机器人技术习题集.docx
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机器人技术习题集
《机器人技术》习题集
第1章绪论
、选择题（4选1）
1•机器人的定义中，突出强调的是
1）.具有人的形象
2）.模仿人的功能
3）.像人一样思维
4）.感知能力很强
2.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
3.当代机器人主要源于以下两个分支：
1）.计算机与数控机床
2）.遥操作机与计算机
3）.遥操作机与数控机床
4）.计算机与人工智能
4.哪个国家曾经赢得了“机器人王国”的美称？
1）.美国
2）.英国
3）.日本
4）.中国
5.
般说来
机器人的精度主要依存于机械误差、控制算法误差与分辨率系统误差。
1）.绝对定位精度高于重复定位精度，
2）.重复定位精度高于绝对定位精度
3）.机械精度高于控制精度
4）.控制精度高于分辨率精度
、判断题（Y/N）
1.工业机器人亦称之为操作机。
2.机械手亦可称之为机器人。
3.工业机器人工作站是由一台或两台机器人所构成的生产体系。
4.只有两台以上的机器人互相配合才能构成机器人工作站。
5.机器人的自由度数目就是机器人本体上所具有的转轴数目。
6.机器人的自由度数目就是机器人本体上所具有的主动轴数目。
7.机器人的自由度数目就是机器人所具有独立坐标轴运动的数目。
&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。
9.机器人分辨率分为编程分辨率与控制分辨率，统称为系统分辨率。
10•承载能力是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。
三、简答题
1•什么是机器人学？
一般包括哪些内容？
2•机器人是如何分代的？
3•按照机器人的构成机构，机器人是如何进行分类的？
4•多关节型机器人的主要特点（优缺点）有哪些？
5.并联机器人的主要特点（优缺点）有哪些？
6•按照驱动方式的不同机器人分为哪几种类型？
7•什么是机器人的内部传感器和外部传感器？
举例说明之。
&根据机器人组成原理，机器人是由哪4部分组成？
9•机器人技术的相关学科有哪些？
10.机器人学科的知识构成主要包括哪些内容？
11.什么是机器人死区（deadzone）?
四、分析与计算题
1.机器人的应用和普及会不会引起大量人员失业，造成严重的社会问题?
第2章空间、坐标与变换
、选择题（4选1）
1.一个刚体在空间运动具有几个自由度?
1）.3个
2）.4个
3）.5个
4）.6个
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
、判断题（Y/N）
1.一、二、三维空间可以是几何空间，也可以不是几何空间。
2.高维空间是一个虚拟的空间，但它也是非常实际的。
3.高维向量是由高维空间扩展而成的。
4.关节空间是由全部关节参数构成的。
5.正交变换矩阵R为正交矩阵。
6.正交坐标变换矩阵R实现了由基坐标系B到手坐标系H的正交坐标变换。
7.齐次矩阵将转动和移动组合在一个4X4矩阵中。
&如果是相对于基坐标系B的运动，其相应的齐次变换矩阵左乘原齐次变换矩阵。
9.如果是相对于手坐标系H的运动，其相应的齐次变换矩阵左乘原齐次变换矩阵。
10.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。
11•复合运动齐次矩阵的建立是由全部简单运动齐次矩阵求和所形成的。
12.一般说来，齐次矩阵的乘积满足交换律。
13.齐次变换矩阵的建立过程，便是在为机构建立运动模型的过程。
三、简答题
1.描述刚体姿态的绕X-Y-Z轴转动的角度都称作为什么?
2•齐次向量是怎样定义的？
试举例说明之。
四、分析与计算题
1•试判断下列矩阵是否是正交矩阵?
0-10
1）100
001一
100
2）001
卫_10一
001
3）100
【°11一
0-10
4）—100
:
.001一
010
5）01-1
【100」
2.齐次矩阵表示为
■?
