习    题

0.1  简述工业机器人的定义，说明机器人的主要特征。

0.2  工业机器人与数控机床有什么区别？

0.3  工业机器人与外界环境有什么关系？

0.4  说明工业机器人的基本组成及三大部分之间的关系。

0.5  简述下面几个术语的含义：自由度、重复定位精度、工作原理、工作速度、承载能力。

0.6  什么叫冗余自由度机器人？

0.7  题0.7图所示为二自由度平面关节型机器人机械手，图中L1=2L2，关节的转角范围是01180，–902180，画出该机械手的工作范围(画图时可以设L2=3 cm)。

0.8  工业机器人怎样按机械系统的基本结构来分类？

0.9  工业机器人怎样按控制方式来分类？

0.10  什么是SCARA机器人，应用上有何特点？

0.11  试总结机器人的应用情况。

题0.7图

1.1  点矢量v为[10.00 20.00 30.00]T，相对参考系作如下齐次坐标变换：

写出变换后点矢量v的表达式，并说明是什么性质的变换，写出旋转算子Rot及平移算子Trans。

1.2  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。

1.3  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。

1.4  坐标系{A}及{B}在固定坐标系{O}中的矩阵表达式为

画出它们在{O}坐标系中的位置和姿态：

1.5  写出齐次变换矩阵，它表示坐标系{B}连续相对固定坐标系{A}作以下变换：

(1) 绕ZA轴旋转90°。

(2) 绕XA轴转–90°。

(3) 移动[3，7，9]T。

1.6  写出齐次变换矩阵，它表示坐标系{B}连续相对自身运动坐标系{B}作以下  变换：

(1) 移动[3，7，9]T。

(2) 绕XB轴旋转90°。

(3) 绕ZB轴转– 90°。

1.7  题1.7图(a)所示的两个楔形物体，试用两个变换序列分别表示两个楔形物体的变换过程，使最后的状态如题1.7图(b)所示。

题1.7图

1.8  如题1.8图所示的二自由度平面机械手，关节1为转动关节，关节变量为1；关节2为移动关节，关节变量为d2。试：

(1) 建立关节坐标系，并写出该机械手的运动方程式。

(2) 按下列关节变量参数求出手部中心的位置值。

题1.8图

1.9  题1.8图所示二自由度平面机械手，已知手部中心坐标值为X0、Y0。求该机械手运动方程的逆解1、d2。

1.10  三自由度机械手如题1.10图所示，臂长为l1和l2，手部中心离手腕中心的距离为H，转角为1、2、3，试建立杆件坐标系，并推导出该机械手的运动学方程。

题1.10图

1.11  题1.11图所示为一个二自由度的机械手，两连杆长度均为1 m，试建立各杆件坐标系，求出A1、A2及该机械手的运动学逆解。

题1.11图

1.12  什么是机器人运动学逆解的多重性？

1.13  有一台如题1.13图所示的三自由度机械手的机构，各关节转角正向均由箭头所示方向指定，请标出各连杆的D-H坐标系，然后求各变换矩阵A1、A2、A3。

题1.13图

1.14  试按D-H坐标系建立题1.14图所示机器人各杆的坐标系(各Z轴正向位于有旋转标志一端，Z0、Z6如题1.14图所示)。

题1.14图

1.15  试求题1.15图所示V80机器人的运动学方程。

题1.15图

2.1  简述欧拉方程的基本原理。

2.2  简述用拉格朗日方法建立机器人动力学方程的步骤。

2.3  动力学方程的简化条件有哪些？

2.4  简述空间分辨率的基本概念。

2.5  机器人的稳态负荷的研究包括哪些内容？

2.6  简述计算机控制机器人获得良好的重复性的处理步骤。

2.7  分别用拉格朗日动力学及牛顿力学推导题2.8图所示单自由度系统力和加速度的关系。假设车轮的惯量可忽略不计，X轴表示小车的运动方向。

题2.8图                                    

2.8  推导题2.8图所示两自由度系统的运动方程。

2.9  推导题2.9图所示的两自由度系统的运动方程。

题2.8图                                     题2.9图

2.10  用拉格朗日法推导题2.10图所示两自由度机器人手臂的运动方程。连杆质心位于连杆中心，其转动惯量分别为I1和I2。

2.11  简述机器人速度雅可比、力雅可比的概念及其二者之间的关系。

2.12  已知二自由度机械手的雅可比矩阵为

若忽略重力，当手部端点力F =[1 0]T时，求相应的关节力矩τ。

2.13  如题2.13图所示，一个三自由度机械手，其末端夹持一质量m=10 kg的重物，l1=l2=0.8 m，θ1=60°，θ2= –60°，θ3= –90°。若不计机械手的质量，求机械手处于平衡状态时的各关节力矩。

