(a) 否——程序固定，无对环境的感知；(b) 否——决策（感知与行为的联系）在人手上，本体只有执行；(c) 基本满足——感知（位置反馈）+ 决策（数控程序）+ 作用于环境，历史上工业机器人正源于数控机床（1.4.1）；(d) 是——差动驱动底盘 + 感知（跌落 / 碰撞 / 里程）+ 自主决策，原书将其作为服务机器人实例。

执行系统（使机械组件具有运动能力，涉及运动控制构成）；传感系统（本体传感器，获取内部状态数据）；机械系统（运动装置 + 操作装置，身体）；控制系统（依据规划目标、在机器人与环境约束下指挥动作执行，实现感知到行为的智能联系）。见 1.1.3 表格。

(a) 笛卡儿型，长方体；(b) 圆柱型，空心圆柱体的一部分；(c) SCARA，扁形回转体（竖直方向高稳定 + 水平柔性）；(d) 拟人型，近似球形的一部分。球型（转动—转动—移动，第二轴转动）为另一支——注意 (c) 与球型的区别在轴的几何关系（平行 vs 相交）。识别口诀见 例 1.2.B。

定轮（只能沿轮面直走）、导向轮（电机控制转向，两轴均过轮心）、自位轮（垂直轴不过轮心、带偏移量，被动对齐）——见 定义 1.3.1。购物车前轮 = 自位轮；汽车前轮 = 导向轮（阿克曼几何保证两前轮转角不一致）；差动机器人驱动轮 = 定轮。

① 建模·微分运动学（第 3 章）；② 规划·轨迹规划（第 4 章）；③ 控制·运动控制（第 8 章）；④ 建模·运动学（第 2 章）；⑤ 规划·运动规划（第 12 章）。映射表见 1.5.4。

(a) 完整位姿可写作 $T=(\boldsymbol p,R)$：位置 $\boldsymbol p$ 有 3 个独立分量，定向 $R\in SO(3)$ 有 3 个独立参数，故一般完整位姿有 $3+3=6$ 个变量（原理 1.2.A）。若要在一般位形附近独立调节全部变量，至少需要 6 个独立关节变量；(b) 竖直装配任务在任务空间只需 $x,y$（水平定位）+ $z$（下压）+ 绕竖直轴的转角 $\theta$，任务变量只有 4 个，SCARA 的 3 转动 + 1 移动恰好覆盖，且其「水平顺从 + 竖直刚」与任务方向一致；(c) 7 > 6 产生运动学冗余，可用于避障、避开奇异位形、优化姿态（原书：改装成更为灵活的姿态），见 1.4.2 LWR 条目。

(a) 腕心（三轴交点）在腕的任何转动下位置不变，故「腕心位置」只由臂决定、「末端姿态」只由腕决定，两子问题独立可解；(b) 定位与定向耦合——末端姿态的改变会牵动腕心（进而牵动臂的位形），逆解必须联立求解，协调臂与腕动作的复杂度大增（原书原文）；(c) 三轴交于一点要求腕结构紧凑、电机 / 传动 / 传感高度集成，机械设计复杂度上升（定义 1.2.3）。

位形变量 3 个（$x,y$ 与朝向 $\theta$）。定轮不能沿轮面横向滑动，因而满足 $-\sin\theta\,\dot x+\cos\theta\,\dot y=0$（式 (1.1)）；这给平面刚体速度加上一条独立约束，理想运动学模型中即时容许方向为 2 个 < 3（定义 1.3.2）。它是「速度层面的限制」而非「位置层面的限制」：通过先转向再前进的机动操纵，可在运动结束时获得任意净位移与净转角——「能到达」与「能即时到达」是两个命题（1.3.3）。其数学本质（非完整约束不可积）留待第 11 章。

(a) 并联构形：多杆同时承载 → 结构刚性极高，允许大加速度（100 m/s²）与高速度（10 m/s），代价是工作空间与负载（1 kg）小——高速分拣任务（150 件 / 分）正好匹配；(b) 60 kg 大负载要求结构刚度以保证定位精度，开链拟人臂刚度不足，肩肘间平行四边形闭链以结构复杂度换刚度与承载（驱动装置移向根部、刚度提高，自由度仍为 6——见 1.2.3）；(c) Smart NS 走「轻负载高精度」（0.05 mm，16 kg，弧焊装配）；M-16iB 走「集成传感」（3D 视觉伺服 + 六轴力传感器，搬运任意放置物体）——同一构形族内按任务再分化。

(a) 模型不能完全描述真实结构（未建模摩擦、间隙、负载变化、磨损），开环执行会把模型误差全额转化为轨迹误差；反馈用「参考输入与传感器数据的偏差」不断修正，误差被回路压低（原理 1.5.B）；(b) 笛卡儿结构每个关节沿一个独立笛卡儿轴平移，各轴动力学（质量矩阵）解耦、不互相牵动；转动关节则因惯性耦合与离心 / 科氏项牵一发而动全身（第 7 章将给出方程）；(c) 「控制系统的实现服从与人体功能控制相同的反馈原理」——工程反馈与生物反馈同构。

(a) 4（SCARA：3 转 + 1 移）；(b) 6（拟人 + 球形腕：3 + 3）；(c) 7（六轴拟人 + 第 7 冗余轴，运动学冗余）；(d) 4（并联四轴）。依据：1.4.2 参数表；闭链注意「自由度 ≠ 关节数」的仅是被动闭环约束的场合，此处均为驱动自由度。

