工业机器人考试题库

《工业机器人》复习题

一、判断题

1. 机械手亦可称之为机器人。（Y）

2. 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。（Y） 3. 关节空间是由全部关节参数构成的。（Y）

4. 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。（Y） 5. 关节i的坐标系放在i-1关节的末端。（N）

6. 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。（N） 7. 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。（N）

8. 由电阻应变片组成电桥可以构成测量重量的传感器。（Y） 9. 激光测距仪可以进行散装物料重量的检测。（Y）

10. 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。（Y）

11. 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。（） 12. 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。（） 13. 正交变换矩阵R为正交矩阵。（）

14. 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。（） 15. 关节i的效应表现在i 关节的末端。（）

16. 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。（） 17. 机器人轨迹泛指工业机器人在运动过程中所走过的路径。（）

18. 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。（） 19. 示教编程用于示教－再现型机器人中。（Y）

20. 机器人轨迹泛指工业机器人在运动过程中的运动轨迹，即运动点的位移、速度

和加速度。（Y）

21. 关节型机器人主要由立柱、前臂和后臂组成。（N）

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22. 到目前为止，机器人已发展到第四代。（N） 23. 磁力吸盘能够吸住所有金属材料制成的工件。（N）

24. 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。（N）

25. 由电阻应变片组成电桥可以构成测量重量的传感器。（Y） 26. 激光测距仪可以进行散装物料重量的检测。（Y） 27. 机械手亦可称之为机器人。（Y）

28. 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。（N）

29. 借助于电磁波和声波可以构成接触型传感器。（）

30. 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。（） 31. 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。（） 32. 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。（）

33. 东大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。（）

34. 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。（）

35. 变位机的运动数（自由度）主要取决于被加工件的大小。（）

36. 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。（Y） 37. 格林（格雷）码被大量用在相对光轴编码器中。（N）

38. 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。（N） 39. 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。（Y）

二、填空题

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1. 按坐标形式分类，机器人可分为 直角坐标型 、 圆柱坐标型 、球坐标型和 关节坐标型 四种基本类型。

2. 作为一个机器人，一般由三个部分组成，分别是 控制系统 、 传感系统 和 机械系统 。

3. 机器人主要技术参数一般有 自由度 、 定位精度 、 工作范围 、重复定位精

度、 分辨率 、承载能力及最大速度等。

4. 自由度是指机器人所具有的 独立坐标轴运动的 的数目，不包括 末端操作器

的开合自由度。

5. 机器人分辨率分为 编程分辨率 和 控制分辨率 ，统称为 系统分辨率 。 6. 重复定位精度是关于 精度 的统计数据。

7. 根据真空产生的原理真空式吸盘可分为 真空吸盘 、 气流负压吸盘 和 挤气负压吸盘 等三种基本类型。

8. 8、机器人运动轨迹的生成方式有 示教再现运动 、 关节空间运动 、 空间直线运动 和空间曲线运动。

9. 9、机器人传感器的主要性能指标有 灵敏度 、 线性度 、 测量范围 、重复性、 精度 、分辨率、响应时间和抗干扰能力等。 10. 自由度是指机器人所具有的 独立坐标轴运动 的数目。

11. 机器人的重复定位精度是指 在同一环境、同一条件、同一目标动作、同一命令下，机器人连续重复运动若干次时，其位置分散情况 。

12. 机器人的驱动方式主要有 液压驱 、 气压驱动 和 电气驱动 三种。 13. 机器人上常用的可以测量转速的传感器有 测速发电机 和 增量式码盘 。 14. 机器人控制系统按其控制方式可以分为 力 控制方式、 轨迹 控制方式和 示教 控制方式。

15. 按几何结构分划分机器人分为： 串联机器人、 并联机器人 。 16. 机器人是 指代替原来由人直接或间接作业的自动化机械 。 17. 在机器人的正面作业与机器人保持 300mm 以上的距离。 18. 手动速度分为： 微动 、 低速 、 中速 、 高速 。

19. 机器人的三种动作模式分为： 示教模式 、 再现模式 、 远程模式 。

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20. 机器人的坐标系的种类为： 关节坐标系、直角坐标系、圆柱坐标系、工具坐标

系、用户坐标系 。

21. 设定关节坐标系时，机器人的 S、L、U、R、B、T 各轴 分别 运动。 22. 设定为直角坐标系时，机器人控制点沿 X、Y、Z 轴 平行 移动。

23. 用关节插补示教机器人轴时，移动命令为 MOVJ 。经过以示教点为圆心、以

75mm 为半径的圆内的任一点即视为达到。

24. 机器人的腕部轴为 R，B，T ， 本体轴为 S， L，U 。 25. 机器人示教是指： 将工作内容告知产业用机器人的作业 。

26. 机器人轨迹支持四种插补方式，分别是 关节插补 ， 直线插补 ，圆弧插补 ，

自由曲线插补 ， 插 补 命 令 分 别 是 MOVJ，MOVL，MOVC 27. 机器人按机构特性可以划分为 关节机器人 和 非关节机器人 两大类。 28. 机器人系统大致由 驱动系统 、 机械系统 、 人机交互系统 和 控制系统 、

