(完整版)机器人技术习题集答案

《机器人技术》习题集答案第1章绪论一、选择题（4选1）1—2）；2—1）；3—3）；4—3）；5—2）二、判断题（Y/N）1—Y；2—Y；3—Y；4—N；5—N；6—Y；7—Y；8—Y；9—Y；10—Y三、简答题1．机器人学是关于研究、设计、制造和应用机器人的一门科学。

一般包括：机器人结构、机器人坐标系统、机器人运动学、机器人动力学、机器人控制、机器感知、机器视觉、机器人语言、决策与规划等。

相比机器人技术研究的更为概括、抽象和理论一些。

2．一般将机器人分为三代。

* 第一代为示教再现型机器人。

由操作人员预先给出（示教）机器人的运动轨迹，然后机器人准确地重复再现这种轨迹。

* 第二代为感觉判断型机器人，亦称为感知融合智能机器人。

机器人带有一些可感知环境的装置，通过反馈控制，使机器人能在一定程度上适应变化的环境。

* 第三代为自主感知型机器人，亦称为自主感知思维智能机器人。

机器人具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑推理、判断及决策，可在作业环境中独立行动；具有发现问题且能自主地解决问题的能力。

3．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．优点：结构最紧凑，灵活性大，占地面积最小，工作空间最大，能与其他机器人协调工作，避障性好缺点：位置精度较低，有平衡问题，控制存在耦合，设计与控制比较复杂5．优点：刚性好，结构稳定，承载能力高，运动精度高缺点：活动空间小。

6．气动机器人液压机器人电动机器人新型驱动方式机器人（如静电驱动器、压电驱动器、形状记忆合金驱动器、人工肌肉及光驱动器等）7．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。

8．机器人本体，控制器，任务，环境——机器人的设计与制造是和机器人的任务和环境密不可分的。

9．数学（立体几何、线性代数、微分方程、拓扑学等）力学（工程力学、结构力学、弹塑性力学、流体力学——气动、液压）机械学电子学和微电子学控制理论与系统计算机通讯工程系统工程生物学与仿生学人工智能人工生命等。

10．坐标系统与坐标变换运动学与动力学轨迹规划机械工程与机电一体化控制工程机器视觉与图像工程语言与声音识别自学习与自组织系统仿真人工智能（专家系统，模糊推理，神经网络等）人体工程学多智能体系统等11．对于关节型机器人，常常由于结构原因使得机器人存在手部不能到达的作业区域，称之为死区(dead zone)。

死区的存在导致机器人在执行某作业时而不能完成任务。

四、分析与计算题1． 答：机器人的应用和普及是发展经济和生产力的需要。

因为机器人不仅可以提高产品质量和生产效率，而且可以减轻劳动强度，改善生产环境。

机器人的应用和普及必然要替代一部分从事重复性劳动的技术工人。

先进国家的实践经验，机器人的大量使用并没有引起劳动力失业的增加，而是引起劳动力的转移，从繁重的“蓝领劳动力”转向层次更高的“白领技术人员”，设计、使用和维护机器人；从第2产业的生产第一线转向第3产业，提高人们的生活质量。

因此不会造成严重的社会问题。

第2章 空间、坐标与变换一、选择题（4选1）1—4)；2—2)．姿态与位置 √ 二、判断题（Y/N ）1—Y ；2—Y ；3—N ；4—Y ；5—Y ；6—N ；7—Y ；8—Y ；9—N ；10—Y ；11—N ；12—N ；13—Y 三、简答题1． 绕X 轴转动为侧摆，亦称航向角 绕Y 轴转动为俯仰角 绕Z 轴转动为横滚角2．一般说来，以（N+1）维矢量来表示N 维位置矢量，称为齐次坐标表示法。

因此齐次向量是不唯一的。

最简单的表示方法是增加一维，其值为1。

四、分析与计算题1．解：将矩阵乘其转置矩阵，乘积为单位矩阵，故为正交矩阵；如果不是单位阵，则不是正交矩阵。

计算结果：1）、2）、4）为正交矩阵，3）、5）不是。

2．解： 设⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=100201100010w z y x A ，根据齐次矩阵的性质，故w =0.由于 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=101000201100010P R z y x A ， 因为R 正交矩阵，⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--==010010z y x I RR T ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--001100z y x =⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡++11222z yz xzyz y xy xz xyx 比较对角线元素，⎪⎩⎪⎨⎧=+==+11111222z y x ⎪⎩⎪⎨⎧=±==∴010z y x此时可以用直角坐标三轴的相互关系决定取舍：（取正） ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=1000201010010100A 符合右手关系，可以是解。

