机器人学蔡自兴答案

机器人学蔡自兴答案【篇一：机器人学导论复习题及参考答案新】lass=txt机器人学导论一、名词解释题：二、简答题：1.机器人学主要包含哪些研究内容？2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义？4.机器人控制系统的基本单元有哪些？三、论述题：1.试论述机器人技术的发展趋势。2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。4.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。四、计算题：（需写出计算步骤，无计算步骤不能得分）：位得到点t。求u,v,w,t各点的齐次坐标。2.如图所示为具有三个旋转关节的3r机械手，求末端机械手在基坐标系{x0,y0}下的运动学方程。11pfx?0??5.如图所示的两自由度机械手，手部沿固定坐标系在手上x0轴正向以1.0m/s的速度移动，杆长可比矩阵为??l1s?1?l2s12j???l1c?1?l2c12?l2s12??l2c12?26.如图所示的三自由度机械手（两个旋转关节加一个平移关节，简称rpr机械手），求末端机械手的运动学方程。参考答案一、名词解释题：二、简答题：1.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。2.答：目前常用的有如下几种形式：(1)横梁式。机身设计成横梁式，用于悬挂手臂部件，具有占地面积小，能有效地利用空间，直观等优点。(2)立柱式。多采用回转型、俯仰型或屈伸型的运动型式，一般臂部都可在水平面内回转，具有占地面积小而工作范围大的特点。(3)机座式。可以是独立的、自成系统的完整装置，可随意安放和搬动。也可以具有行走机构，如沿地面上的专用轨道移动，以扩大其活动范围。(4)屈伸式。臂部由大小臂组成，大小臂间有相对运动，称为屈伸臂，可以实现平面运动，也可以作空间运动。3.答：拉格朗日运动方程式一般表示为：d??l??l???qdt??ql?k?p这里，k是动能；p是位能。4.答：构成机器人控制系统的基本要素包括：(1)电动机，提供驱动机器人运动的驱动力。(2)减速器，为了增加驱动力矩、降低运动速度。(3)驱动电路，由于直流伺服电动机或交流伺服电动机的流经电流较大，机器人常采用脉冲宽度调制（pwm）方式进行驱动。(4)运动特性检测传感器，用于检测机器人运动的位置、速度、加速度等参数。(5)控制系统的硬件，以计算机为基础，采用协调级与执行级的二级结构。(6)控制系统的软件，实现对机器人运动特性的计算、机器人的智能控制和机器人与人的信息交换等功能。三、论述题：1.答：科学技术水平是机器人技术的基础，科学与技术的发展将会使机器人技术提高到一个更高的水平。未来机器人技术的主要研究内容集中在以下几个方面：(1)工业机器人操作机结构的优化设计技术。探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载-自重比，同时机构向着模块化、可重构方向发展。(2)机器人控制技术。重点研究开放式、模块化控制系统，人机界面更加友好，语言、图形编程界面正在研制之中。3机器人控制器的标准化和网络化以及基于pc机网络式控制器已成为研究热点。(3)多传感系统。为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。(4)机器人遥控及监控技术，机器人半自主和自主技术。多机器人和操作者之间的协调控制，通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。(5)虚拟机器人技术。基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感应技术，实现机器人的虚拟遥控操作和人机交互。(6)多智能体控制技术。这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。(7)微型和微小机器人技术。这是机器人研究的一个新的领域和重点发展方向。过去的研究在该领域几乎是空白，因此该领域研究的进展将会引起机器人技术的一场革命，并且对社会进步和人类活动的各个方面产生不可估量的影响，微型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控制方，法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。(8)软机器人技术。主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。传统机器人设计未考虑与人紧密共处，因此其结构材料多为金属或硬性材料，软机器人技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机器人意外地与环境或人碰撞时是安全的，机器人对人是友好的。(9)仿人和仿生技术。这是机器人技术发展的最高境界，目前仅在某些方面进行一些基础研究。2.答：精度、重复精度和分辨率用来定义机器人手部的定位能力。精度是一个位置量相对于其参照系的绝对度量，指机器人手部实际到达位置与所需要到达的理想位置之间的差距。机器人的精度决定于机械精度与电气精度。重复精度指在相同的运动位置命令下，机器人连续若干次运动轨迹之间的误差度量。如果机器人重复执行某位置给定指令，它每次走过的距离并不相同，而是在一平均值附近变化，该平均值代表精度，而变化的幅度代表重复精度。分辨率是指机器人每根轴能够实现的最小移动距离或最小转动角度。精度和分辨率不一定相关。一台设备的运动精度是指命令设定的运动位置与该设备执行此命令后能够达到的运动位置之间的差距，分辨率则反映了实际需要的运动位置和命令所能够设定的位置之间的差距。工业机器人的精度、重复精度和分辨率要求是根据其使用要求确定的。机器人本身所能达到的精度取决于机器人结构的刚度、运动速度控制和驱动方式、定位和缓冲等因素。由于机器人有转动关节，不同回转半径时其直线分辨率是变化的，因此造成了机器人的精度难以确定。