感知系统 、 机器-环境交互系统 等部分组成。

29. 机器人的重复定位精度是指 机器人末端执行器为重复到达同一目标位置而实际到达位置之间的接近程度 。

30. 机器人的运动学是研究机器人末端执行器 位姿 和 运动 与关节空间之间的关系。

31. 常用的建立机器人动力学方程的方法有 牛顿 和 拉格朗日 。

32. 6自由度机器人有解析逆解的条件是 机器人操作手的独立关节变量多于末端执行器的运动自由度数 。

33. 机器人的驱动方式主要有 液压 、 气动 和 电动 三种。

34. 机器人上常用的可以测量转速的传感器有 测速发电机 和 增量式码盘 。 35. 机器人控制系统按其控制方式可以分为 程序 控制方式、 适应性 控制方式和

人工智能 控制方式。

三、选择题

1. 工作范围是指机器人（ ）或手腕中心所能到达的点的集合。（B）

A 机械手 B 手臂末端 C 手臂 D 行走部分。

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2. 机器人的精度主要依存于（ ）、控制算法误差与分辨率系统误差。（C）

A传动误差 B 关节间隙 C机械误差 D 连杆机构的挠性 3. 滚转能实现360°无障碍旋转的关节运动，通常用（ ）来标记。（A）

A R B W C B D L

4. RRR型手腕是（ ）自由度手腕。（C）

A 1 B 2 C 3 D 4

5. 真空吸盘要求工件表面（ ）、干燥清洁，同时气密性好。（D）

A 粗糙 B 凸凹不平 C 平缓突起 D平整光滑

6. 同步带传动属于（ ）传动，适合于在电动机和高速比减速器之间使用。（B）

A 高惯性 B 低惯性 C 高速比 D 大转矩 7. 机器人外部传感器不包括（ ）传感器。（D）

A 力或力矩 B 接近觉 C 触觉 D 位置

8. 手爪的主要功能是抓住工件、握持工件和（ ）工件。（C）

A 固定 B 定位 C 释放 D 触摸。

9. 机器人的精度主要依存于（ ）、控制算法误差与分辨率系统误差。（C）

A传动误差 B 关节间隙 C机械误差 D 连杆机构的挠性 10. 机器人的控制方式分为点位控制和（ ）。（C）

A 点对点控制 B点到点控制 C 连续轨迹控制 D 任意位置控制 11. 焊接机器人的焊接作业主要包括（ ）。（A）

A 点焊和弧焊 B 间断焊和连续焊 C 平焊和竖焊 D气体保护焊和氩弧焊 12. 作业路径通常用（ ）坐标系相对于工件坐标系的运动来描述。（D）

A 手爪 B 固定 C 运动 D工具 13. 当代机器人主要源于以下两个分支：（C）

A计算机与数控机床 B遥操作机与计算机 C 遥操作机与数控机床 D计算机与人工智能 14. 对于转动关节而言，关节变量是D-H参数中的（A）

A 关节角 B 杆件长度 C 横距 D扭转角

15. 动力学的研究内容是将机器人的_____联系起来。（A）

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A运动与控制 B传感器与控制 C 结构与运动 D传感系统与运动

16. 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。（B）

A平面圆弧 B直线 C平面曲线 D空间曲线 17. 应用通常的物理定律构成的传感器称之为（）

A物性型 B结构型 C一次仪表 D二次仪表

18. 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______。（） A精度 B重复性 C分辨率 D灵敏度 19. 谐波传动的缺点是（ ）。（A）

A扭转刚度低 B 传动侧隙小 C惯量低 D 精度高 20. 机器人三原则是由谁提出的。（D）

A 森政弘 B 约瑟夫•英格伯格 C 托莫维奇 D 阿西莫夫 21. 当代机器人大军中最主要的机器人为：（A）

A 工业机器人 B 军用机器人 C 服务机器人 D 特种机器人 22. 手部的位姿是由哪两部分变量构成的？（B）

A 位置与速度 B 姿态与位置 C 位置与运行状态 D 姿态与速度 23. 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：（C）

A接近觉传感器 B接触觉传感器 C滑动觉传感器 D压觉传感器 24. 示教-再现控制为一种在线编程方式，它的最大问题是：（B）

A操作人员劳动强度大 B占用生产时间 C操作人员安全问题 D容易产生废品 25. 下面哪个国家被称为 “机器人王国”？（C）

A 中国 B 英国 C 日本 D 美国

26. 对机器人进行示教时，作为示教人员必须事先接受过专门的培训才行。与示教

作业人员一起进行作业的监护人员，处在机器人可动范围外时，（B），可进行共同作业。

A 不需要事先接受过专门的培训 B 必须事先接受过专门的培训

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C 没有事先接受过专门的培训也可以

27. 使用焊枪示教前，检查焊枪的均压装置是否良好，动作是否正常，同时对电极

头的要求是（A）。

A 更换新的电极头 B 使用磨耗量大的电极头 C 新的或旧的都行

28. 通常对机器人进行示教编程时，要求最初程序点与最终程序点的位置（A），可

提高工作效率。

A相同 B不同 C无所谓 D分离越大越好

29. 为了确保安全，用示教编程器手动运行机器人时，机器人的最高速度限制为

（B）。

A50mm/s B250mm/s C800mm/s D1600mm/s

30. 正常联动生产时，机器人示教编程器上安全模式不应该打到（C）位置上。

A操作模式 B编辑模式 C管理模式

31. 示教编程器上安全开关握紧为 ON，松开为 OFF 状态，作为进而追加的功能，

当握紧力过大时，为（C）状态。 A不变 BON COFF

32. 对机器人进行示教时，模式旋钮打到示教模式后，在此模式中，外部设备发出

的启动信号（A）。

A无效 B有效 C延时后有效

33. 位置等级是指机器人经过示教的位置时的接近程度，设定了合适的位置等级

时，可使机器人运行出与周围状况和工件相适应的轨迹，其中位置等（A）。 APL 值越小，运行轨迹越精准 BPL 值大小，与运行轨迹关系不大 CPL 值越大，运行轨迹越精准

