）是工业机器人最常用的一种手部形式。

[单选题]A、钩托式B、弹簧式C、气动式D、夹钳式(正确答案)气动动力系统是利用气动压力驱动工业机器人运动的系统，一般由（）和控制阀组成。

[单选题]A、气缸B、活塞(正确答案)C、连杆D、电路工业机器人的动力系统包括动力装置和（）两大部分。

[单选题]A 、执行机构B、控制装置C、传动机构(正确答案)D、连接机构机器视觉系统是一种（）的光传感系统，同时集成软硬件，综合现代计算机，光学、电子技术。

[单选题]A、非接触式(正确答案)B、接触式C、自动控制D、智能控制工业机器人由主体、（）和控制系统三个基本部分组成。

第3章操作臂运动学加*的题目是必做题，其它题目自己选择50%做即可，鼓励大家首选自己拿不准的题目。

3.1[20]根据第二章的结论，我们知道，三维空间中自由运动的刚体共有6个自由度，请问分别是哪六个？但是如果一个机器人的旋转关节数与平移关节数之和为7，那么我们说这个机器人有7个运动自由度，而我们知道三维空间中运动的物体最多有6个自由度，请问这是否矛盾？为什么？解答：3.2[10] *解释下列名词的含义（1）机器人（或操作臂）正运动学（2）驱动器空间（3）关节空间（4）笛卡尔空间解答：3.3[15] *机器人（或操作臂）的正运动学问题，实质上是解决已建立好的各个坐标系之间的变换关系，Denavit-Hartenberg方法通过找出两个坐标系之间的四个参数（称为DH参数）来建立两个坐标系之间的关系，试画图说明这四个参数的几何意义并简要说明变换过程。

解答：3.4[15]图3-1是一个平面三杆操作臂。

因为三个关节均为转动关节，因此称该操作臂为RRR（或3R）机构。

据图：（1）根据DH表示法建立合适的坐标系；（2）列出DH参数表；（3）求基坐标系与工具坐标系之间的变换关系；（4）若110θ= 、220θ= 、330θ= ，求末端执行器相对于基坐标的位姿。

图3-1 三连杆平面操作臂解答：3.5[25]图3-2所示为三自由度手臂，其中关节轴1与另外两轴不平行。

轴1T。

和轴2之间的夹角为90 ，建立合适坐标系并求解连杆参数和运动学方程BW解答：3.6 [15] 图3-3是一个平面三连杆操作臂，第一、第三个关节位旋转关节，第二个为平移关节，因此有时称该操作臂为RPR 机构。

据图，引入合适的参数，例如连杆长度、连杆偏距等，根据DH 表示法建立合适的坐标系，列出DH图3-3 RPR 平面机器人解答：3.7 [35] * 图3-4是一个与PUMA560相似的操作臂，其中关节3由移动关节代替。

假定图中移动关节可沿1X 方向滑移，但这里仍有一个等效偏距3d 需要考虑，给出一个必要的附加条件，求解运动学方程。

成绩：《工业机器人》大作业学期：2014～2015学年第一学期指导教师：李敏姓名：学号：年级、专业：2011级机制班西南交通大学峨眉校区机械工程系2.6 已知齐次变换矩阵H=0100001010000001⎡⎤⎢⎥-⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎣⎦要求ot(,)R θƒ=H 。

确定ƒ和θ的值解：0100001010000001H ⎡⎤⎢⎥-⎢⎥=⎢⎥-⎢⎥⎣⎦，∴由式（2.46）得001x y z n n n =⎧⎪=⎨⎪=-⎩；100x y z o o o =⎧⎪=⎨⎪=⎩；010x y z a a a =⎧⎪=-⎨⎪=⎩； 由式（2.48）得：111cos (1)(0001)222x y z n o a θ=++-=++-=- 又：把旋转规定为绕矢量ƒ的正向旋转，使得0≤θ≤180 ，故120θ= 。

