华南农业大学工程学院机器人作业1答案

R-作业作业（机类专业）1、工业机器人和智能机器人的定义分别是什么工业机器人是一种能够执行与人的上至类似动作的的多功能机器。

智能机器人是一种具有感觉和识别能力，并能够控制自身行为的机器。

2、智能机器人的含义是什么智能机器人是指一个独特的进行自我控制的“活物”。

3、什么是机器人的自由度试举出一种或两种你知道的机器人的自由度数，并说明为什么需要这个数目。

机器人的自由度是机器人末端所具有的独立运动的数目。

例如：要对某一个旋转钻头进行定位与定向，就需要五个自由度，这钻头可表示为某个绕着它的主轴旋转的圆柱体。

4、什么是“机器人三守则”它的重要意义是什么（1）机器人不伤害人（机器人必须不危害人类，也不允许它眼看人将受害而袖手旁观）；（2）机器人服从与原则（1）不矛盾的指令（机器人必须绝对服从于人类，除非这种服从有害于人类）；（3）机器人在原则（1）和（2）不矛盾的情况下，维护自身的存在（机器人必须保持自身不受伤害，除非为了保护人类或者是人类命令它做出牺牲）。

意义：机器人三守则，给机器人社会赋以新的伦理性，并使机器人概念通俗化，更易于为人类社会所接受。

为机器人研究人员、设计制造厂家和用户，提供了十分有意义的指导方针。

5、工业机器人常用的驱动器有那些类型，并简要说明其特点。

按照控制方式可把机器人分为非伺服机器人和伺服控制机器人两种。

特点：（1）非伺服机器人工作能力比较有限，它们往往涉及那些叫做“终点”、“抓放”或“开关”式机器人，尤其是“有限顺序”机器人。

这种机器人按照预先编好的程序顺序进行工作，使用终端限位开关、制动器、插销板和定序器来控制机器人机械手的运动。

（2）伺服机器人有更强的工作能力，伺服系统的被控制量可为机器人端部执行装置的位置、速度、加速度和力等，通过反馈传感器取得的反馈信号与来自给定装置的综合信号，用比较器加以比较后，得到误差信号，经过放大后用以激发机器人的驱动装置，进而带动末端执行装置以一定规律运动，达到规定的位置或速度等。

6、常用的工业机器人的传动系统有那些1.液压缸伺服传动系统，2.电-液压伺服控制系统，3.滑阀控制液压传动系统。

7、机器人雅可比矩阵的含义是什么机械手的操作速度与关节速度的线性变换定义为机械手的雅可比矩阵，可视它为从关节空间向操作空间运动速度的传动比。

8、在机器人系统中为什么往往需要一个传动（减速）系统因为现在的电机一般速度较高，力矩较小，需要通过传动系统降低转速、提高力矩。

9、分析一个空间激光切割机械手需要多少自由度要求能使激光束的焦点定位，并可切割任意曲面。

三个自由度，因为是激光切割，所以没有转头的旋转自由度，所以只需要三个自由度，就可以实现空间中的任意点线切割。

10、什么是机器人的奇异状态机器人的奇异状态是指它在该状态下失去了一些运动自由，就像我们的手一样，如果我们手臂完全伸直，这就是一个奇异状态，因为这时我们不能让我们的手再伸向手臂所指的方向。

而没有伸直时，我们的手是可以往各个方向运动的。

11、机器人的灵活度、自由度的概念及其相互关系是什么若机器人完成某一任务时，可以以多种末杆姿态去实现，则将每种可行的机构位形称为一条可行路径，对于工作点P ，所有可行路径的包络空间称之为P 点的可能碰撞区，意思指在该区内的障碍有可能碰撞，令其体积为V ，则机器人在P 点的灵活度P A 定义为31⎪⎭⎫ ⎝⎛=∑=n i i p l VA 式中i l 为机器人i 杆臂的长度。

由上式可知灵活度的大小反应了机器人手臂达到工作点P 的避障能力，也反应了手臂在改点的柔性程度。

而机器人的自由度能够对坐标系进行独立运动的数目称为自由度。

灵活度反应的是机器人的避障哪能力和柔性程度，而自由度由反应机器人在各个方位独立运动的性能，它是机器人的机构决定的，并直接影响到机器人的机动性和灵活度。

12、通过机器人课程的学习，试述你对机械人及其技术的认识和印象，收获是什么对课程的学习有什么建议通过学习机器人的课程，我了解到工业机器人的起源和发展历程、机器人的定义、特点、构成和分类。

