机器人学基础练习与概念解析

"机器人学综合练习题" 这些练习题涵盖了机器人学的基础概念和技术，包括机器人的定义、特征、分类以及坐标变换和运动学方程。以下是各问题涉及的知识点： 0.1 机器人的定义通常是指能够自主或半自主执行预设任务的智能设备，它们具有多功能性、可编程性和适应性。主要特征包括自动化、灵活性和感知环境的能力。 0.2 "机器人三守则"由艾萨克·阿西莫夫提出，是机器人行为的基本准则，包括：1）不得伤害人类，也不得因不作为使人类受到伤害；2）必须服从人类的命令，除非这与第一定律冲突；3）必须保护自己的存在，但不得违反第一、第二定律。这三个守则在确保机器人安全可靠地与人类共存中起着关键作用。 0.4 机器人的基本组成结构通常包括机械本体、控制系统、感知系统和执行机构。机械本体是机器人的物理结构，控制系统负责决策和指令的生成，感知系统用于获取环境信息，执行机构则根据指令执行动作。 0.5 - 自由度：指机器人可以独立移动或转动的维度数量，决定了机器人的灵活性。 - 重复定位精度：机器人重复到达同一位置的精度，体现其定位的可靠性。 - 工作原理：描述机器人如何通过电机、传感器等实现运动和任务执行的机制。 - 工作速度：机器人执行任务时的移动或动作速度。 - 承载能力：机器人能够承载的最大重量。 0.6 冗余自由度机器人是指具有超过完成特定任务所需最低自由度数目的机器人。这种设计允许更复杂的运动策略，提高精度或避障能力。 0.8 按照机械系统的几何结构，机器人可以分为直角坐标机器人、圆柱坐标机器人、球坐标机器人、关节型机器人（如SCARA）等。 0.9 按控制方式，机器人可分为开环控制、闭环控制和混合控制。开环控制不反馈实际位置信息，闭环控制基于反馈信息调整动作，混合控制结合两者。 0.10 SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm）机器人是一种特殊类型的关节型机器人，专为装配任务设计，具有在垂直平面内的快速运动和一定的柔顺性。 问题1.x 部分涉及的是坐标变换和旋转算子，包括齐次坐标表示法，旋转和平移矩阵的计算，这些都是机器人学中基础的运动学内容。 1.8 和 1.9 关于二自由度平面机械手的问题涉及到关节坐标系的建立、运动方程的推导及其逆解，这是机器人运动学中的重要概念，用于确定机械手末端执行器的位置。 1.10 对于三自由度机械手，同样需要建立坐标系并推导运动学方程，这在设计和控制机器人运动时至关重要。 这些问题覆盖了机器人学的基础理论，包括机器人定义、控制、运动学和坐标变换，对于理解机器人技术的原理和应用非常有帮助。