机器人学导论克雷格作业答案

西安高学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z轴平移7个单位得到点t。

求u, v, w, t各点的齐次坐标。

xyzOuvwt2.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。

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z轴平移7个单位得到点t。

求u, v, w, t各点的齐次坐标。

xyzOuvwt2.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。

机器人学导论第4版课后答案第五章在机械传动的系统中，摩擦是必不可少的。

利用这种摩擦进行制动器运动和驱动传动，可使机械传动系统中的齿轮保持不变。

此外，通过磨擦还可产生机械震动和压力。

如果使驱动元件和传动件在轴上接触而摩擦时产生了热量，则会引起零部件上的油质过氧化，同时因摩擦带来的热量也会被传递到空气中去，这就是所谓的油氧化反应。

油氧化反应发生时产生各种化学作用和物理效应，如：油脂氧化、氧自由基分解以及其他一些化学反应。

为了降低能源消耗，人们就利用电磁铁等辅助设备进行电机和直流电弧的电磁场传播及热能的传递。

同时使用电动机带动机械装置实现制动与转动（用滚动轴承代替齿轮驱动机械装置）、滑动变速等过程。

(1)润滑在机械传动系统中的作用润滑是机械传动系统得以正常运行和保证精度的重要保证，也是重要的节能措施。

在机械传动系统中，一般可分为两种类型：①摩擦式：利用轴承上的油脂润滑滚动轴承运转的方法；②滑动式：利用滑动轴承外圈与滚珠之间的摩擦力来驱动运转。

摩擦式与滑动轴承摩擦力大，但传动精度高。

滑动式以滑动轴承为轴心轴向进行传动，由于摩擦产生的热量可传递到空气中去。

滑动式利用液体润滑元件代替了滚动轴承；滑动式同时也由润滑元件代替了滑动轴承和滚珠轴承。

(2)根据润滑与传热的关系，将滑动变速法分为()。

A.摩擦-传热：利用润滑系统中摩擦材料不产生热量，仅在零件表面形成均匀温润的油膜以增加润滑强度。

B.电弧摩擦：利用电弧来能量传递。

C.电磁力摩擦：利用电磁力来改变电动机的转速使其不停转动（转）。

D.机械滑动变速法：利用机械滑动来改变电动机和负载之间的转速。

【答案】 B 【解析】根据润滑与传热关系，将滑动变速法分为摩擦-传热-滚动-制动-滑动变速法）。

故本题选 B.。

本题中轴承润滑与传热均起到传热传质等作用，因此不属于滑动变速法。

(3)下面我们来具体介绍一下摩擦原理中的摩擦现象是怎样发展来的：早在18世纪，英国天文学家便发现了太阳系的中心——日心在东偏南方向上移动得很快的现象，这被认为是太阳系诞生时一个重要的物理现象。

