机器人学蔡自兴课后题第三版

机器人学蔡自兴课后习题答案

其余的比较简单,大家可以自己考虑。

3、 坐标系}B {的位置变化如下:初始时,坐标系}A {与}B {重合,让坐标系}B {绕

B Z 轴旋转θ角;然后再绕B X 旋转φ角。给出把对矢量P B 的描述变为对P A 描述的

旋转矩阵。

解:Θ坐标系}B {相对自身坐标系(动系)的当前坐标系旋转两次,为相对变换,齐次变换顺序为依次右乘。

∴对P A 描述有 P T P B A

B A = ;

其中 ),(),(φθx Rot z Rot T A

B = 。 9、 图2-10a 示出摆放在坐标系中的两个相同的楔形物体。要求把它们重新摆放在图2-10b 所示位置。

(1)用数字值给出两个描述重新摆置的变换序列,每个变换表示沿某个轴平移或绕该轴旋转。

(2)作图说明每个从右至左的变换序列。

(3)作图说明每个从左至右的变换序列。

解:(1)方法1:如图建立两个坐标系}{1111z y x o 、}{2222z y x o ,与2个楔块相固联。

图1:楔块坐标系建立(方法1)

对楔块1进行的变换矩阵为:)90,()90,(1z Rot y Rot T = ;

机器人学蔡自兴课后习题答案

对楔块2进行的变换矩阵为:

)180,()90,()90,()4,0,3

其余的比较简单，大家可以自己考虑。

3. 坐标系{B}的位置变化如下：初始时，坐标系{A}与{B}重合，让坐标系{B}绕

A

ZB轴旋转 角；然后再绕XB旋转 角。给出把对矢量BP的描述变为对P描述

的旋转矩阵。

解： 坐标系{B}相对自身坐标系（动系）的当前坐标系旋转两次，为相对变换，齐次变

换顺序为依次右乘。

AB

对P描述有 AP ABTP ；

其中 ABT Rot(z, )Rot(x, ) 。

9. 图2-10a示出摆放在坐标系中的两个相同的楔形物体。要求把它们重新摆放在图2-10b所示位置。

（1）用数字值给出两个描述重新摆置的变换序列，每个变换表示沿某个轴平移或绕该轴旋转。

（2）作图说明每个从右至左的变换序列。 （3）作图说明每个从左至右的变换序列。

解：（1）方法1:如图建立两个坐标系{o1x1y1z1}、{o2x2y2z2}，与2个楔块相固联。

图1：楔块坐标系建立（方法1）

对楔块1进行的变换矩阵为：T1 Rot(y,90)Rot(z,90) ；

对楔块2进行的变换矩阵为：

oo

T2 Trans( 3,0,4)Rot(z, 90o)02TRot(x,90)Rot(z,180) ；

1 0 其中 02T 0 0 0 1

所以 ：T1

0 0

010

机器人学导论作业

3.1 [15]计算例3.3中平面操作臂的运动学方程。

建立坐标系，由书图3-7得

三连杆平面操作臂的连杆参数

i 1 2 3 ?C1?0T??S11?0??0?C2?1 2T??S2?0??0?C3?2?S33T??0??0? i?1a i?1di ?i 0 2 0 ?SC00110 L L120 0 0 ???12300??00? 10??01?2?SC0000100010L??120? 0??1?2?SC003L??30? ?0?1?1233?C123?0012T2T3T??S33T?1?0??0其中

?SC000L1C1?L2C12??0L1S1?L2S12? ?10?01?C123?cos(?1??2??3) S123?sin(?1??2??3)

3.4 [22]图3-30所示为三自由度机械臂，关节1和关节2相互垂直，关节2和关节3相互平行。如图所示，所有关节都处于初始位置。关节转角的正方向都已标出。在这个操作臂的简图中定义了连坐标系{0}

12TT2和{3}，并表示在图中。求变换矩阵，和3T。

01

解：如下图建立连杆坐标系，

据相应坐标，写出连杆参数表 i 1 2 3 4

? i

智能机器人学习教程

第1章 预备知识

1.1 虚拟机器人的结构与功能

1.1.1

身体结构

在VJC1.5中，有五种型号的机器人：AS-M、AS-MII、AS-UII、AS-InfoX和AS-InfoM。图1－1是虚拟机器人的外形。虚拟机器人的身体结构跟真实的能力风暴智能机器人是相似的。本书中的范例采用的机器人型号均为AS-MⅡ。设置机器人型号的方法参见附录B。

