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东北大学13春学期《机器人技术》考前复习题

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发表于 2013-7-26 11:35:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
谋学网
《机器人技术》习
第1章  绪论
一、选择题(4选1)
1.机器人的定义中,突出强调的是
               1).具有人的形象
                2).模仿人的功能
                3).像人一样思维
                4).感知能力很强
2.当代机器人大军中最主要的机器人为:
1).工业机器人
                        2).军用机器人
                        3).服务机器人
                        4).特种机器人
3.当代机器人主要源于以下两个分支:
                1).计算机与数控机床
                2).遥操作机与计算机
                3).遥操作机与数控机床
                4).计算机与人工智能
4.哪个国家曾经赢得了“机器人王国”的美称?
1).美国
                        2).英国
                        3).日本
                        4).中国
5.机器人的精度主要依存于机械误差、控制算法误差与分辨率系统误差。一般说来
                1).绝对定位精度高于重复定位精度,
                2).重复定位精度高于绝对定位精度
                3).机械精度高于控制精度
                4).控制精度高于分辨率精度
二、判断题(Y/N)
1.工业机器人亦称之为操作机。
2.机械手亦可称之为机器人。
3.工业机器人工作站是由一台或两台机器人所构成的生产体系。
4.只有两台以上的机器人互相配合才能构成机器人工作站。
5.机器人的自由度数目就是机器人本体上所具有的转轴数目。
6.机器人的自由度数目就是机器人本体上所具有的主动轴数目。
7.机器人的自由度数目就是机器人所具有独立坐标轴运动的数目。
8.完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人称为冗余自由度机器人。
9.机器人分辨率分为编程分辨率与控制分辨率,统称为系统分辨率。
10.承载能力是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。
三、简答题
        1.什么是机器人学?一般包括哪些内容?
2.机器人是如何分代的?
3.按照机器人的构成机构,机器人是如何进行分类的?
        4.多关节型机器人的主要特点(优缺点)有哪些?
        5.并联机器人的主要特点(优缺点)有哪些?
6.按照驱动方式的不同机器人分为哪几种类型?
        7.什么是机器人的内部传感器和外部传感器?举例说明之。
8.根据机器人组成原理,机器人是由哪4部分组成?
9.机器人技术的相关学科有哪些?
10.机器人学科的知识构成主要包括哪些内容?
11.什么是机器人死区(dead zone)?
四、分析与计算题
1.机器人的应用和普及会不会引起大量人员失业,造成严重的社会问题?
第2章  空间、坐标与变换
一、选择题(4选1)
1.一个刚体在空间运动具有几个自由度?
                1).3个
                2).4个
                3).5个
                4).6个
2.手部的位姿是由哪两部分变量构成的?
                1).位置与速度
                2).姿态与位置
                3).位置与运行状态
                4).姿态与速度
二、判断题(Y/N)
        1.一、二、三维空间可以是几何空间,也可以不是几何空间。
        2.高维空间是一个虚拟的空间,但它也是非常实际的。
        3.高维向量是由高维空间扩展而成的。
        4.关节空间是由全部关节参数构成的。
        5.正交变换矩阵R为正交矩阵。
        6.正交坐标变换矩阵R实现了由基坐标系B到手坐标系H的正交坐标变换。
7.齐次矩阵将转动和移动组合在一个4×4矩阵中。
8.如果是相对于基坐标系B的运动,其相应的齐次变换矩阵左乘原齐次变换矩阵。
9.如果是相对于手坐标系H的运动,其相应的齐次变换矩阵左乘原齐次变换矩阵。
10.任何复杂的运动都可以分解为由多个平移和绕轴转动的简单运动的合成。
11.复合运动齐次矩阵的建立是由全部简单运动齐次矩阵求和所形成的。
12.一般说来,齐次矩阵的乘积满足交换律。
13.齐次变换矩阵的建立过程,便是在为机构建立运动模型的过程。
三、简答题
1.描述刚体姿态的绕X-Y-Z轴转动的角度都称作为什么?
2.齐次向量是怎样定义的?试举例说明之。
四、分析与计算题
1.试判断下列矩阵是否是正交矩阵?
     1)   
2)  
3)  
4)  
5)  
2.齐次矩阵表示为 ,利用齐次矩阵的性质求出矩阵中“?”符号的元素。
3. 已知R为旋转矩阵,b为平移向量,试写出相应的齐次矩阵。
                          
4.用齐次矩阵表示如下顺序的运动:
(1)        绕Z轴转动90度 ;
(2)        绕X轴转动-90度 ;
(3)        移动(3,7,9)。
5.当动坐标先绕基坐标Z轴转动90度,再绕基坐标X轴转动-90度,再在基坐标上移动(3,7,9)。试用齐次坐标法描述当前动坐标的位姿。
6.手坐标上的向量a=[0 2 0]T,先沿基坐标YB轴移动10为b,再分别绕基坐标XB轴和手坐标XH轴转-90分别为c和d,试通过齐次变换矩阵,计算该向量变换后的基座标值。
7. 已知坐标系中点U的位置矢量U=[7 3 2 1]T,将此点绕Z轴旋转90°,再绕Y轴旋转90°,求旋转变换后所得的点W。
第3章  机器人运动学
一、选择题(4选1)
1.对于转动关节而言,关节变量是D-H参数中的
                1).关节角
2).杆件长度
3).横距
4).扭转角
2.对于移动(平动)关节而言,关节变量是D-H参数中的
                1).关节角
2).杆件长度
3).横距
4).扭转角
3.运动正问题是实现如下变换:
                1).从关节空间到操作空间的变换
                2).从操作空间到迪卡尔空间的变换
                3).从迪卡尔空间到关节空间的变换
                4).从操作空间到关节空间的变换
4.运动逆问题是实现如下变换:
                1).从关节空间到操作空间的变换
                2).从操作空间到迪卡尔空间的变换
                3).从迪卡尔空间到关节空间的变换
                4).从操作空间到任务空间的变换
二、判断题(Y/N)
1.串联关节机器人的关节坐标序号排列是从手部末端顺序排到基座。
2.机构关节数的计算是将全部主动关节和被动关节数求和。
3.关节i的坐标系放在i-1关节的末端。
4.关节i的效应表现在i 关节的末端。
5.形成手臂解多解性的主要原因是求反三角函数的值不唯一。
6.速度运动学是讨论运动的几何学及与时间有关的量,即讨论机器人速度的运动学问题。
7.速度运动学的正问题是将关节空间的速度变换为操作空间的速度,其变换关系为雅克比矩阵。
8.手臂解有解的必要条件是串联关节链中的自由度数等于或小于6。
9.串联关节机器人的正运动学问题求解易,逆运动学问题求解难。
10.并联关节机器人的正运动学问题求解易,逆运动学问题求解难。
三、简答题
1.机器人关节是如何定义的?机器人的两种关节类型是什么?
2.根据D-H方法定义的4个关节参数是什么?
3.什么是位置运动学、正向运动学和逆向运动学?
4.雅克比矩阵的力学意义是什么?
四、分析与计算题
        1.一个两关节机器人,关节1、2的齐次变换矩阵分别为A1和A2,试求该机器人的坐标变换矩阵。
              
