动力学中的运动学与静力学的关系
(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。
自然界中的力学原理
自然界中的力学原理自然界中的力学原理是关于物体运动和相互作用的科学原理。
力学原理可以分为静力学和动力学两个方面。
静力学研究的是物体在外力作用下保持平衡的原理，而动力学则研究运动物体的受力和受力后的运动规律。
力学原理的基础是牛顿三大定律。
第一定律是惯性定律，它表明一个物体如果没有外力作用，将保持静止或匀速直线运动。
第二定律是运动定律，它阐述了力和物体运动之间的关系，即力等于物体质量乘以加速度。
第三定律是作用与反作用定律，它表明任何一个物体施加给另一个物体的力，必然受到另一个物体施加的同大小异方向的力。
力学原理的一个重要应用是机械的运动学和动力学。
机械的运动学研究物体的位置、速度和加速度之间的关系。
根据运动定律和作用与反作用原理，可以推导出机械的运动学方程。
机械的动力学研究物体受力后的运动规律，进一步包括转动运动和弹性碰撞等问题。
力学原理也适用于流体的运动研究。
流体的运动学研究流体的速度和压力之间的关系，根据欧拉方程和伯努利方程可以描述流体的运动。
流体的动力学研究流体受力后的运动规律，涉及到流体的惯性力和阻力等问题。
力学原理也适用于电磁学和热力学等领域。
在电磁学中，根据洛伦兹力和库仑定律可以研究带电粒子的运动规律。
在热力学中，根据牛顿冷却定律和理想气体状态方程可以研究物体的温度变化和气体的压力变化。
除了牛顿力学原理外，还有其他力学原理被广泛应用。
例如，能量守恒定律指出系统的总能量在没有外界能量输入或输出的情况下保持不变；动量守恒定律指出系统的总动量在没有外界动量输入或输出的情况下保持不变。
另外，还有很多力学原理用于描述特定的物理现象。
例如，霍金效应说明了微观粒子能够通过量子隧穿现象从一个区域跃迁到另一个区域；黑洞的力学研究表明黑洞也具有质量、角动量和电荷等物理量。
总而言之，力学原理是研究物体运动和相互作用的科学原理，包括静力学和动力学两个方面。
牛顿三大定律是力学原理的基础，同时还有其他力学原理和方程用于解释不同的物理现象。
机器人复习题及参考答案
课程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。
《理论力学》之“静力学”知识大总结
静力学知识要点绪论：1.理论力学研究对象：刚体；物体的运动效应（外效应）。
静力学：物体在力的作用下保持平衡条件；2. 三部分内容的研究对象：运动学：只从几何角度研究物体的运动，不研究其运动产生的原因；动力学：研究受力物体力与运动之间的关系；静力学第一章静力学公理和物体受力分析1.四大公理和二大推论的具体内容。
（熟记+理解）2.二力杆的正确判断，受力方向的确定。
3.三力平衡汇交定理的应用。
4.各种常用的约束和约束反力(I)光滑接触面约束作用点在接触点，方向沿公法线，指向受力物体，受压。
(II)柔索约束作用点在接触点，方向沿绳索背离物体，受拉。
(III)光滑圆柱铰链约束a)中间铰：方向不定用两个正交分力来表示；FxFb)固定铰：方向不定用两个正交分力来表示；Fc）滚动铰支座：限制法线方向运动，通过铰链中心垂直于支撑面，指向不定；N F(IV) 轴承约束a) 向心轴承：方向不定，用两个正交分力来表示；FFb) 止推轴承:三个正交分力；y Fz Fx F(V) 固定端约束:5. 正确画出物体或整体的受力分析图：例题1-1，1-2，1-4（注意内力\外力，作用力\反作用力；正确识别二力杆）；6. P21页 思考题 1-2、3、4 作业题：1-1（c 、e 、f 、j ）、1-2（c 、f ）第二章 平面力系几何条件：力多边形自行封闭；1. 平面汇交力系平衡条件 解析条件： Fx ∑=0Fy ∑=02. 应用平衡条件解题（例题2-3）3. 平面力偶系 力矩的定义，方向判别（为负）平行也无合力。
