机器人学导论(克雷格)第二章作业答案

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。

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。

人工智能导论课参考答案第2章第2章知识表示方法部分参考答案2.8 设有如下语句，请用相应的谓词公式分别把他们表示出来：(1) 有的人喜欢梅花，有的人喜欢菊花，有的人既喜欢梅花又喜欢菊花。

解：定义谓词P(x)：x是人L(x,y)：x喜欢y其中，y的个体域是{梅花，菊花}。

将知识用谓词表示为：( x )(P(x)→L(x, 梅花)∨L(x, 菊花)∨L(x, 梅花)∧L(x, 菊花))(2) 有人每天下午都去打篮球。

解：定义谓词P(x)：x是人B(x)：x打篮球A(y)：y是下午111 P(x)：x 是人L(x, y)：x 喜欢y将知识用谓词表示为：(x) (P(x)∧L(x,pragramming)→L(x, computer))2.9 用谓词表示法求解机器人摞积木问题。

设机器人有一只机械手，要处理的世界有一张桌子，桌上可堆放若干相同的方积木块。

机械手有4个操作积木的典型动作：从桌上拣起一块积木；将手中的积木放到桌之上；在积木上再摞上一块积木；从积木上面拣起一块积木。

积木世界的布局如下图所示。

图 机器人摞积木问题 C AB A B C解：(1) 先定义描述状态的谓词CLEAR(x)：积木x上面是空的。

ON(x, y)：积木x在积木y的上面。

ONTABLE(x)：积木x在桌子上。

HOLDING(x)：机械手抓住x。

HANDEMPTY：机械手是空的。

其中，x和y的个体域都是{A, B, C}。

问题的初始状态是：ONTABLE(A)ONTABLE(B)ON(C, A)CLEAR(B)CLEAR(C)HANDEMPTY问题的目标状态是：ONTABLE(C)ON(B, C)ON(A, B)CLEAR(A)2HANDEMPTY(2) 再定义描述操作的谓词在本问题中，机械手的操作需要定义以下4个谓词：Pickup(x)：从桌面上拣起一块积木x。

Putdown(x)：将手中的积木放到桌面上。

Stack(x, y)：在积木x上面再摞上一块积木y。

机器人学导论原书第四版习题1、在种子发芽实验中，下列做法正确的是（）。

[单选题] *A.每天观察一次(正确答案)B.只需要观察有水的那组种子有没有发芽C.多天的实验中，第一天加一次水就够了2、下列选项中，能构成一个农场生态系统的是（）。

[单选题] *A.月季花、蜘蛛、瓢虫、蚜虫B.阳光、空气、水、土壤、石头C.微生物、月季花等植物、蚜虫等动物以及阳光、空气等非生物(正确答案)3、29、“水龙头在哭泣，请擦干他们的眼泪吧！”这句广告语告诉我们要节约水资源。

[判断题] *对(正确答案)错4、下面方法中，可以帮助我们获取真实信息的有（）。

①观察②实验③调查④推想⑤案例分析[单选题] *A. ①②④B. ①②③⑤(正确答案)C. ②③④⑤5、下列比较容易找到蚯蚓的是（）。

[单选题] *A.黄泥浆里B.菜地里(正确答案)C.沙堆里6、观察到物质变化过程中产生发光发热、颜色变化、生成沉淀和产生气体等现象,我们说物质一定发生了化学变化。

[判断题] *对错(正确答案)7、在下列废品中如果没有分类回收，对环境会造成危害最大的是( )。

[单选题] *A.废纸B.废玻璃C.纽扣电池(正确答案)8、纸的再生利用有利于节约资源、节约能源﹑减少污染，我们要把每一张餐巾纸都收集起来进行再生利用。

[判断题] *对错(正确答案)9、太阳系中唯一逆向自转的行星是( )。

[单选题] *A.水星B.金星(正确答案)C.火星10、白糖、碱、明矾、玻璃都是晶体。

( ) [判断题] *对错(正确答案)11、下面关于飞机能够飞起来的原理，说法有误的是（）。

[单选题] *A.上凸下平的结构在气流中能够获得向上的升力B.机翼的凸面空气流动速度较慢，压强大;平面空气流动速度较快，压强小(正确答案)C.凸面和平面的压强不同，形成压力差，产生了向上的托举力，让飞机飞起来12、关于港珠澳大桥,下列说法错误的是( )。

[单选题] *A.横跨伶仃洋,连接香港与珠海、澳门B.大桥全长55千米,包含桥、岛、隧道C.大桥在修建过程中利用了两座天然岛屿(正确答案)13、校园里的动物和植物一年四季都是一样的[判断题] *对错(正确答案)14、圭表主要是利用（）的周期性变化规律来计时的。