2. 如图所示具有转动关节的单手臂和手腕。已知手部起始位姿矩阵为
         
若手臂绕Z0轴旋转+90°,则手部到达G2;若手臂不动,仅手部绕手腕Z1轴旋转+90°,则手部到达G3。。.
试写出手部坐标系{G2}及{G3}的矩阵表达式。

3. 有一旋转变换,先绕固定坐标系Z0轴转45°,再绕其X0轴转30°,最后绕其Y0轴转60°,试求该齐次坐标变换矩阵。
4. 动坐标系{B}起初与固定坐标系{O}相重合,现坐标系{B}绕ZB旋转30°,然后绕旋转后的动坐标系的XB轴旋转45°,试写出该坐标系{B}的起始矩阵表达式和最后矩阵表达式。
第4章  机器人动力学
一、选择题(4选1)
        1.动力学主要是研究机器人的:
1).动力源是什么
                        2).运动和时间的关系
                        3).动力的传递与转换
                        4).动力的应用
        2.动力学的研究内容是将机器人的______________联系起来。
1).运动与控制
                        2).传感器与控制
                        3).结构与运动
                        4).传感系统与运动
3.机器人终端效应器(手)的力量来自哪里?
1).机器人的全部关节
                        2).机器人手部的关节
                        3).决定机器人手部位置的各关节
                        4).决定机器人手部位姿的各个关节
        4.在--r操作机动力学方程中,其主要作用的是
1).哥氏项和重力项
                        2).重力项和向心项
                        3).惯性项和哥氏项
                        4).惯性项和重力项
二、判断题(Y/N)
1.动力学逆问题是根据各关节的驱动力(或力矩),求解机器人的运动(关节位移、速度和加速度),主要用于机器人的仿真。
2.动力学逆问题是已知机器人关节的位移、速度和加速度,求解所需要的关节力(或力矩),是实时控制的需要。
3.在动力学中,研究构件质心的运动使用牛顿方程,研究相对于构件质心的转动使用欧拉方程。
4.对于具有外力作用的非保守机械系统,其拉格朗日动力函数L可定义为系统总动能与系统总势能之和。   
5.在机器人动力学关节转矩表达式中,由于其重力项随位姿变化很大,常常将其忽略。
三、简答题
        1.什么是广义坐标和广义力?
2.应用拉格朗日方程(函数)求解机器人动力学问题的优点是什么?
四、分析与计算题
1.试列出如图所示2转动关节机器人的Lagrange函数。

图  二自由度机器人动力学方程的建立
第5章  机器人轨迹规划
一、选择题(4选1)
        1.对于有规律的轨迹,仅示教几个特征点,计算机就能利用________获得中间点的坐标。
                        1).优化算法
                        2).平滑算法
                        3).预测算法
                        4).插补算法
        2.机器人轨迹控制过程需要通过求解__________获得各个关节角的位置控制系统的设定值。
                        1).运动学正问题
                        2).运动学逆问题
                        3).动力学正问题
                        4).动力学逆问题
        3.所谓无姿态插补,即保持第一个示教点时的姿态,在大多数情况下是机器人沿_______运动时出现。
                        1).平面圆弧
                        2).直线
                        3).平面曲线
                        4).空间曲线
        4.定时插补的时间间隔下限的主要决定因素是:
                        1).完成一次正向运动学计算的时间
                        2).完成一次逆向运动学计算的时间
                        3).完成一次正向动力学计算的时间
                        4).完成一次逆向动力学计算的时间
        5.为了获得非常平稳的加工过程,希望作业启动(位置为零)时:
                        1).速度为零,加速度为零
                        2).速度为零,加速度恒定
                        3).速度恒定,加速度为零
                        4).速度恒定,加速度恒定
二、判断题(Y/N)
1.机器人轨迹泛指工业机器人在运动过程中所走过的路径。
2.轨迹规划与控制就是按时间规划和控制手部或工具中心走过的空间路径。
3.工业机器人轨迹规划可以在关节空间进行插补,也可以在笛卡尔空间进行插补。
4.插补方式分为点位控制(PTP控制)和连续轨迹控制(CP控制),可是连续轨迹控制最终还是要实现点位控制。
5.轨迹插补运算是伴随着轨迹控制过程一步步完成的,而不是在得到示教点之后,一次完成,再提交给再现过程的。
6.空间直线插补是在已知该直线始点、末点和中点的位置和姿态的条件下,进而求出轨迹上各点(插补点)的位置和姿态。
三、简答题
        1.什么是定时插补和定距插补?分别在什么场合下应用?
        2.当让机器人完成螺栓抓紧与插入过程时,试描述机器人手部位姿结点序列包括哪些内容。
四、分析与计算题
    1.机器人轨迹控制过程如图所示。试列出各步的主要内容。

