机器人静力学动力学和运动学的关系
(完整word版)机器人学导论复习题及参考答案(word文档良心出品)
西安高学考试复习题及参考答案机器人学导论一、名词解释题：1.自由度：2.机器人工作载荷：3.柔性手：4.制动器失效抱闸：5.机器人运动学：6.机器人动力学：7.虚功原理：8.PWM驱动：9.电机无自转：10.直流伺服电机的调节特性：11.直流伺服电机的调速精度：12.PID控制：13.压电元件：14.图像锐化：15.隶属函数：16.BP网络：17.脱机编程：18.AUV：二、简答题：1.机器人学主要包含哪些研究内容？2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义？4.机器人控制系统的基本单元有哪些？5.直流电机的额定值有哪些？6.常见的机器人外部传感器有哪些？7.简述脉冲回波式超声波传感器的工作原理。
8.机器人视觉的硬件系统由哪些部分组成？9.为什么要做图像的预处理？机器视觉常用的预处理步骤有哪些？10.请简述模糊控制器的组成及各组成部分的用途。
11.从描述操作命令的角度看，机器人编程语言可分为哪几类？12.仿人机器人的关键技术有哪些？三、论述题：1.试论述机器人技术的发展趋势。
2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。
3.试论述轮式行走机构和足式行走机构的特点和各自适用的场合。
4.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。
5.机器人单关节伺服控制中，位置反馈增益和速度反馈增益是如何确定的？6.试论述工业机器人的应用准则。
四、计算题：（需写出计算步骤，无计算步骤不能得分）：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。
xyzOuvwt2.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{x 0,y 0}下的运动学方程。
动力学基本方程
（这里所说的物体应理解为没有转动或其 转动可以不计的平动物体，即质点）
惯性——任何物体在不受力作用时都有保持其 运动状态不变的属性，物体的运动这一运动属 性称为惯性。 第一定律正是指出了这种属性，所以又叫惯性 定律。 惯性运动——物体的匀速直线运动就称为惯性
运动学——只研究物体作机械运动的几何特征， 只考虑了运动，不考虑引起物体机械 运动状态发生变化的原因，即不考虑 物体的受力状况。
动力学——既研究物体上受力的情况，也需考虑 其运动，静力学和运动学都是动力学 的基础。
事实上，各种物体之间的机械运动状态的 变化与物体的的存在着极为密切的联系而不可 分离，所以单纯只研究受力和研究运动都不能 对机械运动作出合理的研究，必须同时将力与 运动联系起来，加以统一研究，所以学习动力 学就更具有重要性；
不同单位（公斤力与牛）之间的转换关系式。
在工程单位制中，质量的单位为： 1工程质量单位
——将在1公斤(力)的作用下能获得1m/s2 的 加速度的物体所具有的质量称为1质量的单位。 1工程质量单位＝1公斤（力）•秒2／米
＝9.8N•s2/m=9.8Kg ———该式为质量的两种不同单位的换算关系
采用工程单位制时，如已知受力物体的重量p （以公斤为单位），则其质量为p/g。
3. 两类基本问题
(1) 已知运动求力：（主要是指求约束反力） 例如：曲柄滑块机构，其运动规律可以求得，
或者首先设计出来，故作用在滑块上的蒸汽压力 应按一定的要求变化。 （2）已知力求运动
如发射炮弹，飞机航行等受力已知，但发射 炮弹要控制弹道曲线，飞机航行要控制运行的轨 迹等，这就要求控制运动。
又如起重机吊重，起步与制动时，作 加速运动，运行过程中作匀速运动，所以 在起步和制动过程中，要考虑由加速和减 速引起的力，钢绳是否能承受这个力，这 就是已知运动要求力的问题。
机器人学导论复习试题和参考答案解析
西安高学考试复习题及参考答案机器人学导论一、名词解释题：1.自由度：2.机器人工作载荷：3.柔性手：4.制动器失效抱闸：5.机器人运动学：6.机器人动力学：7.虚功原理：8.PWM驱动：9.电机无自转：10.直流伺服电机的调节特性：11.直流伺服电机的调速精度：12.PID控制：13.压电元件：14.图像锐化：15.隶属函数：16.BP网络：17.脱机编程：18.AUV：二、简答题：1.机器人学主要包含哪些研究内容？2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义？4.机器人控制系统的基本单元有哪些？5.直流电机的额定值有哪些？6.常见的机器人外部传感器有哪些？7.简述脉冲回波式超声波传感器的工作原理。
8.机器人视觉的硬件系统由哪些部分组成？9.为什么要做图像的预处理？机器视觉常用的预处理步骤有哪些？10.请简述模糊控制器的组成及各组成部分的用途。
11.从描述操作命令的角度看，机器人编程语言可分为哪几类？12.仿人机器人的关键技术有哪些？三、论述题：1.试论述机器人技术的发展趋势。
2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。
3.试论述轮式行走机构和足式行走机构的特点和各自适用的场合。
4.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。
5.机器人单关节伺服控制中，位置反馈增益和速度反馈增益是如何确定的？6.试论述工业机器人的应用准则。
四、计算题：（需写出计算步骤，无计算步骤不能得分）：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。
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{x 0,y 0}下的运动学方程。