34. 试运行是指在不改变示教模式的前提下执行模拟再现动作的功能，机器人动作

速度超过示教最高速度时，以（B）。

A程序给定的速度运行 B示教最高速度来限制运行 C示教最低速度来运行

35. 机器人经常使用的程序可以设置为主程序，每台机器人可以设置（C）主程

序。

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A3 个 B5 个 C1 个 D无限制 36. 机器人三原则是由（D）提出的。

A. 森政弘 B. 约瑟夫·英格伯格 C. 托莫维奇 D. 阿西莫夫 37. 当代机器人大军中最主要的机器人为（A）。

A. 工业机器人 B. 军用机器人 C. 服务机器人 D. 特种机器人 38. 手部的位姿是由（B）构成的。

A. 位置与速度 B. 姿态与位置 C. 位置与运行状态 D. 姿态与速度 39. 运动学主要是研究机器人的（B）。

A. 动力源是什么 B. 运动和时间的关系 C. 动力的传递与转换 D. 运动的应用 40. 动力学主要是研究机器人的（C）。

A. 动力源是什么 B. 运动和时间的关系 C. 动力的传递与转换 D. 动力的应用 41. 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（D）参数。

A. 抗干扰能力 B. 精度 C. 线性度 D. 灵敏度 42. 六维力与力矩传感器主要用于（D）。

A. 精密加工 B. 精密测量 C. 精密计算 D. 精密装配

43. 机器人轨迹控制过程需要通过求解（B）获得各个关节角的位置控制系统的设

定值。

A. 运动学正问题 B. 运动学逆问题 C. 动力学正问题 D. 动力学逆问题 44. 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（C）传感器。

A ．接触觉 B接近觉 C力/力矩觉 D压觉 45. 机器人的定义中，突出强调的是（C）。

A具有人的形象 B模仿人的功能 C像人一样思维 D感知能力很强 46. 当代机器人主要源于以下两个分支（C）。

A计算机与数控机床 B遥操作机与计算机 C遥操作机与数控机床 D计算机与人工智能 47. 一个刚体在空间运动具有（D）自由度。

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A3个 B4个 C5个 D6个

48. 对于转动关节而言，关节变量是D-H参数中的（A）。

A关节角 B杆件长度 C横距 D扭转角

49. 对于移动（平动）关节而言，关节变量是D-H参数中的（C）。

A关节角 B杆件长度 C横距 D扭转角 50. 运动正问题是实现如下变换（A）。

A从关节空间到操作空间的变换 B从操作空间到迪卡尔空间的变换 C从迪卡尔空间到关节空间的变换 D从操作空间到关节空间的变换 51. 运动逆问题是实现如下变换（C）。

A从关节空间到操作空间的变换 B从操作空间到迪卡尔空间的变换 C从迪卡尔空间到关节空间的变换 D从操作空间到任务空间的变换 52. 动力学的研究内容是将机器人的（A）联系起来。

A运动与控制 B传感器与控制 C结构与运动 D传感系统与运动 53. 机器人终端效应器（手）的力量来自（D）。

A机器人的全部关节 B机器人手部的关节

C决定机器人手部位置的各关节 D决定机器人手部位姿的各个关节 54. 在--r操作机动力学方程中，其主要作用的是（D）。

A哥氏项和重力项 B重力项和向心项 C惯性项和哥氏项 D惯性项和重力项 55. 对于有规律的轨迹，仅示教几个特征点，计算机就能利用（D）获得中间点的

坐标。

A优化算法 B平滑算法 C预测算法 D插补算法

56. 机器人轨迹控制过程需要通过求解（B）获得各个关节角的位置控制系统的设

定值。

A运动学正问题 B运动学逆问题 C动力学正问题 D动力学逆问题 57. 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

（B）运动时出现。

A平面圆弧 B直线 C平面曲线 D空间曲线 58. 定时插补的时间间隔下限的主要决定因素是（B）。

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A完成一次正向运动学计算的时间 B完成一次逆向运动学计算的时间 C完成一次正向动力学计算的时间 D完成一次逆向动力学计算的时间 59. 为了获得非常平稳的加工过程，希望作业启动（位置为零）时：（A）。