     2.试说明,机器人轨迹控制过程中,为什么控制系统的控制频率要远高于插补运算的频率?
第6章  机器人感觉技术与传感器
一、选择题(4选1,多于4个的为多选题)       
        1.完整的传感器应包括下面哪三部分?
1).敏感元件
2).计算机芯片
3).转换元件
4).模数转换电路
5).基本转换电路
6).微波通信电路
2.传感器的基本转换电路是将敏感元件产生的易测量小信号进行变换,使传感器的信号输出符合具体工业系统的要求。一般为:
1).4~20mA、–5~5V
2).0~20mA、0~5V
3).-20mA~20mA、–5~5V
4).-20mA~20mA、0~5V
        3.应用通常的物理定律构成的传感器称之为
                        1).物性型
                        2).结构型
                        3).一次仪表
                        4).二次仪表
        4.利用物质本身的某种客观性质制作的传感器称之为
                        1).物性型
                        2).结构型
                        3).一次仪表
                        4).二次仪表
        5.应用电容式传感器测量微米级的距离,应该采用改变________的方式。
                        1).极间物质介电系数
                        2).极板面积
                        3).极板距离
                        4).电压
        6.压电式传感器,即应用半导体压电效应可以测量
                        1).电压
                        2).亮度
                        3).力和力矩
                        4).距离
        7.传感器的输出信号达到稳定时,输出信号变化与输入信号变化的比值代表传感器的_______参数。
                        1).抗干扰能力
                        2).精度
                        3).线性度
                        4).灵敏度
8.传感器在整个测量范围内所能辨别的被测量的最小变化量,或者所能辨别的不同被测量的个数,被称之为传感器的_________。
                        1).精度
                        2).重复性
                        3).分辨率
                        4).灵敏度
        9.增量式光轴编码器一般应用___套光电元件,从而可以实现计数、测速、鉴向和定位。
                        1).一
                        2).二
                        3),三
                        4).四
        10.测速发电机的输出信号为
                        1).模拟量
                        2).数字量
                        3).开关量
                        4).脉冲量
        11.用于检测物体接触面之间相对运动大小和方向的传感器是:
                        1).接近觉传感器
                        2).接触觉传感器
                        3).滑动觉传感器
                        4).压觉传感器
        12.6维力与力矩传感器主要用于
                        1).精密加工
                        2).精密测量
                        3).精密计算
                        4).精密装配
        13.GPS全球定位系统,只有同时接收到____颗卫星发射的信号,才可以解算出接收器的位置。
                        1).2
                        2).3
                        3).4
                        4).6
14.图像工程是一门系统地研究各种图像理论、技术和应用的新的交叉学科。研究内容包括:____、_____、______三个层次及它们的工程应用。
1).图像获取
2).图像处理
3).图像增强
4).图像恢复
5).图像分析
6).图像理解
15.机器视觉系统主要由三部分组成:
1).图像的获取
2).图像恢复
3).图像增强
4).图像的处理和分析
5).输出或显示
6).图形绘制
二、判断题(Y/N)
        1.结构型传感器的结构比起物性型传感器的结构相对简单。
        2.结构型传感器的原理比起物性型传感器的原理相对清晰。
        3.电感式传感器只能检测与铁磁性物体间的距离。
        4.电动机上的绝对光轴编码器是用来检测运动加速度的。
        5.由电阻应变片组成电桥可以构成测量重量的传感器。
        6.借助于电磁波和声波可以构成接触型传感器。
        7.传感器的精度是反映传感器输出信号与输入信号之间的线性程度。
        8.传感器的精度是指传感器的测量输出值与实际被测量值之间的误差。
9.传感器的重复性是指在其输入信号按同一方式进行全量程连续多次测量时,相应测试结果的变化程度。
10.绝对光轴编码器大量使用二进制编码码盘。
11.格林(格雷)码被大量用在相对光轴编码器中。
12.增量式编码器比起绝对式编码器加工难、安装严、体积大、价格高。
13.采用两个码盘脉冲为一个时间间隔,然后用计数器记录在这段时间里高速脉冲源发出的脉冲数。用这样的方法可以提高位置的测量精度。
14.电涡流式传感器可以用来检测与任何物体间的距离。
15.用光纤制作接近觉传感器可以用来检测机器人与目标物间较远的距离。
16.超声波传感器对于水下机器人的作业是不可或缺的。
17.激光测距仪可以进行散装物料重量的检测。
18.红外距离传感器(红外测距仪)相对而言,测距的准确度不高,测量距离相对较短,而由于价格低,也很适合于机器人应用。
19.机器视觉是指用计算机实现人的视觉功能——对客观世界的三维场景的感知、识别和理解。
20.灰度直方图的均衡化是实现图像增强的主要方法之一。
21.数字信号处理DSP(Digital Signal Processing)包括对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等方面。
22.数字信号处理器(Digital Signal Processor),也称为DSP芯片,是近几年发展起来的适于高速运算的集成电路。
23.图像二值化处理便是将图像中感兴趣的部分置1,背景部分置2。
24.计算机视觉学科中绝大多数问题为病态问题,既难以求解或解不唯一。
三、简答题
        1.什么是传感器?
        2.彩色图像与灰度图像的异同点。
四、分析与计算题
        1.荷重传感器应变片贴制与平衡电桥如图所示,试分析加上载荷后,电桥极性如何变化。
        2.夹持力觉传感器如右图所示。
已知:

求受力大小F和力作用点距离LA。
       



第7章  机器人控制
一、选择题(4选1,多于4个的为多选题)
1.机器人控制系统在物理上分为两级,但在逻辑上一般分为如下三级:
                        1).PID控制器
                        2).位置控制器
                        3).作业控制器
                        4).运动控制器
                        5).驱动控制器
                        6).可编程控制器
        2.在伺服电机的伺服控制器中,为了获得高性能的控制效果,一般具有3个反馈回路,分别是:
                        1).电压环
                        2).电流环
                        3).功率环
                        4).速度环
                        5).位置环
                        6).加速度环
        3.操作机手持粉笔在黑板上写字,在哪个方向只有力的约束而无速度约束?
                        1).X轴
                        2).Y轴
                        3).Z轴
                        4).R轴
4.如果末端装置、工具或周围环境的刚性很高,那么机械手要执行与某个表面有接触的操作作业将会变得相当困难。此时应该考虑:
                1).柔顺控制
                2).PID控制
                3).模糊控制
                4).最优控制
5.示教-再现控制为一种在线编程方式,它的最大问题是:
                1).操作人员劳动强度大
                2).占用生产时间
                3).操作人员安全问题
                4).容易产生废品
二、判断题(Y/N)
1.机器人控制系统主要对机器人工作过程中的动作顺序、应到达的位置及姿态、路径轨迹及规划、动作时间间隔,以及末端执行器施加在被作用物上的力和力矩等进行控制。
2.步进电动机一般作为闭环伺服系统的执行机构。
3.为改变三相反应式步进电机转子的运动方向,需要改变各相脉冲的频率。
4.GM-400元东控制器中,将增量编码器得到的位置信息,通过4倍频及加、减计数,可以提高位置检测精度。
5.运动控制的电子齿轮模式是一种主动轴与从动轴保持一种灵活传动比的随动系统。
6.示教-再现控制的给定方式中分直接示教和间接示教。直接示教便是操作人员通过手动控制盒上的按键,编制机器人的动作顺序,确定位置、设定速度或限时。
        7.通过操作机终端机械结构的变形来适应操作过程中遇到的阻力的柔顺控制称之为主动柔顺。
        8.采用一个力反馈或组合反馈的柔顺控制系统称之为主动柔顺控制。
    9.控制系统中涉及传感技术、驱动技术、控制理论和控制算法等。
三、简答题
1.机器人控制的主要特点有哪些?
        2.步进电动机的特点有哪些?
3.PWM调速的原理是什么?
4.PWM调速特点有哪些?
5.气动马达相对于电动机的主要区别有哪些?
        6.GM-400运动控制起具有哪4种运动控制模式?
四、分析与计算题
1.为什么三相六拍通电方式比三相单三拍通电方式能够得到小的步距角和较好的输出性能?
2.试对直流伺服方案和交流伺服方案进行比较。
3.简要介绍双向旋转的叶片式马达工作原理。
4.试列出直流电机电压平衡方程式和转矩平衡方程式,并指出机械部分与电气部分的耦合关系。
第8章  工业机器人
一、选择题(4选1,多于4个的为多选题)
1.日本日立公司研制的经验学习机器人装配系统采用触觉传感器来有效地反映装配情况。其触觉传感器属于下列那种传感器?
                1).接触觉
                2).接近觉
                3).力/力矩觉
                4).压觉
        2.谐波减速器特别适用于工业机器人的哪几个轴的传动?
                        1).S轴
                        2).L轴
                        3).U轴
                        4).R轴
                        5).B轴
                        6).T轴
3.RV摆线针轮减速器特别适用于工业机器人的哪几个轴的传动?
                        1).S轴
                        2).L轴
                        3).U轴
                        4).R轴
                        5).B轴
                        6).T轴
二、判断题(Y/N)
1.日本日立公司研制的经验学习机器人装配系统的学习功能主要表现在记住前一次的误差,在后面的操控中主动进行调整。
2.谐波减速机的名称来源是因为刚轮齿圈上任一点的径向位移呈近似于余弦波形的变化。
3.变位机的运动数(自由度)主要取决于被加工件的大小。
4.三自由度手腕能使手部取得空间任意姿态。
5.机器人末段执行器的基点P 是R轴、B轴和T轴中心线的交点。
6.EP-500S机器人弹簧平衡机构主要用于平衡大小臂关节的重力矩。
三、简答题
        1.弧焊机器人的周边设备主要包括哪些部分?
        2.变位机对于焊接机器人的作用是什么?
3.谐波传动的特点主要表现在:
        4.6轴工业的各轴功能是什么?
        5.GRC通用机器人控制系统的主要技术特点有哪些?
四、分析与计算题
1.三自由度手腕理论上可以有几种结合方式?具有实际意义的又有几种结合方式,试绘出结合方式示意图。
第9章  足球机器人
一、选择题(4选1,多于4个的为多选题)
1.集控式足球机器人的智能主要表现在哪两个子系统?
                        1).机器人小车子系统
                        2).机器人通信子系统
                        3).机器人视觉子系统   
                        4).机器人决策子系统   
                        5).机器人总控子系统
2.模拟通信系统与数字通信系统的主要区别是什么?
                        1).载波频率不一样
                        2).信道传送的信号不一样
                        3).调制方式不一样
                        4).编码方式不一样
        3.CCD(Charge Coupled Device)摄像头输出信号为____帧/秒(fps——frame per second)。
                        1).20
                        2).25
                        3).30
                        4).50
        4.CCD摄像头采用电视PAL标准,每帧图像由___场构成。
                        1).1
                        2).2
                        3).3
                        4).4
二、判断题(Y/N)
1.所谓调制就是载波的某参数随基带信号规律而变化的一种过程。可以调整载波的频率和幅值,但是无法调整载波的相位。
2.图像增强是调整图像的色度、亮度、饱和度、对比度和分辨率,使得图像效果清晰和颜色分明。
3.图像恢复指是的光学镜头几何形变的矫正,补偿由于光学镜头所带来的图像畸变。
4.图像压缩是减少图像信息容量以提高系统的响应速度的图像处理方法。
5.足球机器人决策子系统是一类知识型系统,涉及到复杂的基于知识的推理过程和形象思维。
6.集控式足球机器人的各种动作都是通过机器人小车的线速度、角速度、位移和轨迹来实现的,最终都落实到小车左、右轮速的计算,都落实到VL、VR函数的设计上。
7.东大牛牛机器人足球队是中国第一支夺得世界杯冠军的代表队,填补了国内空白。
三、简答题
1.人工智能领域的专家学者对于机器人足球做出什么大胆的设想(dream)?
2.集控式足球机器人包括哪些子系统?
        3.自主机器人车(人)载电源的选择原则是什么?
        4.足球机器人视觉系统的有利与不利条件有哪些?
        5.集控式足球机器人决策子系统的任务是什么?
        6.足球机器人六步推理模型的内容是什么?
        7.足球机器人总控子系统的任务是哪些?
四、分析与计算题
1.决策系统发给小车的通信协议由4个字节构成,已知同步信息、小车车号和左右轮速设定值如表1所示,试确定协议中奇偶校验码。
             表1  集控式足球机器人通信协议片断(待定校验码)
        D7        D6        D5        D4        D3        D2        D1        D0
第一字节        1        1        0        0        1        0        1        1
        同步信息        小车车号
第二字节                1        0        1        1        0        1        0
        行校验        左轮方
向给定        左轮速度给定
第三字节                0        1        1        1        0        0        1
        行校验        右轮方
向给定        右轮速度给定
第四字节        0                                                       
        空位        列校验        列校验        列校验        列校验        列校验        列校验        列校验