-1
-1
一？
3.已知R为旋转矩阵,
01
1
，利用齐次矩阵的性质求出矩阵中“？
”符
b为平移向量，试写出相应的齐次矩阵。
的元素。
100
R=001
_-5
0-10
4.用齐次矩阵表示如下顺序的运动：
（1）绕Z轴转动90度；
（2）绕X轴转动-90度；
（3）移动（3，乙9）。
5.当动坐标先绕基坐标Z轴转动90度，再绕基坐标X轴转动-90度，再在基坐标上移动（3，7，9）。
试用齐次坐标法描述当前动坐标的位姿。
6.手坐标上的向量a=[020]T，先沿基坐标Yb轴移动10为b，再分别绕基坐标Xb轴和手坐标Xh轴转-90分别为c和d，试通过齐次变换矩阵，计算该向量变换后的基座标值。
7.已知坐标系中点U的位置矢量U=[7321]T,将此点绕Z轴旋转90°再绕Y轴旋转90°求旋转变换后所得的点W。
第3章机器人运动学
、选择题（4选1）
1.对于转动关节而言，关节变量是D-H参数中的
1）.关节角
2）.杆件长度
3）.横距
4）.扭转角
2.对于移动（平动）关节而言，关节变量是D-H参数中的
1）.关节角
2）.杆件长度
3）.横距
4）.扭转角
3.运动正问题是实现如下变换：
1）.从关节空间到操作空间的变换
2）.从操作空间到迪卡尔空间的变换
3）.从迪卡尔空间到关节空间的变换
4）.从操作空间到关节空间的变换
4.运动逆问题是实现如下变换：
1）.从关节空间到操作空间的变换
2）.从操作空间到迪卡尔空间的变换
3）.从迪卡尔空间到关节空间的变换
4）.从操作空间到任务空间的变换
、判断题（Y/N）
1.串联关节机器人的关节坐标序号排列是从手部末端顺序排到基座。
2.机构关节数的计算是将全部主动关节和被动关节数求和。
3.关节i的坐标系放在i-1关节的末端。
4.关节i的效应表现在i关节的末端。
5.形成手臂解多解性的主要原因是求反三角函数的值不唯一。
6•速度运动学是讨论运动的几何学及与时间有关的量，即讨论机器人速度的运动学问题。
7•速度运动学的正问题是将关节空间的速度变换为操作空间的速度，其变换关系为雅克比矩阵。
&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。
9•串联关节机器人的正运动学问题求解易，逆运动学问题求解难。
10•并联关节机器人的正运动学问题求解易，逆运动学问题求解难。
三、简答题
1•机器人关节是如何定义的？
机器人的两种关节类型是什么?
2.根据D-H方法定义的4个关节参数是什么？
3•什么是位置运动学、正向运动学和逆向运动学？
4.雅克比矩阵的力学意义是什么？
四、分析与计算题
-
cQ
0
-sQ
0〕
C&2
0
01
A=
sQ
0
eg
0
A2=
S$2
0
-e日2
0
0
-1
0
0
0
1
0
d2
0
0
0
1_
11
0
0
0
1一
1、2的齐次变换矩阵分别为
2.
如图所示具有转动关节的单手臂和手腕。
已知手部起始位姿矩阵为
试写出手部坐标系｛G2｝及｛G3｝的矩阵表达式。
3.有一旋转变换，先绕固定坐标系Zo轴转45°再绕其X。
轴转30°,最后绕其丫。
轴转60°试求该齐
次坐标变换矩阵。
4.动坐标系｛B｝起初与固定坐标系｛0｝相重合，现坐标系｛B｝绕Zb旋转30°然后绕旋转后的动坐标系的Xb轴旋转45°试写出该坐标系｛B｝的起始矩阵表达式和最后矩阵表达式。
第4章机器人动力学
、选择题（4选1）
1•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
2.动力学的研究内容是将机器人的联系起来。
1）.运动与控制
2）.传感器与控制
3）.结构与运动
4）.传感系统与运动
3.机器人终端效应器（手）的力量来自哪里？
1）.机器人的全部关节
2）.机器人手部的关节
3）.决定机器人手部位置的各关节
4）.决定机器人手部位姿的各个关节
4.在）-r操作机动力学方程中，其主要作用的是
1）.哥氏项和重力项
2）.重力项和向心项
3）.惯性项和哥氏项
4）.惯性项和重力项
、判断题（Y/N）
1.动力学逆问题是根据各关节的驱动力（或力矩），求解机器人的运动（关节位移、速度和加速度），主
要用于机器人的仿真。
2.动力学逆问题是已知机器人关节的位移、速度和加速度，求解所需要的关节力（或力矩），是实时控
制的需要。
3.在动力学中，研究构件质心的运动使用牛顿方程，研究相对于构件质心的转动使用欧拉方程。
4.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。
5.在机器人动力学关节转矩表达式中，由于其重力项随位姿变化很大，常常将其忽略。
三、简答题
1.什么是广义坐标和广义力?