平面力偶的的两个要素：力偶矩的大小；力偶的转向。
力偶的等效定理：力偶可在平面内任意移动，只要力偶矩的大小、方向不变。
i M ∑=0. 具体应用（例题2-5、2-6）4. 平面任意力系的简化 力的平移定理 P39 简化结果讨论 P41-425. 平面 充要条件：R F =0, Mo=0任意 平衡方程：一矩式：Fx ∑=0 Fy ∑=0()O M F ∑=0 （0点任意取） 力系 二矩式:()A M F ∑=0()B M F ∑=0 Fx ∑=0 (x 不垂直AB 连线) 平衡 : ()A M F ∑=0 ()B M F ∑=0()C M F ∑=0（ABC 不共线） P45 例2-8、2-96. 均布载荷 —— 集中力 大小： 围成图形的面积方向：与q 一致作用点：围成图形的几何中心ql l 31 ql 21q =F 7. 物系的平衡 静定/超静定判别未知量多物系平衡求解思路：以整体为对象———— 选个体为对象求个别未知量具体应用：P51. 例2-11、2-12、2-168. 桁架的内力计算 节点法 例2-18截面法 例 2-199.各种平面力系独立平衡方程数目： 平面任意力系（3个）；平面汇交力系（2个）；平面力偶系（1个）；平面平行力系（2个）各种约束 分析力系类型10.静力学步骤：研究对象 画受力分析 列方程 求解 类型反力确定 确定独立方程数目思考题：P61 2-2、2-3、2-5作业题：2-1、2-3、2-7、2-8c 、2-12、2-14b 、2-20、2-21、2-51、2-57第三章 空间力系1. 空间汇交力系 力在坐标轴上的投影 平衡条件：∑Fx=0、∑Fy=0、∑Fz=0P81 例3-2、3-32. 空间力对点之矩和力对轴之矩力对点之矩：()M O ⨯= 为矢量力多轴之矩：x y yF x —F M Z =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ P84 公式3-12 例3-4 ()[]()M F M Z Z =0 Z 必须经过O 点3. 空间力偶 AB ⨯=r 三要素：力偶矩大小；力偶矢量方向（与作用面垂直）；作用面上转向。
理论力学（静力学）总结
理论力学（静力学）总结静力学——主要研究受力物体平衡时作用力所应满足的条件;同时也研究物体受力的分析方法，以及力系简化的方法等。
运动学——只从几何的角度来研究物体的运动(如轨迹、速度和加速度等)，而不研究引起物体运动的物理原因。
动力学——研究受力物体的运动与作用力之间的关系。
所谓刚体是指这样的物体，在力的作用下，其内部任意两点之间的距离始终保持不变。
公理1 力的平行四边形规则公理2 二力平衡条件公理3 加减平衡力系原理推理1 力的可传性推理2 三力平衡汇交定理公理4 作用和反作用定律公理5 刚化原理约束反力的方向必与该约束所能够阻碍的位移方向相反1．具有光滑接触表面的约束F N作用在接触点处，方向沿接触表面的公法线，并指向受力物体2．由柔软的绳索、链条或胶带等构成的约束拉力F T 方向沿着绳索背离物体3．光滑铰链约束(1)向心轴承(2) 圆柱铰链和固定铰链支座4．其它约束(1)滚动支座(2)球铰链一个空间力(3)止推轴承物体的受力分析受了几个力，每个力的作用位置和力的作用方向平面汇交力系几何法解析法平面汇交力系平衡的必要和充分条件是:各力在两个坐标轴上投影的代数和分别等于零力对刚体的转动效应可用力对点的矩(简称力矩)来度量力F 对于点O的矩以记号Mo(F )表示Mo(F )=±F h 力使物体绕矩心逆时针转向转动时为正，反之为负。
力对点之矩是一个代数量r表示由点O到A的矢径矢积的模r F 就等于力F对点0的矩的大小，其指向与力矩的转向符合右手法则。
