习 题0.1 简述工业机器人的定义，说明机器人的主要特征。

0.2 工业机器人与数控机床有什么区别？0.3 工业机器人与外界环境有什么关系？0.4 说明工业机器人的基本组成及三大部分之间的关系。

0.5 简述下面几个术语的含义：自由度、重复定位精度、工作原理、工作速度、承载能力。

0.6 什么叫冗余自由度机器人？0.7 题0.7图所示为二自由度平面关节型机器人机械手，图中L 1=2L 2，关节的转角范围是0︒≤θ1≤180︒，–90︒≤θ2≤180︒，画出该机械手的工作范围(画图时可以设L 2=3 cm)。

0.8 工业机器人怎样按机械系统的基本结构来分类？0.9 工业机器人怎样按控制方式来分类？0.10 什么是SCARA 机器人，应用上有何特点？0.11 试总结机器人的应用情况。

题0.7图1.1 点矢量v 为[10.00 20.00 30.00]T ，相对参考系作如下齐次坐标变换：0.866 0.500 0.000 11.00.500 0.866 0.000 3.00.000 0.000 1.000 9.0 0 0 0 1 -⎡⎤⎢⎥-⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦A 写出变换后点矢量v 的表达式，并说明是什么性质的变换，写出旋转算子Rot 及平移算子Trans 。

1.2 有一旋转变换，先绕固定坐标系Z 0轴转45°，再绕其X 0轴转30°,最后绕其Y 0轴转60°，试求该齐次坐标变换矩阵。

1.3 坐标系{B }起初与固定坐标系{O }相重合，现坐标系{B }绕Z B 旋转30°，然后绕旋转后的动坐标系的X B 轴旋转45°，试写出该坐标系{B }的起始矩阵表达式和最后矩阵表达式。

1.4 坐标系{A }及{B }在固定坐标系{O }中的矩阵表达式为1.000 0.000 0.000 0.00.000 0.866 0.500 10.0 {}0.000 0.500 0.866 20.0 0 0 0 1 ⎡⎤⎢⎥-⎢⎥=⎢⎥-⎢⎥⎣⎦A0.866 0.500 0.000 3.00.433 0.750 0.500 3.0{}0.250 0.433 0.866 3.0 0 0 0 1--⎡⎤⎢⎥--⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦B 画出它们在{O }坐标系中的位置和姿态：1.5 写出齐次变换矩阵H AB ，它表示坐标系{B }连续相对固定坐标系{A }作以下变换：(1) 绕Z A 轴旋转90°。

(2) 绕X A 轴转–90°。

(3) 移动[3，7，9]T 。

1.6 写出齐次变换矩阵B BH ，它表示坐标系{B }连续相对自身运动坐标系{B }作以下 变换：(1) 移动[3，7，9]T 。

(2) 绕X B 轴旋转90°。

(3) 绕Z B 轴转– 90°。

1.7 题1.7图(a)所示的两个楔形物体，试用两个变换序列分别表示两个楔形物体的变换过程，使最后的状态如题1.7图(b)所示。

题1.7图 1.8 如题1.8图所示的二自由度平面机械手，关节1为转动关节，关节变量为θ1；关节2为移动关节，关节变量为d 2。

试：(1) 建立关节坐标系，并写出该机械手的运动方程式。

(2) 按下列关节变量参数求出手部中心的位置值。

θ10° 30° 60° 90° d 2/m 0.50 0.80 1.00 0.70题1.8图 1.9 题1.8图所示二自由度平面机械手，已知手部中心坐标值为X 0、Y 0。

求该机械手运动方程的逆解θ1、d 2。

1.10 三自由度机械手如题1.10图所示，臂长为l 1和l 2，手部中心离手腕中心的距离为H ，转角为θ1、θ2、θ3，试建立杆件坐标系，并推导出该机械手的运动学方程。

题1.10图1.11 题1.11图所示为一个二自由度的机械手，两连杆长度均为1m，试建立各杆件坐标系，求出A1、A2及该机械手的运动学逆解。

题1.11图1.12 什么是机器人运动学逆解的多重性？1.13 有一台如题1.13图所示的三自由度机械手的机构，各关节转角正向均由箭头所示方向指定，请标出各连杆的D-H坐标系，然后求各变换矩阵A1、A2、A3。