经过一段时间的学习，我领悟了机器人在工业生产中的重要性和决定性作用，还有学到了机器人的运动学的基本原理。

通过老师播放的机器人视频我们可以了解很多现代的先进机器人技术，这也让我们对学习机器人产生了浓厚的兴趣。

但是如果通过一个实际的简单的机器人例子，让同学们亲自完成它的设计及控制，这样可以更深刻的学到知识。

13、为了将圆柱形的零件放在平板上，机器人应具有几个自由度为了将圆柱形的零件放在平板上，机器人需要有五个自由度。

14、机器人的精度、重复精度及空间分辨度的含义及其区别精度是指各控制部件的分辨度，各机械部件的偏差，某个任意的从未接近的固定位置。

重复精度：多次重复动作后，由于机械干扰，机器的动作将会有误差，这时就要通过控制系统进行调节，而重复精度就是指机器人多次重复动作后，实现相同动作的精度。

空间分辨度是描述机器人工具末端运动的一个重要因素。

分辨度是设计机器人控制系统的特性，它指明系统能够区别工作空间所需要的最小运动增量。

分辨度可以是控制系统能够控制的最小位置增量的函数，或者是控制测量系统能够辨别的最小位置增量。

空间分辨度与机械偏差一起构成控制分辨度。

15、查阅参考资料说明什么是机器人的奇异状态。

机器人的奇异状态是指它在该状态下失去了一些运动自由，就像我们的手一样，如果我们手臂完全伸直，这就是一个奇异状态，因为这时我们不能让我们的手再伸向手臂所指的方向。

而没有伸直时，我们的手是可以往各个方向运动的。

16、机器人运动分析的一般过程是什么为什么要进行机器人的动力学分析动力学分析也就是建立动力学模型，动力学模型可以在动力学分析软件中做运动仿真。

机器人动力学分析是建立动力模型的基础，在admas软件中可以做动力学仿真。

机器人手臂的力学性能直接影响机器人的应用水平，引起机器人手臂动态特性变坏的原因不仅与现场的工艺条件有关，而且还与机器人系统的动力学特性有关。

因此，对机器人系统开展力学方面的研究是必要的。

17、方向余弦矩阵的特点都有那些对两个没有相对旋转的坐标系，由于主对角线元素均为1，而其余元素均为零，这时的方向余弦矩阵然成为单位矩阵方向余弦矩阵为正交矩阵，其中每列或每行中各元素平方之和为一，而两个不同列或不同行中对应元素的乘积之和则为零。

方向余弦矩阵中每一元素都等于其代数余子式方向余弦矩阵C的转置矩阵C T既是转置矩阵也是逆矩阵。

18、矩阵⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--100?201?100?010? 代表齐次坐标变换，求其中的未知元素值(第一列元素)。

T (1,0,0,0)19、写出齐次变换矩阵T AB ，它表示相对固定坐标系{A }作以下变换：（a ）绕z A 轴转900； （b ）再绕x A 轴转–900； （c ）最后作移动(3,7,9)T 。

⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡︒︒︒-︒=1000010101000909009090)90,(c s s c z Rot ; ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡︒︒︒-︒=-0101000019090090900001)90,(c s s c x Rot ; ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=-=1000900171003010)90,()90,()9,7,3(z Rot x Rot Trans T A B20、写出齐次变换矩阵T A B ，它表示相对运动坐标系{B}作以下变换：（a ）移动(3,7,9)T ； （b ）再绕x B 轴转–900； （c ）绕z B 轴转900。

⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=-=1000900171003010)90,()90,()9,7,3(z Rot x Rot Trans T A B 21、求下面齐次变换 ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---1000000121001010 的逆变换T -1。

⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=-10002010100101001T22、已知某一坐标变换矩阵⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---1000200121001010 则构造两种上述矩阵代表的坐标变换过程。

①相对固定坐标系{A }作以下变换： （a ）绕x A 轴转900； （b ）再绕y A 轴转900； （c ）最后作移动(-1,2,2)T。

②相对固定坐标系{A }作以下变换：（a ）绕z A 轴转-900； （b ）再绕x A 轴转900； （c ）最后作移动(-1,2,2)T 。

23、矢量A p 轴绕Z A 轴旋转300角，然后绕X A 轴旋转450角。

试给出依次按上述次序完成旋转的旋转矩阵。

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡︒︒︒-︒=10002321021231000303003030)30,(c s s c z Rot ； ⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡︒︒︒-︒=22220222200014545045450001)45,(c s s c x Rot 24、坐标系{B }的位置变化如下：初始时，坐标系{A }与{B }重合，让坐标系{B }绕Z B 轴旋转300角；然后再绕X B 轴旋转450角。

给出把对矢量B p 的描述变为对Ap 描述的旋转矩阵。

⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡︒︒︒-︒⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡︒︒︒-︒==00000000010003030030304545045450001)30,()45,(c s s c c s s c z R x R R A B p R p B A B A =27、如图1所示为一台三自由度机械手的机构。

已知杆1的长度为L 1，质量为m 1；杆2的长度为L 2，质量为m 2；杆3的长度为L 3，质量为m 3；题23图 三连杆非平面机械手试完成：（1）进行机器人运动学分析的步骤有那些结合如图所示的三自由度机械手，通过建立坐标系及坐标变换矩阵0T1，1T2，2T3等，求出机械手末端点的位置和速度方程（运动学方程并进行仿真），求手爪的运动轨迹，及该机器人的运动空间和操作空间；（2）求解该机器人的运动学反解；（3）、建立其动力学方程式，并进行动力学仿真。

答：（1）进行机器人运动学分析的步骤首先要清楚机器人的连杆参数，根据连杆参数球的各连杆变换矩阵、机械手变换矩阵；再根据各变量的函数，求解运动方程。