【文章內(nèi)容簡介】 采用變結(jié)構(gòu)控制？一個系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)是隨位置、時間變化而變化的；因為機器人是典型的非線性變參數(shù)系統(tǒng)模型。2試述機器人滑模變結(jié)構(gòu)控制的基本原理?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制的原理，是根據(jù)系統(tǒng)所期望的動態(tài)特性來設(shè)計系統(tǒng)的切換超平面，通過滑動模態(tài)控制器使系統(tǒng)狀態(tài)從超平面之外向切換超平面收束。系統(tǒng)一旦到達切換超平面，控制作用將保證系統(tǒng)沿切換超平面到達系統(tǒng)原點，這一沿切換超平面向原點滑動的過程稱為滑?？刂啤Ｗ赃m應(yīng)控制器有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？試簡介其工作原理。機器人自適應(yīng)控制分為三類：模型參考自適應(yīng)控制、自校正自適應(yīng)控制和線性攝動自適應(yīng)控制等。 (a)模型參考自適應(yīng)控制器 ；它的基本設(shè)計思想是：為機器人機械手的狀態(tài)方程（傳動）綜合一個控制信號u，或為狀態(tài)方程（動力學(xué)）綜合一個輸入F。這種控制信號將以一定的由參考模型所規(guī)定的期望方式，迫使系統(tǒng)具有需要特性。 (b)自校正自適應(yīng)控制器 ；它與MRAC方法的主要區(qū)別在于：STAC用線性離散模型來表示操作機器人系統(tǒng)的動力學(xué)特性，因而其控制器為一數(shù)字控制器。這種離散模型必須借助系統(tǒng)辨識技術(shù)，應(yīng)用采樣輸入輸出數(shù)據(jù)來建立。線性攝動自適應(yīng)控制器六、論述題/綜合題 試論述機器人技術(shù)的發(fā)展趨勢。 答：科學(xué)技術(shù)水平是機器人技術(shù)的基礎(chǔ)，科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展將會使機器人技術(shù)提高到一個更高的水平。未來機器人技術(shù)的主要研究內(nèi)容集中在以下幾個方面：(1) 工業(yè)機器人操作機結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計技術(shù)。探索新的高強度輕質(zhì)材料，進一步提高負載自重比，同時機構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。(2) 機器人控制技術(shù)。重點研究開放式、模塊化控制系統(tǒng)，人機界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中。機器人控制器的標準化和網(wǎng)絡(luò)化以及基于PC機網(wǎng)絡(luò)式控制器已成為研究熱點。(3) 多傳感系統(tǒng)。為進一步提高機器人的智能和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是其問題解決的關(guān)鍵。其研究熱點在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線性及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器融合算法。(4) 機器人遙控及監(jiān)控技術(shù)，機器人半自主和自主技術(shù)。多機器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，通過網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機器人遙控系統(tǒng)，在有時延的情況下，建立預(yù)先顯示進行遙控等。(5) 虛擬機器人技術(shù)。基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實以及臨場感應(yīng)技術(shù)，實現(xiàn)機器人的虛擬遙控操作和人機交互。(6) 多智能體控制技術(shù)。