A速度为零，加速度为零 B速度为零，加速度恒定 C速度恒定，加速度为零 D速度恒定，加速度恒定 60. 应用通常的物理定律构成的传感器称之为（B）。

A物性型 B结构型 C一次仪表 D二次仪表

61. 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。（C） A 2 B3 C 4 D 6

62. 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：（BDE）

A电压环 B电流环 C功率环 D速度环 E 位置环 F加速度环 63. 谐波减速器特别适用于工业机器人的哪几个轴的传动？（DEF）

A S轴 B L轴 C U轴 D R轴 E B轴 F T轴

64. CCD（Charge Coupled Device）摄像头输出信号为____帧/秒(fps——frame per

second)。（B） A 20 B 25 C 30 D 50

65. 利用物质本身的某种客观性质制作的传感器称之为（A）。

A物性型 B结构型 C一次仪表 D二次仪表

66. 应用电容式传感器测量微米级的距离，应该采用改变（C）的方式。

A极间物质介电系数 B极板面积 C极板距离 D电压 67. 压电式传感器，即应用半导体压电效应可以测量（C）。

A电压 B亮度 C力和力矩 D距离

68. 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（C）。 A精度 B重复性 C分辨率 D灵敏度

69. 增量式光轴编码器一般应用（C）套光电元件，从而可以实现计数、测速、鉴

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向和定位。

A一 B二 C三 D四 70. 测速发电机的输出信号为（A）。

A模拟量 B数字量 C开关量 D脉冲量

71. 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（C）。

A接近觉传感器 B接触觉传感器 C滑动觉传感器 D压觉传感器 72. GPS全球定位系统，只有同时接收到（C）颗卫星发射的信号，才可以解算出

接收器的位置。

A2 B3 C4 D6

73. 操作机手持粉笔在黑板上写字，在（C）方向只有力的约束而无速度约束？

A X轴 B Y轴 C Z轴 D R轴

74. 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（A）。 A柔顺控制 B PID控制 C模糊控制 D最优控制 75. 示教-再现控制为一种在线编程方式，它的最大问题是（B）。

A操作人员劳动强度大 B占用生产时间 C操作人员安全问题 D容易产生废品

76. 模拟通信系统与数字通信系统的主要区别是（B）。

A载波频率不一样 B信道传送的信号不一样 C调制方式不一样 D编码方式不一样

77. CCD（Charge Coupled Device）摄像头输出信号为（B）帧/秒。

A20 B25 C30 D50

78. CCD摄像头采用电视PAL标准，每帧图像由（B）场构成。

A1 B2 C3 D4

四、综合题

1. 机器人分为几类？

答：首先，机器人按应用分类可分为工业机器人、极限机器人、娱乐机器人。

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（1）工业机器人有搬运、焊接、装配、喷漆、检验机器人，主要用于现代化的工厂和柔性加工系统中。（2）极限机器人主要是指用在人们难以进入的核电站、海底、宇宙空间进行作业的机器人，包括建筑、农业机器人。（3）娱乐机器人包括弹奏机器人、舞蹈机器人、玩具机器人等。也有根据环境而改变动作的机器人。其次，按照控制方式机器人可分为操作机器人、程序机器人、示教机器人、智能机器人和综合机器人。

2. 机器人由哪几部分组成？

答：机器人由三大部分六个子系统组成。三大部分是机械部分、传感部分和控制部分。六个子系统是驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人一环境交换系统、人机交换系统和控制系统。 3. 什么是自由度？

答：人们把构建相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为自由度。 4. 机器人技术参数有哪些？各参数的意义是什么？

答：机器人技术参数有：自由度、精度、工作范围、速度、承载能力。（1）自由度：是指机器人所具有的独立坐标轴的数目，不包括手爪（末端操作器）的开合自由度。在三维空间里描述一个物体的位置和姿态需要六个自由度。但是，工业机器人的自由度是根据其用途而设计的，也可能小于六个自由度，也可能大于六个自由度。（2）精度：工业机器人的精度是指定位精度和重复定位精度。定位精度是指机器人手部实际到达位置与目标位置之间的差异。重复定位精度是指机器人重复定位其手部于同一目标位置的能力，可以用标准偏差这个统计量来表示，它是衡量一列误差值的密集度（即重复度）。（3）工作范围：是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也叫工作区域。（4）速度；速度和加速度是表明机器人运动特性的主要指标。（5）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。承载能力不仅取决于负载的质量，而且还与机器人运行的速度和加速度的大小和方向有关。为了安全起见，承载能力这一技术指标是指高速运行时的承载能力。通常，承载能力不仅指负载，而且还包括机器人末端操作器的质量。

5. 机器人手腕有几种？试述每种手腕结构。

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答：机器人的手臂按结构形式分可分为单臂式，双臂式及悬挂式按手臂的运动形式区分，手臂有直线运动的。如手臂的伸缩，升降及横向移动，有回转运动的如手臂的左右回转上下摆动有复合运动如直线运动和回转运动的组合。2直线运动的组合2回转运动的组合。手臂回转运动机构，实现机器人手臂回转运动的机构形式是多种多样的，常用的有叶片是回转缸，齿轮转动机构，链轮传动和连杆机构手臂俯仰运动机构，一般采用活塞油（气）缸与连杆机构联用来实现手臂复合运动机构，多数用于动作程度固定不变的专用机器人。 6. 机器人机座有几种？试述每种机座结构。

答：机器人几座有固定式和行走时2种。（1）固定式机器人的级左右直接接地地面基础上，也可以固定在机身上。（2）移动式机器人有可分为轮车机器人，有3组轮子组成的轮系四轮机器人三角论系统，全方位移动机器人，2足步行式机器人，履带行走机器人。 7. PWM调速特点有哪些？