第10章  机器人技术展望
一、选择题(4选1,多于4个的为多选题)
        1.美国发往火星的机器人是______号。
1).勇气
                        2).机遇
                        3).小猎兔犬
                        4).挑战者
                        5).哥伦比亚
二、判断题(Y/N)
        1.机器人在国民经济和百姓生活中起到重要作用还需要很长一段时间。
三、简答题
1.当今世界全球定位系统的实施计划有哪些?
四、分析与计算题
1.你认为“人园”的故事能否出现?如何才能保证其不出现?

习题集题目统计

章        一选择题        二判断题        三简答题        四计算分析题        本章小计
1        5        10        11        1        27
2        2        13        2        7        24
3        4        10        4        4        22
4        4        5        2        1        12
5        5        6        2        2        15
6        15        24        2        2        43
7        5        9        6        4        24
8        3        6        5        1        15
9        4        7        7        1        19
10        1        1        1        1        4
合计        48        91        42        24        205
        139        66        205
        客观题        主观题       


《机器人技术》习题集资料
第1章  绪论
一、选择题(4选1)
1—2);2—1);3—3);4—3);5—2)
二、判断题(Y/N)
1—Y;2—Y;3—Y;4—N;5—N;6—Y;7—Y;8—Y;9—Y;10—Y
三、简答题
1.
机器人学是关于研究、设计、制造和应用机器人的一门科学。一般包括:机器人结构、机器人坐标系统、机器人运动学、机器人动力学、机器人控制、机器感知、机器视觉、机器人语言、决策与规划等。相比机器人技术研究的更为概括、抽象和理论一些。
2.
一般将机器人分为三代。
* 第一代为示教再现型机器人。由操作人员预先给出(示教)机器人的运动轨迹,然后机器人准确地重复再现这种轨迹。
* 第二代为感觉判断型机器人,亦称为感知融合智能机器人。机器人带有一些可感知环境的装置,通过反馈控制,使机器人能在一定程度上适应变化的环境。
* 第三代为自主感知型机器人,亦称为自主感知思维智能机器人。机器人具有多种感知功能,可进行复杂的逻辑推理、判断及决策,可在作业环境中独立行动;具有发现问题且能自主地解决问题的能力。
3.
                        直角坐标机器人
圆柱坐标机器人
极坐标机器人
多关节型机器人
                串联关节机器人
                    垂直关节机器人
                    水平关节机器人
并联关节机器人
串并联关节机器人
        4.
                        优点:结构最紧凑,灵活性大,占地面积最小,工作空间最大,能与其他机器人协调工作,
避障性好
缺点:位置精度较低,有平衡问题,控制存在耦合,设计与控制比较复杂
        5.
优点:刚性好,结构稳定,承载能力高,运动精度高
缺点:活动空间小。
6.
                气动机器人
液压机器人
电动机器人
新型驱动方式机器人(如静电驱动器、压电驱动器、形状记忆合金驱动器、人工肌肉及光驱动器等)
        7.
内部传感器是用来检测机器人自身状态(内部信息)的机器人传感器,如检测关节位置、速度的光轴编码器等。是机器人自身运动与正常工作所必需的;
外部传感器是用来感知外部世界、检测作业对象与作业环境状态(外部信息)的机器人传感器。如视觉、听觉、触觉等。是适应特定环境,完成特定任务所必需的。
8.
                机器人本体,控制器,任务,环境——机器人的设计与制造是和机器人的任务和环境密不可                        分的。
9.
                数学(立体几何、线性代数、微分方程、拓扑学等)
力学(工程力学、结构力学、弹塑性力学、流体力学——气动、液压)
                机械学
                电子学和微电子学
                控制理论与系统
                计算机
                通讯工程
                系统工程
                生物学与仿生学
                人工智能
                人工生命等。
10.
坐标系统与坐标变换
运动学与动力学
轨迹规划
机械工程与机电一体化
控制工程
机器视觉与图像工程
语言与声音识别
自学习与自组织
系统仿真
人工智能(专家系统,模糊推理,神经网络等)
人体工程学
多智能体系统等
11.
对于关节型机器人,常常由于结构原因使得机器人存在手部不能到达的作业区域,称之为死区(dead zone)。死区的存在导致机器人在执行某作业时而不能完成任务。
四、分析与计算题
1.
答:机器人的应用和普及是发展经济和生产力的需要。因为机器人不仅可以提高产品质量和生产效率,而且可以减轻劳动强度,改善生产环境。机器人的应用和普及必然要替代一部分从事重复性劳动的技术工人。先进国家的实践经验,机器人的大量使用并没有引起劳动力失业的增加,而是引起劳动力的转移,从繁重的“蓝领劳动力”转向层次更高的“白领技术人员”,设计、使用和维护机器人;从第2产业的生产第一线转向第3产业,提高人们的生活质量。因此不会造成严重的社会问题。
第2章  空间、坐标与变换
一、选择题(4选1)
1—4);2—2).姿态与位置   
二、判断题(Y/N)
1—Y;2—Y;3—N;4—Y;5—Y;6—N;7—Y;8—Y;9—N;10—Y;11—N;12—N;13—Y
三、简答题
1.
                绕X轴转动为侧摆,亦称航向角
                绕Y轴转动为俯仰角
                绕Z轴转动为横滚角
2.
一般说来,以(N+1)维矢量来表示N维位置矢量,称为齐次坐标表示法。因此齐次向量是不唯一的。最简单的表示方法是增加一维,其值为1。
四、分析与计算题
1.
解:将矩阵乘其转置矩阵,乘积为单位矩阵,故为正交矩阵;如果不是单位阵,则不是正交矩阵。
    计算结果:1)、2)、4)为正交矩阵,3)、5)不是。
2.
解: 设 ,根据齐次矩阵的性质,故w=0.
由于   , 因为R正交矩阵,
  =
比较对角线元素,        
此时可以用直角坐标三轴的相互关系决定取舍:
(取正)   
符合右手关系,可以是解。取负则不对了。
(取负)   
3.
解:齐次矩阵为
                 
