机器人技术习题二

一、选择题（4选1，多于4个的为多选题；共20分，每小题2分）
1．当代机器人大军中最主要的机器人为：
1)．工业机器人
2)．军用机器人
3)．服务机器人
4)．特种机器人
2．手部的位姿是由哪两部分变量构成的？
1)．位置与速度
2)．姿态与位置
3)．位置与运行状态
4)．姿态与速度
3．动力学主要是研究机器人的：
1)．动力源是什么
2)．运动和时间的关系
3)．动力的传递与转换
4)．动力的应用
4．机器人轨迹控制过程需要通过求解__________获得各个关节角的位置控制系统的设定值。

1)．运动学正问题
2)．运动学逆问题
3)．动力学正问题
4)．动力学逆问题
5．传感器的基本转换电路是将敏感元件产生的易测量小信号进行变换，使传感器的信号输出符合具体工业系统的要求。

一般为：
1)．4～20mA、–5～5V
2)．0～20mA、0～5V
3)．-20mA～20mA、–5～5V
4)．-20mA～20mA、0～5V
6．传感器的输出信号达到稳定时，输出信号变化与输入信号变化的比值代表传感器的_______参数。

1)．抗干扰能力
2)．精度
3)．线性度
4)．灵敏度
7．6维力与力矩传感器主要用于
1)．精密加工
2)．精密测量
3)．精密计算
4)．精密装配
8．机器人控制系统在物理上分为两级，但在逻辑上一般分为如下三级：
1)．PID控制器
2)．位置控制器
3)．作业控制器
4)．运动控制器
5)．驱动控制器
6)．可编程控制器
9．日本日立公司研制的经验学习机器人装配系统采用触觉传感器来有效地反映装配情况。

其触觉传感器属于下列那种传感器？
1)．接触觉
2)．接近觉
3)．力/力矩觉
4)．压觉
10．模拟通信系统与数字通信系统的主要区别是什么？
1)．载波频率不一样
2)．信道传送的信号不一样
3)．调制方式不一样
4)．编码方式不一样
二、判断题（回答Y/N；共30分，每题2分）
1．机械手亦可称之为机器人。

2．完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人称为冗余自由度机器人。

3．关节空间是由全部关节参数构成的。

4．任何复杂的运动都可以分解为由多个平移和绕轴转动的简单运动的合成。

5．关节i的坐标系放在i-1关节的末端。

6．手臂解有解的必要条件是串联关节链中的自由度数等于或小于6。

7．对于具有外力作用的非保守机械系统，其拉格朗日动力函数L可定义为系统总动能与系统总势能之和。

8．轨迹插补运算是伴随着轨迹控制过程一步步完成的，而不是在得到示教点之后，一次完成，再提交给再现过程的。

9．由电阻应变片组成电桥可以构成测量重量的传感器。

10．格林（格雷）码被大量用在相对光轴编码器中。

11．激光测距仪可以进行散装物料重量的检测。

12．图像二值化处理便是将图像中感兴趣的部分置1，背景部分置2。

13．运动控制的电子齿轮模式是一种主动轴与从动轴保持一种灵活传动比的随动系统。

14．谐波减速机的名称来源是因为刚轮齿圈上任一点的径向位移呈近似于余弦波形的变化。

15．图像增强是调整图像的色度、亮度、饱和度、对比度和分辨率，使得图像效果清晰和颜色分明。

三、简答题（共30分，每题6分）
1．机器人是如何分代的？
2．机器人关节是如何定义的？机器人的两种关节类型是什么？
3．彩色图像与灰度图像的异同点。

4．气动马达相对于电动机的主要区别有哪些？
5．集控式足球机器人包括哪些子系统？
四、分析与计算题（共20分，每题10分）
1. 已知R 为旋转矩阵，b 为平移向量，试写出相应的齐次矩阵。

⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=010100001R ⎥⎥
⎥⎦
⎤
⎢⎢⎢⎣⎡--=523b
2．机器人轨迹控制过程如图所示。

试列出各步的主要内容。

参考答案：
一、选择题
1—1)；2—2)；3—3)；4—2)；5—1)；6—4)；7—4)；8—3)+4)+5)；9—3)；10—2) 二、判断题
1—Y ；2—Y ；3—Y ；4—Y ；5—N ；6—N ；7—N ；8—Y ；9—Y ；10—N ；11—Y ；12—N ；13—Y ；
14—N ；15—Y 三、简答题
1．机器人是如何分代的？
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。

2．机器人关节是如何定义的？机器人的两种关节类型是什么？
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。

3．彩色图像与灰度图像的异同点。

相同点：都是由像素构成，其分辨率为 m × n ，如：480 ×640 不同点：灰度图像为单色图像，仅给出各像素点的强度值I = f ( x, y )
彩色图像要给出各像素点三种“基色”——红、绿、蓝的强度值，即IR = fR ( x, y )，
IG = fG ( x, y )，IB = fB ( x, y )。

而各像素点的颜色为三基色的合
4．气动马达相对于电动机的主要区别有哪些？
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。

5．集控式足球机器人包括哪些子系统？
机器人小车子系统 机器人通信子系统 机器人视觉子系统 机器人决策子系统 机器人总控子系统 四、分析与计算题
1. 已知R 为旋转矩阵，b 为平移向量，试写出相应的齐次矩阵。

⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=010100001R ⎥⎥
⎥⎦
⎤
⎢⎢⎢⎣⎡--=523b
解：齐次矩阵为
⎥⎥
⎥⎥⎦
⎤⎢
⎢⎢
⎢⎣⎡---=1000501021003001A 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(θ1, …, θn )； 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。

试卷编号。