答：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。

8. 试述机器人视觉的结构及工作原理

答：机器人视觉由视觉传感器摄像机和光源控制计算器和图像处理机组成原理：由视觉传感器讲景物的光信号转换成电信号经过A/D转换成数字信号传递给图像处理器，同时光源控制器和32 摄像机控制器把把光线，距离颜色光源方向等等参数传递给图像处理器，图像处理器对图像数据做一些简单的处理将数据传递给计算机最后由计算器存储和处理。 9. 工业机器人控制方式有几种？

答：工业机器人的控制方式多种多样，根据作业任务的不同，主要分为点位控制方式、连续轨迹控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式。（1）点位控制方式（PTP）：这种控制方式的特点是只控制工业机器人末端执行器在作业空间中某些规定的离散点上的位姿。控制时只要求工业机器人快速、准确地实现相邻各点之间的运动，而对达到目标点的运动轨迹则不作任何规定。这种控制方式的主要技术指标是定位精度和运动所需的时间。（2）连续轨迹控制方式（CP）：这种控制方式的

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特点是连续的控制工业机器人末端执行器在作业空间的位姿，要求其严格按照预定的轨迹和速度在一定的精度范围内运动，而且速度可控，轨迹光滑，运动平稳，以完成工作任务。（3）力（力矩）控制方式：在完成装配、抓放物体等工作时，除要准确定位外，还要求使用适度的力或力矩进行工作，这时就要利用力（力矩）伺服方式。这种方式的控制原理与位置伺服控制原理基本相同，只不过输入量和反馈量不是位置信号，而是力（力矩）信号，因此系统中必须有力（力矩）传感器。有时也利用接近、滑动等传感功能进行自适应式控制。（4）智能控制方式：机器人的智能控制时通过传感器获得周围环境的知识，并根据自身内部的知识库做出相应的决策。采用智能控制技术，使机器人具有了较强的适应性及自学习功能。智能控制技术的发展有赖于近年来人工神经网络、基因算法、遗传算法、专家系统等人工智能的迅速发展。

10. 机器人参数坐标系有哪些？各参数坐标系有何作用？

答：工业机器人的坐标形式有直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐标型和平面关节型。（1）直角坐标/笛卡儿坐标/台架型（3P）：这种机器人由三个线性关节组成，这三个关节用来确定末端操作器的位置，通常还带有附加道德旋转关节，用来确定末端操作器的姿态。这种机器人在X、Y、Z轴上的运动是独立的，运动方程可独立处理，且方程是线性的，因此，很容易通过计算机实现；它可以两端支撑，对于给定的结构长度，刚性最大：它的精度和位置分辨率不随工作场合而变化，容易达到高精度。但是，它的操作范围小，手臂收缩的同时又向相反的方向伸出，即妨碍工作，且占地面积大，运动速度低，密封性不好。（2）圆柱坐标型（R3P）：圆柱坐标机器人由两个滑动关节和一个旋转关节来确定部件的位置，再附加一个旋转关节来确定部件的姿态。这种机器人可以绕中心轴旋转一个角，工作范围可以扩大，且计算简单；直线部分可采用液压驱动，可输出较大的动力；能够伸入型腔式机器内部。但是，它的手臂可以到达的空间受到限制，不能到达近立柱或近地面的空间；直线驱动器部分难以密封、防尘；后臂工作时，手臂后端会碰到工作范围内的其它物体。（3）球坐标型（2RP）：球坐标机器人采用球坐标系，它用一个滑动关节和两个旋转关节来确定部件的位置，再用一个附加的旋转关节确定部件的姿态。这种机器人可以绕中心轴旋转，中心支架附近的工作范围大，两个转

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动驱动装置容易密封，覆盖工作空间较大。但该坐标复杂，难于控制，且直线驱动装置仍存在密封及工作死区的问题。（4）关节坐标型/拟人型（3R）：关节机器人的关节全都是旋转的，类似于人的手臂，是工业机器人中最常见的结构。（5）平面关节型：这种机器人可看作是关节坐标式机器人的特例，它只有平行的肩关节和肘关节，关节轴线共面。

11. 机器人学主要包含哪些研究内容？

答：机器人研究的基础内容有以下几方面：(1) 空间机构学；(2) 机器人运动学；(3) 机器人静力学；(4) 机器人动力学；(5) 机器人控制技术；(6) 机器人传感器；(7) 机器人语言。

12. 机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？

答：目前常用的有如下几种形式：（1）横梁式。机身设计成横梁式，用于悬挂手臂部件，具有占地面积小，能有效地利用空间，直观等优点。（2）立柱式。多采用回转型、俯仰型或屈伸型的运动型式，一般臂部都可在水平面内回转，具有占地面积小而工作范围大的特点。（3）机座式。可以是独立的、自成系统的完整装置，可随意安放和搬动。也可以具有行走机构，如沿地面上的专用轨道移动，以扩大其活动范围。（4）屈伸式。臂部由大小臂组成，大小臂间有相对运动，称为屈伸臂，可以实现平面运动，也可以作空间运动。 13. 机器人控制系统的基本单元有哪些？

