機(jī)器人學(xué)復(fù)習(xí)題.doc

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我國(guó)科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義是：“機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種 ...*(一)概念 1. 什么是機(jī)器人？ 科幻作家阿西莫夫機(jī)器人三原則：1、不傷害人類；2、在原則下服從人給出的命令；3、在與上兩個(gè)原則不矛盾的前提下保護(hù)自身。 我國(guó)科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義是：“機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器。 2. 示教再現(xiàn)式機(jī)器人 先由人驅(qū)動(dòng)操作機(jī)，再以示教動(dòng)作作業(yè)，將示教作業(yè)程序、位置及其他信息存儲(chǔ)起來(lái)，然后讓機(jī)器人重現(xiàn)這些動(dòng)作。 3. 按幾何結(jié)構(gòu)機(jī)器人通常有哪幾種分類方式 按幾何結(jié)構(gòu)分： 1）直角坐標(biāo)式機(jī)器人 2）圓柱坐標(biāo)式機(jī)器人 3）球面坐標(biāo)式機(jī)器人 4）關(guān)節(jié)式球面坐標(biāo)機(jī)器人 4. 描述什么是機(jī)器人的位姿 機(jī)器人剛體參考點(diǎn)的位置和機(jī)器人剛體的姿態(tài)統(tǒng)稱為剛體的位姿。 5. 機(jī)器人結(jié)構(gòu)由哪幾個(gè)部分組成 通常由四個(gè)相互作用的部分組成：執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)單元、控制系統(tǒng)、智能系統(tǒng)。 6. 為了將圓柱形的零件放在平板上，機(jī)器人應(yīng)具有幾個(gè)自由度 一共需要5個(gè)：定位3個(gè)，放平穩(wěn)2個(gè)。 7. 幾何環(huán)境 答：幾何環(huán)境指機(jī)器人的作業(yè)環(huán)境。 8. 機(jī)器人的主要特點(diǎn)有哪些？決定機(jī)器人通用性的因素又有哪些？ 機(jī)器人的主要特點(diǎn)有通用性、適應(yīng)性。決定通用性有兩方面因素：機(jī)器人自由度；末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)和操作能力。 （二）論述 已知：， （1） 說(shuō)明左上角33矩陣的幾何意義。 （2）分別說(shuō)明X,Y,Z,P的幾何意義。 （1）答：左上角33矩陣表示新坐標(biāo)系在舊坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)方向。 （2）答：左上角33矩陣中的各列表示新坐標(biāo)系的各坐標(biāo)軸的單位矢量在舊坐標(biāo)系的各坐標(biāo)軸上的投影；各行表示舊坐標(biāo)系的各坐標(biāo)軸的單位矢量在新坐標(biāo)系的各坐標(biāo)軸上的投影；P表示新坐標(biāo)系相對(duì)舊坐標(biāo)系的平移量，其各分量表示平移后新坐標(biāo)系在舊坐標(biāo)系中的矢量。 （三）計(jì)算和分析 1．下面的坐標(biāo)系矩陣B移動(dòng)距離d=(5，2，6)T： 求該坐標(biāo)系相對(duì)于參考坐標(biāo)系的新位置。 解： 2．求點(diǎn)P=(2，3，4)T繞x軸旋轉(zhuǎn)45度后相對(duì)于參考坐標(biāo)系的坐標(biāo)。 解： 3．寫(xiě)出齊次變換矩陣，它表示對(duì)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系{B}，作以下變換： （a）移動(dòng)；（b）再繞軸轉(zhuǎn)-90度；（c）繞軸轉(zhuǎn)90度。 答：=Trans（5,6,7）*Rot(x,-90)*Rot(z,-90) =** = 或：（a）移動(dòng)；（b）再繞軸轉(zhuǎn)-90度；（c）繞軸轉(zhuǎn)90度。 答：=Trans（3,7,9）*Rot(x,-90)*Rot(z,-90) = 4．