《工业机器人》考试题库及答案

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/的坐标系放在/-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.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)

12.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)

13.格林(格雷)码被大量用在相对光轴编码器中。(N)

14.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)

15.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

1.机器人是指代替原来由人直接或间接作业的自动化机械。

2.在机器人的正面作业与机器人保持300mm以上的距离。

3.手动速度分为：微动、低速、中速、高速。

4.机器人的三种动作模式分为：示教模式、再现模式、远程模式。

5.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。

6.设定关节坐标系时，机器人的S、L、U、R、B、T各轴分别运动。

7.设定为直角坐标系时，机器人控制点沿X、Y、Z轴平行移动。

8.用关节插补示教机器人轴时，移动命令为MOVJ。

9.机器人的位置精度PL是指机器人经过示教的位置时的接近程度,

可以分为9个等级,分别是PL=O,PL=1,PL=2,

PL=3,PL=4,PL=5,PL=6,PL=7,

PL=8。马自达标准中，PL=1指只要机器人TCP点经过以示教点为圆心、以

0.5mm为半径的圆内的任一点即视为达到；PL=2指只要机器人TCP点经过以示教

点为圆心、以20mm为半径的圆内的任一点即视为达;PL=3指只要机器人

TCP点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。

10.机器人的腕部轴为R,B,T,本体轴为S,L,U。

11.机器人示教是指：将工作内容告知产业用机器人的作业。

12.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,M0VL,M0VC,M0VS。

13.关节插补以最高速度的百分比来表示再现速度，系统可选的速度从慢到快依

次是0.78%,1.56%,3.12%,6.25%,12.50%,25.00%,50.00%,100.00%。

14.干涉区信号设置有两种，分别是绝对优先干涉区和相对优先干涉区，

基于设备安全方面考虑，现场使用的干涉区绝大多数都是绝对优先干涉区,并尽可

能的通过作业时序上错开的方法来实现节拍最优化。

15.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。

16.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。

17.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。

18.齐次坐标［001表示的内容是z方向。

19.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。

20.如果机器人相邻两关节轴线相交，则联接这两个关节的连杆长度为」____o

21.常用的建立机器人动力学方程的方法有牛顿和拉格朗日。

22.6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。

23.机器人的驱动方式主要有液压_______、气动和电动三种。

24.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

量式看马盘o

25.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、单项选择题

1.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

C.没有事先接受过专门的培训也可以

2.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

3.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

4.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）o

A.50mm/sB.250mm/sC.800mm/sD.1600mm/s

5.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

6.示教编程器上安全开关握紧为0N,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B.ONC.OFF

7.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

8.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）。

A.PL值越小，运行轨迹越精准B.PL值大小，与运行轨迹关系不大

C.PL值越大，运行轨迹越精准

9.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）o

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

10.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。

A.3个B.5个C.1个D.无限制

11.为使机器人进行正确的直线插补、圆弧插补等插补动作，需正确地输入焊枪、

抓手、焊钳等工具的尺寸信息，定义控制点的位置。工具校验是可以简单和正确的

进行尺寸信息输入的功能.进行工具校验，需以控制点为基准示教5个不同的姿态

(TC1至E。实践证明5个不同的姿态(A)o

A.动作变化越大其工具控制点越精确B.动作变化越大其工具控制点越不精

确

C.动作变化与其工具控制点无关