AS-MII （AS-M /AS-UII） AS-InfoM

AS-InfoX 图1－1 虚拟机器人外形

1.1.2 感觉器官

能力风暴智能机器人的感觉功能，是由机器人的传感器实现的。能力风暴机器人身上安装的传感器有以下几种：

1. 红外传感器

红外传感器由红外发射器和红外接收器两部分组成。一旦程序中发出“红外测障”的指令，红外发射器就开始发射红外线。红外线遇到障碍物会反射回来，被红外接收器接收，从而机器人就能判断出障碍物所在的方位。虚拟机器人能够检测左、右、前三个方向的障碍物，跟真实的能力风暴智能机器人基本相同。发射红外线的虚拟机器人如图1－2所示。

2. 光敏传感器

图1－2 机器人发射红外线示意图

光敏传感器能够检测光线的强度，检测到的值为0～

*(一)概念

1. 什么是机器人？

科幻作家阿西莫夫机器人三原则：1、不伤害人类；2、在原则下服从人给出的命令；3、在与上两个原则不矛盾的前提下保护自身。 我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。 2. 示教再现式机器人

先由人驱动操作机，再以示教动作作业，将示教作业程序、位置及其他信息存储起来，然后让机器人重现这些动作。 3. 按几何结构机器人通常有哪几种分类方式 按几何结构分：

1）直角坐标式机器人 2）圆柱坐标式机器人 3）球面坐标式机器人 4）关节式球面坐标机器人 4. 描述什么是机器人的位姿

机器人刚体参考点的位置和机器人刚体的姿态统称为刚体的位姿。 5. 机器人结构由哪几个部分组成

通常由四个相互作用的部分组成：执行机构、驱动单元、控制系统、智能系统。

6. 为了将圆柱形的零件放在平板上，机器人应具有几个自由度 一共需要5个：定位3个，放平稳2个。 7. 几何环境

答：几何环境指机器人的作业环境。

8. 机器人的主要特点有哪些？决定机器人通用性的因素又有哪些？ 机器人的主要特点有通用性、适应性。决定通用性有

孙月 第3次作业 2120160000

第3章操作臂运动学

?

加*的题目是必做题，其它题目自己选择50%做即可，鼓励大家首选自己拿不准的题目。

3.1 [20]根据第二章的结论，我们知道，三维空间中自由运动的刚体共有6个自

由度，请问分别是哪六个？但是如果一个机器人的旋转关节数与平移关节数之和为7，那么我们说这个机器人有7个运动自由度，而我们知道三维空间中运动的物体最多有6个自由度，请问这是否矛盾？为什么？ 解答：

3.2 [10]*解释下列名词的含义

（1） 机器人（或操作臂）正运动学 （2） 驱动器空间 （3） 关节空间 （4） 笛卡尔空间 解答：

3.3 [15]*机器人（或操作臂）的正运动学问题，实质上是解决已建立好的各个

坐标系之间的变换关系，Denavit-Hartenberg方法通过找出两个坐标系之间的四个参数（称为DH参数）来建立两个坐标系之间的关系，试画图说明这四个参数的几何意义并简要说明变换过程。 解答：

3.4 [15]图3-1是一个平面三杆操作臂。因为三个关节均为转动关节，因此称该

操作臂为RRR（或3R）机构。据图： （1） 根据DH表示法建立合适的坐标系； （2） 列出DH参数表；

（3） 求基坐标系与工具坐标系之

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第3章操作臂运动学

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加*的题目是必做题，其它题目自己选择50%做即可，鼓励大家首选自己拿不准的题目。

3.1 [20]根据第二章的结论，我们知道，三维空间中自由运动的刚体共有6个自

由度，请问分别是哪六个？但是如果一个机器人的旋转关节数与平移关节数之和为7，那么我们说这个机器人有7个运动自由度，而我们知道三维空间中运动的物体最多有6个自由度，请问这是否矛盾？为什么？ 解答：

3.2 [10]*解释下列名词的含义

（1） 机器人（或操作臂）正运动学 （2） 驱动器空间 （3） 关节空间 （4） 笛卡尔空间 解答：

3.3 [15]*机器人（或操作臂）的正运动学问题，实质上是解决已建立好的各个

坐标系之间的变换关系，Denavit-Hartenberg方法通过找出两个坐标系之间的四个参数（称为DH参数）来建立两个坐标系之间的关系，试画图说明这四个参数的几何意义并简要说明变换过程。 解答：

3.4 [15]图3-1是一个平面三杆操作臂。因为三个关节均为转动关节，因此称该

操作臂为RRR（或3R）机构。据图： （1） 根据DH表示法建立合适的坐标系； （2） 列出DH参数表；

（3） 求基坐标系与工具坐标系之

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第3章操作臂运动学

?