這是目前機器人研究的一個嶄新領(lǐng)域。主要對多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機理，感知與學(xué)習(xí)方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進行研究。(7) 微型和微小機器人技術(shù)。這是機器人研究的一個新的領(lǐng)域和重點發(fā)展方向。過去的研究在該領(lǐng)域幾乎是空白，因此該領(lǐng)域研究的進展將會引起機器人技術(shù)的一場革命，并且對社會進步和人類活動的各個方面產(chǎn)生不可估量的影響，微型機器人技術(shù)的研究主要集中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運動方式、控制方，法、傳感技術(shù)、通信技術(shù)以及行走技術(shù)等方面。(8) 軟機器人技術(shù)。主要用于醫(yī)療、護理、休閑和娛樂場合。傳統(tǒng)機器人設(shè)計未考慮與人緊密共處，因此其結(jié)構(gòu)材料多為金屬或硬性材料，軟機器人技術(shù)要求其結(jié)構(gòu)、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機器人意外地與環(huán)境或人碰撞時是安全的，機器人對人是友好的。(9) 仿人和仿生技術(shù)。這是機器人技術(shù)發(fā)展的最高境界，目前僅在某些方面進行一些基礎(chǔ)研究。 試論述精度、重復(fù)精度與分辨率之間的關(guān)系。 答：精度、重復(fù)精度和分辨率用來定義機器人手部的定位能力。精度是一個位置量相對于其參照系的絕對度量，指機器人手部實際到達位置與所需要到達的理想位置之間的差距。機器人的精度決定于機械精度與電氣精度。重復(fù)精度指在相同的運動位置命令下，機器人連續(xù)若干次運動軌跡之間的誤差度量。如果機器人重復(fù)執(zhí)行某位置給定指令，它每次走過的距離并不相同，而是在一平均值附近變化，該平均值代表精度，而變化的幅度代表重復(fù)精度。分辨率是指機器人每根軸能夠?qū)崿F(xiàn)的最小移動距離或最小轉(zhuǎn)動角度。精度和分辨率不一定相關(guān)。一臺設(shè)備的運動精度是指命令設(shè)定的運動位置與該設(shè)備執(zhí)行此命令后能夠達到的運動位置之間的差距，分辨率則反映了實際需要的運動位置和命令所能夠設(shè)定的位置之間的差距。工業(yè)機器人的精度、重復(fù)精度和分辨率要求是根據(jù)其使用要求確定的。機器人本身所能達到的精度取決于機器人結(jié)構(gòu)的剛度、運動速度控制和驅(qū)動方式、定位和緩沖等因素。由于機器人有轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，不同回轉(zhuǎn)半徑時其直線分辨率是變化的，因此造成了機器人的精度難以確定。由于精度一般較難測定，通常工業(yè)機器人只給出重復(fù)精度。 試論述工業(yè)機器人的應(yīng)用準則。 [答]：設(shè)計和應(yīng)用工業(yè)機器人時，應(yīng)全面考慮和均衡機器人的通用性、環(huán)境的適應(yīng)性、耐久性、可靠性和經(jīng)濟性等因素，具體遵循的準則如下。(1) 從惡劣工種開始采用機器人機器人可以在有毒、風(fēng)塵、噪聲、振動、高溫、易燃易爆等危險有害的環(huán)境中長期穩(wěn)定地工作。在技術(shù)、經(jīng)濟合理的情況下，采用機器人逐步把人從這些工作崗位上代替下來，將從根本上改善勞動條件。(2) 在生產(chǎn)率和生產(chǎn)質(zhì)量落后的部門應(yīng)用機器人現(xiàn)代化的大生產(chǎn)分工越來越細，操作越來越簡單，勞動強度越來越大。機器人可以高效地完成一些簡單、重復(fù)性的工作，使生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量獲得明顯的改善。(3) 要估計長遠需要一般來講，人的壽命比機械的壽命長，不過，如果經(jīng)常對機械進行保養(yǎng)和維修，對易換件進行補充和更換，有可能使機械壽命超過人。