1、機器人課后作業1、智能機器人的含義是什么？答：智能機器人具備形形色色的內部信息傳感器和外部信息傳感器，如視覺、聽覺、觸覺、嗅覺。除具有 感受器外，它還有效應器，作為作用于周圍環境的手段。這就是筋肉，或稱自整步電動機，它們使手、腳、 長鼻子、觸角等動起來。由此也可知，智能機器人至少要具備三個要素：感覺要素，運動要素和思考要素。2、直流電機的額定值有哪些？答：直流電動機的額定值有以下幾項：(1)額定功率，是指按照規定的工作方式運行時所能提供的輸出功率。對電動機來說，額定功率是指軸上輸出的機械功率，單位為 kWo (2)額定電壓，是電動機電樞繞組能夠安 全工作的最大外加電壓或輸出電壓，單位為V。(3

2、)額定電流，是指電動機按照規定的工作方式運行時，電樞繞組允許流過的最大電流，單位為A。(4)額定轉速，指電動機在額定電壓、額定電流和輸出額定功率的情況下運行時，電動機的旋轉速度，單位為 r/min。3、機器人視覺的硬件系統由哪些部分組成？答：(1)景物和距離傳感器，常用的有攝像機、CCD圖像傳感器、超聲波傳感器和結構光設備等；(2)視頻信號數字化設備， 其任務是把攝像機或者 CCD輸出的信號轉換成方便計算和分析的數字信號；(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設備：如 DSP系統；(4)計算機及其設備，根據 系統的需要可以選用不同的計算機及其外設來滿足機器人視覺信息處理及

3、其機器人控制的需要；(5)機器人或機械手及其控制器。4、簡述模糊控制器的組成及各組成部分的用途。答：模糊邏輯控制器由 4個基本部分組成，即模糊化、知識庫、推理算法和逆模糊化。(1)模糊化：將檢測輸入變量值變換成相應的論域，將輸入數據轉換成合適的語言值。(2)知識庫：包含應用領域的知識和控制目標，它由數據和模糊語言控制規則組成。(3)推理算法：從一些模糊前提條件推導出某一結論，這種結論可能存在模糊和確定兩種情況。(4)逆模糊化：將推理所得到的模糊值轉換為明確的控制訊號，作為系統的輸入值。5、試述機器人滑模變結構控制的基本原理。答：滑模變結構控制的原理，是根據系統所期望的動態特性來設計系統的切換超

4、平面，通過滑動模態控制 器使系統狀態從超平面之外向切換超平面收束。系統一旦到達切換超平面，控制作用將保證系統沿切換超 平面到達系統原點，這一沿切換超平面向原點滑動的過程稱為滑模控制。6、機器人軌跡控制過程如圖所示。試列出各步的主要內容。答：(1)軌跡上示教點的位一片及姿態插樸 算法機器人逆運動學H個角度位置 控制系統要求的也置、塞念通過示教過程得到機器人軌跡上特征點的位姿。對于直線需要得到起始點和終點，對于圓弧需要得到弧上二 T（2）根據軌跡特征（直線/園弧/其它）和插補策略（定時 /定距/其它）進行相應的插補運算，求出 該插補點的位姿值；（3）根據機器人逆運動學原理，求出手臂解，即對應于插補

5、點位姿的全部關節角（01,，中）；（4）以求出的關節角為相應關節位置控制系統的設定值，分別控制n個關節驅動電機；（5）和關節驅動電機同軸連接的光軸編碼器給出該關節當前實際位置值，進行反饋，位置控制系統根據此位置誤差（設定值一反饋值）實施控制以消除誤差，使機器人達到所要求的位姿。7、對（工業）機器人進行位置和力的控制時，試比較關節空間控制器設計和操作空間控制器設計的不同點，并畫出一個機器人單關節的關節空間控制器和操作空間控制器的控制系統框圖。答：關節空間控制器再輸入與反饋的時候無正解與反解，而操作空間控制器輸入與反饋時要有正解與反解,i=>土* iz±>|關節空間控制器如下

6、圖所czO =>|Gx1操作空間控制器示。畫出一個機器人單關節的關節空間控制器和操作空間控制器的控制系統框圖如下8、以多自由度工業機器人為例，分析討論機器人的控制：（1）分析討論工業機器人的位置控制、速度控制、加速度控制和力控制的特點及其區別；答：位置控制：工業機器人位置控制的目的，就是要使機器人各關節實現預先所規劃的運動，最終保證工（或工具）的位姿軌業機器人終端（手爪）沿預定的軌跡運行。這類運動控制的特點是連續控制工業機器人手爪 跡。一般要求速度可控、軌跡光滑且運動平穩。軌跡控制的技術指標是軌跡精度和平穩性。速度控制：意味著各個關節馬達的運動聯合進行，并以不同的速度同時運行以保證夾手沿