加*的题目是必做题，其它题目自己选择50%做即可，鼓励大家首选自己拿不准的题目。

3.1 [20]根据第二章的结论，我们知道，三维空间中自由运动的刚体共有6个自

由度，请问分别是哪六个？但是如果一个机器人的旋转关节数与平移关节数之和为7，那么我们说这个机器人有7个运动自由度，而我们知道三维空间中运动的物体最多有6个自由度，请问这是否矛盾？为什么？ 解答：

3.2 [10]*解释下列名词的含义

（1） 机器人（或操作臂）正运动学 （2） 驱动器空间 （3） 关节空间 （4） 笛卡尔空间 解答：

3.3 [15]*机器人（或操作臂）的正运动学问题，实质上是解决已建立好的各个

坐标系之间的变换关系，Denavit-Hartenberg方法通过找出两个坐标系之间的四个参数（称为DH参数）来建立两个坐标系之间的关系，试画图说明这四个参数的几何意义并简要说明变换过程。 解答：

3.4 [15]图3-1是一个平面三杆操作臂。因为三个关节均为转动关节，因此称该

操作臂为RRR（或3R）机构。据图： （1） 根据DH表示法建立合适的坐标系； （2） 列出DH参数表；

（3） 求基坐标系与工具坐标系之

ABB 机器人培训资料

1、安全

自动模式中，任何人不得进入机器人工作区域 长时间待机时，夹具上不宜放置任何工件。

机器人动作中发生紧急情况或工作不正常时，均可使用E-stop键，停止运行（但这将直接使程序终止不可继续）

进行编程、测试及维修等工作时，必须将机器人置于手动模式。 调试机器人过程中，不需要移动机器人时，必须释放使能器。 调试人员进入工作区域时，必须随携带使能器，以防他人操作。 突然停电时，必须立即关闭机器人主电源开头，并取下夹具上的工件。 严禁非授权人员操作机器人。

2、简介

1974 ABB第一台机器人诞生，IRC5为目前最新推出的控制系统。所属机器人大部分用于焊接、喷涂及搬运用。

当前使用的机器人型号为IRB1410，其承重能力为5KG，上臂可承受18KG的附加载荷，这在

同类机器人中绝无仅有。最大工作半径1444mm，常用于焊接与范围搬运，具可再扩展一个外部

轴的能力。

3、机器人系统简介

机械手为六轴组成的空间六杆开链机构，理论上可达到运动范围内任何一点。每个转轴均带一个齿轮箱，机械手运动精度（综合）达正负0.05mm至正负 0.2mm。六轴均带AC伺服电机驱动，每个电机后均有编码器与刹车。机械手带有串口测量板（SMB）

1. 什么是晶体？晶体与非晶体有何本质区别？

答：晶体是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。本质区别：是否在三维空间呈周期型排列。

2. 对称要素：对称轴、对称面、对称中心、旋转反伸角。 3. 什么是晶体的结晶习性？

答：矿物晶体所具有的保存习见形态的性质，称之为该矿物的结晶习性。 4. 什么叫双晶？

答：双晶是指两个或两个以上的同种晶体，彼此间按一定的对称规律相互结合而成的规则连生。

5. 何为晶体的米氏符号？

答：用晶面在3个晶轴上的截距系数的倒数比来表示晶面在空间相对位置的符号的一种方法。

6. 完全类质同象系列的两端员矿物，它们的晶体结构为什么必定是等结构的？反之两种等结构的化合物是否都能形成类质同象混晶？为什么？

答：若两种质点可以任意比例相互取代，则称为完全的类质同象，它们可以形成一个连续的类质同象系列。不一定，形成类质同象混晶还包括内因离子半径电价类型还有外因温度压力组分浓度的影响。

7. 为什么同一元素在不同结构，甚至在同一结构中可以出现不同的配位数？ 答：一般情况是：温度升高使阳离子的配位数减小，而压力的增大使配位数增高。 8. 为什么有些离子如Ca和Hg，Cu和Na半径相近，电价一样，但不能进行类质同象置换？