另外；工人會由于其自身的意志而放棄某些工作，造成辭職或停工，而工業(yè)機器人沒有自己的意愿，因此機器人的使用不會在工作中途因故障以外的原因停止工作，能夠持續(xù)從事所交給的工作，直至其機械壽命完結(jié)。(4) 機器人的投入和使用成本雖說機器人可以使人類擺脫很臟、很危險或很繁重的勞動，但是工廠經(jīng)理們極關(guān)心的是機器人的經(jīng)濟性。在經(jīng)濟方面所考慮的因素包括勞力、材料、生產(chǎn)率、能源、設(shè)備和成本等?？梢杂脙斶€期Y定量地衡量機器人使用的合理性。如果機器人的使用壽命大于其償還期，使用機器人是有效益的。(5) 應(yīng)用機器人時需要人在應(yīng)用工業(yè)機器人代替工人操作時，要考慮工業(yè)機器人的現(xiàn)實能力以及工業(yè)機器人技術(shù)知識的現(xiàn)狀和未來給予預(yù)測。用現(xiàn)有的機器人原封不動地取代目前正在工作的所有工人，并接替他們的工作，顯然是不可能的。在平均能力方面，與工人相比，工業(yè)機器人顯得過于遜色；但在承受環(huán)境條件的能力和可靠性方面，工業(yè)機器人比人優(yōu)越。因此要把工業(yè)機器人安排在生產(chǎn)線中的恰當位置上，使它成為工人的好助手。 如果讓你設(shè)計一個機器人，你最希望制作一個什么樣的機器人？它由哪幾部分組成？制作它主要需要完成些什么工作？答：機器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由機器人的機構(gòu)部分、傳感器組、控制部分及信息處理部分組成。機器人的外貌有的像人，有的卻并不具有人的模樣，但其組成與人很相似。機構(gòu) 部分包括機械手和移動機構(gòu)，機械手相當于人手一樣，可完成各種工作；移動機構(gòu)相當于人的腳，機器人靠它來走路。感知機器人自身或外部環(huán)境變化信息的傳 感器是它的感覺器官，相當于人的眼、耳、皮膚等，它包括內(nèi)傳感器和外傳感器。電腦是機器人的指揮中心，相當于人腦或中樞神經(jīng)，它能控制機器人各部位協(xié)調(diào)動 作；信息處理裝置（電子計算機），是人與機器人溝通的工具，可根據(jù)外界的環(huán)境變化、靈活變更機器人的動作 試論述機器人靜力學(xué)、動力學(xué)、運動學(xué)的關(guān)系。習(xí)題417圖 答：靜力學(xué)指在機器人的手爪接觸環(huán)境時，在靜止狀態(tài)下處理手爪力F與驅(qū)動力τ的關(guān)系。動力學(xué)研究機器人各關(guān)節(jié)變量對時間的一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)與各執(zhí)行器驅(qū)動力或力矩之間的關(guān)系，即機器人機械系統(tǒng)的運動方程。而運動學(xué)研究從幾何學(xué)的觀點來處理手指位置與關(guān)節(jié)變量的關(guān)系。在考慮控制時，就要考慮在機器人的動作中，關(guān)節(jié)驅(qū)動力τ會產(chǎn)生怎樣的關(guān)節(jié)位置θ、關(guān)節(jié)速度、關(guān)節(jié)加速度，處理這種關(guān)系稱為動力學(xué)（dynamics）。對于動力學(xué)來說，除了與連桿長度有關(guān)之外，還與各連桿的質(zhì)量，繞質(zhì)量中心的慣性矩，連桿的質(zhì)量中心與關(guān)節(jié)軸的距離有關(guān)。運動學(xué)、靜力學(xué)和動力學(xué)中各變量的關(guān)系如下圖所示。圖中用虛線表示的關(guān)系可通過實線關(guān)系的組合表示，這些也可作為動力學(xué)的問題來處理。 試論述輪式行走機構(gòu)和足式行走機構(gòu)的特點和各自適用的場合。 [答]：輪式行走機器人是機器人中應(yīng)用最多的一種機器人，在相對平坦的地面上，用車輪移動方式行走是相當優(yōu)越的。車輪的形狀或結(jié)構(gòu)形式取決于地面的性質(zhì)和車輛的承載能力。在軌道上運行的多采用實心鋼輪，室外路面行駛的采用充氣輪胎，室內(nèi)平坦地面上的可采用實心輪胎。足式行走對崎嶇路面具有很好的適應(yīng)能力，足式運動方式的立足點是離散的點，可以在可能到達的地面上選擇最優(yōu)的支撐點，而輪式行走工具必須面臨最壞的地形上的幾乎所有點；足式運動方式還具有主動隔震能力，盡管地面高低不平，機身