由式（2.52）得：2sin 3z y x o a θ-ƒ===2sin x z y a n θ-ƒ===；2sin 3y x z n o θ-ƒ===-综上，=⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥ƒ⎢⎥⎢⎢⎢⎢⎥⎣⎦，120θ=。

2.10 {A}和{B}两坐标系仅仅方向不同。

坐标系{B}是这样得到的：首先与坐标系{A}重合，然后绕单位矢量ƒ旋转θ弧度，即()AA B B R R θ=ƒ,求证A B R e θƒ= ，式中 000z y zx y x⎡⎤-ƒƒ⎢⎥ƒ=ƒ-ƒ⎢⎥⎢⎥-ƒƒ⎣⎦ 证明：cos sin f e f θθθ=+ 且000zy zx y xf f f f f f f ⎡⎤-⎢⎥=-⎢⎥⎢⎥-⎣⎦0sin sin cos sin 0sin sin sin 0z y f z x y x f f e f f f f θθθθθθθθ⎡⎤-⎢⎥∴=+-⎢⎥⎢⎥-⎣⎦···········（a ）根据式（2.45）和式（2.47），令=ot()R R θƒ, 即0000000101xx x x x y x z z x y y y y x yz y y z y x z z z x z y y z x z z n o a f f vers c f f vers f s f f vers f s n o a f f vers f s f f vers c f f vers f s n o a f f vers f s f f vers f s f f vers c θθθθθθθθθθθθθθθθθθ+-+⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥++-⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥-++⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦··（b ） 由已知：()A A B B R R θ=ƒ,,将此式作式（b ）变换，可得=0x y f f vers θ，即cos =0θ1-，则=90θ 。

(一) 单选题1. AUTOPASS语言是一种（）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)2. AL语言是一种（）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)3.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：(C)4. RAPT语言是一种（）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. BP神经网络最早是由（）提出的。

(A)McCulloch和Pitts(B)Hebb(C)Rumelhart(D)Hopfield参考答案：(C)6. 如图所示为日本本田公司研制的ASIMO机器人，这是一款（）。

(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)7. SIGLA语言是由（）开发的。

(A)美国(B) 日本(C) 英国(D) 意大利参考答案：(D)8. 人类从外界获得的信息最多的是来自于（）。

(A)视觉(B) 听觉(C) 触觉(D) 味觉参考答案：(A)9. 目前，（）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)10.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：(B)11. IML语言是一种（）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)12. 模糊理论是由（）创立的。

(A)G.Contor(B)B.Russell(C)L.A.Zadeh(D)E.H.Mamdani参考答案：(C)13.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)14. RAPT语言是由（）开发的。

PUMA机器人正逆运动学推导及运动空间解算求解：①建立坐标系；②给出D-H参数表；③推导正、逆运动学；④编程得工作空间1.建立坐标系根据PUMA机器人运动自由度，在各关节处建立坐标系如图2所示。

图1 PUMA560机器人坐标系图2.D-H参数表D-H 参数表可根据坐标系设定而得出，见表1。

(1)i θ为绕1i Z -轴从1i X -到i X 的角度； (2)1i α-为绕i X 轴从1i Z -到i Z 的角度；(3)1i a -为沿i X 轴从1i Z -与i X 交点到i O 的距离； (4)i d 为沿1i Z -轴从1i Z -与i X 交点到1i O -的距离。

表1 PUMA 机器人的杆件参数表3. 正运动学推导由坐标系图及各杆件参数可得个连杆变换矩阵。

111101000001100001c s s c T θθθθ-⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥-⎢⎥⎣⎦ 22222222122000010001c s c a s c s a T d θθθθθθ-⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦3333333323000100001c s c a s c s a T θθθθθθ-⎡⎤⎢⎥--⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦ 444434400000100001c s s c T d θθθθ-⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥-⎢⎥⎣⎦5555450000010001c s s c T θθθθ⎡⎤⎢⎥-⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦ 66665660000001001c s s c T d θθθθ-⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦根据各连杆变换矩阵相乘，可以得到PUMA560的机械手变换矩阵，其矩阵为关节变量的函数。