12.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

13.当代机器人大军中最主要的机器人为(A)o

A.工业机器人B.车用机器人C.服务机器人D.特种机

器人

14.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

15.运动学主要是研究机器人的(B)o

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

16.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

17.传感器的基本转换电路是将敏感元件产生的易测量小信号进行变换，使传感器

的信号输出符合具体工业系统的要求。一般为(A)o

A.4〜20mA、-5〜5VB.0〜20mA、0〜5V

C.-20mA〜20mA、-5〜5VD.-20mA〜20mA、0~5V

18.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

19.6维力与力矩传感器主要用于(D)o

A.精密加工B.精密测量C.精密计算D.精密装配

20.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

21.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

22.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

23.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

24.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

25.(C)曾经赢得了“机器人王国”的美称。

A.美国B.英国C.日本D.中国

26.机器人的精度主要依存于机械误差、控制算法误差与分辨率系统误差。一般说

来(B)o

A.绝对定位精度高于重复定位精度B.重复定位精度高于绝对定位精度

C.机械精度高于控制精度D.控制精度高于分辨率精度

27.一个刚体在空间运动具有(D)自由度。

A.3个B.4个C.5个D.6个

28.对于转动关节而言，关节变量是D-H参数中的(A)o

A.关节角B.杆件长度C.横距D.扭转角

29.对于移动(平动)关节而言，关节变量是D-H参数中的(C)o

A.关节角B.杆件长度C.横距D.扭转角

30.运动正问题是实现如下变换(A)o

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

31.运动逆问题是实现如下变换(C)o

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

32.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

33.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

34.在。一厂操作机动力学方程中，其主要作用的是(D)o

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

35.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

36.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

37.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

38.定时插补的时间间隔下限的主要决定因素是(B)o

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

39.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）o

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

40.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

41.利用物质本身的某种客观性质制作的传感器称之为（A）o

A.物性型B.结构型C.一次仪表D.二次仪表

42.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

43.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

44.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

45.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、

鉴向和定位。

A.—B.-C.三D.四

46.测速发电机的输出信号为（A）o

A.模拟量B.数字量C.开关量D.脉冲量

47.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）o

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

48.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。

A.2B.3C.4D.6

49.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

50.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)o

A.柔顺控制B.PID控制

C.模糊控制D.最优控制

51.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

52.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

53.CCD(ChargeCoupledDevice)摄像头输出信号为(B)帧/秒。

A.20B.25C.30D.50

