【正文】 《 機(jī)器人技術(shù) 》 習(xí)題 集 東北大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 1 《 機(jī)器人技術(shù) 》 習(xí)題 集 第 1章 緒論 一、選擇題（ 4選 1） 1．機(jī)器人的定義中，突出強(qiáng)調(diào)的是 1)．具有人的形象 2)．模仿人的功能 3)．像人一樣思維 4)．感知能力很強(qiáng) 2．當(dāng)代機(jī)器人大軍中最主要的機(jī)器人為： 1)．工業(yè)機(jī)器人 2)．軍用機(jī)器人 3)．服務(wù)機(jī)器人 4)．特種機(jī)器人 3．當(dāng)代機(jī)器人主要源于以下兩個(gè)分支： 1)．計(jì)算機(jī)與數(shù)控機(jī)床 2)．遙操作機(jī)與計(jì)算機(jī) 3)．遙操作機(jī)與數(shù)控機(jī)床 4)．計(jì)算機(jī)與人工智能 4．哪個(gè)國(guó)家曾經(jīng)贏得了“機(jī)器 人王國(guó)”的美稱？ 1)．美國(guó) 2)．英國(guó) 3)．日本 4)．中國(guó) 5． 機(jī)器人的精度主要依存于機(jī)械誤差、控制算法誤差與分辨率系統(tǒng)誤差。 一般說來 1)．絕對(duì)定位精度高于重復(fù)定位精度， 2)．重復(fù)定位精度高于絕對(duì)定位精度 3)．機(jī)械精度高于控制精度 4)．控制精度高于分辨率精度 二、判斷題（ Y/N） 1．工業(yè)機(jī)器人亦稱之為操作機(jī)。 2．機(jī)械手亦可稱之為機(jī)器人。 3．工業(yè)機(jī)器人工作站是 由一臺(tái)或兩臺(tái)機(jī)器人所構(gòu)成的生產(chǎn)體系。 4．只有兩臺(tái)以上的機(jī)器人互相配合才能構(gòu)成機(jī)器人工作站。 5． 機(jī)器人的自由度數(shù)目就是機(jī)器人本體上所具有的轉(zhuǎn)軸數(shù)目。 6．機(jī)器人的自由度數(shù)目就是機(jī)器人本體上所具有的主動(dòng)軸數(shù)目。 7．機(jī)器人的自由度數(shù)目就是機(jī)器人所具有獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。 8． 完成某一特定作業(yè)時(shí)具有多余自由度的機(jī)器人稱為冗余自由度機(jī)器人。 《 機(jī)器人技術(shù) 》 習(xí)題 集 東北大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 2 9．機(jī)器人分辨率 分為編程分辨率與控制分辨率，統(tǒng)稱為系統(tǒng)分辨率。 10． 承載能力是指機(jī)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。 三、簡(jiǎn)答題 1． 什么是機(jī)器人學(xué)？一般包括哪些內(nèi)容？ 2． 機(jī)器人是如何分代的？ 3． 按照機(jī)器人的構(gòu)成機(jī)構(gòu)，機(jī)器人是如何進(jìn)行分類的？ 4．多關(guān)節(jié)型機(jī)器人的主要特點(diǎn)（ 優(yōu)缺點(diǎn) ）有哪些？ 5．并聯(lián)機(jī)器人的主要特點(diǎn)（優(yōu)缺點(diǎn)）有哪些？ 6．按照驅(qū)動(dòng)方式的不同機(jī)器人分為哪幾種類型？ 7．什么是機(jī)器人的內(nèi)部傳感器和外部傳感器？舉例說明之。 8．根據(jù)機(jī)器人組成原理，機(jī)器人是由哪 4 部分組成？ 9．機(jī)器人技術(shù)的相關(guān)學(xué)科有哪些？ 10．機(jī)器人學(xué)科的知識(shí)構(gòu)成主要包括哪些內(nèi)容？ 11．什么是機(jī)器人死區(qū)（ dead zone）？ 四、分析與計(jì)算題 1．機(jī)器人的應(yīng)用和普及會(huì)不會(huì)引起大量人員失業(yè)，造成嚴(yán)重的社會(huì)問題？ 第 2章 空間 、坐標(biāo)與變換 一、選擇題（ 4選 1） 1．一個(gè)剛體在空間 運(yùn)動(dòng)具有 幾個(gè)自由度？ 1)． 3 個(gè) 2)． 4 個(gè) 3)． 5 個(gè) 4)． 6 個(gè) 2．手部的位姿是由哪兩部分變量構(gòu)成的？ 1)．位置與速度 2)．姿態(tài)與位置 3)．位置與運(yùn)行狀態(tài) 4)．姿態(tài)與速度 二、判斷題（ Y/N） 1．一、二、三維空間可以是幾何空間，也可以不是幾何空間。 2． 高維空間是一個(gè)虛擬的空間，但它也是非常實(shí)際的。 3．高維向量是由高維空間擴(kuò)展而成的。 