()()()()()()00123456112233445566T T T T T T T θθθθθθ=将上述变换矩阵逐个依次相乘可以得到06T 。

601x x x x yy y y z z z z n o a p n o a p T n o a p ⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦()()()()()()()()6514142315236411234651442311523614231446236235452365141423152364112346514423115236x y z x y n c c s s c c c c s s s c s c c s n c c c s c c s s s s s c c c s s n s s s c c s c c s o s c s s c c c c s s c c s c c s o s c c s c c s s s s c =--+-+⎡⎤⎣⎦=+-+-⎡⎤⎣⎦=-+=-+-+⎡⎤⎣⎦=-+-+⎡⎤⎣⎦()()()()()()()()142314623545236423152351414235123514423152345231223232165141423152314231223231265144231z x y z x y c c c s s o s c s c c s c s s a c c s s s s c c c a c s s s c s c c s a a c c s s p c a c a c d s d s s s c c c c c s c d s p s a c a c c d d s c s c c s c -=++=--=++=-=-----+⎡⎤⎣⎦=-++++()512341232342232365234523z s s d s s p c d a s a s d c c c s s ⎫⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎬⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪+⎡⎤⎣⎦⎪=-++-⎪⎭上式中()()23232323cos ,sin c s θθθθ=+=+。

4.1 绘制第三章中习题3.3的三连杆操作臂指端工作空间的简图，已知115.0l =，210.0l =和3 3.0l =。

解答：4.2 推导第三章习题3.3的三连杆操作臂的逆运动学方程。

解答：4.3绘制第三章习题3.4中三自由度操作臂指端工作空间的简图。

解答：4.7 编制一个表，列出可能影响操作臂重复精度的因素。

编制第二个表，列出影响操作臂定位精度的附加因素。

解答：4.8 已知一个三连杆平面旋转关节操作臂手部的期望位姿，有两个可能的解。

如果再加入一个旋转关节（在这种情况下操作臂仍然处于同一平面），将会有多少个解？解答：4.9 图4-13所示为一个具有旋转关节的两连杆平面操作臂，对于这个操作臂，第二个连杆长度为第一个连杆长度的一半，即122l l =。

关节运动范围（单位为角度）为：10180θ<<290180θ-<<给出第二个连杆端部近似可达工作空间（范围）的简图。

图4-13 两连杆平面操作臂解答：MATLAB 习题这个练习集中讨论平面3自由度3R 机器人的姿态逆运动学解。

（参见图3-6和3-7；图3-8中给出了DH 参数。

）已知固定长度参数如下：14L =，23L =和()32L m =。

a) 用手算，求这个机器人的姿态逆运动学解析解：已知0HT ，计算{}123θθθ所有可能的多重解（文中给出了三种方法，选择其中一种）。

提示：为了简化这个方程，首先从0H T 和3L 计算03T 。

b) 编写一个MATLAB 程序求解平面3R 机器人的全部姿态逆运动学解（即，求出所有可能的多重解）。

根据以下输入要求对你的程序进行测试：i ）01009010000100001H T ⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦ii)00.50.86607.53730.8660.50 3.926600100001H T -⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦ iii)00103100200100001H T -⎡⎤⎢⎥-⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦iv)00.8660.50 3.12450.50.86609.167400100001H T -⎡⎤⎢⎥-⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦ 对于所有情况，使用循环校验来验证你的结果，将每一组关节角的结果（针对每一个多重解）带入到姿态正运动学MATLAB 程序中，验证你原来求得的0HT 。

《机器人》作业设计方案一、作业背景：随着科技的不息发展，机器人已经成为了我们生活中不可或缺的一部分。

机器人在工业生产、医疗保健、军事防卫等领域都有着重要的应用。

因此，通过进修机器人的相关知识，可以帮助学生更好地了解科技发展的趋势，培养他们的创新思维和动手能力。

二、作业目标：1. 了解机器人的定义、分类和应用领域；2. 掌握机器人的基本原理和工作方式；3. 进修如何设计和制作一个简单的机器人模型；4. 提高学生的动手能力和团队合作认识。

