機器人基礎(chǔ)考試試題重點(重慶理工大學(xué))

1、（二）簡答題1.智能機器人的所謂智能的表現(xiàn)形式是什么？答:推理判斷、記憶2.機器人分為幾類？答:首先，機器人按應(yīng)用分類可分為工業(yè)機器人、極限機器人、娛樂機器人。1)工業(yè)機器人有搬運、焊接、裝配、噴漆、檢驗機器人，主要用于現(xiàn)代化的工廠和柔性加工系統(tǒng)中。2)極限機器人主要是指用在人們難以進入的核電站、海底、宇宙空間進行作業(yè)的機器人，包括建筑、農(nóng)業(yè)機器人。3)娛樂機器人包括彈奏機器人、舞蹈機器人、玩具機器人等。也有根據(jù)環(huán)境而改變動作的機器人。其次，按照控制方式機器人可分為操作機器人、程序機器人、示教機器人、智能機器人和綜合機器人。3. 機器人由哪幾部分組成？機器人由三大部分六個子系統(tǒng)組成。三大部分是

2、機械部分、傳感部分和控制部分。六個子系統(tǒng)是驅(qū)動系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、機器人一環(huán)境交換系統(tǒng)、人機交換系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。4. 什么是自由度？答:人們把構(gòu)建相對于參考系具有的獨立運動參數(shù)的數(shù)目稱為自由度。5. 機器人技術(shù)參數(shù)有哪些？各參數(shù)的意義是什么？答:機器人技術(shù)參數(shù)有:自由度、精度、工作范圍、速度、承載能力1）自由度：是指機器人所具有的獨立坐標(biāo)軸的數(shù)目，不包括手爪（末端操作器）的開合自由度。在三維空間里描述一個物體的位置和姿態(tài)需要六個自由度。但是，工業(yè)機器人的自由度是根據(jù)其用途而設(shè)計的，也可能小于六個自由度，也可能大于六個自由度。2）精度：工業(yè)機器人的精度是指定位精度和重復(fù)定位精度。定位精

3、度是指機器人手部實際到達位置與目標(biāo)位置之間的差異。重復(fù)定位精度是指機器人重復(fù)定位其手部于同一目標(biāo)位置的能力，可以用標(biāo)準(zhǔn)偏差這個統(tǒng)計量來表示，它是衡量一列誤差值的密集度（即重復(fù)度）。3）工作范圍：是指機器人手臂末端或手腕中心所能到達的所有點的集合，也叫工作區(qū)域。4）速度；速度和加速度是表明機器人運動特性的主要指標(biāo)。5)承載能力：是指機器人在工作范圍內(nèi)的任何位姿上所能承受的最大質(zhì)量。承載能力不僅取決于負(fù)載的質(zhì)量，而且還與機器人運行的速度和加速度的大小和方向有關(guān)。為了安全起見，承載能力這一技術(shù)指標(biāo)是指高速運行時的承載能力。通常，承載能力不僅指負(fù)載，而且還包括機器人末端操作器的質(zhì)量。6. 機器人手腕有

4、幾種？試述每種手腕結(jié)構(gòu)。答：機器人的手臂按結(jié)構(gòu)形式分可分為單臂式，雙臂式及懸掛式按手臂的運動形式區(qū)分，手臂有直線運動的。如手臂的伸縮，升降及橫向移動，有回轉(zhuǎn)運動的如手臂的左右回轉(zhuǎn)上下擺動有復(fù)合運動如直線運動和回轉(zhuǎn)運動的組合。2直線運動的組合2回轉(zhuǎn)運動的組合。手臂回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)，實現(xiàn)機器人手臂回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)形式是多種多樣的，常用的有葉片是回轉(zhuǎn)缸，齒輪轉(zhuǎn)動機構(gòu)，鏈輪傳動和連桿機構(gòu)手臂俯仰運動機構(gòu)，一般采用活塞油（氣）缸與連桿機構(gòu)聯(lián)用來實現(xiàn)手臂復(fù)合運動機構(gòu)，多數(shù)用于動作程度固定不變的專用機器人。7. 機器人機座有幾種？試述每種機座結(jié)構(gòu)。答：機器人幾座有固定式和行走時2種1)固定式機器人的級左右直接接地