4．關(guān)節(jié)空間是由全部關(guān)節(jié) 參數(shù) 構(gòu)成的。 5． 正交變換矩陣 R 為正交矩陣。 《 機(jī)器人技術(shù) 》 習(xí)題 集 東北大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 3 6． 正交坐標(biāo)變換矩陣 R 實(shí)現(xiàn)了由基坐標(biāo)系 B 到手坐標(biāo)系 H 的正交坐標(biāo)變換。 7．齊次矩陣將轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)組合在一個(gè) 4 4 矩陣中。 8．如果是相對(duì)于基坐標(biāo)系 B 的運(yùn)動(dòng)，其相應(yīng)的齊次變換矩陣左乘原齊次變換矩陣。 9．如果是相對(duì)于手坐標(biāo)系 H 的運(yùn)動(dòng)，其相應(yīng)的齊次變換矩陣左乘原齊次變換矩陣。 10．任何復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)都可以分解為 由 多個(gè)平移和繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的合成。 11．復(fù)合運(yùn)動(dòng)齊次矩陣的建立是由全部簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)齊次矩陣求和所形成的。 12．一般說來，齊次矩陣的乘積滿足交換律。 13．齊次變換矩陣的建立過程，便是在為機(jī)構(gòu)建立運(yùn)動(dòng)模型的過程。 三、簡(jiǎn)答題 1．描述剛體姿態(tài)的繞 XYZ 軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度都稱作為什么？ 2．齊次向量是怎樣定義的？試舉例說明之。 四、分析與計(jì)算題 1．試判斷下列矩陣是否是正交矩陣？ 1） ?????????? ?100001010 2） ??????????? 010100001 3） ??????????110001100 4） ????????????100001010 5） ???????????001110010 2． 齊次矩陣表示為??????????????100?201?100?010?，利用齊次矩陣的性質(zhì)求出 矩陣中“？”符號(hào)的元素。 3. 已知 R 為旋轉(zhuǎn)矩陣， b 為平移向量，試寫出相應(yīng)的齊次矩陣。 《 機(jī)器人技術(shù) 》 習(xí)題 集 東北大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 4 ????????????010100001R ?????????????523b 4． 用齊次矩陣表示如下順序的運(yùn)動(dòng)： （ 1） 繞 Z軸轉(zhuǎn)動(dòng) 90度 ； （ 2） 繞 X軸轉(zhuǎn)動(dòng) 90度 ； （ 3） 移動(dòng)（ 3， 7， 9）。 5． 當(dāng)動(dòng)坐標(biāo)先繞基坐標(biāo) Z軸轉(zhuǎn)動(dòng) 90度 ，再 繞 基坐標(biāo) X軸轉(zhuǎn)動(dòng) 90度 ，再在基坐標(biāo)上 移動(dòng)（ 3， 7， 9）。試用齊次坐標(biāo)法描述當(dāng)前動(dòng)坐標(biāo)的位姿。 6．手坐標(biāo)上的向量 a=[0 2 0]T，先沿基坐標(biāo) YB軸移動(dòng) 10 為 b，再分 別繞基坐標(biāo) XB軸和手坐標(biāo) XH 軸轉(zhuǎn) 90 分別為 c 和 d，試通過齊次變換矩陣，計(jì)算該向量變換后的基座標(biāo)值。 7. 已知坐標(biāo)系中點(diǎn) U的位置矢量 U=[7 3 2 1]T，將此點(diǎn)繞 Z軸旋轉(zhuǎn) 90176。，再繞 Y 軸旋轉(zhuǎn) 90176。，求旋轉(zhuǎn)變換后所得的點(diǎn) W。 第 3章 機(jī)器人 運(yùn)動(dòng)學(xué) 一、選擇題（ 4選 1） 1．對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)而言，關(guān)節(jié)變量是 DH 參數(shù)中的 1)．關(guān)節(jié)角 2)．桿件長(zhǎng)度 3)．橫距 4)．扭轉(zhuǎn)角 2．對(duì)于移動(dòng)（平動(dòng)）關(guān)節(jié)而言，關(guān)節(jié)變量是 DH 參數(shù)中的 1)．關(guān)節(jié)角 2)．桿件長(zhǎng)度 3)．