机器人学导论作业答案

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。各种手部的工作原理不同，故其结构形态各异。常用的手部按其握持原理可以分为夹持类和吸附类两大类。

10．答：(a) 机械部分；(b) 一个或多个传感器；(c) 控制器；(d) 驱动源。

11．答：自由度的选择与生产要求有关，若批量大，操作可靠性要求高，运行速度快，机器人的自由度数可少一些；如果要便于产品更换，增加柔性，机器人的自由度要多一些。

12．答：轮式行走机器人是机器人中应用最多的一种机器人，在相对平坦的地面上，用车轮移动方式行走是相当优越的。

足式行走对崎岖路面具有很好的适应能力，足式运动方式的立足点是离散的点，可以在可能到达的地面上选择最优的支撑点，而轮式行走工具必须面临最坏的地形上的几乎所有点；足式运动方式还具有主动隔振能力，尽管地面高低不平，机身的运动仍然可以相当平稳；足式行走在不平地面和松软地面上的运动速度较高，能耗较少。13．答：（1）左上角3×3矩阵表示新坐标系在旧坐标系中的旋转方向。

（2）左上角3×3矩阵中的各列表示新坐标系的各坐标轴的单位矢量在旧坐标系的各坐标轴上的投影；各行表示旧坐标系的各坐标轴的单位矢量在新坐标系的各坐标轴上的投影；P表示新坐标系相对旧坐标系的平移量，其各分量表示平移后新坐标系在旧坐标系中的矢量。

二、计算题

1．解：矢量u：cosα=0，cosβ=，cosγ=

u=[0 0]T

v：cosα=，cosβ=0，cosγ=

v=[ 0 0]T

w：cosα=，cosβ=，cosγ=0

w =[ 0 0]T

2．解：X B 方向列阵 n =[cos30° co s30° cos30° 0]T

=[ 0 0] T

Y B 方向列阵 o =[cos120° cos30° cos90° 0]T

=[ 0 0] T

Z B 方向列阵 a =[0 0 1 0] T

坐标系{B}的位置阵列 p =[2 1 0 1]T ，则动坐标系{B}的4×4矩阵表达式为：

0.8660.5020.50.8660100100001-⎡⎤⎢⎥

⎢

⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦

T 3．解：

1

0050

1020102100400160

0160001000101071006001120

001new

B ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢

⎥=⎢⎥⎢⎥

-⎢⎥⎢

⎥

⎣⎦⎣⎦

⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥

-⎢⎥

⎣⎦

4．解：

001001

0070

10010003(90)(90)100000

102000100011001072100037010023000111Rot Y Rot Z -⎡⎤⎡⎤⎡⎤

⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢

⎥⎢

⎥⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎢⎥

-⎢⎥⎢

⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦

⎡⎤⎡⎤⎡⎤

⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥

==⎢⎥⎢⎥⎢⎥

⎢⎥⎢⎥⎢⎥

⎣⎦⎣⎦⎣⎦

，，W U

5．解：A P =(5,3,6)(,90)B Trans Rot x P

=10051

00

001002010300101000300160

10000

1050

001000100

011-⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎢

⎥⎢

⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢

⎥⎢

⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦=2281⎡⎤

⎢⎥-⎢⎥⎢⎥

⎢⎥⎣⎦

作业二

一、问答题

1．答：和一般的伺服系统或过程控制系统相比，机器人控制系统有如下特点：

(1) 机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关。

(2) 一个简单的机器人也至少有3~5个自由度，比较复杂的机器人有十几个、甚至几十个自由度。

(3) 把多个独立的伺服系统有机地协调起来，使其按照人的意志