3.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.P4.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 F A = [ f x 0 ]T 或F B = [ 0 f y ]T 。
机器人知识题目解析(开卷必备)
课程考试复习题及参考答案一、名词解释题：1.自由度：指描述物体运动所需要的独立坐标数。
2.机器人工作载荷：机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受的最大负载量（包括手部）。
3.柔性手：可对不同外形物体实施抓取，并使物体表面受力比较均匀的机器人手部结构。
4.制动器失效抱闸：指要放松制动器就必须接通电源，否则，各关节不能产生相对运动。
5.机器人运动学：从几何学的观点来处理手指位置与关节变量的关系称为运动学。
6.机器人动力学：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。
7.虚功原理：约束力不作功的力学系统实现平衡的必要且充分条件是对结构上允许的任意位移（虚位移）施力所作功之和为零。
8.PWM驱动：脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）驱动。
9.电机无自转：控制电压降到零时，伺服电动机能立即自行停转。
10.直流伺服电机的调节特性：是指转矩恒定时，电动机的转速随控制电压变化的关系。
11.直流伺服电机的调速精度：指调速装置或系统的给定角速度与带额定负载时的实际角速度之差，与给定转速之比。
12.PID控制：指按照偏差的比例（P, proportional）、积分（I, integral）、微分（D, derivative）进行控制。
13.压电元件：指某种物质上施加压力就会产生电信号，即产生压电现象的元件。
14.图像锐化：突出图像中的高频成分，使轮廓增强。
15.隶属函数：表示论域U中的元素u属于模糊子集A的程度，在[0, 1]闭区间内可连续取值。
16.BP网络：BP (Back Propagation)神经网络是基于误差反向传播算法的人工神经网络。
17.脱机编程：指用机器人程序语言预先进行程序设计，而不是用示教的方法编程。
18.AUV：Autonomous Underwater Vehicle 无缆自治水下机器人，或自动海底车。
2015年6月中南大学网络教育课程考试《机器人学导论》复习题及参考答案
一、名词解释： 1.自由度 2.机器人工作载荷 3.柔性手 4.制动器失效抱闸 5.机器人运动学 6.机器人动力学 7.虚功原理 8.PWM 驱动 9.电机无自转 10.直流伺服电机的调节特性 11.直流伺服电机的调速精度 12.PID 控制 13.压电元件 14.图像锐化 15.隶属函数 16.BP 网络 17.脱机编程 18.AUV 二、简答题： 1.机器人学主要包含哪些研究内容？ 2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？ 3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义？ 4.机器人控制系统的基本单元有哪些？ 5.直流电机的额定值有哪些？ 6.常见的机器人外部传感器有哪些？ 7.简述脉冲回波式超声波传感器的工作原理。 8.机器人视觉的硬件系统由哪些部分组成？ 9.为什么要做图像的预处理？机器视觉常用的预处理步骤有哪些？ 10.请简述模糊控制器的组成及各组成部分的用途。 11.从描述操作命令的角度看，机器人编程语言可分为哪几类？ 12.仿人机器人的关键技术有哪些？ 三、论述题： 1.试论述机器人技术的发展趋势。 2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。 3.试论述轮式行走机构和足式行走机构的特点和各自适用的场合。 4.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。 5.机器人单关节伺服控制中，位置反馈增益和速度反馈增益是如何确定的？ 6.试论述工业机器人的应用准则。 四、计算题： （需写出计算步骤，无计算步骤不能得分） ： T 1.已知点 u 的坐标为[7,3,2] ，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。
机器人静力学,动力学,运动学的关系
机器人静力学,动力学,运动学的关系
机器人的静力学、动力学和运动学是机器人技术研究中三个重要领域，它们之间存在
着相互关联，协同工作，构成了机器人技术的核心。
首先，机器人静力学是指机器人操作过程中机械结构在不变的平衡状态下运动学位置
及实时运动状态估计分析，被誉为机器人外部力分析和内力传递分析的基础学科。
它主要
通过建立机器人机械结构模型，利用关节形变、外力以及内力等物理变量，计算求解机器
人的内外力特性、机构的端部间的平衡、受力特性、稳定性及物体约束特性等。
其次，机器人动力学是指机器人的运动发生时，所做动力学建模、分析及控制的研究，因此它探讨的是关节力学、碰撞识别等方面的有关问题，它主要是要求在运动过程中求解
系统运动参数或者特征值，实现机器人动态分析与控制，研究动力学模型对机器人系统动
态性能的影响。
最后，机器人运动学是指动作规划及机器人运动控制之间相关问题的研究，通过研究
机器人通过方向轮，电机和关节的作用实现有用运动的方法，涉及关节角度、运动轨迹、
几何关系、姿态成份的工程化方法。
它是对机器人机械结构分析和动力学建模的补充，探
讨机器人各关节及机构动作之间相互关系，以及机器人运动要求下，机器人运动解的计算
及实现方法，使得机器人拥有大量的姿态组合，增加机器人的全局适应性。
