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文檔簡介

1、1. 自由度:指描述物體運動所需要的獨立坐標數。2. 機器人工作載荷:機器人在規(guī)定的性能范圍內,機械接口處能承受的最大負載量(包括手部)。3. 柔性手:可對不同外形物體實施抓取,并使物體表面受力比較均勻的機器人手部結構。4. 制動器失效抱閘:指要放松制動器就必須接通電源,否則,各關節(jié)不能產生相對運動。5. 機器人運動學:從幾何學的觀點來處理手指位置與關節(jié)變量的關系稱為運動學。6. 機器人動力學:機器人各關節(jié)變量對時間的一階導數、二階導數與各執(zhí)行器驅動力或力矩之間的關系,即機器人機械系統的運動方程。7. 虛功原理:約束力不作功的力學系統實現平衡的必要且充分條件是對結構上允許的任意位移(虛位移)施

2、力所作功之和為零。8. PWM驅動:脈沖寬度調制驅動。9. 電機無自轉:控制電壓降到零時,伺服電動機能立即自行停轉。10. 直流伺服電機的調節(jié)特性:是指轉矩恒定時,電動機的轉速隨控制電壓變化的關系。11. 直流伺服電機的調速精度:指調速裝置或系統的給定角速度與帶額定負載時的實際角速度之差,與給定轉速之比。12. PID控制:指按照偏差的比例、積分、微分進行控制。13. 壓電元件:指某種物質上施加壓力就會產生電信號,即產生壓電現象的元件。14. 圖像銳化:突出圖像中的高頻成分,使輪廓增強。15. 隸屬函數:表示論域U中的元素u屬于模糊子集A的程度,在0, 1閉區(qū)間內可連續(xù)取值。16. 脫機編程:

3、指用機器人程序語言預先進行程序設計,而不是用示教的方法編程。17. AUV:無纜自治水下機器人,或自動海底車。二、簡答題:1.機器人學主要包含哪些研究內容?2.機器人常用的機身和臂部的配置型式有哪些?4.機器人控制系統的基本單元有哪些?5.直流電機的額定值有哪些?6.常見的機器人外部傳感器有哪些?7.簡述脈沖回波式超聲波傳感器的工作原理。8.機器人視覺的硬件系統由哪些部分組成?9.為什么要做圖像的預處理?機器視覺常用的預處理步驟有哪些?10.請簡述模糊控制器的組成及各組成部分的用途。11.從描述操作命令的角度看,機器人編程語言可分為哪幾類? 12.仿人機器人的關鍵技術有哪些? 1.答:機器人研

4、究的基礎內容有以下幾方面:(1) 空間機構學;(2) 機器人運動學;(3) 機器人靜力學;(4)機器人動力學;(5)機器人控制技術;(6)機器人傳感器;(7)機器人語言。 2.答:目前常用的有如下幾種形式:(1)橫梁式。(2)立柱式。(3)機座式。(4)屈伸式。4.答:構成機器人控制系統的基本要素包括: (1) 電動機,(2) 減速器,(3) 驅動電路,(4) 運動特性檢測傳感器,(5) 控制系統的硬件,(6) 控制系統的軟件, 5.答:直流電動機的額定值有以下幾項:(1)額定功率,(2)額定電壓,(3)額定電流,(4)額定轉速, 6.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

5、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。 7.答:在脈沖回波式中,先將超聲波用脈沖調制后發(fā)射,根據經被測物體反射回來的回波延遲時間t,計算出被測物體的距離R,假設空氣中的聲速為v,則被測物與傳感器間的距離R為: 如果空氣溫度為T(),則聲速v可由下式求得:8.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

6、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其機器人控制的需要;(5) 機器人或機械手及其控制器。9.答:預處理的主要目的是清楚原始圖像中各種噪聲等無用的信息,改進圖像的質量,增強興趣的有用信息的可檢測性。從而使得后面的分割、特征抽取和識別處理得以簡化,并提高其可靠性。機器視覺常用的預處理包括去噪、灰度變換和銳化等。10.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

7、數據和模糊語言控制規(guī)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。11.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、操作對象之間的關系等,特別適用于組裝作業(yè)。(3) 任務級:只要直接指定操作內容就可以了,為此,機器人必須一邊思考一邊工作。12.答:(1) 仿人機器人的機構設計;(2) 仿人機器人的運動操作控制,包括實時行走控制、手部操作的最優(yōu)姿態(tài)控制、自

