移动机器人学 习题答案.docx

第1章

轮式移动机器人、步行移动机器人(单腿式、双腿式和多腿式)、履带式移动机器人、爬行机器人、蠕动式机器人和游动式机器人等。

SLAM主要可以分为基于滤波方法和基于图优方法两种。

全局路径规划和局部路径规划。

模型预测控制方法的基本思路是基于系统当前的状态为起始状态，建立系统的状态转移方程的优化问题，对有限采样时间域内的控制优化问题进行求解，得到系统在预测时间域内最优的控制序列解，并将求解得到的序列第一个控制量，即当前时刻的控制量，作为系统控制输入，并不断迭代重复该过程实现最优控制。

移动机器人的移动机构主要有轮式移动机构、履带式移动机构及足式移动机构，此外还有步进式移动机构、蠕动式移动机构、蛇行式移动机构和混合式移动机构。

蛇形移动机器人、蜘蛛移动机器人、壁虎移动机器人、机器蛙。

陆地移动机器人、水下机器人、无人飞机和空间机器人。

工业机器人、探索机器人、服务机器人、军事机器人。

第2章

（1）；

（2）；

（3）。

2、根据式2-15，可以计算向量,之间的夹角，从而就可以进一步判断这两个向量是否是同一方向,是否正交(也就是垂直)等方向关系，即

(1)当时，向量,方向相同,它们的夹角在0至90度之间；

(2)当时，向量,正交，即相互垂直；

(3)当时，向量,方向相反,它们的夹角在90至180度之间。

3、略

4、略

5、卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波。

6、假设随机变量、先验概率、测量更新、状态预测、滤波输出。

7、粒子滤波是一种基于随机粒子采样的非参数滤波方法，用于处理非线性和非高斯的系统。在移动机器人的定位和路径规划中，粒子滤波被广泛用于估计机器人的状态，考虑环境的不确定性。

第3章

1、移动机器人组成部分主要包括：移动底盘、感知与导航系统、控制系统、执行机构、人机交互系统。

2、移动机器人的常见驱动方式包括液压驱动、气压驱动和电驱动。

3、优点：液压驱动是以高压油作为介质，体积较气压驱动小，功率质量比大，驱动平稳，且系统的固有效率高，快速性好，同时液压驱动调速比较简单，能在很大范围内实现无级调速。缺点：存在漏油的危险。

4、移动机器人的传感器包括括：超声波传感器、激光雷达传感器、红外传感器、图像传感器、惯性测量单元、编码器、毫米波雷达。

5、视觉传感器的基本原理基于光学和图像处理技术。其核心组成部分通常包括光学成像系统、图像传感器和图像处理单元。光学成像系统负责将目标物体的图像聚焦到图像传感器上，图像传感器则将接收到的光信号转换成电信号，进而生成数字图像。随后，图像处理单元对数字图像进行算法处理，提取出有用的信息如物体的形状、大小、颜色、位置等。

6、激光雷达具有极高的距离分辨率、角分辨率和速度分辨率。它能够精确测量环境中物体的距离和位置，提供高精度的三维空间信息。激光雷达抗干扰能力强，能够在复杂的环境条件下稳定工作。它不受光照条件的影响，可以在夜间或光线较暗的环境中正常工作。

7、直流式电机的工作原理基于电磁感应与电磁力作用。其核心构造包含定子、转子、换向器及电刷等部分。定子上固定有磁极，产生恒定的磁场；转子则由导线绕制而成，当电流通过导线时，根据安培定则，会在导线周围产生磁场。这个磁场与定子上的磁场相互作用，产生电磁力，推动转子在磁场中旋转。而换向器和电刷的巧妙设计，则保证了电流在转子中的方向随着转子的转动而不断改变，从而实现了连续的旋转运动。

第4章

（1）点对点的设计；（2）多语言支持；（3）架构精简、集成度高；(4）组件化工具包丰富；（5）免费并且开源。

话题、服务。

ROS中的通信模型主要有两种：基于发布/订阅模型的异步通信模型和基于客户端/服务器模型的同步通信模型。发布/订阅模型中，消息的产生方将消息发布到特定话题，而消息的使用方则订阅该话题以接收消息；而在客户端/服务器模型中，客户端会向服务端发送请求，等待服务端返回结果后再继续执行后续的操作。

（1）日志输出工具：rqt_console

（2）计算图可视化工具：rqt_graph

（3）数据绘图工具：rqt_plot

（4）参数动态配置工具：rosrunrqt_reconfigurerqt_reconfigure

5、（1）集成开发环境(IDE)；（2）可视化编程工具；（3）仿真环境；（4）插件化架构；（5）跨平台支持；（6）ROS映像支持；（7）免费开源；（8）社区支持.

6、（1）支持多种高性能的物理引擎，如ODE、Bullet、SimBody、DART等，能够进行动力学仿真；

（2）能够展示真实的三维环境，包括光线、纹理、影子等，具备出色的三维可视化

效果；

（3）支持传感器数据的仿真，并且还能够仿真传感器噪声，保证仿真的真实性；

（4）用户可以使用可扩展的插件开发，定制化自