由于精度一般较难测定，通常工业机器人只给出重复精度。各连杆的质量，绕质量中心的惯性矩，连杆的质量中心与关节轴的距离有关。运动学、静力学和动力学中各变量的关系如下图所示。图中用虚线表示的关系可通过实线关系的组合表示，这些也可作为动力学的问题来处理。1.解：点u的齐次坐标为：?7,3,2,1?4t?0?100??7???3???10??3??000??2???7??12???0001????1????1???0010???3??2????1??7?000??2??3???0001????1????1???1004??2??6???t=trans(4,-3,7)w=?010?3??????7?4?0017??3?????10???0001????1????1??2.解：建立如图1的参考坐标系，则?c?s?s?1100??c220l1??c30tsc100??1=?1??001,1t=?s2c200???0?2?0010?,2t=?s33?0??01????01????0y图1?c?s?1231230l1c1?l2c12?0t012ts123c1230l?1s1?l2s123=t1t23=???0010???01??5?s30l2?c300??010?01??【篇二：工业机器人技术课后作业】人》大作业学期：2014～2015学年第一学期指导教师：李敏姓名：学号：年级、专业：2011级机制班西南交通大学峨眉校区机械工程系2.6已知齐次变换矩阵?0?0h=???1??0100?100000?0??0??1?要求rot(?,?)=h。确定?和?的值?0?0解：?h????1??0100?100000??nx?0?ox?1?ax?0?0????，?由式（2.46）得?ny?0；?oy?0；?ay??1；?0?n??1?o?0?a?0??z?z?z1?由式（2.48）得：cos??111(nx?oy?az?1)?(0?0?0?1)??222又：把旋转规定为绕矢量?的正向旋转，使得0≤?≤180?，故??120?。由式（2.52）得：?x?oz?ay2sin???3?y?ax?nz；??2sin?ny?ox2sin????3?z??????????综上，?=??，??120。???????2.10{a}和{b}两坐标系仅仅方向不同。坐标系{b}是这样得到的：首先与坐标系{a}重合，然后绕单位矢量?旋转?弧度，即rb?rb(a???)??z0?x0fx?y????x?0??fy???fx?0???0求证arb?e??，式中?????z???y?证明：?ef??0??cos??fsin?且f??fz??fy??fzsin?0fxsin??fz?ef??0??cos???fzsin???fysin??fysin????0?根据式（2.45）和式（2.47），令r=rot(???)即?nx?n?y?nz??0oxoyoz0axayaz00??fxfxvers??c??ffvers??fs?0?z???xy0??fxfzvers??fys???1??0fyfxvers??fzs?fyfyvers??c?fyfzvers??fxs?fzfxvers??fys?fzfyvers??fxs?fzfzvers??c?由已知：arb?rb(a???),将此式作式（b）变换，可得fxfyvers?=0，即1-cos?=0，则?=90?。所以：式（a）变为ef??nx?n式（b）变为?y?nz??0?0???fzsin???fysin???fzsin?0fxsin?fysin????0?oxoyoz0axayaz00??0?fs?0????z0???fys???1??0?fzs?0fxs?0fys??fxs?00再对ef?作齐次变换，根据式(a?)和式(b?)可得ef??rb(a???)所以arb?ef?。命题得证。3.3图3.18所示三自由度机械手，其关节1与2相交，而关节2与关节3平行。图中所有关节均处于零位，各关节转角的正向均由箭头示出。指定本机械手各连杆的坐标系，然后求各变换矩阵0t1,1t2和2t3。解：对于末端执行器而言，因为单独指定了末端执行器的坐标系，则要确定末端执行器与最后一个坐标系之间的变换关系。进行各连杆的坐标系建立，如下图所示：连杆3的坐标系与末端执行器的坐标系相重合。机械手的d-h参数值见表1。表1：机械手的连杆参数注：关节变量?1??2??3??4?0将表中的参数带入得到各变换矩阵分别为：?1?00t1=??0??0000??1?00?10?1?;t2=??010l1?l2???001??01000l3??1?000?2?;t3=??010???01??01000l4?00??;10??01?同时还可以求得：?1?03t末=??0??0010000100?0??0??1?【篇三：机器人作业】/p二十一世纪以来，随着工业化程度的不断加深，工业自动化水平的提升，机器人技术逐渐被世界各国所重视。机器人技术被认为是对未来新兴技术发展具有重要意义的高新技术之一，更是作为中国实现从制造大国到制造强国不可缺少的技术支持。欧盟在第七次框架计划（fp7）中规划了“认知系统与机器人技术”研究、美国启动了“美国国家机器人计划”、日本发布了“新产业发展战略”明确了机器人产业为重点发展产业、韩国早在2009的《智能机器人》和2012的“机器人未来战略展望2022”中将政策的焦点放到了机器人产业上，我国在国家技术研究计划（863计划）、国家自然科学基金、国家科技重大专项等规划中对机器人技术研究给予了极大的重视。同时在十二五规划将服务机器人产业培育成我国未来战略性新兴产业作为目标，而且在刚为将中国从制造大国发展成制造强国而提出中的《中国制造2025》更是将机器人技术和高档数控机床一道作为大力推动的重点领域之一。由此看来，机器人技术是未来技术发展的方向，对国民经济发展的发展将有重大意义。现代机器人的诞生和机器人学的建立是二十世纪以来人类科学史上一项重大成就，是科学技术向现实生产力转化的里程碑的产物，具有跨时代的意义。它融合了机械、电子、传感器、计算机、人工智能等许多学科的知识，涉及到许多领域的前沿技术。机器人是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各