2•应用拉格朗日方程（函数）求解机器人动力学问题的优点是什么?
四、分析与计算题
1.试列出如图所示2转动关节机器人的Lagrange函数。
图二自由度机器人动力学方程的建立
第5章机器人轨迹规划
、选择题（4选1）
1.对于有规律的轨迹，仅示教几个特征点，计算机就能利用获得中间点的坐标。
1）.优化算法
2）.平滑算法
3）.预测算法
4）.插补算法
2.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
3.所谓无姿态插补，即保持第一个示教点时的姿态，在大多数情况下是机器人沿运动时出现。
1）.平面圆弧
2）.直线
3）.平面曲线
4）.空间曲线
4.定时插补的时间间隔下限的主要决定因素是：
1）.完成一次正向运动学计算的时间
2）.完成一次逆向运动学计算的时间
3）.完成一次正向动力学计算的时间
4）.完成一次逆向动力学计算的时间
5•为了获得非常平稳的加工过程，希望作业启动（位置为零）时：
1）.速度为零，加速度为零
2）.速度为零，加速度恒定
3）.速度恒定，加速度为零
4）.速度恒定，加速度恒定
二、判断题（Y/N）
1•机器人轨迹泛指工业机器人在运动过程中所走过的路径。
2•轨迹规划与控制就是按时间规划和控制手部或工具中心走过的空间路径。
3•工业机器人轨迹规划可以在关节空间进行插补，也可以在笛卡尔空间进行插补。
4•插补方式分为点位控制（PTP控制）和连续轨迹控制（CP控制），可是连续轨迹控制最终还是实现点位控制。
5•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。
6.
（插
空间直线插补是在已知该直线始点、末点和中点的位置和姿态的条件下，进而求出轨迹上各点
补点）的位置和姿态。
三、简答题
1•什么是定时插补和定距插补？
分别在什么场合下应用？
2•当让机器人完成螺栓抓紧与插入过程时，试描述机器人手部位姿结点序列包括哪些内容。
四、分析与计算题
1.机器人轨迹控制过程如图所示。
试列出各步的主要内容。
2.试说明，机器人轨迹控制过程中，为什么控制系统的控制频率要远高于插补运算的频率?
第6章机器人感觉技术与传感器
、选择题（4选1，多于4个的为多选题）
1.完整的传感器应包括下面哪三部分？
1）.敏感元件
2）.计算机芯片
3）.转换元件
4）.模数转换电路
5）.基本转换电路
6）.微波通信电路
2•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
3.应用通常的物理定律构成的传感器称之为
1）.物性型
2）.结构型
3）.—次仪表
4）.二次仪表
4.利用物质本身的某种客观性质制作的传感器称之为
1）.物性型
2）.结构型
3）.一次仪表
4）.二次仪表
5.应用电容式传感器测量微米级的距离，应该采用改变的方式。
1）.极间物质介电系数
2）.极板面积
3）.极板距离
4）.电压
6.压电式传感器，即应用半导体压电效应可以测量
1）.电压
2）.亮度
3）.力和力矩
4）.距离
7.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
&传感器在整个测量范围内所能辨别的被测量的最小变化量，或者所能辨别的不同被测量的个数，被称之为传感器的。
1）.精度
2）.重复性
3）.分辨率
4）.灵敏度
9.增量式光轴编码器一般应用—套光电元件，从而可以实现计数、测速、鉴向和定位。
1）.一
2）.二
3）,三
4）.四
10.测速发电机的输出信号为
1）.模拟量
2）.数字量
3）•开关量
4）.脉冲量
11.用于检测物体接触面之间相对运动大小和方向的传感器是：
1）.接近觉传感器
2）.接触觉传感器
3）.滑动觉传感器
4）.压觉传感器
12.6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
13.GPS全球定位系统，只有同时接收到_颗卫星发射的信号，才可以解算出接收器的位置。
1）.2
2）.3
3）.4
4）.6
14.图像工程是一门系统地研究各种图像理论、技术和应用的新的交叉学科。
研究内容包括：
、三个层次及它们的工程应用。
1）.图像获取
2）.图像处理
3）.图像增强
4）.图像恢复
5）.图像分析
6）.图像理解
15.机器视觉系统主要由三部分组成：
1）.图像的获取
2）.图像恢复
3）.图像增强
4）.图像的处理和分析
5）.输出或显示
6）.图形绘制
、判断题（Y/N）
1.结构型传感器的结构比起物性型传感器的结构相对简单。
2.结构型传感器的原理比起物性型传感器的原理相对清晰。