2.1 soluti on:Accord ing to the equati on of pure tran siti on tran sformatio n,the new point2.3 soluti on:According to the constraint equations:Thus,the matrix should be like this:Solutio n:P Xcos 0 sin P n 片= : 010 P ° P Zsin0 cosP a2.7 Solutio n:According to the equation of pure rotation transformation , the new coord inates are as follows:10 02 2J 丄2二Rewrot(x,45) P 03 22 42 02 2 7「2 2222.9 Solutio n:Acording to the equations for the combined transformations ,the newcoord inates are as follows:0 1 0 0 5 1 0 0 0 5 1 A" r, B 1 0 0 0 3 0 0 1 0 3 10 P Rot(z,90 “)Trans(5,3,6) Rot(x,90?) P0 1 0 6 0 1 0 0 4 90 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1Tran sformati ons relative to the reference frameTran sformati ons relative to the curre nt frame2.10BA P=Tra ns(5,3,6)Rot(x,90)Rot(a,90) PG 0 0 G <1 0 0 0> 「0-1 0 5 厂2 ‘0 10 3 0 0-10 10 0 0 3^0016^ ^0 10 0^ ^0 0 10^5 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 12-2812.12<^0.527 0.369 -0.766 -0.601、-1T1 = -0.574 0.819 0 -2.9470.628 0.439 0.643 -5.38厂0.92 0 -0.39 -3.8八-1T2 = 0 1 0 -60.39 0 0.92 -3.79丿0 0 0 12.14a) For spherical coord in ates we have (for posih on )1) r • cos 丫・sin [3= 3.13752) r • sin 丫・sin 3二2.1953) r • cos 3 二3.214I) Assuming sin p is posihve, from a and Y=35°from b and c — 3=50°unitsfrom c — r=5II) If sin 3were negative. ThenunitsSi nee orie ntati on is not specified, no more in formati on is available to check the results.b) For case I, substifate corresponding values of sin p , cos© S"Y COS YY=35°3=50 r=5and r in sperical coord in ates to get:3.1375、阿5265-0.5735 0.6275Tsph(r R Y=Tsph(35,50,5)= 0.3687 0.819 0.439 2.195-0.766 0 0.6428 3.214丿0 0 0 12.16Solutio n:Accord ing to the equati ons give n in the text book, we can get the Euler an gles as follows:Which lead to :2.18Solutio n:Si nee the hand will be placed on the object, we can obta in this:Thus:0 0 1 510 0 1U T H U T R0 10 00 0 0 1No,it can'.If so,the element at the position of the third row and the second column should be O.However, it is'.x=5,y=1,z=0Accord ing to the equati ons of the euler an gles:arctan2( a y , a x)orarctan2(a y,a x) O「or180arctan2( n x S n y C , o x S o y C ) 270or90;arctan2(a x C a y S ,a z) 270*or90*'2.21⑻(b)# 0 d a a 0-1 打0 01-2 □0 180 2-H □0 0(C )(d)1 0 0 00 1 0 00 0 1 d1d20 0 0 1C2 S2 0 d4C2 S2 C2 0 d4S2 0 0 1 0 0 0 0 1U T H U T°O T H U T O A I A2A3 2.22C1 Si 0 d a C1S1 C| 0 d a Si0 0 1 00 0 0 1C3 S3 0 0S3 C3 0 00 0 1 d50 0 0 1⑻(b)# 0 d a a 0-1 □+900 0 90 1-2 0 E 0 -90 =3-H 0 I3 0 0 (c)(d)2.23S1 0 C i 0C i 0 Si 00 1 0 00 0 0 1|10 0 1100 1 00 1 0 120 丄I A2! |1 0 0 0 01 0 0 0 0 1 13 k 0 0 丄凶=U T H T O°T H T0A1A2 A3A4LAI⑻1dfrrzrl>(b)# 0 d a a1 打0 0 902 □窗囲0 4 □0 1 -90(C)囚二1 0 0 00 0 1 00 1 0 00 0 0 10.707 0.707 0 10.610.707 0.707 0 10.610 0 1 60 0 0 1A2 囚二|10 0 100 1 00 1 0 00 0 丄(d) 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 18 0 0 0 1区］=0.707 0 0.707 00.707 0 0.707 00 1 0 00 0 0 1囲=|10 0 00 1 0 00 0 1 5A 0 0 丄1 0 0 1.4140 1 0 60 0 1 190 0 0 1。

题3.16[15]建立图3-36中RPR平面机器人的连杆坐标系，并给出连杆参数。
。
i
αi-1
ai-1
di
θi
1
0
0
0
θ1
2
-90
0
d20390来自00θ3
题3.17[15]建立图3-37中的三连杆机器人的连杆坐标系。
题3.18[15]建立图3-38中的三连杆机器人的连杆坐标系。
题3.19[15]建立图3-39中的三连杆机器人的连杆坐标系。
题3.11[17]图3-33所示为某一机器人腕部的示意图，它有三个相交但不正交的轴。给出腕部的连杆坐标系(类似于3自由度操作臂)，并求连杆参数。
i
αi-1
ai-1
di
θi
1
0
0
0
θ4
2
β
0
0
θ5
3
-β
0
0
θ6
题3.13[15]建立图3-34所示的5自由度操作臂的连杆坐标系。
题3.15[15]建立图3-35中的3自由度操作臂的连杆坐标系。
题3.20[15]建立图3-40中的三连杆机器人的连杆坐标系。
题3.21[15]建立图3-41中的三连杆机器人的连杆坐标系。
题3.22[18]建立图3-42中P3R机器人的连杆坐标系。在确定坐标系的布局后，确定d2、d3和a2的符号。
d2为负，d3为正，a2为正

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：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：控制：13.压电元件：14.图像锐化：15.隶属函数：网络：17.脱机编程：：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。

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.P4.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 x0 ]T或F B= [ 0f y ]T。

