机器人技术基础期末考试复习资料(熊有伦主编)

第一章

1机器人组成系统的4大部分：机构部分、传感器组、控制部分、信息处理部分 2机器人学的主要研究内容：研究机器人的控制与被处理物体间的相互关系 3机器人的驱动方式：液压、气动、电动

4机器人行走机构的基本形式：足式、蛇形式、轮式、履带式

5机器人的定义：由各种外部传感器引导的、带有一个或多个末端执行器、通过可编程运动，在其工作空间内对真实物体进行操作的软件可控的机械装置

6机器人的分类：1工业机器人2极限环境作业机器人3医疗福利机器人

7操作臂工作空间形式：1直角坐标式机器人2圆柱坐标式机器人3球坐标式机器人 4 scara 机器人5关节式机器人 8机器人三原则

第一条：机器人不得伤害人类.

第二条：机器人必须服从人类的命令，除非这条命令与第一条相矛盾。 第三条：机器人必须保护自己，除非这种保护与以上两条相矛盾。

第二章

1、什么是位姿：刚体参考点的位置和姿态

2、RPY 角与欧拉角的共同点：绕固定轴旋转的顺序与绕运动轴旋转的顺序相反并且旋转角度相同，能得到相同的变换矩阵，都是用三个变量描述。欧拉角为左乘RPY 角为右乘。

RPY 中绕x 旋转为偏转绕y 旋转为俯仰绕z 旋转为回转

3 、矩阵的左乘与右乘：左乘（变换从右向左）—指明运动相对于固定坐标系 右乘（变换从左向右）—指明运动相对于运动坐标系 4、齐次变换

T

A B

：表示同一点相对于不同坐标系{B}和{A}的变换，描述{B}相对于{A}的位姿

5、自由矢量：完全由他的维数、大小、方向，三要素所规定的矢量

6、线矢量：由维数、大小、方向、作用线，四要素所规定的矢量

7、齐次变换矩阵

⎥⎦

⎤⎢⎣⎡=1000

0B A

A B A B

P R T 8、其次坐标变换⎥⎦

⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡11000

10P P R

P B B A

A

B A R A

B 为旋转矩阵0B A P 为{B}的原点相对{A}的位置矢量

9、旋转矩阵：绕x 轴⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-a a a a cos sin 0sin cos 0001y 轴⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-a a a a cos 0sin 010sin 0cos z 轴⎥⎥

⎥⎦

⎤

⎢⎢⎢⎣⎡-1000cos sin 0sin cos a a a a 10、变换矩阵求逆：⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡-=10

0B A T A B T

A B B A

P R R T 已知B 相对于A 的描述求A 相对于B 的描述

11、⎥⎦

⎤

⎢

⎣⎡+==1000B A C B A B

B C A B B C

A B

A C

P P R R

R T T T

12、运动学方程T T T P R

p p p o o o a a a n

n n p o a n n n n

n z y x z y x z y x z y

x 112010

..1010

01000-=⎥⎦

⎤⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢

⎣⎡=⎥⎦

⎤⎢⎣⎡ 第三章

1、操作臂运动学研究的是手臂各连杆间的位移、速度、加速度关系 3、运动学反解方法：反变换法、几何法、pieper 解法 4、大多数工业机器人满足封闭解的两个充分条件之一 三个相邻关节轴，1交于一点2相互平行 5、连杆参数：1、()的距离公法线沿（连杆的关节轴）到从111x z z ---=i i i i a

2、旋转的角度绕到从111x z z ---=i i i i α

3、的距离沿到从i i i i d z x x 1-=

4、旋转的角度绕到从i i i i

z x x 1-=θ

6、连杆变换通式：⎥

⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=----------100001111111111i i i i i i i i i i i i i i i i i

i i c d c s c s s s d s c c c s a s c T αααθαθαααθαθθθ 7、灵活空间：机器人手抓能以任意方位到达的目标点的集合 8、可达空间：机器人手抓至少一个方位到达的目标点的集合 工作空间：反解存在的区域就是工作空间

9、机器人操作臂运动学反解数决定于：关节数、连杆参数、关节的活动范围 10、操作臂运动学反解方法有

1封闭解法（获得封闭解的方法有代数解、几何解） 2数值解法。

11、雅可比矩阵11212

21211212

212l s l s l s l c l c l c θθ---⎡⎤

=⎢

⎥+⎣⎦

J 12、逆雅可比矩阵212212

1

11212

11212122

1

l c l s l c l c l s l s l l s θθθ-⎡

⎤=

⎢⎥----⎣⎦

J

，1-=J v θ， 静力学公式T

J F τ= ，

1212212112121121212221211211222212

1101rad/s=-2rad/s 0.5

4rad/s l c l s l c l c l s l s l l s c l s c c

l s l s θθθθθθθθθθθ⎡⎤⎡

⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎢⎥----⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦===-

-=

第四章

1、操作臂的雅可比矩阵：定义为操作速度与关节速度的线性变换，可看成是从关节空间到操作空间运动速度的传动比

2、操作臂奇异形位：对于这些形位操作臂的雅可比矩阵的秩减少

3、自动生成雅可比步骤（知道各连杆变换T i i

1

-）

1、计算各连杆变换T 0

1、、、、

T n n

1-

2、计算各连杆到末端连杆的变换

3、计算雅可比矩阵J(q)的各列元素，第i 列 T

J i n i T

=

4、末端广义力矢量：机器人与外界环境相互作用时，在接触的地方要产生力和力矩统称为末端广义力矢

量

5、虚位移：满足机械系统几何约束的无限小位移

第五章

1、建立运动学方程的方法：拉格朗日法、牛顿-欧拉法、高斯法、凯恩法、旋量对偶数法

2、研究机器人动力学的目的：动力学问题与操作臂的仿真研究有关，逆问题是为了实施控制的需要，利用动力学模型实现最优控制，以期达到良好的动态性能和最优指标。

3、动力学研究的是：物体的运动和受力的关系

4、动力学模型主要用于机器人的设计和编程

5、点的速度涉及两个坐标系：点所在的坐标系的速度，点相对于坐标系的速度

6、牛顿欧拉法递推动力学问题的步骤：

1、向外递推计算各连杆的速度和加速度，由牛顿欧拉公式算出连杆的惯性力和力矩

2、向内递推计算各连杆相互作用力和力矩，以及关节驱动力和力矩

7、拉格朗日函数：对于任何机械系统，拉格朗日函数定义为系统点的动能与势能之差 即)(),(),(.

.

q E q q E q q L P k -=

第六章

1、规划：在人工智能的研究范围中，规划实际就是问题的一种求解技术。即从某个特定问题的初始状态出发，构造一系列操作步骤，达到解决该问题的目标状态

2、轨迹：操作臂在运动过程中的位移、速度和加速度

3、轨迹规划：根据作业任务的要求计算预期的运动轨迹

4、机器人的作业运动方式：点到点运动、轮廓运动