54.CCD摄像头采用电视PAL标准，每帧图像由(B)场构成。

A.1B.2C.3D.4

四、多项选择题

1.在机器人动作范围内示教时，需要遵守的事项有(abed)o

A.保持从正面观看机器人

B.遵守操作步骤

C.考虑机器人突然向自己所处方位运行时的应变方案

D.确保设置躲避场所，以防万一

2.M0T0MAN机器人NX100控制柜上的动作模式有(acd)。

A.示教模式B.急停模式C.再现模式D.远程模式

3.对机器人进行示教时，示教编程器上手动速度可分为(abed)o

A.高速B.微动C.低速D.中速

4.对MOTOMAN机器人进行轴操作时，可以使用的坐标系有（abode）。

A.直角坐标系B.关节坐标系C.圆柱坐标系

D.工具坐标系E.用户坐标系

5.在MOTOMAN机器人所使用的INFORMIII语言主要的移动命令中，记录有移动

到的位置，（abed）o

A.插补方式B.再现速度C.PL定位精度D.所使用

TOOL号

6.机器人的示教方式，有（abc）种方式。

A.直接示教B.间接示教C.远程示教

7.对机器人进行示教时，为了防止机器人的异常动作给操作人员造成危险，作业前

必须进行的项目检查有（abed）等。

A.机器人外部电缆线外皮有无破损B.机器人有无动作异常

C.机器人制动装置是否有效D.机器人紧急停止装置是否

有效

8.通常构成机器人系统的各轴根据其功能分别称作（abc）o

A.机器人轴B.基座轴C.工装轴

9.原点位置校准是将机器人位置与绝对编码器位置进行对照的操作。原点位置校准

是在出厂前进行的，但在（abed）情况下必须再次进行原点位置校准。

A.改变机器人与控制柜（NX1OO）的组合时

B.更换电机、绝对编码器时

C.存储内存被删除时（更换NCPO1基板、电池耗尽时等）

D.机器人碰撞工件，原点偏移时

10.控制点不变动作是指只改变工具姿态而不改变工具尖端点（控制点）位置的操

作，下面（bede）可以实现控制点不变动作。

A.关节坐标系B.直角坐标系C.圆柱坐标系

D.工具坐标系E.用户坐标系

11.机器人控制系统在物理上分为两级，但在逻辑上一般分为如下三级：

（cde）o

A.PID控制器B.位置控制器C.作业控制器

D.运动控制器E.驱动控制器F.可编程控制器

12.完整的传感器应包括下面（ace）三部分。

A.敏感元件B.计算机芯片C.转换元件

D.模数转换电路E.基本转换电路F.微波通信电路

13.图像工程是一门系统地研究各种图像理论、技术和应用的新的交叉学科。研究

内容包括（bef）三个层次及它们的工程应用。

A.图像获取B.图像处理C.图像增强

D.图像恢复E.图像分析F.图像理解

14.机器视觉系统主要由三部分组成（ade）。

A.图像的获取B.图像恢复C.图像增强

D.图像的处理和分析E.输出或显示F.图形绘制

15.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）o

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

16.谐波减速器特别适用于工业机器人的（def）轴的传动。

A.S轴B.L轴C.U轴

D.R轴E.B轴F.T轴

17.RV摆线针轮减速器特别适用于工业机器人的（abc）轴的传动。

A.S轴B.L轴C.U轴

D.R轴E.B轴F.T轴

18.集控式足球机器人的智能主要表现在（de）两个子系统。

A.机器人小车子系统B.机器人通信子系统

C.机器人视觉子系统D.机器人决策子系统

E.机器人总控子系统

19.美国发往火星的机器人是（ab）号。

A.勇气B.机遇C.小猎兔犬D.挑战者

E.哥伦比亚

五、综合题

（一）写出下列指令的含义

MOVJ：以关节插补方式移动到示教位置

MOVC：用圆弧插补方式移动到示教位置

MOVL：用直线插补方式移动到示教位置

MOVS：用自由曲线插补方式移动到示教位置

JUMP：跳到指定的标签或程序

CALL：调出指定程序

TIMER：停止指定的时间

LABEL：表示跳转位置

COMMENT：注释

RET：回到调用程序

INC：在指定的变量值上加1

SET：将前一变量的值设置为后一变量

IF：判断各种条件，附加在进行处理的其他命令之后

*：表示跳转的目的地

END：宣布程序结束

NOP：无任何运行

DOUT：进行外部输出信号的ON、OFF

WAIT：待机，至外部输入信号与指定状态相符

（二）简答题

1.智能机器人的所谓智能的表现形式是什么？

答:推理判断、记忆

2.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。

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。

3.机器人由哪几部分组成？

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。

4.什么是自由度？

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。

5.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。

6.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。

7.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

8.试述机器人视觉的结构及工作原理

笞: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。⑵

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。机)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？

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；等)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.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。

