机器人技术基础期末考试复习资料(熊有伦主编)教程.doc

郎以墨整理 PAGE 30 1机器人组成系统的4大部分：机构部分、传感器组、控制部分、信息处理部分 2机器人学的主要研究内容：研究机器人的控制与被处理物体间的相互关系 3机器人的驱动方式：液压、气动、电动 4机器人行走机构的基本形式：足式、蛇形式、轮式、履带式 5机器人的定义：由各种外部传感器引导的、带有一个或多个末端执行器、通过可编程运动，在其工作空间内对真实物体进行操作的软件可控的机械装置 6机器人的分类：1工业机器人2极限环境作业机器人3医疗福利机器人 7操作臂工作空间形式：1直角坐标式机器人2圆柱坐标式机器人3球坐标式机器人 4 scara机器人5关节式机器人 8机器人三原则 第一条：机器人不得伤害人类. 　　第二条：机器人必须服从人类的命令，除非这条命令与第一条相矛盾。 　　第三条：机器人必须保护自己，除非这种保护与以上两条相矛盾。 1、什么是位姿：刚体参考点的位置和姿态 2、RPY角与欧拉角的共同点：绕固定轴旋转的顺序与绕运动轴旋转的顺序相反并且旋转角度相同，能得到相同的变换矩阵，都是用三个变量描述。欧拉角为左乘RPY角为右乘。 RPY中绕x旋转为偏转绕y旋转为俯仰绕z旋转为回转 3 、矩阵的左乘与右乘：左乘（变换从右向左）—指明运动相对于固定坐标系 右乘（变换从左向右）—指明运动相对于运动坐标系 齐次变换：表示同一点相对于不同坐标系{B}和{A}的变换，描述{B}相对于{A}的位姿 自由矢量：完全由他的维数、大小、方向，三要素所规定的矢量 线矢量：由维数、大小、方向、作用线，四要素所规定的矢量 齐次变换矩阵 其次坐标变换为旋转矩阵为{B}的原点相对{A}的位置矢量 旋转矩阵：绕x轴y轴z轴 变换矩阵求逆：已知B相对于A的描述求A相对于B的描述 12、运动学方程 1、操作臂运动学研究的是手臂各连杆间的位移、速度、加速度关系 3、运动学反解方法：反变换法、几何法、pieper解法 4、大多数工业机器人满足封闭解的两个充分条件之一 三个相邻关节轴，1交于一点2相互平行 5、连杆参数：1、 2、 3、 4、 6、连杆变换通式： 7、灵活空间：机器人手抓能以任意方位到达的目标点的集合 8、可达空间：机器人手抓至少一个方位到达的目标点的集合 工作空间：反解存在的区域就是工作空间 9、机器人操作臂运动学反解数决定于：关节数、连杆参数、关节的活动范围 10、操作臂运动学反解方法有 1封闭解法（获得封闭解的方法有代数解、几何解） 2数值解法。 11、雅可比矩阵 12、逆雅可比矩阵，， 静力学公式 ， 操作臂的雅可比矩阵：定义为操作速度与关节速度的线性变换，可看成是从关节空间到操作空间运动速度的传动比 操作臂奇异形位：对于这些形位操作臂的雅可比矩阵的秩减少 自动生成雅可比步骤（知道各连杆变换） 1、计算各连杆变换、、、、 2、计算各连杆到末端连杆的变换 3、计算雅可比矩阵J(q)的各列元素，第i列 末端广义力矢量：机器人与外界环境相互作用时，在接触的地方要产生力和力矩统称为末端广义力矢量 虚位移：满足机械系统几何约束的无限小位移 建立运动学方程的方法：拉格朗日法、牛顿-欧拉法、高斯法、凯恩法、旋量对偶数法 研究机器人动力学的目的：动力学问题与操作臂的仿真研究有关，逆问题是为了实施控制的需要，利用动力学模型实现最优控制，以期达到良好的动态性能和最优指标。 动力学研究的是：物体的运动和受力的关系 动力学模型主要用于机器人的设计和编程 点的速度涉及两个坐标系：点所在的坐标系的速度，点相对于坐标系的速度 6、牛顿欧拉法递推动力学问题的步骤： 向外递推计算各连杆的速度和加速度，由牛顿欧拉公式算出连杆的惯性力和力矩 向内递推计算各连杆相互作用力和力矩，以及关节驱动力和力矩 拉格朗日函数：对于任何机械系统，拉格朗日函数定义为系统点的动能与势能之差 即 规划：在人工智能的研究范围中，规划实际就是问题的一种求解技术。即从某个特定问题的初始状态出发，构造一系列操作步骤，达到解决该问题的目标状态 轨迹：操作臂在运动过程中的位移、速度和加速度 轨迹规划：根据作业任务的要求计算预期的运动轨迹 机器人的作业运动