合力矩定理这种由两个大小相等、方向相反且不共线的平行力组成的力系，称为力偶力偶只对物体的转动效应，可用力偶矩来度量力偶矩 M(F，F') 力偶的作用效应决定于力的大小和力偶臂的长短，与矩心的位置无关M=±F d 代数量一般以逆时针转向为正，反之则为负。
同平面内力偶的等效定理推论(1)任一力偶可以在它的作用面内任意移转，而不改变它对刚体的作用。
工程力学中的静力学与动力学的应用比较
工程力学中的静力学与动力学的应用比较工程力学是一个研究力学原理在工程领域应用的学科，其中静力学和动力学是两个重要的分支。
静力学研究物体在平衡状态下的力学性质，而动力学则关注物体在运动状态下的力学行为。
本文将比较工程力学中的静力学与动力学的应用，探讨它们在不同情况下的适用性。
1. 静力学的应用静力学主要研究物体在平衡状态下的力学平衡和力的分析，广泛应用于建筑、桥梁、机械等领域。
具体应用包括以下几个方面：1.1 结构分析静力学可以用于分析和设计建筑物、桥梁等结构的稳定性和强度。
通过平衡力的分析，可以计算得出结构体各点受力的大小和方向，进而判断结构的稳定性和强度是否满足设计要求。
1.2 杆件受力分析静力学可以应用于杆件的受力分析。
例如，在机械设计中，可以通过受力平衡的原理，计算得出杆件各部分受力的大小和方向，从而确定杆件是否能够承受相应的载荷。
1.3 土木工程中的土压力分析在土木工程中，静力学可以应用于分析土体的水平和垂直力的大小。
通过力的平衡，可以计算得出土壤对结构物或地下管道的土压力，从而确定结构物的稳定性和土体的受力状态。
2. 动力学的应用动力学研究物体在运动状态下的力学行为，包括运动的速度、加速度和位置等。
它涉及到物体的运动学和动力学问题，广泛应用于机械工程、航空航天等领域。
具体应用包括以下几个方面：2.1 机械系统的动力学分析在机械工程中，动力学用于分析和设计机械系统的运动行为。
例如，通过运动学和动力学的分析，可以计算出机械系统的速度、加速度和运动路径，从而帮助工程师更好地优化设计和控制机械系统。
2.2 车辆动力学分析在汽车工程领域，动力学用于研究车辆的运动特性和驾驶性能。
例如，通过分析车辆的加速度、行驶阻力和转向力等，可以计算出车辆的加速性能、制动距离和操纵稳定性等参数。
2.3 结构振动分析动力学也可以应用于结构振动的分析。
例如，在航空航天工程中，动力学可以帮助分析飞行器的结构振动响应，预测振动对结构的影响，从而改进结构设计和提高飞行器的安全性和稳定性。
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 。
物体的运动与力学关系
物体的运动与力学关系物体的运动是力学研究的核心内容之一，力学是研究物体在外力作用下的运动规律和力的效果的科学。
运动与力学的关系可以通过牛顿三大运动定律来解释。
第一定律：一个物体如果没有受到外力的作用，将保持运动状态，或者保持静止状态。
这被称为惯性定律。
换句话说，没有外力的影响，物体将保持原来的状态，无论是静止还是匀速直线运动。
第二定律：物体的运动状态发生改变时，其改变的速率与作用在物体上的外力成正比。
这可以通过牛顿提出的公式F = ma来表示，其中F代表物体所受的力，m代表物体的质量，a代表物体的加速度。
这个定律说明了力对物体的加速度产生影响，质量越大，相同的力作用下加速度越小，反之亦然。
第三定律：任何作用在物体上的力都会有一个大小相等、方向相反的反作用力。
这个定律通常被概括为“作用力与反作用力相等，方向相反”。
例如，当我们站在地面上时，我们会感觉到地面对我们的重力，但是同时地面也受到我们体重的反作用力。
基于这些定律，我们可以在物理世界中解释各种运动和力的现象。
运动的类型包括直线运动、曲线运动和往复运动等。
通过研究物体在不同运动状态下的速度、加速度、质量和受力情况，我们可以进一步理解其运动轨迹和所需力的大小。