18.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。

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定、

修改或删除，在此模式下外部设备发出的启动信号无效

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

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。

(三)论述题

1.试论述机器人技术的发展趋势。

答：科学技术水平是机器人技术的基础，科学与技术的发展将会使机器人技术提高到一个更高

的水平。未来机器人技术的主要研究内容集中在以下几个方面：(1)工业机器人操作机结构的

优化设计技术。探索新的高强度轻质材料,进一步提高负载-自重比，同时机构向着模块化、

可重构方向发展。(2)机器人控制技术。重点研究开放式、模块化控制系统，人机界面更加友

好，语言、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的标准化和网络化以及基于PC机网络

式控制器已成为研究热点。式)多传感系统。为进一步提高机器人的智能和适应性,多种传感

器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别是在非线

性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。性)机器人遥控及监控技术，机器人

半自主和自主技术。多机器人和操作者之间的协调控制,通过网络建立大范围内的机器人遥控

系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。(5)虚拟机器人技术。基于多传感器、

多媒体和虚拟现实以及临场感应技术，实现机器人的虚拟遥控操作和人机交互。(6)多智能体

控制拉垄这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的

通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。(7)微型和

微小机器人技术。这是机器人研究的一个新的领域和重点发展方向。过去的研究在该领域几乎

是空白，因此该领域研究的进展将会引起机器人技术的一场革命，并且对社会进步和人类活动

的各个方面产生不可估量的影响，微型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控

制方，法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。⑻软机器人技术。主要用于医疗、护

理、休闲和娱乐场合。传统机器人设计未考虑与人紧密共处，因此其结构材料多为金属或硬性

材料，软机器人技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机器人意外地与环境或人碰撞时

是安全的，机器人对人是友好的。是）仿人和仿生技术。这是机器人技术发展的最高境界,目

前仅在某些方面进行一些基础研究。

2.试论述精度、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。

精度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。

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。

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。

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。

答：轮式行走机器人是机器人中应用最多的一种机器人，在相对平坦的地面上，用车轮移动方

式行走是相当优越的。车轮的形状或结构形式取决于地面的性质和车辆的承载能力。在轨道上

运行的多采用实心钢轮，室外路面行驶的采用充气轮胎，室内平坦地面上的可采用实心轮胎。

足式行走对崎岖路面具有很好的适应能力，足式运动方式的立足点是离散的点，可以在可能到

达的地面上选择最优的支撑点，而轮式行走工具必须面临最坏的地形上的几乎所有点；足式运

动方式还具有主动隔震能力，尽管地面高低不平，机身的运动仍然可以相当平稳；足式行走在

不平地面和松软地面上的运动速度较高，能耗较少。

4.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尸与驱动力7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。

在考虑控制时，就要考虑在机器人的动作中，关节驱动力r会产生怎样的关节位置关

节速度关节加速度9,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。

r,ir,.rf—~———e,M

I、、/

二X、动力学

1I,/、ATu

F7

（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。

解：点u的齐次坐标为:[7,3,2灯

v=Rot(z,90°)u

w=Rot(y,90°)v

-1004~一2一-6~

010-374

t=Trans(4,-3,7)w

0017310

000111

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。

解：建立如图1的参考坐标系，则

q00

02—S?0Ly0L

为q00sc0000

°7]=，叮2=22

00100010010

00010001001

0123—51230Lg]+L2c12

§12301230£[S]+Z/2^i2

=工24=

0010

0001

c

其中i23=cos（q+&2+a）,S123=sin（q+q+q）.

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e1和e2.

p

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=Zjcos0x+Z^cos(q+幻(1)

y=Z1sin4+七2$山(4+2)(2)

(D式平方加(2)式平方得

x2,+y?=乙；+L：+2LJ2cose?

=>02=arccos

2L1L2z7

(Lsin0、

4=arctanarctan22

J+%cos02)

一(J+y2)+G+互

第二组解：由余弦定理，a=arccos

2g

0=7i+a

71-a)

o'=--------+arctany

1

2X

4.如图所示两自由度机械手在如图位置时(e1=0,92=17/2),生成手爪力

FA=[fx0]T或FB=[0fy]TO求对应的驱动力TA和TB。

0

解：由关节角给出如下姿态：

一4sin。1一4sin（6]+名）一4sin（优+%）F-L2-L2

Ljcos。1+L2cos（仇+a）L2cos（优+。2）Lx0

由静力学公式7=

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。轴正向以1.Om/s的

速度移动，杆长/F/2=0.5mo设在某时刻氏=30。，氏=-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

--/2s12一12sl2

l[C9]+12cl212cl2

--^2^12—“2$12

解：因为：J=

+，2。12，2。12

112cl2

因此，逆雅可比矩阵为:

Ihs%—\cOy—12cl2——，2。2

因为，0=Jlv,且g[1,0]\即KFlm/s,KFO,因此

411

。2-—12cl2~\sOy—Z2^20

0,==—rad/s=-2rad/s

IF%0.5

&=-------=4rad/s

l2s02lAs02

（算出最后结果2分）

因此，在该瞬时两关节的位置分别为，^1=30°,氏=-60°；速度分别为伍=-2rad/s,

%=4rad/s；手部瞬时速度为1m/s。

s01=sin斗

式中：s12=sin（，+”）

6.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。

'^—L2—L3f

解：建立如图的坐标系，则各连杆的DH参数为：

杆长

连杆转角。,偏距dn扭角见Tai

1A00