5、地面基礎(chǔ)上，也可以固定在機身上2)移動式機器人有可分為輪車機器人，有3組輪子組成的輪系四輪機器人三角論系統(tǒng)，全方位移動機器人，2足步行式機器人，履帶行走機器人8. 試述機器人視覺的結(jié)構(gòu)及工作原理答:機器人視覺由視覺傳感器攝像機和光源控制計算器和圖像處理機組成原理：由視覺傳感器講景物的光信號轉(zhuǎn)換成電信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳遞給圖像處理器，同時光源控制器和32 攝像機控制器把把光線，距離顏色光源方向等等參數(shù)傳遞給圖像處理器，圖像處理器對圖像數(shù)據(jù)做一些簡單的處理將數(shù)據(jù)傳遞給計算機最后由計算器存儲和處理。9. 工業(yè)機器人控制方式有幾種？答：工業(yè)機器人的控制方式多種多樣，根據(jù)作業(yè)任務(wù)的不同，主要分

6、為點位控制方式、連續(xù)軌跡控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式。1）點位控制方式（PTP）這種控制方式的特點是只控制工業(yè)機器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間中某些規(guī)定的離散點上的位姿?？刂茣r只要求工業(yè)機器人快速、準(zhǔn)確地實現(xiàn)相鄰各點之間的運動，而對達到目標(biāo)點的運動軌跡則不作任何規(guī)定。這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是定位精度和運動所需的時間。2）連續(xù)軌跡控制方式（CP）這種控制方式的特點是連續(xù)的控制工業(yè)機器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間的位姿，要求其嚴(yán)格按照預(yù)定的軌跡和速度在一定的精度范圍內(nèi)運動，而且速度可控，軌跡光滑，運動平穩(wěn)，以完成工作任務(wù)。3）力（力矩）控制方式在完成裝配、抓放物體等工作時，除要準(zhǔn)確定位外，還

7、要求使用適度的力或力矩進行工作，這時就要利用力（力矩）伺服方式。這種方式的控制原理與位置伺服控制原理基本相同，只不過輸入量和反饋量不是位置信號，而是力（力矩）信號，因此系統(tǒng)中必須有力（力矩）傳感器。有時也利用接近、滑動等傳感功能進行自適應(yīng)式控制。4）智能控制方式機器人的智能控制時通過傳感器獲得周圍環(huán)境的知識，并根據(jù)自身內(nèi)部的知識庫做出相應(yīng)的決策。采用智能控制技術(shù)，使機器人具有了較強的適應(yīng)性及自學(xué)習(xí)功能。智能控制技術(shù)的發(fā)展有賴于近年來人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基因算法、遺傳算法、專家系統(tǒng)等人工智能的迅速發(fā)展。10. 機器人參數(shù)坐標(biāo)系有哪些？各參數(shù)坐標(biāo)系有何作用？答:工業(yè)機器人的坐標(biāo)形式有直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)

8、型、球坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型和平面關(guān)節(jié)型。1）直角坐標(biāo)/笛卡兒坐標(biāo)/臺架型（3P）這種機器人由三個線性關(guān)節(jié)組成，這三個關(guān)節(jié)用來確定末端操作器的位置，通常還帶有附加道德旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，用來確定末端操作器的姿態(tài)。這種機器人在X、Y、Z軸上的運動是獨立的，運動方程可獨立處理，且方程是線性的，因此，很容易通過計算機實現(xiàn)；它可以兩端支撐，對于給定的結(jié)構(gòu)長度，剛性最大：它的精度和位置分辨率不隨工作場合而變化，容易達到高精度。但是，它的操作范圍小，手臂收縮的同時又向相反的方向伸出，即妨礙工作，且占地面積大，運動速度低，密封性不好。2）圓柱坐標(biāo)型（R3P）圓柱坐標(biāo)機器人由兩個滑動關(guān)節(jié)和一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來確定部件的位置，再附