橫距 4)．扭轉(zhuǎn)角 3．運(yùn)動(dòng)正 問題是實(shí)現(xiàn)如下變換： 1)．從關(guān)節(jié)空間到操作空間的變換 2)．從操作空間到迪卡爾空間的變換 3)．從迪卡爾空間到關(guān)節(jié)空間的變換 4)．從操作空間到關(guān)節(jié)空間的變換 4．運(yùn)動(dòng)逆問題是實(shí)現(xiàn)如下變換： 1)．從關(guān)節(jié)空間到操作空間的變換 2)．從操作空間到迪卡爾空間的變換 3)．從迪卡爾空間到關(guān)節(jié)空間的變換 4)．從操作空間到任務(wù)空間的變換 二、判斷題（ Y/N） 1．串聯(lián)關(guān)節(jié)機(jī)器人的關(guān)節(jié)坐標(biāo)序號(hào)排列是從手部末端順序排到基座。 2．機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)數(shù)的計(jì)算是將全部主動(dòng)關(guān)節(jié)和被動(dòng)關(guān)節(jié)數(shù)求和。 《 機(jī)器人技術(shù) 》 習(xí)題 集 東北大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 5 3． 關(guān)節(jié) i的坐標(biāo)系放在 i1 關(guān)節(jié)的末端。 4．關(guān)節(jié) i的效應(yīng)表現(xiàn)在 i 關(guān)節(jié)的末端。 5．形成手臂解多解性的主要原因是求反三角函數(shù)的值不唯一。 6．速度運(yùn)動(dòng)學(xué)是 討論運(yùn)動(dòng)的幾何學(xué)及與時(shí)間有關(guān)的量，即討論機(jī)器人速度 的 運(yùn)動(dòng)學(xué)問題。 7．速度運(yùn)動(dòng)學(xué)的正問題是將關(guān)節(jié)空間的速度變換為操作空間的速度，其變換關(guān)系為雅克比矩陣。 8．手臂解有解的必要條件是串聯(lián)關(guān)節(jié)鏈中的自由度數(shù)等于或小于 6。 9．串聯(lián)關(guān)節(jié)機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)問題求解易，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題求解難。 10．并聯(lián)關(guān)節(jié)機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)問題求解易，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題求解難。 三、簡(jiǎn)答題 1． 機(jī)器人關(guān)節(jié)是如何定義的？機(jī)器人的兩種關(guān)節(jié)類型是什么？ 2． 根據(jù) DH 方法定義的 4 個(gè)關(guān)節(jié)參數(shù)是什么？ 3．什么是位置運(yùn)動(dòng)學(xué)、正向運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)？ 4．雅克比矩陣的力學(xué)意義是什么？ 四、分析與計(jì)算題 1．一個(gè)兩關(guān)節(jié)機(jī)器人，關(guān)節(jié) 2 的齊次變換矩陣分別為 A1 和 A2，試求該機(jī)器人的坐標(biāo)變換矩陣。 111c 0 s 0s 0 c 00 1 0 00 0 0 1???????? ???A 2222c 0 s 0s 0 c 00 1 00 0 0 1d??????????A 2. 如 圖所示 具有轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的單手臂和手腕 。已知手部起始位姿矩陣為 10 1 0 21 0 0 60 0 1 20 0 0 1????? ?????G 若手臂繞 Z0軸旋轉(zhuǎn) +90176。，則手部到達(dá) G2；若手臂不動(dòng)，僅手部繞手腕 Z1 軸旋轉(zhuǎn) +90176。，則手部到達(dá) G3。 。 . 試 寫出手部坐標(biāo)系 {G2}及 {G3}的矩陣表達(dá)式。 《 機(jī)器人技術(shù) 》 習(xí)題 集 東北大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 6 3. 有一旋轉(zhuǎn)變換，先繞固定坐標(biāo)系 Z0軸轉(zhuǎn) 45176。，再繞其 X0 軸轉(zhuǎn) 30176。 ,最后繞其 Y0 軸轉(zhuǎn) 60176。