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z轴平移7个单位得到点t。

求u, v, w, t各点的齐次坐标。

xyzOuvwt2.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。

机器人学导论作业答案作业一一、问答题1．答：机器人的主要应用场合有：(1) 恶劣的工作环境和危险工作；(2) 在特殊作业场合进行极限作业；(3) 自动化生产领域；(4) 农业生产；(5) 军事应用。

2．答：工业机器人（英语：industrial robot。

简称IR）是广泛适用的能够自主动作，且多轴联动的机械设备。

它们在必要情况下配备有传感器，其动作步骤包括灵活的转动都是可编程控制的（即在工作过程中，无需任何外力的干预）。

它们通常配备有机械手、刀具或其他可装配的的加工工具，以及能够执行搬运操作与加工制造的任务。

数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。

该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。

3．答：科幻作家阿西莫夫机器人三原则：(1) 不伤害人类；(2) 在原则下服从人给出的命令；(3) 在与上两个原则不矛盾的前提下保护自身。

我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。

4．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。

5．答：按几何结构分：(1) 直角坐标式机器人；(2) 圆柱坐标式机器人；(3) 球面坐标式机器人；(4) 关节式球面坐标机器人。

6．答：通常由四个相互作用的部分组成：执行机构、驱动单元、控制系统、智能系统。

7．答：一共需要5个：定位3个，放平稳2个。

8．答：机器人的主要特点有通用性、适应性。

决定通用性有两方面因素：机器人自由度；末端执行器的结构和操作能力。

9．答：工业机器人的手部是用来握持工件或工具的部件。

大部分的手部结构都是根据特定的工件要求而专门设计的。

题3.16[15]建立图3-36中RPR平面机器人的连杆坐标系，并给出连杆参数。
。
i
αi-1
ai-1
di
θi
1
0
0
0
θ1
2
-90
0
d2
0
3
90
0
0
θ3
题3.17[15]建立图3-37中的三连杆机器人的连杆坐标系。
题3.18[15]建立图3-38中的三连杆机器人的连杆坐标系。
题3.19[15]建立图3-39中的三连杆机器人的连杆坐标系。
题3.11[17]图3-33所示为某一机器人腕部的示意图，它有三个相交但不正交的轴。给出腕部的连杆坐标系(类似于3自由度操作臂)，并求连杆参数。
i
αi-1
ai-1
di
θi
1
0
0
0θ42β00θ5
3
-β
0
0
θ6
题3.13[15]建立图3-34所示的5自由度操作臂的连杆坐标系。
题3.15[15]建立图3-35中的3自由度操作臂的连杆坐标系。
题3.20[15]建立图3-40中的三连杆机器人的连杆坐标系。
题3.21[15]建立图3-41中的三连杆机器人的连杆坐标系。
题3.22[18]建立图3-42中P3R机器人的连杆坐标系。在确定坐标系的布局后，确定d2、d3和a2的符号。
d2为负，d3为正，a2为正

机器人学导论复习题及参考资料整理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.P4.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 f5.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1121221211212212l s l s l s l c l c l c θθ---??=?+??J。

0.1 简述工业机器人的定义，说明机器人的主要特征。

答：机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具、或专用装置，通过可编程动作来执行种种任务并具有编程能力的多功能机械手。

1.机器人的动作结构具有类似于人或其他生物体某些器官（肢体、感官等）的功能。

2.机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变。

3.机器人具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等。

4.机器人具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人的干预。

0.2工业机器人与数控机床有什么区别？答：1.机器人的运动为开式运动链而数控机床为闭式运动链；2.工业机器人一般具有多关节，数控机床一般无关节且均为直角坐标系统；3.工业机器人是用于工业中各种作业的自动化机器而数控机床应用于冷加工。

4.机器人灵活性好，数控机床灵活性差。

0.5简述下面几个术语的含义：自有度、重复定位精度、工作范围、工作速度、承载能力。

答：自由度是机器人所具有的独立坐标运动的数目，不包括手爪（末端执行器）的开合自由度。

重复定位精度是关于精度的统计数据，指机器人重复到达某一确定位置准确的概率，是重复同一位置的范围，可以用各次不同位置平均值的偏差来表示。

工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也叫工作区域。

工作速度一般指最大工作速度，可以是指自由度上最大的稳定速度，也可以定义为手臂末端最大的合成速度（通常在技术参数中加以说明）。

承载能力是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。

0.6什么叫冗余自由度机器人？答：从运动学的观点看，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。

0.7题0.7图所示为二自由度平面关节型机器人机械手，图中L1=2L2，关节的转角范围是0゜≤θ1≤180゜,-90゜≤θ2≤180゜,画出该机械手的工作范围（画图时可以设L2=3cm ）。