题1.13图1.14 试按D-H坐标系建立题1.14图所示机器人各杆的坐标系(各Z轴正向位于有旋转标志一端，Z0、Z6如题1.14图所示)。

题1.14图1.15 试求题1.15图所示V80机器人的运动学方程。

题1.15图2.1 简述欧拉方程的基本原理。

2.2 简述用拉格朗日方法建立机器人动力学方程的步骤。

2.3 动力学方程的简化条件有哪些？2.4 简述空间分辨率的基本概念。

2.5 机器人的稳态负荷的研究包括哪些内容？2.6 简述计算机控制机器人获得良好的重复性的处理步骤。

2.7 分别用拉格朗日动力学及牛顿力学推导题2.8图所示单自由度系统力和加速度的关系。

假设车轮的惯量可忽略不计，X轴表示小车的运动方向。

题2.8图2.8 推导题2.8图所示两自由度系统的运动方程。

2.9 推导题2.9图所示的两自由度系统的运动方程。

题2.8图 题2.9图 2.10 用拉格朗日法推导题2.10图所示两自由度机器人手臂的运动方程。

连杆质心位于连杆中心，其转动惯量分别为I 1和I 2。

2.11 简述机器人速度雅可比、力雅可比的概念及其二者之间的关系。

2.12 已知二自由度机械手的雅可比矩阵为1121221211212212s s s c c c l l l l l l θθ---⎡⎤=⎢⎥+⎣⎦J若忽略重力，当手部端点力F =[1 0]T 时，求相应的关节力矩τ。

2.13 如题2.13图所示，一个三自由度机械手，其末端夹持一质量m =10 kg 的重物，l 1=l 2=0.8 m ，θ1=60°，θ2= –60°，θ3= –90°。

若不计机械手的质量，求机械手处于平衡状态时的各关节力矩。

题2.10图题2.13图 三自由度机械手2.14 如题2.14图所示二自由度机械手，杆长l 1=l 2=0.5 m ，求下面三种情况时的关节瞬时速度1θ&、2θ&。

v X /(m/s)–1.0 0 1.0 v Y /(m/s)0 1.0 1.0 θ 130° 30° 30° θ 2 –60° 120° –30°题2.14图 二自由度机械手2.15 如题2.15图所示三自由度平面关节机械手，其手部握有焊接工具，若已知各个关节的瞬时角度及瞬时角速度，求焊接工具末端A 的线速度v X 、v Y 。

题2.15图 三自由度平面关节机械手3.1 何谓轨迹规划?简述轨迹规划的方法并说明其特点。

3.2 设一机器人具有6个转动关节，其关节运动均按三次多项式规划，要求经过两个中间路径点后停在一个目标位置。

试问欲描述该机器人关节的运动，共需要多少个独立的三次多项式?要确定这些三次多项式，需要多少个系数?3.3 单连杆机器人的转动关节，从θ = –5°静止开始运动，要想在 4 s 内使该关节平滑地运动到θ =+80°的位置停止。

试按下述要求确定运动轨迹：(1) 关节运动依三次多项式插值方式规划。

(2) 关节运动按抛物线过渡的线性插值方式规划。

3.4 目前有哪几种模型应用于机器人系统构型？各自有何优、缺点？4.1 机器人本体主要包括哪几部分？以关节型机器人为例说明机器人本体的基本结构和主要特点。

4.2 如何选择机器人本体的材料，常用的机器人本体材料有哪些？4.3 何谓材料的E /ρ？为提高构件刚度选用材料E /ρ大些还是小些好，为什么？4.4 机身设计应注意哪些问题？4.5 何谓升降立柱下降不卡死条件？立柱导套为什么要有一定的长度？4.6 机器人臂部设计应注意哪些问题？4.7 常用的臂杆平衡方法有哪几种？试述质量平衡常用的平行四边形平衡机构。

4.8 什么叫BBR 手腕、RRR 手腕？什么叫手腕自由度退化？4.9 机器人手爪有哪些种类，各有什么特点？4.10 试述磁力吸盘和真空吸盘的工作原理。

4.11 何谓自适应吸盘及异形吸盘？4.12 机器人对移动关节有何要求？为什么常用滚动导轨？4.13 机器人专用滚动轴承有何特点？机器人为什么要采用谐波传动？4.14 传动件定位常有哪几种方法？4.15 传动件消隙常有哪几种方法，各有什么特点？4.16 简述机器人行走机构结构的基本形式和特点。

4.17 简述两足步行机器人行走机构的工作原理。

5.1 说明工业机器人常用的控制结构形式，就你所熟知的某种工业机器人分析其控制器的控制结构。

5.2 机器人传感器常用的有哪几种？5.3 传感器的主要性能参数有哪几个？5.4 简述电位式位移传感器的工作原理。

5.5 分析二进制吗盘与格雷吗盘结构的异同。

5.6 角速度传感器常用的有哪几种？举例说明其中一种的工作原理。

5.7 分析外部传感器中力矩传感器的测量原理。

5.8 简述触觉传感器的测量原理。

5.9 采用基于芯片的运动控制器来控制机器人的运动有什么特点？5.10 LM628芯片有什么功能？5.11 分析运动控制卡控制的结构特点？举例说明你所了解的运动控制卡的应用。

5.12 步进电机具有哪些优点？说明反应式步进电机的工作原理。

5.13 MOTOMAN-UP6型机器人的控制器XRC有哪些控制功能？5.14 分析XRC外部控制功能的作用及应用。

5.15 何为分解运动控制？为什么要进行分解运动控制？5.16分解运动控制的思路及实现方法是什么？5.17 分解运动加速度控制的目标是什么？怎么实现？。