7、著笛卡爾坐標軸穩定運動。分解運動速度控制先把期望的夾手運動分解為各個關節的期望速度，然后對各個關節實行速度伺服控制。加速度控制：分解運動加速度控制首先計算出工具的控制加速度，然后把它分解為相應的各個關節加速度, 再按照動力學方程計算出控制力矩。力控制：除了在一些自由度方向進行位置控制外，還需要在另一些自由度方向進行力控制。(2)給出操作空間及驅動空間的單個關節的機器人控制框圖，并說明其控制過程。答：機器人控制器的控制結構形式，常見的有：集中控制、分散控制和遞階控制等。 如圖表示PUMA機器人兩級遞階控制的結構圖。PU M A 魏書豐機器人控制系統以機器人作為控制對象，它的設計方法及參數選擇，仍

8、可參照一般計算機/嵌入式控制系統。現有的工業機器人大多采用獨立關節的PID控制。如圖所示PUMA機器人的控制結構即為一典型。由于獨立關節PID控制未考慮被控對象(機器人)的非線性及關節間的耦合作用，因而控制精度和速度的 提高受到限制。斯坦福機械手具有反饋控制，其一個關節控制方框圖如圖所示。從圖可見，它有個光學編碼器，與測速發 電機一起組成位置和速度反饋。這種工業機器人是一種定位裝置，它的每個關節都有一個位置控制系統。 要提高響應速度，通常是要提高系統的增益以及由電動機傳動軸速度負反饋把某些阻尼引入系統，以加強 反電勢的作用。要做到這一點，可以采用測速發電機，或者計算一定時間間隔內傳動軸角位移的

9、差值。傳遞函數：4= 為VjJ)=靈歲毛(貫 J+ (R* +要提高響應速度，通常是要提高系統的增益以及由電動機傳動軸速度負反饋把某些阻尼引入系統，以加強反電勢的作用。要做到這一點，可以采用測速發電機，或者計算一定時間間隔內傳動軸角位移的差值。由 于機器人機械手是通過工具進行操作作業的，所以其末端工具的動態性能將直接影響操作質量。又因末端 的運動是所有關節運動的復雜函數，因此，即使每個關節的動態性能可行，而末端的動態性能則未必能滿 足要求。(3)比較關節空間控制器設計和操作空間控制器設計的不同點。答：操作空間控制器設計涉及運動學的正、反解。(a)繞Za軸轉9009、寫出齊次變換矩陣 AT ,它

10、表示相對固定坐標系A作以下變換:(b)再繞Xa軸轉-900;(c)最后彳移動(3,7,9)T。解:A ,BH =Trans (3,7,9)Rot (X,90Rot (Z,90°)10、答:一011、3 inole。-1010一1030-101 一。-1317寫出齊次變換矩陣-1j0(a)移動(3,7,9)T;bH-1AT，=Trans (3, 7, 9)3甲L0求下面齊次變換它表不相對運動坐標系(b)再繞Xb軸轉-900;Rot (X,)Rot (Z,B作以下變換:(c)軸轉90°。一。1I 0一100-1一0-1一000-1一00-112-1-0的逆變換T-1Onxnyn

11、z-p *nT40xax.0oy ay00z-p *o一01-101az0-p *a1-1-012、如圖所示為二自由度機械手，已知各桿長度分別為d1 ，d2。(1)進行機器人運動學分析的步驟有那些？結合如圖所示的二自由度機械手，通過建立坐標系及坐 標變換矩陣0T1, 1T2等，求出機械手末端 。3點的位置和速度方程；(2)求解該機器人的運動學反解。答：(1)建立坐標系，確定連桿參數，寫出各齊次矩陣，寫運動學方程 由題意已知，則:a_si002S20d/|0.S1G001.S2c200T1 =, T2 =001000100001I00010T2 = 0T11T2 =C1C2 -S1S2C2S1 +C1S2I 00-C1S2 -'C2S1C1C2 - S1S2000 dq0 dA10012d1d2=arctan i y ；-arctanxd2 Sin%1dl +d2 cos% ，(2)如圖1示逆運動學有兩組可能的解。第一組解：由幾何關系得x=