答：构成机器人控制系统的基本要素包括：（1）电动机，提供驱动机器人运动的驱动力。（2）减速器，为了增加驱动力矩、降低运动速度。（3）驱动电路，由于直流伺服电动机或交流伺服电动机的流经电流较大，机器人常采用脉冲宽度调制（PWM）方式进行驱动。（4）运动特性检测传感器，用于检测机器人运动的位置、速度、加速度等参数。（5）控制系统的硬件，以计算机为基础，采用协调级与执行级的二级结构。（6）控制系统的软件，实现对机器人运动特性的计算、机器人的智能控制和机器人与人的信息交换等功能。 14. 常见的机器人外部传感器有哪些？

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答：常见的外部传感器包括触觉传感器，分为接触觉传感器、压觉传感器、滑觉传感器和力觉传感器。距离传感器，包括超声波传感器，接近觉传感器，以及视觉传感器、听觉传感器、嗅觉传感器、味觉传感器等。 15. 机器人视觉的硬件系统由哪些部分组成？

答：（1）景物和距离传感器，常用的有摄像机、CCD图像传感器、超声波传感器和结构光设备等；（2）视频信号数字化设备，其任务是把摄像机或者CCD输出的信号转换成方便计算和分析的数字信号；（3）视频信号处理器，视频信号实时、快速、并行算法的硬件实现设备：如DSP系统；（4）计算机及其设备，根据系统的需要可以选用不同的计算机及其外设来满足机器人视觉信息处理及其机器人控制的需要；（5）机器人或机械手及其控制器。

16. 从描述操作命令的角度看，机器人编程语言可分为哪几类？

答：机器人编程语言可分为：（1）动作级：以机器人末端执行器的动作为中心来描述各种操作，要在程序中说明每个动作。（2）对象级：允许较粗略地描述操作对象的动作、操作对象之间的关系等，特别适用于组装作业。（3）任务级：只要直接指定操作内容就可以了，为此，机器人必须一边思考一边工作。 17. 什么是位置运动学、正向运动学和逆向运动学？

答：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。

18. MOTOMAN 机器人示教盘模式旋钮上有三种模式，分别是哪三种，并写出三

种模式各自的特点。

答案：示教模式：人教机器人称作示教。再现模式：执行程序，机器人自动运行。远程模式：通过外部信号进行的操作，相当于遥控。

19. MOTOMAN 机器人上有三种安全模式，分别是哪三种，并写出三种模式各自

的特点。

答案：三种模式分别是：PLAY再现模式、TEACH示教模式、REMOTE远程模式。91再现模式可以用来对示教完的程序进行再现运行以及各种条件文件的设

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定、修改或删除，在此模式下外部设备发出的启动信号无效。（2）示教模式可以用示教编程器进行轴操作和编辑，编辑、示教程序，修改已登录的程序，以及各种特性文件和参数的设定，在此模式下外部设备发出的启动信号。（3）无效远程模式下机器人由外部信号进行操作，可以接通伺服电源、启动、调出主程序、设定循环等与开始运行有关的操作，数据传输功能有效，此时示教盘上的启动按钮无效。 20.

21. 度、重复精度与分辨率之间的关系。

答：精度、重复精度和分辨率用来定义机器人手部的定位能力。（1）是一个位置量相对于其参照系的绝对度量，指机器人手部实际到达位置与所需要到达的理想位置之间的差距。机器人的精度决定于机械精度与电气精度。（2）重复精度指在相同的运动位置命令下，机器人连续若干次运动轨迹之间的误差度量。如果机器人重复执行某位置给定指令，它每次走过的距离并不相同，而是在一平均值附近变化，该平均值代表精度，而变化的幅度代表重复精度。（3）分辨率是指机器人每根轴能够实现的最小移动距离或最小转动角度。精度和分辨率不一定相关。一台设备的运动精度是指命令设定的运动位置与该设备执行此命令后能够达到的运动位置之间的差距，分辨率则反映了实际需要的运动位置和命令所能够设定的位置之间的差距。

工业机器人的精度、重复精度和分辨率要求是根据其使用要求确定的。机器人本身所能达到的精度取决于机器人结构的刚度、运动速度控制和驱动方式、定位和缓冲等因素。由于机器人有转动关节，不同回转半径时其直线分辨率是变化的，因此造成了机器人的精度难以确定。由于精度一般较难测定，通常工业机器人只给出重复精度。

22. 试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。

答：静力学指在机器人的手爪接触环境时，在静止状态下处理手爪力F与驱动力τ的关系。动力学研究机器人各关节变量对时间的一阶导数、二阶导数与各执行器驱动力或力矩之间的关系，即机器人机械系统的运动方程。而运动学研究从几何学的观点来处理手指位置与关节变量的关系。

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在考虑控制时，就要考虑在机器人的动作中，关节驱动力τ会产生怎样的关节位置θ、关节速度θ、关节加速度θ，处理这种关系称为动力学（dynamics）。对于动力学来说，除了与连杆长度有关之外，还与各连杆的质量，绕质量中心的惯性矩，连杆的质量中心与关节轴的距离有关。

运动学、静力学和动力学中各变量的关系如下图所示。图中用虚线表示的关系可通过实线关系的组合表示，这些也可作为动力学的问题来处理。 23. 机器人手腕有几种？试述每种手腕结构。

