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⎥⎥⎥⎥⎦

⎤

⎢

⎢⎢

⎢⎣⎡--=10020110

0010w z y x A ，根据齐次矩阵的性质，故w =0.

由于

⎥⎦

⎤⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎦

⎤

⎢

⎢⎢⎢⎣⎡--=10100

020*******P R z y x A ， 因为R 正交矩阵，

⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--==010010z y x I RR T ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--001100z y x =⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢

⎢⎣⎡++1122

2z yz xz

yz y xy xz xy

x 比较对角线元素，⎪⎩

⎪⎨⎧=+==+1

1111222z y x ⎪⎩⎪

⎨⎧=±==∴010

z y x

此时可以用直角坐标三轴的相互关系决定取舍：

（取正） ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢

⎢⎢

⎢⎣⎡--=1000201010

0101

00A 符合右手关系，可以是解。取负则不对了。

（取负）

⎥⎥⎥⎥⎦

⎤⎢

⎢⎢⎢⎣⎡---=1000

201010010100

A 3.

解：齐次矩阵为

⎥⎥

⎥⎥⎦

⎤⎢

⎢⎢

⎢⎣⎡---=10005010210030

01A 4．

解：

⎥⎥

⎥⎥⎦⎤⎢

⎢⎢⎢⎣⎡-=100

00100000

10010)90,( z Rot ⎥⎥

⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢

⎢⎣⎡-=-100000100100000

1)90,( x Rot ⎥

⎥

⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢

⎢⎣⎡=1000

91007010

3001)973(Trans 5．

Y 0 Z 0

X 0

Z H X H

Y H

X H