由此可以看出，机器人的静力学、动力学和运动学形成了一个完整的研究体系，它们
相互交织，共同工作，它们提供了对机器人运动的有效把握，从而实现机器人的运动目标。
因此，机器人的静力学、动力学和运动学十分重要，它们是实现机器人运动控制的基础，
也将在机器人研究中发挥重要作用。
最新机器人学导论复习题及参考答案-新
中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案机器人学导论一、名词解释题： 二、简答题：1.机器人学主要包含哪些研究内容？2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义？4.机器人控制系统的基本单元有哪些？ 三、论述题：1.试论述机器人技术的发展趋势。
2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。
4.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。
四、计算题：（需写出计算步骤，无计算步骤不能得分）：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。
xyzOuvwt2.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{x 0,y 0}下的运动学方程。
θ1θ2θ3L 2L 1L 3x 0y 0O3.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.θ1θ2L 2L 1xyP4.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 F A = [ f x 0 ]T 或F B = [ 0 f y ]T 。
求对应的驱动力 τA 和τB 。
τ1L 2xyP L 1τ2F A F B 0y f ⎡⎤⎢⎥⎣⎦0x f ⎡⎤⎢⎥⎣⎦5.如图所示的两自由度机械手，手部沿固定坐标系在手上X 0轴正向以 1.0m/s 的速度移动，杆长l 1=l 2=0.5m 。
设在某时刻θ1=30°，θ2=-60°，求该时刻的关节速度。
已知两自由度机械手速度雅可比矩阵为1121221211212212l s l s l s l c l c l c θθ---⎡⎤=⎢⎥+⎣⎦J θ1-θ2l 2l 1x 0y 0Ox 3y 3v 36.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。
第四章机器人的动力学
n
1
v Ci
v Ci
1 2
i Ii i )
T
1
[m 2
i 1 n
i
(J L q ) J L q (J A q ) IiJ A q ]
(i) (i) T (i) T T
1
(m 2
i 1
i
q
JL
(i)T
JL q q
(i)
二、机器人静力学关系式推导
以2自由度机械手为例，要产生图a所示的虚位移 , ， r ， 则图b所示各力 , 和 F 之间的关系：
1 2
1
2
由 虚 功 原 理 知 ： 1 1 2 2 F r 0 即： 1
2
1 F 2
当刚体绕过质心的轴线旋转时，角速度ω，角加速度
，惯
性张量
与作用力矩N之间满足欧拉方程：
IC (IC ) N
——欧拉运动方程
Ic R
3 3
是绕重心 c 的惯性矩（转动惯量） N 回转力矩
， I c的各元素表示对应的力
矩元素和加速度元素间
的惯性矩；
回转角速度；
对于对于zz轴轴于是于是12联立可得联立可得对于一般形状连杆对于一般形状连杆除第33分量以外其它分量皆不为分量以外其它分量皆不为00的第1122分量成为改变轴方向的力矩但在固定分量成为改变轴方向的力矩但在固定轴场合与这个力矩平衡的约束力生成轴场合与这个力矩平衡的约束力生成22式中的式中的1122分分量不产生运动
由虚功原理得：
F A x A FB x B 0 即 ： F A L A F B L B 0 ( F A L A F B L B ) 0 F A L A FB L B 0 FB LA LB FA
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
机器人静力学动力学和运动学的关系
机器人静力学动力学和运动学是机器人学的基础课程，它们组成了机器人系统的核心技术理念。
机器人的设计和操作的的前提是，对机器人的运动学准确理解、识别和控制。
静力学是关于探测并分析机器人机构在给定载荷和速度情况下的内部力和外部力的研究，是问动力学和运动学问题的关键课程。
静力学分析将机械设计中所涉及的每一块部件的物理定位、定位精度和力学性能都正确的刻画出来。
它的结果对驱动系统和控制系统的规划、设计和把握机械系统的运动有重要的作用。
动力学是研究机械系统的运动轨迹的学科，主要应用于机械系统运动学的研究，包括系统运行过程中的受力、受力状态、动力以及动力如何作用于机械系统等。
动力学分析有助于优化计算机机械系统的动作不仅能够满足性能要求，而且还能满足动力要求，保证机械系统在运动状态时能够顺畅而又安全地完成动作。
运动学是研究机械系统如何运动的学科，通过对机械系统各个部件的角度位置、插值、运动速度的实时控制、位置控制以及运动控制等实现机械系统的目标姿态，其结果构成了机械系统最优的运动，可以实现高效的动作给机器人的运动提供强有力的支持。
机器人静力学动力学和运动学的关系如何？从宏观上看，静力学作为机器人系统的基础，分析了机械系统内部每一块部件的物理定位、定位精度和力学性能；动力学作为对机器系统运动学的研究而深入探索；而运动学直接负责调整机器人的运动，帮助机器人实现最优的姿态，实现高效的动作。
因此，机器人静力学、动力学和运动学三者有着紧密的联系，其共同完成了机器人系统的构建和动作感知控制。