機器人學復(fù)習題.doc

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我國科學家對機器人的定義是：“機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機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、動作能力和協(xié)同能力，是一種 ...*(一)概念 1. 什么是機器人？ 科幻作家阿西莫夫機器人三原則：1、不傷害人類；2、在原則下服從人給出的命令；3、在與上兩個原則不矛盾的前提下保護自身。 我國科學家對機器人的定義是：“機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機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、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器。 2. 示教再現(xiàn)式機器人 先由人驅(qū)動操作機，再以示教動作作業(yè)，將示教作業(yè)程序、位置及其他信息存儲起來，然后讓機器人重現(xiàn)這些動作。 3. 按幾何結(jié)構(gòu)機器人通常有哪幾種分類方式 按幾何結(jié)構(gòu)分： 1）直角坐標式機器人 2）圓柱坐標式機器人 3）球面坐標式機器人 4）關(guān)節(jié)式球面坐標機器人 4. 描述什么是機器人的位姿 機器人剛體參考點的位置和機器人剛體的姿態(tài)統(tǒng)稱為剛體的位姿。 5. 機器人結(jié)構(gòu)由哪幾個部分組成 通常由四個相互作用的部分組成：執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動單元、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，機器人應(yīng)具有幾個自由度 一共需要5個：定位3個，放平穩(wěn)2個。 7. 幾何環(huán)境 答：幾何環(huán)境指機器人的作業(yè)環(huán)境。 8. 機器人的主要特點有哪些？決定機器人通用性的因素又有哪些？ 機器人的主要特點有通用性、適應(yīng)性。決定通用性有兩方面因素：機器人自由度；末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)和操作能力。 （二）論述 已知：， （1） 說明左上角33矩陣的幾何意義。 （2）分別說明X,Y,Z,P的幾何意義。 （1）答：左上角33矩陣表示新坐標系在舊坐標系中的旋轉(zhuǎn)方向。 （2）答：左上角33矩陣中的各列表示新坐標系的各坐標軸的單位矢量在舊坐標系的各坐標軸上的投影；各行表示舊坐標系的各坐標軸的單位矢量在新坐標系的各坐標軸上的投影；P表示新坐標系相對舊坐標系的平移量，其各分量表示平移后新坐標系在舊坐標系中的矢量。 （三）計算和分析 1．下面的坐標系矩陣B移動距離d=(5，2，6)T： 求該坐標系相對于參考坐標系的新位置。 解： 2．求點P=(2，3，4)T繞x軸旋轉(zhuǎn)45度后相對于參考坐標系的坐標。 解： 3．寫出齊次變換矩陣，它表示對運動坐標系{B}，作以下變換： （a）移動；（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；（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．寫出齊次變換矩陣，它表示相對固定坐標系{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。 5．空間點P相對于坐標系B的位置定義為，坐標系B固連在參考系A(chǔ)的原點且與A平行。將如下的變換運用于坐標系B，求出AP。 （a）繞x軸轉(zhuǎn)90度；（b）然后沿y軸平移3個單位，沿z軸平移6個單位，沿x軸平移5個單位；（c）繞z軸轉(zhuǎn)90度。 6．坐標系B繞x軸旋轉(zhuǎn)90度，然后沿當前坐標系a軸做了3個單位的平移，然后再繞z軸旋轉(zhuǎn)90度，最后沿當前坐標系o軸做5個單位的平移。 （1）寫出描述該運動的方程。 （2）求坐標系中的點P(1，5，4)相對于參考坐標系的最終位置。 = Rot(z,90)*Rot(x,90)*Trans（0,5,3）=AP=* BP 7．空間點P相對于坐標系B的位置定義為，坐標系B固連在參考系A(chǔ)的原點且與A平行。將如下的變換運用于坐標系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個單位，沿z軸平移6個單位，沿x軸平移5個單位。 = == 8．寫出平面3R機械手的運動學方程（注：三臂長分別為，，）。 解：各連桿參數(shù)如下： 連桿 轉(zhuǎn)角 偏距 扭角 桿長 1 0 0 2 0 0 3 0 0 =,=,= = 9．設(shè)工件相對于參考系的描述為，機器人機座相對參考系的描述為，并已知： =，= 希望機器人手爪坐標系{H}與工件坐標系{P}重合，試求變換 解：， 10．已知位置矢量和坐標系{B}，， 求：1）同一點P在參考坐標系{u}中的描述； 2），其中{C }是{B}繞基坐標系{u}的Y軸旋轉(zhuǎn)，再沿基坐標系{u}X軸方向平移20所得到的新坐標系； 3）點P在坐標系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空間機械手，關(guān)節(jié)1的軸線與關(guān)節(jié)2、3垂直。寫出各連桿參數(shù)和運動學方程，不考慮。 連桿 轉(zhuǎn)角 偏距 扭角 桿長 1 0 0 0 2 0 -90 3 0 0 =,=,= = 12．假設(shè)手坐標系的位姿用如下的伴隨矩陣來表示。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，思考這樣的微分運動將產(chǎn)生怎樣的影響，并求出手的新位置。 解：因為 ，，， 得 13．如下所示，T坐標系經(jīng)過一系列微分運動后，其改變量為dT。求微分變化量（dx，dy，dz，）以及相對T坐標系的微分算子。 解： 因為 ，所以 ， 14．假設(shè)如下坐標系經(jīng)過單位的微分平移和的微分旋轉(zhuǎn)。 求： 相對于參考坐標系的微分算子是什么？ 相對于坐標系A(chǔ)的微分算子是什么？ 15．給定機器人的手坐標系和相應(yīng)的雅克比矩陣。對于給定關(guān)節(jié)的微分變化，計算手坐標系的變化、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