专题讲解机器人基础.docx

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专题讲解机器人基础

机器人基础

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第六章操作臂的控制

一、选择题

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

二、简单题

1.机器人控制系统的基本单元有哪些？

2.从描述操作命令的角度看，机器人编程语言可分为哪几类？

3.仿人机器人的关键技术有哪些？

4.机器人控制的主要特点有哪些？

5.简述机器人基于关节坐标控制的基本思路。

6.机器人的控制层次分为哪几级？

7.机器人关节位置控制器的作用是什么。

三、分析题

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。

第五章操作臂动力学

一、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θ--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

二、简答题

1.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。

2.什么是广义坐标和广义力？

3.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？

第四章操作臂的雅可比

一、简答题

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supportLists]-->1.     

--[endif]-->速度雅可比矩阵与力雅可比矩阵有什么关系？

2.逆速度雅可比J-1出现奇异解的情况有哪些？

3.雅克比矩阵的力学意义是什么？

二、推导题

      试利用虚功原理推导机器人关节力矢量τ与相应的广义操作力矢量F之间的关系。

三、计算题：

1.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l1=l2=0.5m。

设在某时刻θ1=30°，θ2=-60°，求该时刻的关节速度。

已知两自由度机械手速度雅可比矩阵为J，且

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--[endif]-->。

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2.如图所示两自由度机械手在如图位置时（θ1=0,θ2=π/2），生成手爪力FA=[fx 0]T或FB=[0 fy]T。

求对应的驱动力τA和τB。

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--[endif]-->

3.如下所式，T坐标系经过一系列微分运动后，其改变量为dT。

求微分变化量（dx，dy，dz，δx，δy，δz）以及相对T坐标系的微分算子。

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第三章操作臂运动学

一、名词解释题：

1.机器人运动学：

2.机器人动力学：

3.虚功原理：

二、简答题

1．描述机器人连杆的参数有哪些？

2.机器人学主要包含哪些研究内容？

3.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。

三、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

四、计算题

1.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。

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2..如图所示为平面内的两旋转关节机械手，已知机器人末端的坐标值{x,y}，试求其关节旋转变量θ1和θ2。

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3.写出3R平面机械手的各连杆参数和运动学方程（末端相对于基件三臂长位1l、l2、l3）。

4.图所示为一个二自由度的机械手，两连杆长度均为1m，试建立各杆件坐标系，求出A1，A2的变换矩阵

第二章数学基础

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supportLists]-->一、

--[endif]-->简答题：

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supportLists]-->1.     

--[endif]-->解释刚体的位姿。

--[if!

supportLists]-->2.     

--[endif]-->刚体姿态是怎样描述的？

3.齐次向量是怎样定义的？

试举例说明之。

4．描述刚体姿态的绕X-Y-Z轴转动的角度都称作为什么？

二、推导题

1.推导旋转变换通式。

三、计算分析题

1.有一个向量P=3i+5j+2k,按如下要求将其表示成矩阵形式：

（1）比例因子为2

（2）将它表示为方向的单位向量

2.已知坐标系{B}的初始位姿与{A}重合，首先{B}相对于{A}的ZA轴转30°，再沿{A}的XA轴移动12单位，并沿{A}的YA轴移动6单位.求位置矢量APB0和旋转矩阵

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--[endif]-->。

设点p在{B}坐标系中的位置为BP=[3,7,0]T，求它在坐标系{A}中的位置AP.

3.固连在坐标系（

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--[endif]-->）上的点P

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--[endif]-->经历如下变换，求出变换后该点相对于参考坐标系的坐标。

（1）绕z轴旋转90度；

（2）接着绕y轴旋转90度；

（3）接着再平移[4，-3，7]。

4.坐标系F沿参考坐标系的x轴移动9个单位，沿z轴移动5个单位。

求新的坐标系位置。

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--[endif]-->

5.坐标系B绕x轴旋转90°，然后沿当前坐标系a轴做了3英寸的平移，然后在绕z轴旋转90，最后沿当前坐标系o轴做5英寸的平移。

（a）写出描述该运动的方程。

（b）求坐标系中的点p（1，5，4）相对于参考坐标系的最终位置。

6.固连在坐标系（

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--[endif]-->）上的点P

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--[endif]-->经历如下变换，求出变换后该点相对于参考坐标系的坐标。

（1）绕z轴旋转90度；

（2）接着绕y轴旋转90度；

（3）接着再平移[4，-3，7]。

7.对于下列坐标系，求解所缺元素的值，并用矩阵来表示这个坐标系。

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--[endif]-->

8.坐标系B绕x轴旋转90°，然后沿当前坐标系a轴做了3英寸的平移，然后在绕z轴旋转90，最后沿当前坐标系o轴做5英寸的平移。

（a）写出描述该运动的方程。

（b）求坐标系中的点p（1，5，4）相对于参考坐标系的最终位置。

9.计算表示

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--[endif]-->的矩阵

10.计算如下变换矩阵的逆。

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--[endif]-->

11.一个具有六个自由度的机器人的第五个连杆上装有照相机，照相机观察物体并测定它相对于照相机坐标系的位置，然后根据以下数据来确定末端执行器要到达物体所必须完成的运动。

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--[endif]-->      

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--[endif]-->        

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--[endif]-->

12.已知转动变换矩阵

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--[endif]-->

试求：

等效转轴与转角。

13.设工件相对于参考系{u}的描述为

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--[endif]-->，机器人基座相对于参考系的描述为

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--[endif]-->，已知：

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--[endif]-->

求：

工件相对于基座的描述PTB.

14.求点P=（2，3，4）T绕x轴旋转45度后相对于参考坐标系的坐标。

第一章绪论

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supportLists]-->一、

--[endif]-->名词解释

1.自由度：

2.机器人工作载荷：

3.示教再现式机器人：

4.工作空间：

5.承载能力：

--[if!

supportLists]-->二、

--[endif]-->简单题

--[if!

supportLists]-->1.     

--[endif]-->按坐标分类机器人可分为哪几类？

--[if!

supportLists]-->2.     

--[endif]-->简述机器人的定义。

--[if!

supportLists]-->3.     

--[endif]-->机器人的主要技术参数有哪些？

--[if!

supportLists]-->4.     

--[endif]-->简述机器人的基本组成？

--[if!

supportLists]-->5.     

--[endif]-->机器人可看成是由一系列（   ）通过（  ）串联起开的开式链。

--[if!

supportLists]-->6.     

--[endif]-->试运用机器人常用关节运动功能符号绘制圆柱坐标机器人机构简图。

--[if!

supportLists]-->7.     

--[endif]-->计算Stewart平台的自由度。

--[if!

supportLists]-->8.     

--[endif]-->机器人常用的驱动方式有哪些？

--[if!

supportLists]-->9.     

--[endif]-->常用机器人结构形式有哪些？

10．机器人是如何分代的？