8、身碰撞監(jiān)測、三維動態(tài)仿真、運動規(guī)劃和軌跡跟蹤;(3) 仿人機器人的整體動力學及運動學建模;(4) 仿人機器人控制系統體系結構的研究;(5) 仿人機器人的人機交互研究,包括視覺、語音及情感等方面的交互;(6) 動態(tài)行為分析和多傳感器信息融合。三、論述題:1.試論述機器人技術的發(fā)展趨勢。2.試論述精度、重復精度與分辨率之間的關系。3.試論述輪式行走機構和足式行走機構的特點和各自適用的場合。4.試論述機器人靜力學、動力學、運動學的關系。5.機器人單關節(jié)伺服控制中,位置反饋增益和速度反饋增益是如何確定的?6.試論述工業(yè)機器人的應用準則。1.答:(1) 工業(yè)機器人操作機結構的優(yōu)化設計技術。(2) 機器人

9、控制技術??刂葡到y,人機界面更加(3) 多傳感系統。(4) 機器人遙控及監(jiān)控技術,機器人半自主和自主技術。(5) 虛擬機器人技術。(6) 多智能體控制技術。(7) 微型和微小機器人技術。(8) 軟機器人技術。(9) 仿人和仿生技術。2.答:精度、重復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。分辨率是指機器人每根軸能夠實現的最小移動距離或最小轉動角度。精度和分辨率不一定相關。工業(yè)機器人的

10、精度、重復精度和分辨率要求是根據其使用要求確定的。機器人本身所能達到的精度取決于機器人結構的剛度、運動速度控制和驅動方式、定位和緩沖等因素。由于機器人有轉動關節(jié),不同回轉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)機器人只給出重復精度。3.答:輪式行走機器人是機器人中應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。車輪的形狀或結構形式取決于地面的性質和車輛的承載能力。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能力,足式運動方式的立足點是離散的點

11、,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,機身的運動仍然可以相當平穩(wěn);足式行走在不平地面和松軟地面上的運動速度較高,能耗較少。4.答:靜力學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與驅動力的關系。動力學研究機器人各關節(jié)變量對時間的一階導數、二階導數與各執(zhí)行器驅動力或力矩之間的關系,即機器人機械系統的運動方程。在考慮控制時,就要考慮在機器人的動作中,關節(jié)驅動力會產生怎樣的關節(jié)位置、關節(jié)速度、關節(jié)加速度,處理這種關系稱為動力學(dynamics)。對于動力學來說,除了與連桿長度有關之外,還

12、與各連桿的質量,繞質量中心的慣性矩,連桿的質量中心與關節(jié)軸的距離有關。運動學、靜力學和動力學中各變量的關系如下圖所示。圖中用虛線表示的關系可通過實線關系的組合表示,這些也可作為動力學的問題來處理。5.答:二階系統的特性取決于它的無阻尼自然頻率n和阻尼比。為了安全起見,我們希望系統具有臨界阻尼或過阻尼,即要求系統的阻尼比1(注意,系統的位置反饋增益kp0表示負反饋)。把由二階系統特征方程標準形式所求得的n代入可得:因而速度反饋增益k v為:取方程等號時,系統為臨界阻尼系統;取不等號時,為過阻尼系統。在確定位置反饋增益k p時,必須考慮操作臂的結構剛性和共振頻率,它與操作臂的結構、尺寸、質量分布和

13、制造裝配質量有關。為了不至于激起結構的振盈和系統的共振,Paul于1981年建議:閉環(huán)系統無阻尼自然頻率n必須限制在關節(jié)結構共振頻率的一半之內,即:根據這一要求來調整反饋增益kp,可以求出:k p求出后,相應的速度反饋增益k v可求得:6.答:設計和應用工業(yè)機器人時,應全面考慮和均衡機器人的通用性、環(huán)境的適應性、耐久性、可靠性和經濟性等因素,具體遵循的準則如下。(1)從惡劣工種開始采用機器人(2)在生產率和生產質量落后的部門應用機器人(3)要估計長遠需要(4)機器人的投入和使用成本(5)應用機器人時需要人四、計算題:1.已知點u的坐標為7,3,2T,對點u依次進行如下的變換:(1)繞z軸旋轉90得到點v;(2)繞y軸旋轉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。解:點u

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