在力学中，我们还经常讨论力的合成和分解问题。
力的合成即将多个力沿着同一直线方向相加，得到合力。
力的分解则是将一个力按照不同的方向分解成多个力，可以是水平方向分解和垂直方向分解。
这在实际应用中非常重要，例如在静力学和动力学问题中能提供更准确的分析和计算方法。
除了描述运动的定律和力的效果，力学还涉及到其他重要的概念，如动能、势能、功和机械能。
动能是物体由于运动而具有的能量，势能是物体由于其位置而具有的能量。
功则是力在物体上产生的作用，计算方法是力乘以物体在力的方向上的移动距离。
机械能是动能和势能的总和，守恒的。
通过研究物体的运动与力学关系，我们可以更好地理解物理世界中的现象，并应用于各个领域，包括工程、天文学、运动学和机械设计等。
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动力学中的运动学与静力学的关系动力学和静力学是力学的两个重要分支，它们研究的是物体的运动和力的作用。
在物理学中，动力学主要研究物体在受力作用下的运动状态和轨迹，而静力学则关注物体在力的平衡状态下的性质和特征。
本文将讨论动力学中的运动学与静力学的关系，揭示它们之间的联系和相互作用。
一、运动学与静力学的基本概念及差异
运动学是研究物体运动的学科，主要关注物体的位置、速度、加速度等与运动有关的基本量。
它研究的是物体不受外力作用时的运动状态，即质点或刚体的运动规律。
运动学中的重要概念包括位移、速度和加速度等。
静力学是研究物体力学平衡的学科，主要研究物体在力的作用下的平衡条件，即物体在保持不动或匀速直线运动状态下受力的特性。
静力学主要考虑力的平衡条件、杠杆原理和平衡力计算等。
运动学和静力学的主要区别在于研究对象的不同。
运动学关注的是物体运动的规律和性质，而静力学关注的是物体在力的平衡状态下的特性和条件。
运动学研究的是物体在运动中的行为，而静力学研究的是物体在静止或匀速直线运动状态下的力学性质。
二、尽管动力学和静力学是两个独立的学科，但它们之间存在着密切的联系和相互作用。
动力学的研究往往离不开运动学的基础，而静力学的理论也来源于动力学的基本原理。
在运动学中，物体的速度和加速度等运动量是通过受力来定义和计
算的。
而在静力学中，力的平衡条件是通过运动学中的力的合成和力
的分解等概念来解释和验证的。
在实际问题中，我们常常需要根据物
体的运动学特性来分析物体所受的力的大小和方向，即通过运动学推
导出静力学的相关性质。
另外，在动力学中也常常需要考虑物体的力学平衡条件。
例如，在
物体受到多个力的作用时，我们需要根据运动学的知识来判断物体是
否处于力的平衡状态，即通过运动学来推导出静力学的结果。
因此，
运动学和静力学在解决力学问题时相辅相成。
三、运动学与静力学的实际应用
运动学和静力学作为力学的两个重要分支，广泛应用于工程和科学
领域。
在实际的物体运动和力的分析中，我们常常需要运用运动学和
静力学的知识来解决问题。
例如，在机械工程中，运动学可以用来分析和设计机械元件的位置、速度和加速度等参数，进而提高机械系统的性能和精度。
静力学则可
以用来进行结构强度和稳定性的计算，确保机械系统的安全可靠。
此外，运动学和静力学还广泛应用于物理学、航天学和生物学等学
科中。
在物理学实验中，运动学可以帮助我们更好地理解和描述物体
的运动过程，而静力学则可以帮助我们分析物体受力平衡的条件和特性。
在航天学和生物学中，我们也常常需要运用运动学和静力学的原
理来研究和解释物体的运动和力学性质。
总之，动力学中的运动学和静力学是两个相互关联、相互作用的学科。
它们通过研究物体的运动和力的平衡状态，揭示了物体受力作用和运动行为之间的密切关系。
在实际应用中，运动学和静力学都发挥着重要的作用，为解决各类力学问题提供了理论和方法。