三、作业内容：1. 机器人观点诠释：让学生通过教室讲解和自主进修，了解机器人的定义、分类和应用领域。

2. 机器人原理进修：通过实验和案例分析，让学生掌握机器人的基本原理和工作方式，包括传感器、执行器、控制系统等方面的知识。

3. 机器人模型设计：让学生分组进行机器人模型的设计和制作。

每个小组需要确定机器人的功能和外形，选择合适的材料和元件进行制作，并编写控制程序进行测试。

4. 作业展示与分享：每个小组完成机器人模型后，进行作业展示和分享。

学生可以展示他们设计的机器人模型，介绍机器人的功能和工作原理，并与其他小组进行交流和讨论。

四、作业评判：1. 作业效果评判：根据学生完成的机器人模型的外形、功能和工作原理，评判每个小组的作业效果。

可以设置评分标准，包括创意性、实用性和完成度等方面。

2. 动手能力评判：通过学生设计和制作机器人模型的过程，评判他们的动手能力和团队合作认识。

可以根据每个小组的合作情况和分工情况进行评判。

3. 进修收获评判：通过学生的作业展示和分享，评判他们对机器人的理解和进修收获。

可以让学生进行自我评判，总结进修过程中的收获和不足的地方。

五、作业延伸：1. 可以邀请专业机器人工程师或科技公司的代表来学校进行讲座，分享他们在机器人领域的经验和效果，激发学生对科技创新的兴趣。

2. 可以组织学生参与机器人比赛或展览活动，让他们有机缘与其他学生交流和竞争，提高他们的创新能力和团队合作认识。

1坐标系建立:PUMA机器人大作业坐标系可以简化为:2 D-H参数表:PUMA机器人的杆件参数d10.6604m , d20.14909m , d40.43307m , d60.05625m , a20.4318m a30.02032m3正运动学推导c i s i 0 a 1,,i i S i C i 1 C i C i 1 s i 1 d i s i 1由式T i可得s i s i 1 c i s i 1 C i 1 d i C i 10 0 0 1c 1 s 1 0 0c 20 s1 c10 01 0T 1T20 0 1 02s20 1，c4 s40 a3 c5 3T1 d4 4 0T4s4c4T 55s50 0 0 1，T 6 0T 11T 22T 3 3T 4 4T 5 5T 6s20 0c 3s 3 0a20 1d2 2 s3 c3c2T 30 0 10 01，1s50 0 c6s60 0 01 051 05T 6c56s6c60 0 0 0 1，0 1机械手变换矩阵4 逆运动学推导1 ．求 1用逆变换0T i 1左乘方程 ％T i 工2T 3 3T 4 4T 5 5T 6两边:n x o xa x p xT 6n y o y a y p y n z o z a z p z 0001nx c23 ( c 6 c 5 c 4 c 1 s6s 4c 1 ) s 23c 6s 5c 1c6c 5 s 4 s1 n yc23 (c6 c5 c4 s1s6 s4 s1)s23 c 6 s 5 s 1c 6c5s 4c1nz s 23(c 6c 5c4s 6s4) c23c 6s5ox c23(s 6c 5c 4c 1 c6s 4c 1) s23s 6s 5c 1s6c 5s 4s1 oyc23(s 6c5c 4s1c6s4s 1) s23s 6s 5s1s6s4c 5c1oz s23(s 6c 5c4s6s 4) c23c 6s5ax c23 s 5c 4 c 1 s23c 5c 1 s 5s4s1ay c23s5c 4s1 s23c5s1s5s 4c1azc23c5s2 3 s5c4p x a 3c 23c 1 a 2c 2c 1 d 4 s 23c 1 d 2s 1p y a 3c 23s 1 a 2 c 2 s 1 d 4 s 23s 1 d 2c 1pzd 4c23a3s 23a 2s2s6 c 4 s1 s6c4c1c6c 4s1 c6c4c1矩阵方程两端的元素1 , 4）和（2, 4）分别对应相等G P x S P ya 3C23a 2C2d4 S23P zd 4C 23a 3S23 a 2S 2 10T 6其中kT i 10T 6得到1的解1atan2(p y ,p x ) atan2(d 2, 届p ： d ；)2 •求3平方和为:d4 S 3a3C32 2 2,2 ,2 2 2P x P y P z d 2 d 4 a 2 a 32a 2解得： 3 atan2(a 3,d 4) atan2(k, _d ： a f k 2)C1C 23S1C 23S23a2C3n xO x a x P xC| S 23Si S 23C 23 a 2S 3nyO y ayPy 3T 6S iC 1 0d 2 n z O z a z P z 00 10 01C i S iS! 0 0 C i 0 0 0 0 1 0 0 00 1 n x O x a x得 S i P x C|P y 三角代换 P x式中,nyn z 0 O yO z 0 aya z0 P x P y P z1d 2cos ,P ysi n 2 2-P x P yatan2(P x , P y )方程两边的元素（ 1 , 4) 和（3 , 4) 分别对应相等，得C 1C 23P: x 4 5I C 23 P yS23 Pza3a 2C3C l S23P 〉<SI S23 PyC23Pza 2S3d 4联立，得S23 和 C23Qa 2Ss d 4 GP xSP yP z a ?C 3 a 323P x C 1 2P y S 12P za 2C3a3GP x S 1P yP z a 2S3d 423P x C 1 2P y S 12P zS 23和C 23表达式的分母相等，且为正，于是4 •求4令两边元素（1 , 3）和（2, 3）分别对应相等，则可得C 1C 23axS l C 23a y S 23a z C 4S5S| a x GR y S 4S 5只要S s 0 ,便可求出 44ata n2 sa x c i a y , c i C 23a x Si C 23a y S 23a z当S S 0时，机械手处于奇异形位。

