《机器人技术》习题集答案 东北大学网络教育学院
《机器人技术》习题集答案
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．
1
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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）
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． 9． 10．
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。
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。
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。
7．
2
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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． 2．
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
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．
?x0?1?y00?解： 设A??z?10?0?w00?1??，根据齐次矩阵的性质，故w=0. 2??1? 3
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??x0?10?由于 A??y001???z?102?????RP??0? ， 因为R正交矩阵，
?0001?1???x0?1?RRT?I???y00???xyz??x2?1xyxz?00?1?=?yz??? ?10?xyy2???100????z??????xzyzz2?1???x2?1Z0
比较对角线元素，???1?x?0?y2?1 ??
??y??1
?
z2?1?1
??z?0Y0 此时可以用直角坐标三轴的相互关系决定取舍：
X0 ??00?10?
1?ZH （取正） A??100? ?0?102?? 1?XH XH ?000?
符合右手关系，可以是解。取负则不对了。
?00?10YH ??
（取负） A???1001???0?102?? ?0001??3.
解：齐次矩阵为
??1003??
A??001?2??0?10?5?? ?0001??4．
??0?100??1000?解： Rot(z,90?)??1000??? 0010???0010? Rot(x,?90?)???00?? ?0001?0?1???0001????1003?Trans(379)??0107???0019?? ?0001??5．
4
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?0?1?10?解：由于 Rot(z,90)???00??00?1?0Trans(379)???0??000??10?0000??，Rot(x,?90?)???0?110???01??0000?10??，00??01?003?107??，则表示动坐标位姿的齐次矩阵 019??001?A?Trans(379)?Rot(x,?90?)?Rot(z,90?)
?100?010???001??000?0?1?00????10??006． 解：
3??10?007????9??0?1??1??0003?17??09??01?00??0?1?1010??*?00??00??01??0000??10?0000????10??0?1??01??0003??0?1?1017????09??00??01??0000?00??10??01?
?1?0 b?Trans(0100)?a???0??00??0??0??2??12?1010????????
010??0??0??????001??1??1?00??0??0??12??0?10????????
00??0???12??????01??1??1?0)?I?a?Rot(x,?90?)?b 结果相同。
00?10?00 c?Rot(XB,?90?)?b???0?1??00 直接列写，则是
c?Rot(x,?90?)?Trans(010?1?0 d?Trans(0100)?I?Rot(XH,?90?)?a???0??00??10?001010????010??0?1??001??000000??0??2?10?????
00??0????01??1? 5
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