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解：建立如图所示的坐标系 参数和关节变量
连杆 1 2
θ ?1 ??2 α 1 1 а 0 0 d 0 0 ?cos?1?sin?1A1=Rot(Z, θ1) Trans(1,0,0) Rot(X, 0o)=??0??0?s?2?c?2A2= Rot(Z, -θ2)Trans(l, 0, 0)Rot(X, 90o)???0??0?sin?10c?1?cos?10s?1?? 010??001?0s?20?c?200000?0?? 0??1?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，解：D-H坐标系的建立 按D-H方法建立各连杆坐标系 参数和关节变量
连杆 1 2 3 。
? ?1 ?2 ?3 ? 0 0 a 0 d L1+L2 0 0 L3 L4 11
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?1?cos?sin?1A1 =??0??00sin?10?cos?110000?0?? L1?L2??1?0L4cos?3?0L4sin?3?? 10??01??2?sin?2?cos?sin?2cos?2?A2=
?00?0?0
0L3cos?2??3?sin?3?cos?sin0L3sin?2??3? A3=??3cos?010?0??01?0?03.1 何谓轨迹规划？简述轨迹规划的方法并说明其特点。
答：机器人的轨迹泛指工业机器人在运动过程中的运动轨迹，即运动点位移，速度和加速度。
轨迹的生成一般是先给定轨迹上的若干个点，将其经运动学反解映射到关节空间，对关节空间中的相应点建立运动方程，然后按这些运动方程对关节进行插值，从而实现作业空间的运动要求，这一过程通常称为轨迹规划。
（1）示教—再现运动。这种运动由人手把手示教机器人，定时记录各关节变量，得到沿路径运动时各关节的位移时间函数q(t)；再现时，按内存中记录的各点的值产生序列动作。
（2）关节空间运动。这种运动直接在关节空间里进行。由于动力学参数及其极限值直接在关节空间里描述，所以用这种方式求最短时间运动很方便。
（3）空间直线运动。这是一种直角空间里的运动，它便于描述空间操作，计算量小，适宜简单的作业。 （4）空间曲线运动。这是一种在描述空间中用明确的函数表达的运动。
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?
答：共需要3个独立的三次多项式； 需要72个系数。
3.3 单连杆机器人的转动关节，从q = –5°静止开始运动，要想在4 s内使该关节平滑地运动到q =+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。
解：（1）采用三次多项式插值函数规划其运动。已知?0??5?,?f?80?,tf?4s,代入可得系数为
a0??5,a1?0,a2?15.94,a3??2.66
运动轨迹：
??t???5?15.94t2?2.66t3??t??31.88t?7.98t2??t??31.88?15.96t
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???
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（2）运动按抛物线过渡的线性插值方式规划：
?0??5?,?f?80?,tf?4s,
根据题意，定出加速度的取值范围：
4?85????21.25?2
s16??如果选??42???s2，算出过渡时间ta1，
4422?42?4?42?85ta1=[?]=0.594s
22?42计算过渡域终了时的关节位置?a1和关节速度?1，得
?1?a1=?5??(?42?0.5942)??2.4?
2?1??1ta1?(42?0.594s)?s?24.95?s
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。 答：机器人本体：(1)传动部件 (2)机身及行走机构
(3)机身及行走机构 （4)腕部 (5)手部
基本结构：机座结构、腰部关节转动装置、大臂结构、大臂关节转动装置、小臂结 构、小臂关节转动装置、手腕结构、手腕关节转动装置、末端执行器。
主要特点：(1) 一般可以简化成各连杆首尾相接、末端无约束的开式连杆系，连杆 系末端自由且无支承，这决定了机器人的结构刚度不高，并随连杆 系在空间位姿的变化而变化。
(2) 开式连杆系中的每根连杆都具有独立的驱动器，属于主动连杆系， 连杆的运动各自独立，不同连杆的运动之间没有依从关系，运动灵 活。
(3) 连杆驱动扭矩的瞬态过程在时域中的变化非常复杂，且和执行器反
馈信号有关。连杆的驱动属于伺服控制型，因而对机械传动系统的刚 度、间隙和运动精度都有较高的要求。
(4) 连杆系的受力状态、刚度条件和动态性能都是随位姿的变化而变化 的，因此，极容易发生振动或出现其他不稳定现象。
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？
答：需满足五点基本要求：1.强度大 2.弹性模量大 3.重量轻 4.阻尼小 5.材料经济性
4.3 何谓材料的E/?？为提高构件刚度选用材料E/?大些还是小些好，为什么？ 答：即材料的弹性模量与密度的比值；
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???常用材料：1.碳素结构钢和合金钢 2.铝、铝合金及其他轻合金材料 3.纤维增强合金