9、加一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來確定部件的姿態(tài)。這種機器人可以繞中心軸旋轉(zhuǎn)一個角，工作范圍可以擴大，且計算簡單；直線部分可采用液壓驅(qū)動，可輸出較大的動力；能夠伸入型腔式機器內(nèi)部。但是，它的手臂可以到達的空間受到限制，不能到達近立柱或近地面的空間；直線驅(qū)動器部分難以密封、防塵；后臂工作時，手臂后端會碰到工作范圍內(nèi)的其它物體。3）球坐標(biāo)型（2RP）球坐標(biāo)機器人采用球坐標(biāo)系，它用一個滑動關(guān)節(jié)和兩個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來確定部件的位置，再用一個附加的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)確定部件的姿態(tài)。這種機器人可以繞中心軸旋轉(zhuǎn)，中心支架附近的工作范圍大，兩個轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置容易密封，覆蓋工作空間較大。但該坐標(biāo)復(fù)雜，難于控制，且直線驅(qū)動裝置仍存在密封及工作死區(qū)的

10、問題。4）關(guān)節(jié)坐標(biāo)型/擬人型（3R）關(guān)節(jié)機器人的關(guān)節(jié)全都是旋轉(zhuǎn)的，類似于人的手臂，是工業(yè)機器人中最常見的結(jié)構(gòu)。5）平面關(guān)節(jié)型這種機器人可看作是關(guān)節(jié)坐標(biāo)式機器人的特例，它只有平行的肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)軸線共面。11.機器人學(xué)主要包含哪些研究內(nèi)容？答：機器人研究的基礎(chǔ)內(nèi)容有以下幾方面：(1) 空間機構(gòu)學(xué)；(2) 機器人運動學(xué)；(3) 機器人靜力學(xué)；(4) 機器人動力學(xué)；(5) 機器人控制技術(shù)；(6) 機器人傳感器；(7) 機器人語言。12.機器人常用的機身和臂部的配置型式有哪些？答：目前常用的有如下幾種形式：(1) 橫梁式。機身設(shè)計成橫梁式，用于懸掛手臂部件，具有占地面積小，能有效地利用空間，直觀

11、等優(yōu)點。(2) 立柱式。多采用回轉(zhuǎn)型、俯仰型或屈伸型的運動型式，一般臂部都可在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)，具有占地面積小而工作范圍大的特點。(3) 機座式?？梢允仟毩⒌?、自成系統(tǒng)的完整裝置，可隨意安放和搬動。也可以具有行走機構(gòu)，如沿地面上的專用軌道移動，以擴大其活動范圍。(4) 屈伸式。臂部由大小臂組成，大小臂間有相對運動，稱為屈伸臂，可以實現(xiàn)平面運動，也可以作空間運動。13.機器人控制系統(tǒng)的基本單元有哪些？答：構(gòu)成機器人控制系統(tǒng)的基本要素包括： (1) 電動機，提供驅(qū)動機器人運動的驅(qū)動力。(2) 減速器，為了增加驅(qū)動力矩、降低運動速度。(3) 驅(qū)動電路，由于直流伺服電動機或交流伺服電動機的流經(jīng)電流較大，機

12、器人常采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式進行驅(qū)動。(4) 運動特性檢測傳感器，用于檢測機器人運動的位置、速度、加速度等參數(shù)。(5) 控制系統(tǒng)的硬件，以計算機為基礎(chǔ)，采用協(xié)調(diào)級與執(zhí)行級的二級結(jié)構(gòu)。(6) 控制系統(tǒng)的軟件，實現(xiàn)對機器人運動特性的計算、機器人的智能控制和機器人與人的信息交換等功能14.常見的機器人外部傳感器有哪些？答：常見的外部傳感器包括觸覺傳感器，分為接觸覺傳感器、壓覺傳感器、滑覺傳感器和力覺傳感器。距離傳感器，包括超聲波傳感器，接近覺傳感器，以及視覺傳感器、聽覺傳感器、嗅覺傳感器、味覺傳感器等。15.機器人視覺的硬件系統(tǒng)由哪些部分組成？答：(1) 景物和距離傳感器，常用的有攝像機、C

