1、机器人基础考试试题重点重庆理工大学二简答题1.智能机器人的所谓智能的表现形式是什么？答:推理判断、记忆 2.机器人分为几类？答:首先，机器人按应用分类可分为工业机器人、极限机器人、娱乐机器人。1)工业机器人有搬运、焊接、装配、喷漆、检验机器人，主要用于现代化的工厂与柔性加工系统中。2)极限机器人主要是指用在人们难以进入的核电站、海底、宇宙空间进展作业的机器人，包括建筑、农业机器人。3)娱乐机器人包括弹奏机器人、舞蹈机器人、玩具机器人等。也有根据环境而改变动作的机器人。其次，按照控制方式机器人可分为操作机器人、程序机器人、示教机器人、智能机器人与综合机器人。3. 机器人由哪几局部组成？机器人由三
2、大局部六个子系统组成。三大局部是机械局部、传感局部与控制局部。六个子系统是驱动系统、机械构造系统、感受系统、机器人一环境交换系统、人机交换系统与控制系统。4. 什么是自由度？答:人们把构建相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为自由度。5. 机器人技术参数有哪些？各参数的意义是什么？答:机器人技术参数有:自由度、精度、工作范围、速度、承载能力1自由度：是指机器人所具有的独立坐标轴的数目，不包括手爪末端操作器的开合自由度。在三维空间里描述一个物体的位置与姿态需要六个自由度。但是，工业机器人的自由度是根据其用途而设计的，也可能小于六个自由度，也可能大于六个自由度。2精度：工业机器人的精度是指定位精
3、度与重复定位精度。定位精度是指机器人手部实际到达位置及目标位置之间的差异。重复定位精度是指机器人重复定位其手部于同一目标位置的能力，可以用标准偏差这个统计量来表示，它是衡量一列误差值的密集度即重复度。3工作范围：是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也叫工作区域。4速度；速度与加速度是说明机器人运动特性的主要指标。5)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。承载能力不仅取决于负载的质量，而且还及机器人运行的速度与加速度的大小与方向有关。为了平安起见，承载能力这一技术指标是指高速运行时的承载能力。通常，承载能力不仅指负载，而且还包括机器人末端操作器的质量。6
4、. 机器人手腕有几种？试述每种手腕构造。答：机器人的手臂按构造形式分可分为单臂式，双臂式及悬挂式按手臂的运动形式区分，手臂有直线运动的。如手臂的伸缩，升降及横向移动，有回转运动的如手臂的左右回转上下摆动有复合运动如直线运动与回转运动的组合。2直线运动的组合2回转运动的组合。手臂回转运动机构，实现机器人手臂回转运动的机构形式是多种多样的，常用的有叶片是回转缸，齿轮转动机构，链轮传动与连杆机构手臂俯仰运动机构，一般采用活塞油气缸及连杆机构联用来实现手臂复合运动机构，多数用于动作程度固定不变的专用机器人。7. 机器人机座有几种？试述每种机座构造。答：机器人几座有固定式与行走时2种1)固定式机器人的级
5、左右直接接地地面根底上，也可以固定在机身上2)移动式机器人有可分为轮车机器人，有3组轮子组成的轮系四轮机器人三角论系统，全方位移动机器人，2足步行式机器人，履带行走机器人8. 试述机器人视觉的构造及工作原理答:机器人视觉由视觉传感器摄像机与光源控制计算器与图像处理机组成原理：由视觉传感器讲景物的光信号转换成电信号经过A/D转换成数字信号传递给图像处理器，同时光源控制器与32 摄像机控制器把把光线，距离颜色光源方向等等参数传递给图像处理器，图像处理器对图像数据做一些简单的处理将数据传递给计算机最后由计算器存储与处理。9. 工业机器人控制方式有几种？答：工业机器人的控制方式多种多样，根据作业任务的
6、不同，主要分为点位控制方式、连续轨迹控制方式、力力矩控制方式与智能控制方式。1点位控制方式PTP这种控制方式的特点是只控制工业机器人末端执行器在作业空间中某些规定的离散点上的位姿。控制时只要求工业机器人快速、准确地实现相邻各点之间的运动，而对到达目标点的运动轨迹那么不作任何规定。这种控制方式的主要技术指标是定位精度与运动所需的时间。2连续轨迹控制方式CP这种控制方式的特点是连续的控制工业机器人末端执行器在作业空间的位姿，要求其严格按照预定的轨迹与速度在一定的精度范围内运动，而且速度可控，轨迹光滑，运动平稳，以完成工作任务。3力力矩控制方式在完成装配、抓放物体等工作时，除要准确定位外，还要求使用