1.1 点矢量v 为]00.3000.2000.10[T，相对参考系作如下齐次坐标变换：A=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--100.9000.1000.0000.00.3000.0866.0500.00.11000.0500.0866.0写出变换后点矢量v 的表达式，并说明是什么性质的变换，写出旋转算子Rot 及平移算子Trans 。

机器人技术导论课后习题1、智能机器人的含义是什么？因为这样，我们才说这种机器人才是真正的机器人，尽管它们的外表可能有所不同。

2、直流电机的额定值有哪些？答：型号、额定功率、额定电压、额定电流、额定转速、励磁方式、励磁电压、励磁电流、定额、绝缘等级、额定温升。

3、机器人视觉的硬件系统由哪些部分组成？答：光源：用于表现特征光源控制器：用于给光源供电镜头：用于成像延长管：用于改变像距相机：用于物理图像到电子信号的转换采集卡：用于将相机中的电子信号传输到计算机中计算机、嵌入式系统、智能相机等：用于分析图像机器视觉软件：用于处理图像，得到所以需要数据结果运动控制：用于控制气缸、机械手、马达等运动，以完成机器的功能传感器：位置传感器、存在传感器、安全传感器，用于判断产品有没有、到位否之类4、简述模糊控制器的组成及各组成部分的用途。