4.
解:                    
5.
解:由于         , , ,则表示动坐标位姿的齐次矩阵


6.
解:
      
      
   直接列写,则是
         结果相同。
   
   
7.
解:



第3章  机器人运动学
一、选择题(4选1)
1—1);2—3);3—1);4—3)
二、判断题(Y/N)
1—N;2—N;3—N;4—Y;5—Y;6—Y;7—Y;8—N;9—Y;10—N
三、简答题
1.
关节——允许机器人本体各零件之间发生相对运动的机构。
关节之中,凡单独驱动的称主动关节,反之,称从动关节。
关节分类
            1)平动(移动)关节(P-prismatic joint),也称之为移动副,允许连杆作直线移动。
                       2)转动关节(R-revolute joint),也称之为转动副,允许连杆作旋转运动。
2.
                关节角,杆件长度,横距,扭转角。
3.
位置运动学仅考虑运动中的几何学问题,即不考虑运动与时间的关系。已知关节空间的关节变量,计算操作机在操作空间的手部位姿,称之为运动学正问题。反之,已知操作机在操作空间的手部位姿,求各关节变量的反变换,称之为运动学逆问题,也叫求手臂解。  
4.
转置雅克比矩阵代表着如何将迪卡尔空间作用在手爪上的力/力矩转变成关节空间各个关节上的平衡力/平衡力矩,即把直角空间的力/力矩映射为等价的关节力/关节力矩。       
四、分析与计算题
        1.
解:
         
2.

        解  手臂绕定轴转动是相对固定坐标系作旋转变换,故有
         
手部绕手腕轴旋转是相对动坐标系作旋转变换,所以
         
3.
解:
      
         

4.
        解:
            
              
第4章  机器人动力学
一、选择题(4选1)
        1—3);2—1);3—4);4—4)
二、判断题(Y/N)
1—N;2—Y;3—Y ;4—N;5—N
三、简答题
        1.
            广义坐标包括线位移量和角位移量,广义力包括力和力矩。
2.
Lagrange 方程是以能量观点建立起来的运动方程式,为了列出系统的运动方程式,只需要从两个方面去分析,一个是表征系统运动的动力学量—系统的动能和势能,另一个是表征主动力作用的动力学量—广义力。
由于理想约束反力不出现在方程组中,因此建立运动方程式时只需分析已知的主动力,而不必分析未知的约束反力。
四、分析与计算题
1.

图  二自由度机器人动力学方程的建立
解:
1).选定广义关节变量及广义力
选取笛卡儿坐标系。连杆1和连杆2的关节变量分别是转角θ1和θ2,关节1和关节2相应的力矩是τ1和τ2。连杆1和连杆2的质量分别是m1和m2,杆长分别为l1和l2,质心分别在k1和k2处,离关节中心的距离分别为p1和p2。
因此,杆1质心k1的位置坐标为
         
         
杆1质心k1速度的平方为
         
杆2质心k2的位置坐标为
         
         
杆2质心k2速度的平方为
         
         
         
2).系统动能
             i=1,2
         
         
3).系统势能
             i=1,2
        Ep1=m1gp1(1– cq1)
        Ep2=m2gl1(1– cq1)+m2gp2(1– c12)
4).拉格朗日函数
         
第5章  机器人轨迹规划
一、选择题(4选1)
        1—        4);        2—2);3—2);4—2);5—1)
二、判断题(Y/N)
1—N;2—Y;3—Y;4—Y;5—Y;6—N
三、简答题
        1.
两个插补点间的时间间隔保持不变,为定时插补;两个插补点间的距离保持不变,为定距插补。在工作速度不变的情况下,采用定时插补;在工作速度需要变化的条件下,为了保证跟踪的精度,需要采用定距插补。
        2.
                        其中包括:原始位置—接近螺栓—到达—抓住—提升—接近托架—插入孔中—松夹—移开
四、分析与计算题
1.
     解:
1)通过示教过程得到机器人轨迹上特征点的位姿。对于直线需要得到起始点和终点,对于圆弧需要得到弧上三点;
2)根据轨迹特征(直线/园弧/其它)和插补策略(定时/定距/其它)进行相应的插补运算,求出该插补点的位姿值;
    3)根据机器人逆运动学原理,求出手臂解,即对应于插补点位姿的全部关节角(q1, …, qn);
    4)以求出的关节角为相应关节位置控制系统的设定值,分别控制n个关节驱动电机;
5)和关节驱动电机同轴连接的光轴编码器给出该关节当前实际位置值,进行反馈,位置控制系统根据此位置误差(设定值—反馈值)实施控制以消除误差,使机器人达到所要求的位姿。

