现代机器人学:机构、规划与控制课后习题答案
链接来源是reddit,用英文搜索书名加上solution,免费分析,便于大家寻找(如果被XX弄得收费了用梯子上reddit上应该能找到)来源:https://www.reddit.com/r/robotics/comments/dnsj7c/q_solution_manual_for_modern_robotics_mechanics/ 根据提供的文件信息,本文将对《现代机器人学:机构、规划与控制》一书的部分章节习题答案进行详细解析,并重点阐述第二章中的两个习题解答思路及其背后的理论依据。 ### 第二章 解析 #### Exercise 2.1 本题考察了机器人学中的自由度(Degree of Freedom, DOF)概念以及如何计算一个特定机械结构的总自由度。题目假设在一个连续空间内放置一系列点,每个点相对于前一个点有一定的约束条件。 **解题步骤:** 1. **定义自由度:** 首先放置的一个点具有\(n\)个自由度。 2. **递减自由度:** 接下来的每一个点相对于前一个点减少一个自由度,即第二个点有\(n-1\)个自由度,第三个点有\(n-2\)个自由度,以此类推,直到最后一个点仅剩1个自由度。 3. **计算总自由度:** 总自由度为所有点的自由度之和,即\(n + (n - 1) + (n - 2) + ... + 1\)。这可以通过求等差数列的和来计算得到:\(\frac{n(n + 1)}{2}\)。 4. **自由度分类:** 这些自由度可以分为两部分,一部分是放置第一个点时的线性自由度,共\(n\)个;另一部分是随后点的位置确定后产生的旋转自由度,共\(\frac{n(n - 1)}{2}\)个。 **拓扑结构分析:** - 放置第一个点后,其后的每个点的位置受限于一个特定维度的球面,依次为\(S^{n-1}\)、\(S^{n-2}\)等,直至\(S^1\)。 - 因此,整个空间的拓扑结构可以表示为\(R^n \times S^{n-1} \times S^{n-2} \times ... \times S^1\)。 #### Exercise 2.2 本题涉及机器人的运动学分析,特别是对于一个特定机器人手臂结构的自由度分析。 **问题背景:** - 机器人手臂包含肩部(球形关节,4个自由度)、肘部(1个自由度)、腕部(2个自由度)以及前臂(绕前臂轴旋转,1个自由度)。 - 通过这些部件的组合,该手臂总共拥有7个自由度。 **(a) 自由度计算:** - 肩部:4个自由度; - 肘部:1个自由度; - 前臂:1个自由度; - 腕部:2个自由度。 因此,该机器人手臂共有7个自由度。 **(b) 约束分析:** - 当机器人的手掌固定在空间中的某个位置和方向时,会对其施加6个约束条件(即限制了刚体的6个自由度)。 - 在保持肩部中心位置不变的情况下,此时机器人手臂只剩下1个自由度,即肘部尖端可以在一个圆弧上移动。 - 由此可知,在施加6个约束之前,该机器人手臂原本具有7个自由度。 通过以上解析,我们可以更深入地理解机器人学中的自由度概念以及如何分析和计算机械系统的自由度。这对于设计和优化机器人系统至关重要。
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