7、适度的力或力矩进展工作，这时就要利用力力矩伺服方式。这种方式的控制原理及位置伺服控制原理根本一样，只不过输入量与反应量不是位置信号，而是力力矩信号，因此系统中必须有力力矩传感器。有时也利用接近、滑动等传感功能进展自适应式控制。4智能控制方式机器人的智能控制时通过传感器获得周围环境的知识，并根据自身内部的知识库做出相应的决策。采用智能控制技术，使机器人具有了较强的适应性及自学习功能。智能控制技术的开展有赖于近年来人工神经网络、基因算法、遗传算法、专家系统等人工智能的迅速开展。10. 机器人参数坐标系有哪些？各参数坐标系有何作用？答:工业机器人的坐标形式有直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐标
8、型与平面关节型。1直角坐标/笛卡儿坐标/台架型3P这种机器人由三个线性关节组成，这三个关节用来确定末端操作器的位置，通常还带有附加道德旋转关节，用来确定末端操作器的姿态。这种机器人在X、Y、Z轴上的运动是独立的，运动方程可独立处理，且方程是线性的，因此，很容易通过计算机实现；它可以两端支撑，对于给定的构造长度，刚性最大：它的精度与位置分辨率不随工作场合而变化，容易到达高精度。但是，它的操作范围小，手臂收缩的同时又向相反的方向伸出，即阻碍工作，且占地面积大，运动速度低，密封性不好。2圆柱坐标型R3P圆柱坐标机器人由两个滑动关节与一个旋转关节来确定部件的位置，再附加一个旋转关节来确定部件的姿态。这
9、种机器人可以绕中心轴旋转一个角，工作范围可以扩大，且计算简单；直线局部可采用液压驱动，可输出较大的动力；能够伸入型腔式机器内部。但是，它的手臂可以到达的空间受到限制，不能到达近立柱或近地面的空间；直线驱动器局部难以密封、防尘；后臂工作时，手臂后端会碰到工作范围内的其它物体。3球坐标型2RP球坐标机器人采用球坐标系，它用一个滑动关节与两个旋转关节来确定部件的位置，再用一个附加的旋转关节确定部件的姿态。这种机器人可以绕中心轴旋转，中心支架附近的工作范围大，两个转动驱动装置容易密封，覆盖工作空间较大。但该坐标复杂，难于控制，且直线驱动装置仍存在密封及工作死区的问题。4关节坐标型/拟人型3R关节机器人
10、的关节全都是旋转的，类似于人的手臂，是工业机器人中最常见的构造。5平面关节型这种机器人可看作是关节坐标式机器人的特例，它只有平行的肩关节与肘关节，关节轴线共面。11.机器人学主要包含哪些研究内容？答：机器人研究的根底内容有以下几方面：(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。12.机器人常用的机身与臂部的配置型式有哪些？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
11、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，可随意安放与搬动。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。13.机器人控制系统的根本单元有哪些？答：构成机器人控制系统的根本要素包括： (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方式进展驱动。(4)
12、 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，以计算机为根底，采用协调级及执行级的二级构造。(6) 控制系统的软件，实现对机器人运动特性的计算、机器人的智能控制与机器人及人的信息交换等功能14.常见的机器人外部传感器有哪些？答：常见的外部传感器包括触觉传感器，分为接触觉传感器、压觉传感器、滑觉传感器与力觉传感器。距离传感器，包括超声波传感器，接近觉传感器，以及视觉传感器、听觉传感器、嗅觉传感器、味觉传感器等。15.机器人视觉的硬件系统由哪些局部组成？答：(1) 景物与距离传感器，常用的有摄像机、CCD图像传感器、超声波传感器与构造光设备等；(2)