答：机器人的手臂按结构形式分可分为单臂式，双臂式及悬挂式按手臂的运动形式区分，手臂有直线运动的。如手臂的伸缩，升降及横向移动，有回转运动的如手臂的左右回转上下摆动有复合运动如直线运动和回转运动的组合。2直线运动的组合2回转运动的组合。手臂回转运动机构，实现机器人手臂回转运动的机构形式是多种多样的，常用的有叶片是回转缸，齿轮转动机构，链轮传动和连杆机构手臂俯仰运动机构，一般采用活塞油（气）缸与连杆机构联用来实现手臂复合运动机构，多数用于动作程度固定不变的专用机器人。

24. 机器人参数坐标系有哪些？各参数坐标系有何作用？

答：工业机器人的坐标形式有直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐标型和平面关节型。（1）直角坐标/笛卡儿坐标/台架型（3P）：这种机器人由三个线性关节组成，这三个关节用来确定末端操作器的位置，通常还带有附加道德旋转关节，用来确定末端操作器的姿态。这种机器人在X、Y、Z轴上的运动是独立的，运动方程可独立处理，且方程是线性的，因此，很容易通过计算机实现；它可以两端支撑，对于给定的结构长度，刚性最大：它的精度和位置分辨率不随工作场合而变化，容易达到高精度。但是，它的操作范围小，手臂收缩的同时又向相反的方向伸出，即妨碍工作，且占地面积大，运动速度低，密封性不好。（2）圆柱坐标型（R3P）：圆柱坐标机器人由两个滑动关节和一个旋转关节来确定部件的位置，再附加一个旋转关节来确定部件的姿态。这种机器人可以绕中心轴旋转一个角，工作范围可以扩大，且计算简单；直线部分可采用液压驱动，可输出较大的动力；能够伸入型腔式机器内部。但是，它的手臂可以到达的空间受到限制，不能到达近立柱或近地面的空间；直线驱动器部分难以密封、防尘；后臂工作时，手臂后端会碰到

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工作范围内的其它物体。（3）球坐标型（2RP）

25. 什么是机器人的内部传感器和外部传感器？举例说明之。

答：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。 26. 人手爪有哪些种类，各有什么特点？

答：（1）机械手爪：依靠传动机构来抓持工件；（2）磁力吸盘：通过磁场吸力抓持铁磁类工件，要求工件表面清洁、平整、干燥，以保证可靠地吸附，不适宜高温条件；（3）真空式吸盘：利用真空原理来抓持工件，要求工件表面平整光滑、干燥清洁，同时气密性要好。

27. 编码器有哪两种基本形式？各自特点是什么？

答：两种基本形式：增量式、绝对式。增量式：用来测量角位置和直线位置的变化，但不能直接记录或指示位置的实际值。在所有利用增量式编码器进行位置跟踪的系统中，都必须在系统开始运行时进行复位。绝对式：每个位置都对应着透光与不透光弧段的惟一确定组合，这种确定组合有惟一的特征。通过这特征，在任意时刻都可以确定码盘的精确位置。

28. 工业机器人常用的驱动器有那些类型，并简要说明其特点。

答：（1）电动驱动器的能源简单，速度变化范围大，效率高，转动惯性小，速度和位置精度都很高，但它们多与减速装置相联，直接驱动比较困难。（2）液压驱动器的优点是功率大，可省去减速装置而直接与被驱动的杆件相连，结构紧凑，刚度好，响应快，伺服驱动具有较高的精度。但需要增设液压源，易产生液体泄漏，不适合高、低温及有洁净要求的场合。故液压驱动器目前多用于特大功率的操作机器人系统或机器人化工程机械。（3）气动驱动器的结构简单，清洁，动作灵敏，具有缓冲作用。但也需要增设气压源，且与液压驱动器相比，功率较小，刚度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高、但有洁净、防爆等要求的点位控制机器人。

29. 变位机对于焊接机器人的作用是什么？

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答：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。 30. 足球机器人六步推理模型的内容是什么？

答：（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。

31. 常用的工业机器人的传动系统有那些？

答：齿轮传动，蜗杆传动，滚珠丝杆出传动，同步齿形带传动，链传动和行星齿轮传动。

32. 在机器人系统中为什么往往需要一个传动（减速）系统？

答：因为现在的电机一般速度较高，力矩较小，需要通过传动系统降低转速、提高力矩。

33. 机器人上常用的距离与接近觉传感器有哪些？。 答：超声波，激光、红外，霍尔传感器

34. 按机器人的用途分类，可以将机器人分为哪几大类？试简述之。

答：（1）工业机器人或产业机器人：应用于工农业生产中，主要用在制造业，进行焊接、喷漆、装配、搬运、检验、农产品的加工等产业。（2）探索机器人：用于进行太空和海洋探索，也可用于地面和地下探索。（3）服务机器人：一种半自主或全自主的机器人，其所从事的服务工作可使人类生存的更好，使制造业以外的设备工作的更好。（4）军用机器人：用于军事目的，或进攻性的，或防御性的。 35. 什么是示教再现式机器人？

答：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。

36. 编码器有哪两种基本形式？各自特点是什么？

答：两种基本形式：增量式、绝对式。（1）增量式：用来测量角位置和直线位置的变化，但不能直接记录或指示位置的实际值。在所有利用增量式编码器进行位置跟踪的系统中，都必须在系统开始运行时进行复位。（2）绝对式：每个位置都对应着