寫(xiě)出齊次變換矩陣，它表示相對(duì)固定坐標(biāo)系{A}作以下變換： （a）繞軸轉(zhuǎn)90度；（b）再繞軸轉(zhuǎn)-90度；（c）最后移動(dòng)。 5．空間點(diǎn)P相對(duì)于坐標(biāo)系B的位置定義為，坐標(biāo)系B固連在參考系A(chǔ)的原點(diǎn)且與A平行。將如下的變換運(yùn)用于坐標(biāo)系B，求出AP。 （a）繞x軸轉(zhuǎn)90度；（b）然后沿y軸平移3個(gè)單位，沿z軸平移6個(gè)單位，沿x軸平移5個(gè)單位；（c）繞z軸轉(zhuǎn)90度。 6．坐標(biāo)系B繞x軸旋轉(zhuǎn)90度，然后沿當(dāng)前坐標(biāo)系a軸做了3個(gè)單位的平移，然后再繞z軸旋轉(zhuǎn)90度，最后沿當(dāng)前坐標(biāo)系o軸做5個(gè)單位的平移。 （1）寫(xiě)出描述該運(yùn)動(dòng)的方程。 （2）求坐標(biāo)系中的點(diǎn)P(1，5，4)相對(duì)于參考坐標(biāo)系的最終位置。 = Rot(z,90)*Rot(x,90)*Trans（0,5,3）=AP=* BP 7．空間點(diǎn)P相對(duì)于坐標(biāo)系B的位置定義為，坐標(biāo)系B固連在參考系A(chǔ)的原點(diǎn)且與A平行。將如下的變換運(yùn)用于坐標(biāo)系B，求出AP。 （a）繞x軸轉(zhuǎn)90度；（b）繞a軸轉(zhuǎn)90度；（c）然后沿y軸平移3個(gè)單位，沿z軸平移6個(gè)單位，沿x軸平移5個(gè)單位。 = == 8．寫(xiě)出平面3R機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程（注：三臂長(zhǎng)分別為，，）。 解：各連桿參數(shù)如下： 連桿 轉(zhuǎn)角 偏距 扭角 桿長(zhǎng) 1 0 0 2 0 0 3 0 0 =,=,= = 9．設(shè)工件相對(duì)于參考系的描述為，機(jī)器人機(jī)座相對(duì)參考系的描述為，并已知： =，= 希望機(jī)器人手爪坐標(biāo)系{H}與工件坐標(biāo)系{P}重合，試求變換 解：， 10．已知位置矢量和坐標(biāo)系{B}，， 求：1）同一點(diǎn)P在參考坐標(biāo)系{u}中的描述； 2），其中{C }是{B}繞基坐標(biāo)系{u}的Y軸旋轉(zhuǎn)，再沿基坐標(biāo)系{u}X軸方向平移20所得到的新坐標(biāo)系； 3）點(diǎn)P在坐標(biāo)系C中的描述。 解：1）=== 2）=Trans(20,0,0)R(Y, )= = 3）==== 11．如圖所示的具有三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的3R空間機(jī)械手，關(guān)節(jié)1的軸線與關(guān)節(jié)2、3垂直。寫(xiě)出各連桿參數(shù)和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，不考慮。 連桿 轉(zhuǎn)角 偏距 扭角 桿長(zhǎng) 1 0 0 0 2 0 -90 3 0 0 =,=,= = 12．假設(shè)手坐標(biāo)系的位姿用如下的伴隨矩陣來(lái)表示。若繞Z軸做0.15弧度的微分旋轉(zhuǎn)，再做[0.1，0.1，0.3]的微分平移，思考這樣的微分運(yùn)動(dòng)將產(chǎn)生怎樣的影響，并求出手的新位置。 解：因?yàn)? ，，， 得 13．如下所示，T坐標(biāo)系經(jīng)過(guò)一系列微分運(yùn)動(dòng)后，其改變量為dT。求微分變化量（dx，dy，dz，）以及相對(duì)T坐標(biāo)系的微分算子。 解： 因?yàn)?，所以 ， 14．假設(shè)如下坐標(biāo)系經(jīng)過(guò)單位的微分平移和的微分旋轉(zhuǎn)。 求： 相對(duì)于參考坐標(biāo)系的微分算子是什么？ 相對(duì)于坐標(biāo)系A(chǔ)的微分算子是什么？ 15．給定機(jī)器人的手坐標(biāo)系和相應(yīng)的雅克比矩陣。對(duì)于給定關(guān)節(jié)的微分變化，計(jì)算手坐標(biāo)系的變化、新位置和相應(yīng)的△。 Problem 3.3 For d=[1,0,0.5] and s=[0,0.1,0] we get: where Substitute,multply and get: roblem3.5 Substitute in to get: Then