取负则不对了。

（取负） ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=1000201010010100A 3.解：齐次矩阵为⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=1000501021003001A 4．解： ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=1000010000010010)90,(z Rot ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=-1000001001000001)90,( x Rot ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=1000910070103001)973(Trans 5．Y 0 Z 0X 0Z H X HY HX H解：由于 ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=1000010000010010)90,(z Rot ，⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=-1000001001000001)90,( x Rot ，⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=1000910070103001)973(Trans ，则表示动坐标位姿的齐次矩阵 )90,()90,()973(︒*︒-*=z Rot x Rot Trans A⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-*⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-*⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=1000900171003010100001000001001010009010710030011000010000010010*100000100100000110009100701030016． 解：⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡*⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=*=10120102010000100100100001)0100(a Trans b⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡*⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=*︒-=11200101201000001001000001)90,(b X Rot c B直接列写，则是b x Rot a I Trans x Rotc *︒-=***︒-=)90,()0100()90,( 结果相同。

⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡*⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-*⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=*︒-**=1020100000100100000110000100100100001)90,()0100(a X Rot I Trans d H⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡*⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=121001020100000101010000017. 解：Rot(,90)Rot(,90)Y Z =︒︒W U 700100100010010003 100000102000100011-⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦720010100037010023000111⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦第3章 机器人运动学一、选择题（4选1）1—1)；2—3)；3—1)；4—3) 二、判断题（Y/N ）1—N ；2—N ；3—N ；4—Y ；5—Y ；6—Y ；7—Y ；8—N ；9—Y ；10—N 三、简答题1．关节——允许机器人本体各零件之间发生相对运动的机构。

关节之中，凡单独驱动的称主动关节，反之，称从动关节。

关节分类1）平动（移动）关节（P-prismatic joint ），也称之为移动副，允许连杆作直线移动。

2）转动关节（R-revolute joint ），也称之为转动副，允许连杆作旋转运动。

2． 关节角，杆件长度，横距，扭转角。

3．位置运动学仅考虑运动中的几何学问题，即不考虑运动与时间的关系。

已知关节空间的关节变量，计算操作机在操作空间的手部位姿，称之为运动学正问题。

反之，已知操作机在操作空间的手部位姿，求各关节变量的反变换，称之为运动学逆问题，也叫求手臂解。

4．转置雅克比矩阵代表着如何将迪卡尔空间作用在手爪上的力/力矩转变成关节空间各个关节上的平衡力/平衡力矩，即把直角空间的力/力矩映射为等价的关节力/关节力矩。

四、分析与计算题1． 解:⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-----=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---==10001001000001000100000221221121122112122222111121θθθθθθθθθθθθθθθθθθθθθθc s c d s s c c s s d s c s c c d c s s c c s s c A A A2.解 手臂绕定轴转动是相对固定坐标系作旋转变换，故有21Rot(,90)010001021006100010060102001000120012000100010001Z =︒---⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎢⎥--⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦G G手部绕手腕轴旋转是相对动坐标系作旋转变换，所以31Rot(,90)010********210061000010600120010001200010010001Z =︒-⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎢⎥⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎢⎥--⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦G G3. 解:⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=︒︒︒=100001000045450045451000030300030300000110000600600010060060)45,()30,()60,(000c s s c c s s c c s s c Z Rot X Rot Y Rot A ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=1000010000707.0707.000707.0707.010000866.05.0005.0866.000001100005.00866.000100866.005.0 ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=10000433.0789.0436.005.0612.0612.00750.0047.0660.0100010000707.0707.000707.0707.010000433.025.0866.005.0866.000750.0433.05.0 4.解:⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=︒︒=1000045450045450000110000100003030003030)45,()30,(c s s c c s s c X Rot Z Rot B B B ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=10000707.0707.000612.0612.05.00354.0354.0866.010000707.0707.000707.0707.0000011000010000866.05.0005.0866.0 第4章 机器人动力学一、选择题（4选1）1—3)；2—1)；3—4)；4—4)二、判断题（Y/N ）1—N ；2—Y ；3—Y ；4—N ；5—N 三、简答题1．广义坐标包括线位移量和角位移量，广义力包括力和力矩。