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透光与不透光弧段的惟一确定组合，这种确定组合有惟一的特征。通过这特征，在任意时刻都可以确定码盘的精确位置。

五、计算题

1. 已知点u的坐标为[7，3，2]T，对点u依次进行如下的变换：（1）绕z轴旋转90°得到点v；（2）绕y轴旋转90°得到点w；（3）沿x轴平移4个单位，再沿y轴平移-3个单位，最后沿z轴平移7个单位得到点t。求u，v，w，t各点的齐次坐标。

ztvwOxuy

解：点u的齐次坐标为：7,3,2,1

01v = Rot(z，90°)u = 000001100010327700 0023011142674103

01731000111001007337000 w = Rot(y，90°)v =

0102200111T10t = Trans(4，-3，7)w = 00

2. 如图所示为具有三个旋转关节的3R机械手，求末端机械手在基坐标系{x0，y0}下的运动学方程。

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θ3L3y0L1θ2L2θ1Ox0 解：建立如图1的参考坐标系，则

c1s0T1=100s1c10000100c2s0，1T2=20010s123c12300s2c2000L1c3s00，2T=33010010s3c3000L200 1001c123s1230T3=0T11T22T3=000L1c1L2c120L1s1L2s12

1001其中：c123cos123,s123sin123.

3. 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）。

01答：Rot(z,90)0010Trans(379)00精品文档

1001000000，Rot(x,90)0101000100003107 0190010010，0001资料收集于网络 如有侵权请联系网站 删除 谢谢

4. 如图所示为平面内的两旋转关节机械手，已知机器人末端的坐标值{x，y}，试求其关节旋转变量θ1和θ2。

PyL1θ2L2θ1x

解：如图所示，逆运动学有两组可能的解。第一组解：由几何关系得

xL1cos1L2cos12 （1）

yL1sin1L2sin12 （2） （1）式平方加（2）式平方得

2x2y2L1L22xyLL2L1L2cos22arccos

2L1L2222122L2sin2y1arctanarctan

xL1L2cos22x2y2L1L22 第二组解：由余弦定理， arccos2LL12'，'21arctany2

x

5. 如图所示两自由度机械手在如图位置时（θ1=0，θ2=π/2），生成手爪力 FA = [fx 0 ]T 或FB = [0 fy ]T。求对应的驱动力τA和τB。

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yPτ2τ10FBfyFAfx0L2xL1

L2sin12L2L2 0L2cos12L1解：由关节角给出如下姿态：

L1sin1L2sin12JL1cos1L2cos12由静力学公式JTF

L2L1fxL2fxL2L10L1fyTAJFA Lf BJFBL0fL0022x2y0T

6. 试对直流伺服方案和交流伺服方案进行比较。

答：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。

7. 如图所示的两自由度机械手，手部沿固定坐标系在手上X0轴正向以1.0m/s的速度移动，杆长l1=l2=0.5m。设在某时刻θ1=30°，θ2=-60°，求该时刻的关节速度。已

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知两自由度机械手速度雅可比矩阵为

l1s1l2s12Jl1c1l2c12y0l1-θ2l2x0l2s12 l2c12y3v3x3θ1O

lsls解：因为：J11212l1c1l2c12因此，逆雅可比矩阵为：J1l2s12 l2c121l1l2s2l2c12lclc11212l2s12 l1s1l2s12因为，J1v，且v=[1，0]T，即vX=1m/s，vY=0，因此

112l1l2s2l2c12l2s121lclc0lsls1121211212c1112rad/s=-2rad/s

l1s20.52c1c124rad/sl2s2l1s2因此，在该瞬时两关节的位置分别为， θ1=30°，θ2=-60°；速度分别为1=-2rad/s，

2=4 rad/s；手部瞬时速度为1m/s。

sθ1=sinθ1式中：s12=sin(θ1+θ2)



8. 如图所示的三自由度机械手（两个旋转关节加一个平移关节，简称RPR机械手），求末端机械手的运动学方程。

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L2d2L3θ3L1θ1

解：建立如图的坐标系，则各连杆的DH参数为：

连杆 1 2 3 转角n 偏距dn L1 扭角i1 0 90° 0 杆长ai1 0 0 0 1 0 d2 L2 3 由连杆齐次坐标变换递推公式 sicisccici1i1Tiii1sisi1cisi100c1s0T1100s10c1000si1ci10disi1，有： dici11000c3s01d22，3T301000010s3c300000，故： 1L2010ai1010001，2T01L1010c1s3s1s3c30c1c3sc0012T2T3T133T1s30s1c100s1L2s1d2s1sin1c1L2c1d2，式中：c1cos1 L11三连杆操作臂的逆运动学方程： 第一组解：由几何关系得

xL2cos2L3cos(23)（1）

yL2sin2L3sin(23)（2）

2将（1）式平方加（2）式平方得：x2y2L22L32L2L3cos3

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由此式可推出

2x2y2L22L3 3arccos 2LL23L3sin3y 2arctanarctan xL2L3cos32第二组解：由余弦定理x2y2L22L32L2L3cos，得

arccosL22222L3xy2L22 2L3 '3 '-22arctanyx 精品文档