题2.10图

题2.13图  三自由度机械手

2.14  如题2.14图所示二自由度机械手，杆长l1=l2=0.5 m，求下面三种情况时的关节瞬时速度、。

题2.14图  二自由度机械手

2.15  如题2.15图所示三自由度平面关节机械手，其手部握有焊接工具，若已知各个关节的瞬时角度及瞬时角速度，求焊接工具末端A的线速度vX、vY。

题2.15图  三自由度平面关节机械手

3.1  何谓轨迹规划?简述轨迹规划的方法并说明其特点。

3.2  设一机器人具有6个转动关节，其关节运动均按三次多项式规划，要求经过两个中间路径点后停在一个目标位置。试问欲描述该机器人关节的运动，共需要多少个独立的三次多项式?要确定这些三次多项式，需要多少个系数?

3.3  单连杆机器人的转动关节，从 = –5°静止开始运动，要想在4 s内使该关节平滑地运动到 =+80°的位置停止。试按下述要求确定运动轨迹：

(1) 关节运动依三次多项式插值方式规划。

(2) 关节运动按抛物线过渡的线性插值方式规划。

3.4  目前有哪几种模型应用于机器人系统构型？各自有何优、缺点？

4.1  机器人本体主要包括哪几部分？以关节型机器人为例说明机器人本体的基本结构和主要特点。

4.2  如何选择机器人本体的材料，常用的机器人本体材料有哪些？

4.3  何谓材料的E/？为提高构件刚度选用材料E/大些还是小些好，为什么？

4.4  机身设计应注意哪些问题？

4.5  何谓升降立柱下降不卡死条件？立柱导套为什么要有一定的长度？

4.6  机器人臂部设计应注意哪些问题？

4.7  常用的臂杆平衡方法有哪几种？试述质量平衡常用的平行四边形平衡机构。

4.8  什么叫BBR手腕、RRR手腕？什么叫手腕自由度退化？

4.9  机器人手爪有哪些种类，各有什么特点？

4.10  试述磁力吸盘和真空吸盘的工作原理。

4.11  何谓自适应吸盘及异形吸盘？

4.12  机器人对移动关节有何要求？为什么常用滚动导轨？

4.13  机器人专用滚动轴承有何特点？机器人为什么要采用谐波传动？

4.14  传动件定位常有哪几种方法？

4.15  传动件消隙常有哪几种方法，各有什么特点？

4.16  简述机器人行走机构结构的基本形式和特点。

4.17  简述两足步行机器人行走机构的工作原理。

5.1 说明工业机器人常用的控制结构形式，就你所熟知的某种工业机器人分析其控制器的控制结构。

5.2 机器人传感器常用的有哪几种？

5.3 传感器的主要性能参数有哪几个？

5.4 简述电位式位移传感器的工作原理。

5.5 分析二进制吗盘与格雷吗盘结构的异同。

5.6 角速度传感器常用的有哪几种？举例说明其中一种的工作原理。

5.7 分析外部传感器中力矩传感器的测量原理。

5.8 简述触觉传感器的测量原理。

5.9 采用基于芯片的运动控制器来控制机器人的运动有什么特点？

5.10 LM628芯片有什么功能？

5.11 分析运动控制卡控制的结构特点？举例说明你所了解的运动控制卡的应用。

5.12 步进电机具有哪些优点？说明反应式步进电机的工作原理。

5.13 MOTOMAN-UP6型机器人的控制器XRC有哪些控制功能？

5.14 分析XRC外部控制功能的作用及应用。

5.15 何为分解运动控制？为什么要进行分解运动控制？

5.16分解运动控制的思路及实现方法是什么？

5.17 分解运动加速度控制的目标是什么？怎么实现？