13、视频信号数字化设备，其任务是把摄像机或者CCD输出的信号转换成方便计算与分析的数字信号；(3) 视频信号处理器，视频信号实时、快速、并行算法的硬件实现设备：如DSP系统；(4) 计算机及其设备，根据系统的需要可以选用不同的计算机及其外设来满足机器人视觉信息处理及其机器人控制的需要；(5) 机器人或机械手及其控制器。16.从描述操作命令的角度看，机器人编程语言可分为哪几类？ 答：机器人编程语言可分为：(1) 动作级：以机器人末端执行器的动作为中心来描述各种操作，要在程序中说明每个动作。(2) 对象级：允许较粗略地描述操作对象的动作、操作对象之间的关系等，特别适用于组装作业。(3) 任务级：只要直
14、接指定操作内容就可以了，为此，机器人必须一边思考一边工作。17. MOTOMAN 机器人示教盘模式旋钮上有三种模式，分别是哪三种，并写出三种模式各自的特点。答案：示教模式 人教机器人称作示教。再现模式 执行程序，机器人自动运行。远程模式 通过外部信号进展的操作，相当于遥控。18. MOTOMAN 机器人上有三种平安模式，分别是哪三种，并写出三种模式各自的特点。答案：三种模式分别是：PLAY再现模式、TEACH示教模式、REMOTE远程模式。 再现模式可以用来对示教完的程序进展再现运行以及各种条件文件的设定、修改或删除，在此模式下外部设备发出的启动信号无效 示教模式可以用示教编程器进展轴操作与编
15、辑，编辑、示教程序，修改已登录的程序，以及各种特性文件与参数的设定，在此模式下外部设备发出的启动信号 无效远程模式下机器人由外部信号进展操作，可以接通伺服电源、启动、调出主程序、设定循环等及开场运行有关的操作，数据传输功能有效，此时示教盘上的启动按钮无效。四计算题需写出计算步骤，无计算步骤不能得分：1.点u的坐标为7,3,2T，对点u依次进展如下的变换：1绕z轴旋转90得到点v；2绕y轴旋转90得到点w；3沿x轴平移4个单位，再沿y轴平移-3个单位，最后沿z轴平移7个单位得到点t。求u, v, w, t各点的齐次坐标。解：点u的齐次坐标为： v = Rot(z,90)u = w = Rot(y
16、,90)v = t = Trans(4,-3,7)w = 2.如下图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。解：建立如图1的参考坐标系，那么其中.3.如下图为平面内的两旋转关节机械手，机器人末端的坐标值x,y，试求其关节旋转变量1与2. 解：如下图，逆运动学有两组可能的解。第一组解：由几何关系得 1 21式平方加2式平方得第二组解：由余弦定理， 4.如下图两自由度机械手在如图位置时1= 0 , 2=/2，生成手爪力 FA = fx 0 T 或FB = 0 fy T。求对应的驱动力 A与B 。解：由关节角给出如下姿态：由静力学公式5.如下图的两自由度机械手
17、，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1=30，2=-60，求该时刻的关节速度。两自由度机械手速度雅可比矩阵为解：因为：因此，逆雅可比矩阵为：因为，且v=1, 0T，即vX=1m/s，vY=0，因此算出最后结果2分因此，在该瞬时两关节的位置分别为， 1=30，2=-60；速度分别为=-2rad/s，=4 rad/s；手部瞬时速度为1m/s。式中：6.如下图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。解：建立如图的坐标系，那么各连杆的DH参数为：连杆转角偏距扭角杆长10020900300由连杆齐次坐标变换递推公式有故写出最后结果2分式中：三连杆操作臂的逆运动学方程： 第一组解：由几何关系得 1 2将1式平方加2式平方得由此式可推出第二组解：由余弦定理，得7.下面的坐标系矩阵B移动距离d=(5，2，6)T：求该坐标系相对于参考坐标系的新位置。