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。

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。

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 。

第一章1.行走机构并不是机器人必备的机构。

（）答案:对2.机器人的驱动系统的作用相当于人的肌肉。

( ) 答案:对3.液压驱动系统运动平稳缓慢，驱动功率大并且易于实现过载保护。

( )答案:对4.气压驱动机器人结构简单、动作迅速、价格低廉。

( )答案:对5.气压驱动机器人的工作速度稳定性较差。

( )答案:对6.外部状态传感器可以检测机器人各关节速度和机体温度。

( )答案:错7.控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号来控制机器人的执行机构，使其完成规定的运动和功能。

( ) 答案:对8.机器人的内部传感器“陀螺仪”可以测量物体旋转时的角速度。

( )答案:对9.在机器人的控制系统中，集中控制方式结构简单，成本低，但实时性差，难以扩展。

( )答案:对10.机器人控制系统按其控制方式分类可分为（）答案:主从控制;集中控制;分散控制方式。

第二章1.机械钳爪式手部按夹取的方式不同，可分为内撑式和外夹式两种（）答案:对2.全向轮的小轮毂运动轴线垂直于中心轮的运动轴线。

（）答案:对3.直流电动机的转速控制方法可以分为调节励磁磁通的励磁控制方法，调节电枢电压的电枢控制。

（）答案:对4.足式行走机构对环境有很强的适应性, 可以在复杂的自然环境中快速移动，翻越障碍物。

（）答案:对5.PID控制器中P为比例控制、I为积分控制、D为微分控制。

( )答案:对6.电池是指能将化学能、内能、光能、原子能等形式的能直接转化为电能的装置。

( )答案:对7.履带式行走机构稳定性好、越野能力和地面适应能力强。

( )答案:对8.依据机械臂在空间中的运动形式，将所建立的运动坐标系可划分为（）答案:直角坐标系型;;球面坐标系型;;圆柱坐标系型;9.履带机构主要由哪些部分构成( )答案:履带板;托带轮;主动轮;从动轮10.足式机构的优点有（）答案:自恢复平衡s性;能耗低;环境适应能力强;具有主动隔振的能力第三章1.内部传感器来监测自身情况，外部传感器来监测外部环境。

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。

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。

０自从1959年美国的英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人“尤尼梅特”开始，近半个世纪以来，机器人的研制和应用以惊人的速度发展并取得长足的进步。

当今世界，机器人的应用领域已十分广泛，包括工业生产、海空探索、医疗康复和军事活动等，此外，机器人已逐渐在家庭和一些服务行业获得应用。

机器人通常分为关节式机器人和移动式机器人。

一般来说，前者具有更多的自由度，而后者的作业范围则更大一些。

题目以某型号的6轴联动机器臂为例，这种机器臂一共有6个自由度，分别由六个旋转轴实现，使机器人的末端可以灵活地在三维空间中运动。

为了便于分析和计算，题目对机器人的结构进行了简化，用七条直线段表示机器人的七个连杆，连杆之间用旋转关节连接，依据旋转轴旋转方向的不同把连杆分为平行连杆（如图1-1 中的F 、G 、H ）和垂直连杆（如图1中的B 、C 、D ），前者如笔帽的转动方向，后者如摇柄的转动方向。

每一个关节对应一个角度，这个角度表示前一个连杆方向到后一个连杆方向转角。

图1-1 机械臂的尺寸图机械臂关于6个自由度的每一个组合123456(,,,,,)θθθθθθΦ=，表示机械臂的一个姿态，显然每个姿态又确定了指尖E 的空间位置(,,)X x y z ：()(,,)f X x y z Φ→。

假定机械臂控制系统只能够接收改变各个关节的姿态的关于连杆角度的增量指令123456(,,,,,)θθθθθθ∆∆∆∆∆∆∆Φ=，使得指尖移动到空间点X '，其中增量i θ∆只能取到-2º, -1.9º, -1.8º, ┅，1.8º, 1.9º, 2º等离散值。

通过指令序列n P P P P ,,,,321 可以将指尖依次到达位置012,,,n X X X X ，则称012,,,n X X X X 为指尖从初始位置0X 到达目标位置n X 的一条路径（运动轨迹）。

题目中又约定直角坐标系的原点设在图1的A 点，z 轴取为AB 方向，x 轴垂直纸面，而y 轴则在基座所固定的水平台面上。

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： 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。

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。

θ1θ2θ3L 2L 1L 3x 0y 0O3.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.θ1θ2L 2L 1xyP4.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 。

τ1L 2xyP L 1τ2F 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1121221211212212l s l s l s l c l c l c θθ---⎡⎤=⎢⎥+⎣⎦J θ1-θ2l 2l 1x 0y 0Ox 3y 3v 36.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。

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。

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？图像预处理步骤？模糊控制器的轮式行走机构和足式行走机构的特点和各自适用的场合 2.如图所示具有三旋转关节的3R机械手， 3.如图所示为平面内的两旋转关节机械手 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 FA = [ fx 0 ]T 或FB = [ 0 fy ]T。

求对应的驱动力τA和τ B 。

5.如图所示的两自由度机械手，手部沿固定坐标系在手上X0轴正向以1.0m/s的速度移动，杆长1=l2=0.5m。

设在某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 6.如图所示参考答案一、名词解释题： 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。