南邮机器人复习资料.doc

3. 坐标系的位置变化如下：初始时，坐标系与重合，让坐标系绕轴旋转角；然后再绕旋转角。给出把对矢量的描述变为对描述的旋转矩阵。解：坐标系相对自身坐标系（动系）的当前坐标系旋转两次，为相对变换，齐次变换顺序为依次右乘。对描述有 ；其中 。9. 图2-10a示出摆放在坐标系中的两个相同的楔形物体。要求把它们重新摆放在图2-10b所示位置。（1）用数字值给出两个描述重新摆置的变换序列，每个变换表示沿某个轴平移或绕该轴旋转。（2）作图说明每个从右至左的变换序列。（3）作图说明每个从左至右的变换序列。解：（1）方法1:如图建立两个坐标系、，与2个楔块相固联。图1：楔块坐标系建立（方法1）对楔块1进行的变换矩阵为： ；对楔块2进行的变换矩阵为： ；其中 ；所以 ： ； 对楔块2的变换步骤： 绕自身坐标系X轴旋转； 绕新形成的坐标系的Z轴旋转； 绕定系的Z轴旋转； 沿定系的各轴平移。方法2：如图建立两个坐标系、与参考坐标系重合，两坐标系与2个楔块相固联。图1：楔块坐标系建立（方法2）对楔块1进行的变换矩阵为： ；对楔块2进行的变换矩阵为： ；所以 ： ； 。备注：当建立的相对坐标系位置不同时，到达理想位置的变换矩阵不同。（2）、（3）略。2. 图3-11 给出一个3自由度机械手的机构。轴1和轴2垂直。试求其运动方程式。解：方法1建模：如图3建立各连杆的坐标系。图3：机械手的坐标系建立根据所建坐标系得到机械手的连杆参数，见表1。表1：机械手的连杆参数该3自由度机械手的变换矩阵： ； ； ； ；方法二进行建模：坐标系的建立如图4所示。图4：机械手的坐标系建立根据所建坐标系得到机械手的连杆参数，见表2。表2：机械手的连杆参数 ； ；3. 图3-12 所示3 自由度机械手，其关节1与关节2相交，而关节2与关节3平行。图中所示关节均处于零位。各关节转角的正向均由箭头示出。指定本机械手各连杆的坐标系，然后求各变换矩阵，和。解：对于末端执行器而言，因为单独指定了末端执行器的坐标系，则要确定末端执行器与最后一个坐标系之间的变换关系。方法1建模：按照方法1进行各连杆的坐标系建立，建立方法见图5。图5：机械手的坐标系建立连杆3的坐标系与末端执行器的坐标系相重合。机械手的D-H参数值见表3。表3：机械手的连杆参数注：关节变量 。将表3中的参数带入得到各变换矩阵分别为：； 方法2建模：按照方法2进行各连杆的坐标系建立，建立方法见图6。图6：机械手的坐标系建立3自由度机械手的D-H参数值见表4。表4：机械手的连杆参数注：关节变量 。将表4中的参数带入得到各变换矩阵分别为：； ； 1. 已知坐标系对基座标系的变换为：；对于基座标系的微分平移分量分别为沿X轴移动0.5，沿Y轴移动0，沿Z轴移动1；微分旋转分量分别为0.1，0.2和0。（1） 求相应的微分变换；（2） 求对应于坐标系的等效微分平移与旋转。解：（1）对基座标系的微分平移：；对基座标系的微分旋转： ；相应的微分变换： （2）由相对变换可知、，；对应于坐标系的等效微分平移：；微分旋转：。2. 试求图3.11所示的三自由度机械手的雅可比矩阵，所用坐标系位于夹手末端上，其姿态与第三关节的姿态一样。解:设第3个连杆长度为。1）使用方法1建模，末端执行器的坐标系与连杆3的坐标系重合，使用微分变换法。图7：机械手的坐标系建立表5：D-H参数表； ；由上式求得雅可比矩阵： ；2）使用方法2建模，使用微分变换法。图8：机械手的坐标系建立表6：D-H参数表；由上式求得雅可比矩阵：；1. 试着列举机器人未来发展趋势之五个关键技术 答：1.人机交互技术 2.有感情的机器人：读懂表情 3.软体机器人控制技术 4.液态金属控制技术 5.机器人生物行走技术 6.机器人透视技术 7.敏感触控技术 8.机器人用可伸缩电线 9.机器人可自行组队技术 10.造房子机器人：或成为未来主流2. 神经网络适合控制的特性和能力有哪些？