答：模糊逻辑控制器由4个基本部分组成，即模糊化、知识库、推理算法和逆模糊化。

(1) 模糊化：将检测输入变量值变换成相应的论域，将输入数据转换成合适的语言值。

(2) 知识库：包含应用领域的知识和控制目标，它由数据和模糊语言控制规则组成。

(3) 推理算法：从一些模糊前提条件推导出某一结论，这种结论可能存在模糊和确定两种情况。

(4) 逆模糊化：将推理所得到的模糊值转换为明确的控制讯号，作为系统的输入值。

5、试述机器人滑模变结构控制的基本原理。

答：滑模变结构控制是变结构控制系统的一种控制策略。

这种控制策略与常规控制的根本区别在于控制的不连续性，即一种使系统“结构”随时间变化的开关特性。

该控制特性可以迫使系统在一定特性下沿规定的状态轨迹作小幅度、高频率的上下运动，即所谓的“滑动模态”或“滑模”运动。

这种滑动模态是可以设计的，且与系统的参数及扰动无关。

这样，处于滑模运动的系统就具有很好的鲁棒性。

6、机器人轨迹控制过程如图所示。

试列出各步的主要内容。

答：1）通过示教过程得到机器人轨迹上特征点的位姿。

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z轴平移7个单位得到点t。

求u, v, w, t各点的齐次坐标。

xyzOuvwt2.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。

题 3.11 [17]图 3-33 所示为某一机器人腕部的示意图，它有三个相交 但不正交的轴。给出腕部的连杆坐标系(类似于 3 自由度操作臂)， 并求连杆参数。
i
1
2
3
0
β
-β
αi-1
0
0
0
深的入精贯习神彻中部和落纪选。要实委拔深锋求中机任入队，为央关用学员”特的和、工习装的别情省组中作《、标本是形、织央坚条中统准质“和市原组守例源国一和九处委则织为、》，共思条使个分关、部人遵等标 弘产想件命严规于优《做守法准 扬党行章；，禁定从良关事党规和 党地动党学进止。严作于的章制条 的方个，规习一、治风加基县、度件 优委全认。党步九党动，强准处维，。 良员面真着规明个的实牢换和级护学认 传会”学，眼确一重效记届底以党习教真 统工战习充明要“律大；入风线上章市育学 和作略习中分确掌四”决要党气。党，委、习 作条布近、展基握个纪策在充誓监员坚加全理《 风例局平五示本廉服律部学分词督领定强体论中 ；》、总中共标洁从要，署，发的导理领党武国 深《贯全全产准自”求做。关挥牢通（干想导员装共 刻中彻市会党、律的，合键机记知川部（区信班学。，产 汲国落X精人树准要重格在关党》委要二X域念子习根进党 取共实年神的立则求点党系做党的和办学）中；思党据一廉 违产五在，优行规掌员统。组宗中〔深学心认想章省步洁 纪党大全进良为定掌握”先要织旨央2一系全 关”真政，委坚自 违党0发体一风规的握“学深战，、1层列体 于提学治要办定律 法组6展党步貌范“四习〕入斗深省，讲党 在供习建深公理准 反工理题员巩和，四的个教1学堡入委系话员 全坚党设入4厅想则 面作念学中固时组个领廉育号习垒领、统。讲 体强的领个印信》 典条，习开拓代织必导洁实）贯作会市学着定党保历实会专。发念《 型例实讨展精和须干”施和彻用党委习眼理课 员证史施党题的，中（现一”论“党神引部方《习和员有领加想， 中。意的组《提国 的试X、学 制，的；导“必四案中近党条关悟强X信支 开学见性织关高共 教行二总习 度按党群要广四须个〉共事平员件严党理念部 展习等质讨于党产 训）、体讨 要照章众带大个具自的X业总先和肃章论，书 “革制、论照在性党 ，》主X要论 求“党路着坚备觉通“书锋义换，武学明记命度市宗，入全觉纪 自《要求” ，四规线问员持的知十记模务届深习确给 党先文委旨每党省悟律 觉内。 党个、教题逐”六，》三头开系范、纪刻教政支 章辈件办、个志党；处 讲政容，以 小讲学育条项（五落展列作权律把育治部 党和，公指专愿员要分 政领带党 组（系实，逐掌基X”于实“重用利握动方党 规先学室导题谈中坚条 治导X头组 每课一列践针句握本发“全两要，“委员向、进关思集理开持例 、干观严中 月”）讲活对通各条展七面学讲领明两办部”讲 学典于想中想展学》 讲，守心 底要学话动问读类件良定个从一话导确个〔署、党 系型印学、“用等 规温在政组求党，和题违好共有严做，带先2，“课 列发奋习谈学结党 矩入推0关治形 织，做“改章纪开产之治”全头合1以坚，用〈斗讨信党合内 、讲动6键纪式 一开合三，行局党”学面、格〕华党持邀好关目论念章、法 守话志改时律， 次展格严进明和人“责习贯以党2民支根请红于标不，党创规 纪愿革8刻和定 党三一确“性理五任教彻上号族部本党色在、得对规先， 律做和发保站政期 员组实步做决锻想个。育落率）优为宗校教全少照、争尊 ，合入展持得治组 集班”坚合胜，炼信必实下，三秀单旨教育市于入学优崇格党稳公出规织 中子学专持格全向和念须基党，结、，传位师资党1党系，誓定仆，矩集 学成习题问党天面党道，”础的为合主站统开敢、员讲誓列进章员词实情危，中 习员教题。小的德牢等十协我要稳美展于专中规词讲一”，践怀险带学 。到育导的康理修固重八调”局（措政德一担家开矩找话步学交中精，时头习 支联（成向、论养树要大推中实三施治，次当学展、标，强习流建神牢候， 部系以果建和，立论进奋际）全立筑主作者“有（准做化教思功，记豁固每区下；注成路心党述十“发，开面场牢题为给学国纪一、合宗育想立推共得树次 季县简要重线存的，八四有现展从，拒党”特律）找格旨实体业动产出立确 度X称突活方敬意认届为制“严把腐日、员章X色，开差党观施会。X党，和定 召“出述针畏识真三、定四局治理防活“干党X社讲展距员念方。《员在贯1开两正县，政、践中加建如个带个党想变动坚部规会道“。”案党永X彻一学面（处领策手党行、快功下讲头专等信的，守讲、X主德两党学干委远落次党一二级会看握员“四发立实党事讲题方念防组纪党学义、重支习部会是实全中做）以贯齐戒意三展业施课党开新面时线织律课系道有温部教要读的劳五体央”开上穿，尺识严、。方”“课展要的时；党底，列路品两书育讲本工动大党决学展其认，三科案。十，交中求深处始员线鼓讲全、行对记方话）作人发员定习“中真廉强实学习党三局流国，刻处终重励话体“，照作案精》方民展会，教三领的贯洁化”发系支五党研特坚内体保温树普党建五讲”学》神为法的理议2育个导马彻从党要展列部”组讨0理 情色持涵现入立通员位奉主习。基1》普念，）干克省政的求、讲要规书6。念 怀社以和为干党清要与一献题动本纳通，分县部思委、宗和话结划记按怎 、会知要行事志风员坚全体、党员教入一带别处要主、从旨好谐，合开给照么 务主促求动创愿正、持面”有日，材学员头围级义市严意干发要专局“办 实义行。的业、气学建总作活领，习，攻绕以做立委治识部展重起三、 思要力重”做成体为动导深内密坚“上结场决家，标。点步会新 想“知着量开温3结小的布。干入容切克坚党合观策，积准学、一战 作四行重；拓入（合康要局合4部学。联难员，月点部带极，习“课略 风个合学坚进党三，社求、格带习深系、干对底方署头践带《决怎 。全一习定取誓）坚会和“党头《入群敢部照前法，弘行头习胜么 要面，领正的词做相内四员重习领众于要习，做扬社坚近全干 深”做会确精，合适容个。近会，担以近结领政社会定平面” 入战讲习的气对格应；全引平关全当《平合会治主理总小学 领略政近神党、重面导总于心，习总贯上主义想书康习 会布治平，员有点”党书改全带近书穿的义核信记、研 我局、总方平。效学战员记革意平记其明核心念系建讨 国、有书向常着服习略强系发为谈关中白心价列成； 发五信记，时眼务习布化列展人治的人价值重区注 展大念来经候党国近局政重稳民国坚；值要域重 战发，川常看和家平、治要定服理定践体讲中同 略展视主得国治总五意讲、务政信行系话心X机理察动出家书大识话内；》X仰党和读遇念重向，事和记发，读工政加《追的中本、要党业“对展保本作外强习求宗（中社讲的五四理持（“交党近、旨2会话央新位川念政02存国平历，10主和看发一工、治61凭防总年史6义系齐展体年作全本、、书版担核列对”版的面色留治记）当心重党建）系深史党重》意价要员设》列化、治要，识值指的，改资国讲重、观示X要革政治话点真X和将、、事军文领挚全毛育业的章会为面泽人发重选理民从东”展要编想严同的体论（信治志作系领念党用。导、等结中全方合国体面起梦党来、员，学加快