，試求該齊次坐標(biāo)變換矩陣。 4. 動(dòng) 坐標(biāo)系 {B}起初與固定坐標(biāo)系 {O}相重合，現(xiàn)坐標(biāo)系 {B}繞 ZB旋轉(zhuǎn) 30176。，然后繞旋轉(zhuǎn)后的動(dòng)坐標(biāo)系的 XB軸旋轉(zhuǎn) 45176。，試寫出該坐標(biāo)系 {B}的起始矩陣表達(dá)式和最后矩陣表達(dá)式。 第 4章 機(jī)器人 動(dòng)力學(xué) 一、選擇題（ 4選 1） 1．動(dòng)力學(xué)主要是研究機(jī)器人的： 1)．動(dòng)力源是什么 2)．運(yùn)動(dòng)和時(shí)間的關(guān)系 3)．動(dòng)力的傳遞與轉(zhuǎn)換 4)．動(dòng)力的應(yīng)用 2．動(dòng)力學(xué)的研究?jī)?nèi)容是將機(jī)器人的 ______________聯(lián)系起來。 1)．運(yùn)動(dòng)與控制 2)．傳感器與控制 3)．結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng) 4)．傳感系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng) 3．機(jī)器人終端效應(yīng)器（手）的力量來自哪里？ 1)．機(jī)器人的全部關(guān)節(jié) 2)．機(jī)器人手部的關(guān)節(jié) 3)．決定機(jī)器人手部位置的各關(guān)節(jié) 4)．決定機(jī)器人手部位姿的各個(gè)關(guān)節(jié) 4．在 r 操作機(jī)動(dòng)力學(xué)方程中，其主要作用的是 1)．哥氏項(xiàng)和重力項(xiàng) 2)．重力項(xiàng)和向心項(xiàng) 3)．慣性項(xiàng)和哥氏項(xiàng) 4)．慣性項(xiàng)和重力項(xiàng) 二、判斷題（ Y/N） 1．動(dòng)力學(xué)逆問題是根據(jù)各關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力 (或力矩 )，求解機(jī)器人的運(yùn)動(dòng) (關(guān)節(jié)位移、速度和加速度 )，主要用于機(jī)器人的仿真。 2．動(dòng)力學(xué)逆問題是已知機(jī)器人關(guān)節(jié)的位移、速度和加速度，求解所需要的關(guān)節(jié)力 (或力矩 )，是實(shí)時(shí)控制的需要。 3．在 動(dòng)力學(xué) 中， 研究構(gòu)件質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)使用牛頓方程，研究相對(duì)于構(gòu)件質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)使用歐拉方程。 4． 對(duì)于具有外力作用的非保守機(jī)械系統(tǒng)，其拉格朗日動(dòng)力函數(shù) L 可定義為 系統(tǒng)總動(dòng)能與系統(tǒng)總勢(shì)能之和。 5．在機(jī)器人動(dòng)力學(xué)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩表達(dá)式中，由于其重力項(xiàng)隨位姿變 化很大，常常將其忽略。 三、簡(jiǎn)答題 1． 什么是廣義坐標(biāo)和廣義力？ 《 機(jī)器人技術(shù) 》 習(xí)題 集 東北大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 7 2． 應(yīng)用拉格朗日方程（函數(shù)）求解機(jī)器人動(dòng)力學(xué)問題的優(yōu)點(diǎn)是什么？ 四、分析與計(jì)算題 1．試 列出如圖所示 2 轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)器人的 Lagrange 函數(shù)。 圖 二自由度機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程的建立 第 5章 機(jī)器人 軌跡規(guī)劃 一、選擇題（ 4選 1） 1．對(duì)于有規(guī)律的軌跡，僅示教幾個(gè)特征點(diǎn)，計(jì)算機(jī)就能利用 ________獲得中間點(diǎn)的坐標(biāo)。 1)．優(yōu)化算法 2)．平滑算法 3)．預(yù)測(cè)算法 4)．插補(bǔ)算法 2．機(jī)器人軌跡控制過程需要通過 求解 __________獲得各個(gè)關(guān)節(jié)角的位置控制系統(tǒng)的設(shè)定值。