     2.
解:位置误差的消除是不能一步完成的,需要有一个过渡过程,因此在一个插补周期内必须要完成若干次角度采样和控制,因此控制系统的控制频率要远高于插补运算的频率。
第6章  机器人感觉技术与传感器
一、选择题(4选1,多于4个的为多选题)       
1—1)+3)+5);2—1);3—2);4—1);5—3);6—3);7—4);8—3);        9—3);10—1);11—3);12—4);13—3);14—2)+5)+6);15—1)+4)+5)
二、判断题(Y/N)
1—N;2—Y;3—Y;4—N;5—Y;6—N;7—N;8—Y;9—Y;10—N;11—N;12—N;13—N;14—N;15—Y;16—Y;17—Y;18—Y;19—Y;20—Y;21 —Y;22—Y;23—N;24—Y
三、简答题
        1.
传感器是一种以一定精度将被测量(如位移、力、加速度、温度等)转换为与之有确定对应关系、易于精确处理和测量的某种物理量(如电量)的测量部件或装置。
        2.
相同点:都是由像素构成,其分辨率为 m × n,如:480 ×640
不同点:灰度图像为单色图像,仅给出各像素点的强度值I = f ( x, y )
彩色图像要给出各像素点三种“基色”——红、绿、蓝的强度值,即IR = fR ( x, y ),IG = fG ( x, y ),IB = fB ( x, y )。而各像素点的颜色为三基色的合

四、分析与计算题
        1.






解:当加上载荷后,R1和R3阻值变小,而R2和R4阻值变大,于是破坏了电桥的平衡输出,输出端上部电位降低,呈负极性;下部电位增加,呈正极性。而且变化幅值和载荷大小成正比。

2.
        解:
  

第7章  机器人控制
一、选择题(4选1,多于4个的为多选题)
1—3)+4)+5);2—2)+4)+5);3—3);4—1);5—2)
二、判断题(Y/N)
1—Y;2—N;3—N;4—Y;5—Y;6—N;7—N;8—Y;9—Y
三、简答题
1.
* 与机构学、运动学及动力学密切相关。
* 描述机器人状态和运动的数学模型是一个具有时变结构和参数的非线性模型,各关节变量之间存在紧密耦合。
* 一个简单的机器人至少也有3-5个自由度,于是机器人控制系统必须是一个计算机控制的多级递阶控制系统。
* 机器人的动作常常可以通过不同的方式和路径来完成,手臂解不唯一,这样便要处理在一定约束条件下的优化决策与控制问题。
* 伺服系统要求较高的位置精度,较大的调速范围,各关节的速度误差系数应尽量一致。
* 系统的静差率要小,位置无超调,动态响应尽量快。       
        2.
(1) 输出角度精度高,无积累误差,惯性小。
(2) 输入和输出呈严格线性关系。
(3) 脉冲数、脉冲频率、脉冲顺序都可方便地由计算机输出,控制算法容易实现。
(4) 输出信号为数字信号,可以与计算机直接接口。
(5) 结构简单,使用方便,可靠性好,寿命长。
3.
PWM是利用大功率晶体管的开关作用,将恒定的直流电源电压斩成一定频率的方波电压,并加在直流电动机的电枢上,通过对方波脉冲宽度的控制,改变电枢的平均电压控制电动机转速的一种方式。
4.
简单,便于计算机实现,节能,调速范围大;
非线性严重,引入高频干扰和损耗。
5.
1)、 单位功率尺寸小,重量轻.适用于安装在位置狭小的场合及手动工具上;
2)、 马达本身的软特性使之能长期满载工作,温升较小,且有过载保护的性能。
3)、 换向容易,操作简单,可以实现无级调速,特别适合频繁启动的场合;
4)、 简单的无级调速,从零到最大,操作灵活;
5)、 有较高的起动转矩,能带载启动;
6)、 结构简单,气动马达使用寿命特别长;
7)、 不受外部环境的影响,甚至在水中、多尘、潮湿、脏污等恶劣环境中;
8)、 安全,防爆。
但气动马达也具有输出功率小,耗气量大,效率低、噪声大和易产生振动等缺点。
        6.
                        1).S曲线模式
                        2).梯形曲线模式
                        3).速度跟踪模式
                        4).电子齿轮模式
四、分析与计算题
1.
解:由于步进电机三相定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开1/3齿距。如果控制线路不断地按A→B→C→A→…的顺序控制步进电动机绕组的通、断电,当相应绕组通电状态每改变一次,转子转过1/3齿距。这种通电方式称为三相单三拍通电方式。
如果采用用三相六拍通电方式,即其通电顺序为A→AB→B→BC→C→CA→A→…,相应地绕组的通电状态每改变一次,转子仅能转过1/6齿距。于是便得到了更小的步距角和较好的输出性能。
2.
解:直流伺服方案采用直流伺服电机,交流伺服方案采用交流伺服电机。由于变频技术的迅速发展,交流调速的可靠性与经济性不断提高,因此交流伺服大有取代直流伺服的趋势。
直流电机由于整流子的存在,导致其制造、维护的困难,除在特殊场合很少使用。
交流伺服电动机除了不具有直流伺服电动机的缺点外,还具有转动惯量小,动态响应好,能在较        宽的速度范围内保持理想的转矩,结构简单,运行可靠等优点。
一般同样体积下,交流电动机的输出功率可比直流电动机高出10%~70%。
另外,交流电动机的容量可做得比直流电动机大,达到更高的转速和电压。
目前在机器人系统中,90%的系统采用交流伺服电动机。
3.
解:双向旋转的叶片式马达工作原理图如右图所示。
当压缩空气从进气口A 进入气室后,立即喷向叶片1,作用在叶片的外伸部分,产生转矩带动转子2 作逆时针转动,输出旋转的机械能。
废气从排气口C 排出,残余气体经B 排出(二次排气)。
若进、排气口互换.则转子反转,输出相反方向的机械能。
转子转动的离心力和叶片底部的气压力、弹簧力,使得叶片紧密地抵在定子3 的内壁上,以保证密封,提高容积效率。
4.
解:直流电机电压平衡方程式为
                 