3.电感式传感器只能检测与铁磁性物体间的距离。
4.电动机上的绝对光轴编码器是用来检测运动加速度的。
5.由电阻应变片组成电桥可以构成测量重量的传感器。
6.借助于电磁波和声波可以构成接触型传感器。
7.传感器的精度是反映传感器输出信号与输入信号之间的线性程度。
&传感器的精度是指传感器的测量输出值与实际被测量值之间的误差。
9.传感器的重复性是指在其输入信号按同一方式进行全量程连续多次测量时，相应测试结果的变化程度。
10.绝对光轴编码器大量使用二进制编码码盘。
11•格林（格雷）码被大量用在相对光轴编码器中。
12•增量式编码器比起绝对式编码器加工难、安装严、体积大、价格高。
13•采用两个码盘脉冲为一个时间间隔，然后用计数器记录在这段时间里高速脉冲源发出的脉冲数。
用这样的方法可以提高位置的测量精度。
14•电涡流式传感器可以用来检测与任何物体间的距离。
15•用光纤制作接近觉传感器可以用来检测机器人与目标物间较远的距离。
16•超声波传感器对于水下机器人的作业是不可或缺的。
17•激光测距仪可以进行散装物料重量的检测。
18•红外距离传感器（红外测距仪）相对而言，测距的准确度不高，测量距离相对较短，而由于价格低，也很适合于机器人应用。
19•机器视觉是指用计算机实现人的视觉功能一一对客观世界的三维场景的感知、识别和理解。
20•灰度直方图的均衡化是实现图像增强的主要方法之一。
21.数字信号处理DSP（DigitalSignalProcessing）包括对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等方面。
22.数字信号处理器（DigitalSignalProcessor）,也称为DSP芯片，是近几年发展起来的适于高速运算的集成电路。
23.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。
24.
计算机视觉学科中绝大多数问题为病态问题，既难以求解或解不唯一。
三、简答题
1•什么是传感器？
2•彩色图像与灰度图像的异同点。
四、分析与计算题
1•荷重传感器应变片贴制与平衡电桥如图所示，试分析加上载荷后，电桥极性如何变化。
2•夹持力觉传感器如右图所示。
已知：
MA=100Nmm
MB=200Nmm
Lb-La二50mm
求受力大小F和力作用点距离La。
第7章机器人控制
、选择题（4选1，多于4个的为多选题）
1•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
2.在伺服电机的伺服控制器中，为了获得高性能的控制效果，一般具有3个反馈回路，分别是:
1）.电压环
2）.电流环
3）.功率环
4）.速度环
5）.位置环
6）.加速度环
3.操作机手持粉笔在黑板上写字，在哪个方向只有力的约束而无速度约束？
1）.X轴
2）.Y轴
3）.Z轴
4）.R轴
4.如果末端装置、工具或周围环境的刚性很高，那么机械手要执行与某个表面有接触的操作作业将会变得相当困难。
此时应该考虑：
1）.柔顺控制
2）.PID控制
3）.模糊控制
4）.最优控制
5.示教-再现控制为一种在线编程方式，它的最大问题是：
1）.操作人员劳动强度大
2）.占用生产时间
3）.操作人员安全问题
4）.容易产生废品
、判断题（Y/N）
1.机器人控制系统主要对机器人工作过程中的动作顺序、应到达的位置及姿态、路径轨迹及规划、动作时间间隔，以及末端执行器施加在被作用物上的力和力矩等进行控制。
2.步进电动机一般作为闭环伺服系统的执行机构。
3.为改变三相反应式步进电机转子的运动方向，需要改变各相脉冲的频率。
4.GM-400元东控制器中，将增量编码器得到的位置信息，通过4倍频及加、减计数，可以提高位置
检测精度。
5.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。
6•示教-再现控制的给定方式中分直接示教和间接示教。
直接示教便是操作人员通过手动控制盒上的按键，编制机器人的动作顺序，确定位置、设定速度或限时。
7•通过操作机终端机械结构的变形来适应操作过程中遇到的阻力的柔顺控制称之为主动柔顺。
&采用一个力反馈或组合反馈的柔顺控制系统称之为主动柔顺控制。
9.控制系统中涉及传感技术、驱动技术、控制理论和控制算法等。
三、简答题
1.机器人控制的主要特点有哪些？
2.步进电动机的特点有哪些？
3.PWM调速的原理是什么？
4.PWM调速特点有哪些？
5.气动马达相对于电动机的主要区别有哪些？
6.GM-400运动控制起具有哪4种运动控制模式?
