东北大学-机器人技术B试卷包含答案

东北大学继续教育学院

机器人技术试卷（作业考核线上） B 卷

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（共 4 页）

一、选择题（4选1，多于4个的为多选题；共20分，每小题2分）打√

1．当代机器人主要源于以下两个分支：

1)．计算机与数控机床2)．遥操作机与数控机床

3)．遥操作机与计算机√4)．计算机与人工智能

2．运动学正问题是实现如下变换：

1)．从操作空间到关节空间的变换2)．从操作空间到迪卡尔空间的变换

3)．从迪卡尔空间到关节空间的变换4)．从关节空间到操作空间的变换√

3．动力学的研究内容是将机器人的______联系起来。

1)．传感器与控制2)．运动与控制√

3)．结构与运动4)．传感系统与运动

4．为了获得非常平稳的加工过程，希望作业启动（位置为零）时：

1)．速度恒定，加速度为零2)．速度为零，加速度恒定

3)．速度为零，加速度为零√4)．速度恒定，加速度恒定

5．应用通常的物理定律构成的传感器称之为

1)．结构型√2)．物性型3)．一次仪表4)．二次仪表

6．测速发电机的输出信号为

1)．数字量2)．模拟量√3)．开关量4)．脉冲量

7．GPS全球定位系统，只有同时接收到____颗卫星发射的信号，才可以解算出接收器的位置。

1)．2 2)．3 3)．4 √4)．6

8．如果末端装置、工具或周围环境的刚性很高，那么机械手要执行与某个表面有接触的操作作业将会变得相当困难。此时应该考虑：

1)．PID控制2)．柔顺控制√3)．模糊控制4)．最优控制

9．谐波减速器特别适用于工业机器人的哪几个轴的传动？

1)．S轴2)．L轴3)．U轴

4)．R轴√5)．B轴√6)．T轴√

10．集控式足球机器人的智能主要表现在哪两个子系统？

1). 机器人小车子系统2). 机器人视觉子系统√3). 机器人通信子系统

4). 机器人决策子系统√5). 机器人总控子系统

二、判断题（回答Y/N，Y表示正确，N表示错误；共30分，每题2分）

1．复合运动齐次矩阵的建立是由全部简单运动齐次矩阵求和所形成的。（N ）

2．关节i的效应表现在i 关节的末端。（Y）

3．增量式编码器比起绝对式编码器加工难、安装严、体积大、价格高。（N ）

4．步进电动机一般作为闭环伺服系统的执行机构。（N ）

5．示教-再现控制的给定方式中分直接示教和间接示教。直接示教便是操作人员通过手动控制盒上的按键，编制机器人的动作顺序，确定位置、设定速度或限时。（N ）

6．格林（格雷）码被大量用在相对光轴编码器中。（N ）

7．东大牛牛机器人足球队是中国第一支夺得世界杯冠军的代表队，填补了国内空白。（Y）8．变位机的运动数（自由度）主要取决于被加工件的大小。（N ）

9. 机器人的自由度数目就是机器人本体上所具有的转轴数目。（N ）

10．齐次变换矩阵的建立过程，便是在为机构建立运动模型的过程。（Y ）

11．串联关节机器人的正运动学问题求解易，逆运动学问题求解难。（Y ）

12．在机器人动力学关节转矩表达式中，由于其重力项随位姿变化很大，常常将其忽略。

（N ）

13．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下，进而求出轨迹上各点（插补点）的位置和姿态。（N ）

14．机器人分辨率分为编程分辨率与控制分辨率，统称为系统分辨率。（Y ）

15．插补方式分为点位控制（PTP控制）和连续轨迹控制（CP控制），可是连续轨迹控制最终还是要实现点位控制。（Y ）

三、简答题（共30分，每题6分）

1．什么是机器人的内部传感器和外部传感器？举例说明之。

答：内部传感器是用来检测机器人自身状态（内部信息）的机器人传感器，如检测关节位置、速度的光轴编码器等。是机器人自身运动与正常工作所必需的；

外部传感器是用来感知外部世界、检测作业对象与作业环境状态（外部信息）的机器人传感器。如视觉、听觉、触觉等。是适应特定环境，完成特定任务所必需的。

2．PWM调速特点有哪些？

答：简单，便于计算机实现，节能，调速，范围大；

非线性严重，引入高频干扰和损耗。

3．按照机器人的构成机构，机器人是如何进行分类的？

答：直角坐标机器人圆柱坐标机器人极坐标机器人

多关节型机器人串联关节机器人垂直关节机器人

水平关节机器人并联关节机器人串并联关节机器人

4．应用拉格朗日方程（函数）求解机器人动力学问题的优点是什么？

答：Lagrange 方程是以能量观点建立起来的运动方程式，为了列出系统的运动方程式，只需要从两个方面去分析，一个是表征系统运动的动力学量—系统的动能和势能，另一个是表征主动力作用的动力学量—广义力。

由于理想约束反力不出现在方程组中，因此建立运动方程式时只需分析已知的主动力，而不必分析未知的约束反力。

5．气动马达相对于电动机的主要区别有哪些？

答：1)、单位功率尺寸小，重量轻．适用于安装在位置狭小的场合及手动工具上；

2)、马达本身的软特性使之能长期满载工作，温升较小，且有过载保护的性能。

3)、换向容易，操作简单，可以实现无级调速，特别适合频繁启动的场合；

4)、简单的无级调速，从零到最大，操作灵活；

5)、有较高的起动转矩，能带载启动；

6)、结构简单，气动马达使用寿命特别长；

7)、不受外部环境的影响，甚至在水中、多尘、潮湿、脏污等恶劣环境中；

8)、安全，防爆。

但气动马达也具有输出功率小，耗气量大，效率低、噪声大和易产生振动等缺点。

四、分析与计算题（共20分，每题10分）

1．试对直流伺服方案和交流伺服方案进行比较

解：直流伺服方案采用直流伺服电机，交流伺服方案采用交流伺服电机。由于变频技术的迅速发展，交流调速的可靠性与经济性不断提高，因此交流伺服大有取代直流伺服的趋势。

直流电机由于整流子的存在，导致其制造、维护的困难，除在特殊场合很少使用。

交流伺服电动机除了不具有直流伺服电动机的缺点外，还具有转动惯量小，动态响应好，能在较宽的速度范围内保持理想的转矩，结构简单，运行可靠等优点。

一般同样体积下，交流电动机的输出功率可比直流电动机高出10%～70%。

另外，交流电动机的容量可做得比直流电动机大，达到更高的转速和电压。

目前在机器人系统中，90%的系统采用交流伺服电动机。

2．机器人轨迹控制过程如图所示。试列出各步的主要内容。

解：(1）通过示教过程得到机器人轨迹上特征点的位姿。对于直线需要得到起始点和终点，对于圆弧需要得到弧上三点；（2）根据轨迹特征（直线/园弧/其它）和插补策略（定时/定距/其它）进行相应的插补运算，求出该插补点的位姿值；（3）根据机器人逆运动学原理，求出手臂解，即对应于插补点位姿的全部关节角(1, …, n)；（4）以求出的关节角为相应关节位置控制系统的设定值，分别控制n个关节驱动电机；（5）和关节驱动电机同轴连接的光轴编码器给出该关节当前实际位置值，进行反馈，位置控制系统根据此位置误差（设定值—反馈值）实施控制以消除误差，使机器人达到所要求的位姿。