    式中 为电枢回路电阻, 为电枢回路电感, 为电机反电势
    直流电机转矩平衡方程式为
                 
    式中 为电机转子等效转动惯量(含减速机和负载), 为等效摩擦系数。
    机械部分与电气部分的耦合关系
               
                 
    式中 为电机电流—力矩比例常数, 感应电势常数。
第8章  工业机器人
一、选择题(4选1,多于4个的为多选题)
1—3);2—4)+5)+6);3—1)+2)+3)
二、判断题(Y/N)
1—Y;2—N;3—N;4—Y;5—Y;6—Y
三、简答题
        1.
1).变位机及挡光板
2).夹具体
3).电焊机,送丝机,焊枪清理装置
4).气动系统
        2.
变位机作为机器人焊接生产线及焊接柔性加工单元的重要组成部分,其作用是将被焊工件旋转(平移)到最佳的焊接位置。即使机器人相对于工件处于最佳的作业角度,把工件各处的焊缝位置均能变换到最有利于机器人焊枪找位和焊接的地方。
3.
①传动比大,选择范围广;
②传递扭矩的同时啮合的齿数多,因而承载能力高;
③重量轻、体积小,传动装置含有的零件少;
④传动平稳,噪声小;
⑤传动效率高;
⑥运动精度高,可实现零回差转动;
⑦可构成密封传动;
⑧输出轴和输入轴位于同一轴心线上;
⑨维修方便,便于保养、检查和更换零件。
但是,结构较复杂、制造精度要求较高。
        4.
S轴——底座的旋转
L轴——下臂的摆动
U轴——上臂的摆动
R轴——上臂的旋转
B轴——手腕的摆动
T轴——手腕的旋转
S、L、U轴控制手的位置,R、B、T轴控制手的姿态。
        5.
(1) 通用性——只需做一下硬件配置和更换一下软件版本就可以,非常方便;
(2) 先进性——表现在性能指标的先进性和系统结构的先进性;
(3) 可靠性——每台控制器都要进行电磁兼容试验,环境试验和安全测试;
(4) 可操作性——优化人机界面,简化操作复杂度,提高作业效率已成为控制器发展的方向;
(5) 安全性和可维护性——软件保护、硬件保护和机械保护三级保护措施 。
四、分析与计算题
1.
解:如果用R代表横滚类的转动,即绕杆件轴的转动;B代表垂直杆件轴的转动。则R和B的组合排列理论上可以有8种(对应于三位二进制数,0对应R,1对应B)。但是其中BBB和BBR无法实现手腕在空间的任意位姿,故缺少实际意义。因此具有实际意义的为以下6种,

第9章  足球机器人
一、选择题(4选1,多于4个的为多选题)
1—3)+4);2—2);3—2);4—2)
二、判断题(Y/N)
1—N;2—Y;3—Y;4—Y;5—N;6—Y;7—Y
三、简答题
1.
        2050年前后,人型足球机器人代表队要和人类世界冠军队进行一场人机大战, 并要赢得这场胜利。
2.
机器人小车子系统
机器人通信子系统
机器人视觉子系统
机器人决策子系统
机器人总控子系统
        3.
(1)可充电电池——使用方便,可重复使用;
(2)容量大——电流与可连续运行时间满足要求;
(3)体积小、重量轻——降低机器人整体的重量、易于布置;
(4)减少开支,降低成本。
        4.
1)有利方面:摄像头固定,视场固定,光线充足,被辨识物体无影,机器人小车色标和小球的颜色鲜明、轮廓清晰、本方可选择等。这些特点给视觉系统的设计和实现带来许多方便。
2)不利方面:快速性、实时性、准确性、抗干扰性要求高。成为视觉领域的挑战性课题。比赛时,通常光照并不均匀,还可能出现各类光色干扰,影响系统可靠工作。
        5.
根据当前球场上的比赛状态——双方队员和球的位置,做出布署,给队员发出指令,担负起教练员和本方球员大脑的职责。
        6.
1)  输入信息预处理;
        —计算有关实体速度、相对距离、角度等
2)  态势分析与策略选择;
3)  队形确定与角色分配;
4)  目标位置确定;
5)  运动轨迹规划;
6)  左右轮速确定。
        7.
负责系统初始化、创建数据交换缓冲区、任务调度、时间分配,系统卸载等过程处理。总控过程的主要任务就是维护好运行时环境。
四、分析与计算题
1.
解:按偶校验,行校验和列校验分别如表2所示。
              表2  集控式足球机器人通信协议片断
        D7        D6        D5        D4        D3        D2        D1        D0
第一字节        1        1        0        0        1        0        1        1
        同步信息        小车车号
第二字节        0        1        0        1        1        0        1        0
        行校验        左轮方
向给定        左轮速度给定
第三字节        0        0        1        1        1        0        0        1
        行校验        右轮方
向给定        右轮速度给定
第四字节        0        0        1        0        1        0        0        0
        空位        列校验        列校验        列校验        列校验        列校验        列校验        列校验

第10章  机器人技术展望
一、选择题(4选1,多于4个的为多选题)
        1—1)+2)
二、判断题(Y/N)
        1—N
三、简答题
1.
       美国GPS(Global Position System)全球定位系统
       欧洲的伽利略计划
       俄罗斯的格洛纳斯计划
       中国的北斗星计划
四、分析与计算题
1.
解:没有标准资料。

习题集题目统计

章        一选择题        二判断题        三简答题        四计算分析题        本章小计
1        5        10        11        1        27
2        2        13        2        7        24
3        4        10        4        4        22
4        4        5        2        1        12
5        5        6        2        2        15
6        15        24        2        2        43
7        5        9        6        4        24
8        3        6        5        1        15
9        4        7        7        1        19
10        1        1        1        1        4
合计        48        91        42        24        205
        139        66        205
        客观题        主观题       


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