四、分析与计算题
1.为什么三相六拍通电方式比三相单三拍通电方式能够得到小的步距角和较好的输出性能？
2.试对直流伺服方案和交流伺服方案进行比较。
3.简要介绍双向旋转的叶片式马达工作原理。
4.试列出直流电机电压平衡方程式和转矩平衡方程式，并指出机械部分与电气部分的耦合关系。
第8章工业机器人
一、选择题（4选1，多于4个的为多选题）
1.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
2.谐波减速器特别适用于工业机器人的哪几个轴的传动？
1）.
S
轴
2）.
L
轴
3）.
U
轴
4）.
R
轴
5）.
B
轴
6）.
T
轴
3.RV摆线针轮减速器特别适用于工业机器人的哪几个轴的传动?
1）.S轴
2）.L轴
3）.U轴
4）.R轴
5）.B轴
6）.T轴
二、判断题（Y/N）
1•日本日立公司研制的经验学习机器人装配系统的学习功能主要表现在记住前一次的误差，在后面的操控中主动进行调整。
2•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。
3.变位机的运动数（自由度）主要取决于被加工件的大小。
4.三自由度手腕能使手部取得空间任意姿态。
5.机器人末段执行器的基点P是R轴、B轴和T轴中心线的交点。
6.EP-500S机器人弹簧平衡机构主要用于平衡大小臂关节的重力矩。
三、简答题
1•弧焊机器人的周边设备主要包括哪些部分？
2•变位机对于焊接机器人的作用是什么？
3.谐波传动的特点主要表现在：
4.6轴工业的各轴功能是什么？
5.GRC通用机器人控制系统的主要技术特点有哪些?
四、分析与计算题
1.三自由度手腕理论上可以有几种结合方式？
具有实际意义的又有几种结合方式，试绘出结合方式示意图。
第9章足球机器人
、选择题（4选1，多于4个的为多选题）
1•集控式足球机器人的智能主要表现在哪两个子系统？
1）.机器人小车子系统
2）.机器人通信子系统
3）.机器人视觉子系统
4）.机器人决策子系统
5）.机器人总控子系统
2.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
3.CCD（ChargeCoupledDevice）摄像头输出信号为帧/秒（fpsframepersecond）。
1）.20
2）.25
3）.30
4）.50
4.CCD摄像头采用电视PAL标准，每帧图像由—场构成。
1）.1
2）.2
3）.3
4）.4
、判断题（Y/N）
1.所谓调制就是载波的某参数随基带信号规律而变化的一种过程。
可以调整载波的频率和幅值，但是无法调整载波的相位。
2.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。
3•图像恢复指是的光学镜头几何形变的矫正，补偿由于光学镜头所带来的图像畸变。
4•图像压缩是减少图像信息容量以提高系统的响应速度的图像处理方法。
5•足球机器人决策子系统是一类知识型系统，涉及到复杂的基于知识的推理过程和形象思维。
6•集控式足球机器人的各种动作都是通过机器人小车的线速度、角速度、位移和轨迹来实现的，最
终都落实到小车左、右轮速的计算，都落实到VL、VR函数的设计上。
7.东大牛牛机器人足球队是中国第一支夺得世界杯冠军的代表队，填补了国内空白。
三、简答题
1.人工智能领域的专家学者对于机器人足球做出什么大胆的设想（dream）?
2.集控式足球机器人包括哪些子系统？
3.自主机器人车（人）载电源的选择原则是什么？
4.足球机器人视觉系统的有利与不利条件有哪些？
5.
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