机器人工程作业指导书一、概述机器人工程是一门涉及机械、电子、计算机科学和人工智能的综合性学科。

本作业指导书旨在帮助学生理解机器人工程的基本概念和原理，并指导学生完成相关的作业任务。

二、作业要求1. 设计一个机器人的外观与结构，包括机器人的核心部件，如传感器、执行器等。

2. 使用编程语言控制机器人的运动和功能。

3. 进行机器人的测试和性能评估，并完成相关报告。

4. 团队合作，分工合理，互相协作完成任务。

三、作业步骤1. 机器人设计根据机器人预定的功能和应用场景，设计机器人的外观与结构。

可以选择不同材料、尺寸和形状，确保机器人的稳定性和可靠性。

2. 机器人组装根据设计方案，将机器人的各个部件组装在一起。

注意连接的稳固性和紧密性，确保机器人的正常运行。

3. 传感器和执行器集成将传感器和执行器与机器人主体连接起来。

传感器用于感知外界环境，执行器用于执行特定的任务。

保证传感器与执行器的准确性和可靠性。

4. 编程控制使用编程语言对机器人进行控制。

根据机器人的功能，编写相应的算法和代码，实现机器人的运动、感知和决策。

5. 机器人测试对机器人进行测试，包括功能测试、性能测试和稳定性测试。

记录测试结果和问题，为后续的改进和优化提供参考。

6. 性能评估与报告根据测试结果和实际应用情况，评估机器人的性能和效果。

撰写相关报告，包括机器人设计方案、编程代码、测试结果和分析。

四、评分标准1. 机器人设计与外观（20%）- 考虑机器人外观美观性和结构稳定性。

2. 传感器和执行器集成（20%）- 确保传感器和执行器与机器人主体连接稳固、可靠。

3. 编程控制（30%）- 编写清晰、高效的代码实现机器人的运动和功能控制。

4. 机器人测试与性能评估（20%）- 完成全面的测试和评估报告，准确评估机器人的性能和效果。

5. 团队合作（10%）- 评估团队成员的分工合理性和协作效果。

五、注意事项1. 请严格按照作业要求和步骤完成作业任务。