4.陶瓷 5.纤维增强复合材料 6.粘弹性大阻尼材料
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大些好，弹性模量E越大，变形量越小，刚度走越大；且密度?越小，构件质量越小，则构件的惯性力越小，刚度越大。所以E/?大些好。 4.4 机身设计应注意哪些问题？ 答：(1) 刚度和强度大，稳定性好。
(3) 驱动方式适宜。
4.8手腕的作用及其三个自由度。
作用：改变或调整机器人手部在空间的姿态(方向)，并连接机器人的手部和臂部。 自由度：分别为回转（x） 俯仰（y）偏摆（z）由三个回转关节组合而成。 4.9 机器人手爪有哪些种类，各有什么特点？ 答：1.机械手爪：依靠传动机构来抓持工件；
2.磁力吸盘：通过磁场吸力抓持铁磁类工件，要求工件表面清洁、平整、干燥，以保证可靠地吸附，3.真空式吸盘：利用真空原理来抓持工件，要求工件表面平整光滑、干燥清洁，同时气密性要好。 不适宜高温条件；
2、工业机器人是如何定义的？
工业机器人是指在工业中应用的一种能进行自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、多用途的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各种作业。且这种操作机可以固定在一个地方，也可以在往复运动的小车上。
3、按几何结构，机器人可分为那几种？ 直角坐标型
圆柱坐标型 球坐标型 关节坐标型 4、机器人的参考坐标系有哪些？
全局参考坐标系 关节参考坐标系 工具参考坐标系 5.运动学方程的建立及其求解 1、建立坐标系； 2、确定参数；
3、相邻杆件的位姿矩阵； 4、建立运动学方程。 5、运动学方程的正解和逆解
1、机器人系统由哪三部分组成？答：操作机、驱动器、控制系统 4.11 何谓自适应吸盘及异形吸盘？
答：自适应吸盘：真空吸盘的一种新设计，增加了一个球关节，吸盘能倾斜自如，适应工件表面倾角的变化。
异形吸盘：真空吸盘的一种新设计，可以用于吸附鸡蛋、锥颈瓶等非平整工件。 4.15 传动件消隙常有哪几种方法，各有什么特点？
答：1) 消隙齿轮：相啮合的两齿轮中有一为两个薄齿轮的组合件，能过两个薄齿轮的组合来消隙；
2) 柔性齿轮消隙：对具有弹性的柔性齿轮加一预载力来保证无侧隙啮合；
3) 对称传动消隙：一个传动系统设置两个对称的分支传动，并且其中有一个具有回弹能力。 4) 偏心机构消隙：当有齿轮磨损等原因造成传动间隙增加时，利用中心距调整机构调整中心距。 5) 齿廓弹性覆层消隙：齿廓表面覆有薄薄一层弹性很好的橡胶层或层压材料，通过对相啮合的一对齿
轮加以预载，来完全消除啮合侧隙。
4.16 简述机器人行走机构结构的基本形式和特点。
答： 基本形式：固定轨迹式和无固定轨迹式（步行式、轮式和履带式）
固定轨迹式：机身底座安装在一个可移动的拖板座上，靠丝杠螺母驱动，整个机器人沿丝杠纵向移
(2) 运动灵活，导套不宜过短，避免卡死。 (4) 结构布置合理。
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动。
无固定轨迹式：在行走过程中，步行式为间断接触，轮式和履带式与地面为连续
接触；前者为类人(或动物)的腿脚式，后两者的形态为运行车式。运行车式行走机构用得比较多，多用于野外作业，比较成熟。步行式行走机构正在发展和完善中。 6.1 试述机器人示教编程的过程及特点。
答：过程：操作者根据机器人作业的需要把机器人末端执行器送到目标位置，且处于相应的姿态，然后把
这一位置、姿态所对应的关节角度信息记录到存储器保存。对机器人作业空间的各点重复以上操作，就把整个作业过程记录下来，再通过适当的软件系统，自动生成整个作业过程的程序代码。
优点：操作简单，易于掌握，操作者不需要具备专门知识，不需复杂的装置和设备，轨迹修改方便，
再现过程快。
缺点：(1) 示教相对于再现所需的时间较长；
(2) 很难示教复杂的运动轨迹及准确度要求高的直线； (3) 示教轨迹的重复性差； (4) 无法接受传感器信息；
(5) 难以与其他操作或其他机器人操作同步。
6.2 试举例说明MOTOMAN UP6机器人焊接作业时的示教编程过程。 答：S1.通过示教盒使机器人处于示教状态；
S2.创建新的示教程序，用轴操作键将机器人依次移动到准备位置、可作业姿态、作业开始位置、作业结束位置等位置并输入相应的插补方式及相应的操作命令； S3.示教轨迹的确认。
6.3 按机器人作业水平的程度分，机器人编程语言有哪几种？各有什么特点？ 答：1.动作级编程语言：优点：比较简单，编程容易。
缺点：功能有限，无法进行繁复的数学运算，不接受浮点数和字符串，子程序不含有自变量；不能接受复杂的传感器信息，只能接受传感器开关信息；与计算机的通信能力很差。
2.对象级编程语言：(1) 具有动作级编程语言的全部动作功能；
(2) 有较强的感知能力； (3) 具有良好的开放性；
(4) 数字计算和数据处理能力强；
3.任务级编程语言：结构十分复杂，需要人工智能的理论基础和大型知识库、数据库的支持。
6.7 机器人离线编程的特点及功能是什么？
答：特点：在不接触实际机器人及机器人作业环境的情况下，通过图形技术，在计算机上提供一个和机器
人进行交互作用的虚拟现实环境。
功能：利用机器人图形学的成果，建立起机器人及其作业环境的模型，再利用一些规划算法，通过对
图形的操作和控制，在离线的情况下进行轨迹规划。
6.8 MOTOMAN UP6型机器人仿真软件有哪些主要功能？ 答：编辑、仿真、检测和示教。
7.1 机器人的工业应用可分为哪四个方面？
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