（蔡自兴机器人学） 答：与传统控制相比，神经网络控制具有以下重要特性: 1、非线性，神经元网络在理论上可以充分逼近任意非线性函数; 2、并行分布处理，神经网络具有高度的并行结构和并行实现能力，使其具有更大程度的容错能力和较强的数据处理能力; 3、学习和自适应性，能对知识环境提供的信息进行学习和记忆; 4、多变量处理，神经网络可自然地处理多输入信号，并具有多输出，它非常适合用于多变量系统； 5、能进行学习，以适应环境的变化。通常将人工神经网络技术与传统的控制理论或智能技术综合使用。神经网络在控制中的作用有以下几种： 1、在传统的控制系统中用以动态系统建模，充当对象模型； 2、在反馈控制系统中直接充当控制器的作用； 3、在传统控制系统中起优化计算作用； 4、与其他智能控制方法如模糊逻辑、遗传算法、专家控制等相融合。3. 智能控制的主要特点是什么？（蔡自兴机器人学） 答：（1） 同时具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模型表示的混合控制过程。 （2） 智能控制的核心在高层控制，即组织级。（3） 智能控制是一门边缘交叉学科。（4） 智能控制是一个新兴的研究领域。 a.在应用领域方面，智能控制主要解决高度非线性、不确定性和复杂系统控制问题。 b.在理论方法上，智能控制系统大多采用符号加工的方法，通常是学习积累非精确知识，通过经验、规则用符号来描述系统。 c.在性能指标方面，智能控制没有统一的性能指标，而主要关注其目的和行为是否到达。4. 试着给出服务移动机器人三种导航技术，并详细描述每种导航方法 答：磁导航：磁导航是目前自动导引车（AGV）的主要导航方式。在AGV运行道路开出深度为10mm，宽5mm左右的沟槽，在其中埋入导线。在导线上通以530khz的交变电流，在导线周围产生磁场。AGV上左右对称安装了两个磁传感器，用于检测磁场强度，引导车辆沿所埋设的路径行驶。磁导航最大的优点是不受天气等自然条件的影响，即使风沙或大雪埋没路面也一样有效。但此系统实施过程比较繁琐，且不易维护，变更运营线路需重新埋设导航设备。 惯性导航：采用陀螺仪检测移动机器人的方位角并根据从某一参考点出发测定的行驶距离来确定当前位置，通过与已知的地图路线进行比较来控制移动机器人的运动方向和距离，从而实现自助导航。 视觉导航：通过摄像头对障碍物和路标信息拍摄,获取图像信息,然后对图像信息进行探测和识别实现导航。5. 列出机器人基于蚁群算法的路径规划步骤。（蔡自兴机器人学）1，初始化2，根据策略选择下一个节点3，信息素更新4，若满足循环结束条件则停止，否则，转到步骤25，输出最优路径，算法结束6 给出Kalman滤波的算法执行步骤。 7. 给出贝叶斯滤波算法的执行伪代码 8。给出粒子滤波的算法执行步骤9 给出移动机器人同时定位与地图创建（SLAM）的定义，并尝试给出三种典型的SLAM方法。 机器人需要在自身位置不确定的条件下，在完全未知环境中创建地图,同时利用地图进行自主定位和导航。这就是移动机器人的同时定位与地图创建(SLAM) 问题 SLAM方法：基于卡尔曼滤波的完全SLAM、压缩滤波、FastSLAM、SM-SLAM、扫描匹配、数据融合(dataassociation)、基于模糊逻辑等。三填空题1，美国万能自动化公司的第一台机器人Unimate在美国通用汽车公司投入使用，标志着第一代机器人的诞生。2，一个机器人系统，一般由机械手、环境、任务和控制器四个互相作用的部分组成3，一般机器人，不具有智能，只具有一般编程能力和操作功能。智能机器人，具有不同程度的智能：传感型机器人，交互型机器人，自立型机器人 4，美国发射的火星车：好奇号火星车，机遇号火星车，勇气号火星车,凤凰号火星车，海盗号火星车5，嫦娥一号是我国的首颗绕月人造卫星。以中国古代神话人物嫦娥命名，已于2007年10月24日18时05分(UTC+8时)左右在西昌卫星发射中心升空。 嫦娥二号卫星（简称：