13、CD圖像傳感器、超聲波傳感器和結(jié)構(gòu)光設(shè)備等；(2) 視頻信號數(shù)字化設(shè)備，其任務(wù)是把攝像機或者CCD輸出的信號轉(zhuǎn)換成方便計算和分析的數(shù)字信號；(3) 視頻信號處理器，視頻信號實時、快速、并行算法的硬件實現(xiàn)設(shè)備：如DSP系統(tǒng)；(4) 計算機及其設(shè)備，根據(jù)系統(tǒng)的需要可以選用不同的計算機及其外設(shè)來滿足機器人視覺信息處理及其機器人控制的需要；(5) 機器人或機械手及其控制器。16.從描述操作命令的角度看，機器人編程語言可分為哪幾類？ 答：機器人編程語言可分為：(1) 動作級：以機器人末端執(zhí)行器的動作為中心來描述各種操作，要在程序中說明每個動作。(2) 對象級：允許較粗略地描述操作對象的動作、操作對象之間

14、的關(guān)系等，特別適用于組裝作業(yè)。(3) 任務(wù)級：只要直接指定操作內(nèi)容就可以了，為此，機器人必須一邊思考一邊工作。17. MOTOMAN 機器人示教盤模式旋鈕上有三種模式，分別是哪三種，并寫出三種模式各自的特點。答案：示教模式 人教機器人稱作示教。再現(xiàn)模式 執(zhí)行程序，機器人自動運行。遠程模式 通過外部信號進行的操作，相當(dāng)于遙控。18. MOTOMAN 機器人上有三種安全模式，分別是哪三種，并寫出三種模式各自的特點。答案：三種模式分別是：PLAY再現(xiàn)模式、TEACH示教模式、REMOTE遠程模式。 再現(xiàn)模式可以用來對示教完的程序進行再現(xiàn)運行以及各種條件文件的設(shè)定、修改或刪除，在此模式下外部設(shè)備發(fā)出的

15、啟動信號無效 示教模式可以用示教編程器進行軸操作和編輯，編輯、示教程序，修改已登錄的程序，以及各種特性文件和參數(shù)的設(shè)定，在此模式下外部設(shè)備發(fā)出的啟動信號 無效遠程模式下機器人由外部信號進行操作，可以接通伺服電源、啟動、調(diào)出主程序、設(shè)定循環(huán)等與開始運行有關(guān)的操作，數(shù)據(jù)傳輸功能有效，此時示教盤上的啟動按鈕無效。（四）計算題（需寫出計算步驟，無計算步驟不能得分）：1.已知點u的坐標(biāo)為7,3,2T，對點u依次進行如下的變換：（1）繞z軸旋轉(zhuǎn)90得到點v；（2）繞y軸旋轉(zhuǎn)90得到點w；（3）沿x軸平移4個單位，再沿y軸平移-3個單位，最后沿z軸平移7個單位得到點t。求u, v, w, t各點的齊次坐標(biāo)。

16、解：點u的齊次坐標(biāo)為： v = Rot(z,90)u = w = Rot(y,90)v = t = Trans(4,-3,7)w = 2.如圖所示為具有三個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的3R機械手，求末端機械手在基坐標(biāo)系x0,y0下的運動學(xué)方程。解：建立如圖1的參考坐標(biāo)系，則=,=,=其中.3.如圖所示為平面內(nèi)的兩旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)機械手，已知機器人末端的坐標(biāo)值x,y，試求其關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變量1和2. 解：如圖所示，逆運動學(xué)有兩組可能的解。第一組解：由幾何關(guān)系得 （1） （2）（1）式平方加（2）式平方得第二組解：由余弦定理， 4.如圖所示兩自由度機械手在如圖位置時（1= 0 , 2=/2），生成手爪力 FA = fx 0 T 或FB = 0 fy T。求對應(yīng)的驅(qū)動力 A和B 。解：由關(guān)節(jié)角給出如下姿態(tài)：由靜力學(xué)公式5.如圖所示的兩自由度機械手，手部沿固定坐標(biāo)系在手上X0軸正向以1.0m/s的速度移動，桿長l1=l2=0.5m。設(shè)在某時刻1=30，2=-60，求該時刻的關(guān)節(jié)速度。已知兩自由度機械手速度雅可比矩陣為解：因為：因此，逆雅可比矩陣為：因為，且v=1, 0T，即vX=1m/s，vY=0，因此（算出最后結(jié)果2分）因此，在該瞬時兩關(guān)節(jié)的位置分別為， 1=30，2=-60；速度分別為=-2rad/s，