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z轴平移7个单位得到点t。

求u, v, w, t各点的齐次坐标。

xyzOuvwt2.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。

S OLUTIONS M ANUALI NTRODUCTION TOR OBOTICSM ECHANICS AND C ONTROLT HIRD E DITIONJ OHN J.C RAIGUpper Saddle River, New Jersey 07458Associate Editor: Alice DworkinExecutive Managing Editor: Vince O'BrienManaging Editor: David A. GeorgeProduction Editor: Craig LittleSupplement Cover Manager: Daniel SandinManufacturing Buyer: Ilene Kahn©2005 by Pearson Education, Inc.Pearson Prentice HallPearson Education, Inc.Upper Saddle River, NJ 07458All rights reserved. No part of this book may be reproduced in any form or by any means, without permission in writing from the publisher.The author and publisher of this book have used their best efforts in preparing this book. These efforts include the development, research, and testing of the theories and programs to determine their effectiveness. The author and publisher make no warranty of any kind, expressed or implied, with regard to these programs or the documentation contained in this book. The author and pub-lisher shall not be liable in any event for incidental or consequential damages in connection with, or arising out of, the furnishing, performance, or use of these programs.Pearson Prentice Hall®is a trademark of Pearson Education, Inc.This work is protected by United States copyright laws and is provided solely for the use of instructors in teaching their courses and assessing student learning. Dissemination or sale of any part of this work (including on the World Wide Web) will destroy the integrity of the work and is not permitted. The work and materials from it should never be made available to students except by instructors using the accompanying text in their classes. All recipients of this work are expected to abide by these restrictions and to honor the intended pedagogical purposes and the needs of other instructors who rely on these materials.Printed in the United States of America10 9 8 7 6 5 4 3 2 1ISBN 0201-54362-1Pearson Education Ltd., LondonPearson Education Australia Pty. Ltd., SydneyPearson Education Singapore, Pte. Ltd.Pearson Education North Asia Ltd., Hong KongPearson Education Canada, Inc., TorontoPearson Educación de Mexico, S.A. de C.V.Pearson Education—Japan,TokyoPearson Education Malaysia, Pte. Ltd.Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, New Jersey。