(a) $\frac{60\ \text{s}}{0.4\ \text{s/件}}=150$ 件 / 分钟——数据表两数字完全自洽（「150」不是独立测量值，就是 0.4 s 的倒数换算）。(b) $\frac{60}{120}=0.5$ s / 件是周期上限；但 0.4 s 是「标准拾放行程」的口径，行程更长则周期变长——若两段行程合计超出标准行程，0.5 s 预算可能仍紧张，应向厂商索取「行程—周期曲线」而非只看单点数字。(c) 周期计的是完整抓放循环（含加速、减速、换向），峰值速度与加速度只在循环内瞬间出现；并联机构的高刚度使 100 m/s² 的加减速能在几十毫秒内完成，这正是短周期的来源（1.4.2 FlexPicker 行）。

式 (1.1)：$-\sin\theta\,\dot x+\cos\theta\,\dot y=0$，$\theta=30°$ 时为 $-0.5\dot x+0.866\dot y=0$。$(1,0)$：$-0.5\ne0$ → 禁止（这是纯 $x$ 向速度，含侧向分量）；$(0,1)$：$0.866\ne0$ → 禁止；$(\tfrac{\sqrt3}{2},\tfrac12)$：$-0.5\times0.866+0.866\times0.5=0$ → 容许——恰沿车头方向 $\theta=30°$ 的单位速度（$\cos\theta,\sin\theta$）。自选验证要点：任何 $(v\cos\theta,\ v\sin\theta)$ 形式的速度都使式 (1.1) 归零，即容许瞬时速度方向只有沿车头的一条线——差动底盘「不能即时横移」的代数表达。

判定流程：① 数主驱动轮与从动轮；② 看驱动轮是定轮还是导向轮；③ 布局对号入座（差动 / 三轮 / 汽车式 / 全向）；④ 找「轮面横向」即非全向底盘的禁止即时方向。例：两轮差动扫地机禁止沿两轮轴向横移；汽车式禁止侧向平移（阿克曼几何下最小转弯半径非零）；麦克纳姆底盘无禁止方向。

路线一：负载 2 kg、节拍 3 s、小件精密 → SCARA（AdeptOne 类）；但「环境有人走动」若要求人机协作，应考虑 LWR 类轻质协作臂，并把力矩传感、限力 / 限速、监测与风险评估作为完整安全方案——这正是原书「从传统工业机器人向先进机器人转变」的桥接场景。推翻条件示例：负载 20 kg → 拟人 + 闭链（IRB 4400 类）；节拍 0.5 s → 并联（FlexPicker 类）。

好的预习问题特征：具体到概念（不说「学运动学」而说「DH 参数为什么是 4 个」）、能被该章回答。本题产物将伴随整门课程——每学完一章回填一行答案，期末即得一份总复习提纲。

例：定律 1「不得伤害人类」→ 协作机器人的 ISO/TS 15066 功率与力限制、安全停止（精神继承）；失效处：定律要求「不能坐视人类受到伤害」——这要求机器人具备识别人类风险情境并主动干预的能力，超出任何现行安全标准（标准只约束机器人自身行为，不课以救助义务）。论证时可对照 LWR 的「接触安全」：它保证的是「碰了不重伤」，不是「看到危险去救人」。

可查证据：IFR 原报告的分国口径定义（统计范围是否含非制造业）；意大利 2006 年前后制造业结构（中小企业占比高 → 分母效应）；对照德国 186 与意大利同期的汽车产业规模。方法论要点：异常数字先怀疑口径、再怀疑转录、最后才接受为事实——英文版同为 13 说明不是 OCR 问题，但可能是原书对 IFR 数据的转录错误（本教程在勘误页已标注「待查」）。

仓库 AGV：人为改造过的半结构化环境（地面平整、路径标记 / 预建地图）——比工厂松、比家庭紧；扫地机：家庭环境几何大体已知但动态变化（家具挪动、宠物、人）——中度非结构化，靠碰撞 + 跌落传感的简单自治应对；达芬奇：操作环境是人体内部——几何未知但被手术视野约束，且决策权始终在人（医生），自治度低而精度要求极高。结论方向：结构化程度是连续谱（环境的先验知识量 × 变化速度），且与「自治度」并非单调对应（达芬奇环境未知但自治低）；还应把风险后果与最终决策权一并纳入判断。

评分标准：① 选题落在「环境非结构化 + 强自治」的定义框架内（如：移动操作的整体自治、人机共生与安全、学习型机器人 / 具身智能概览、集群机器人）；② 概要体现「结构与环境的矛盾」这一第一章的分析主线；③ 遵守不重叠限制（VLA 的算法细节属后续课程 / 课外拓展，只能做现象级概览——对照勘误页「新范式一笔带过」的处理）。

可能的判据：① 行为的空间自由度（恒温器的行为空间是 1 维开关，机器人的行为是多自由度的物理运动——这是本教材以机械结构开篇的隐含立场）；② 感知—行为映射的复杂度 / 适应性（是否需要规划与推理）；③ 是否作用于物理世界的几何属性。三案例按不同判据会得到不同裁决——这正是本题的教学目的：定义服务于分析目的，工程定义没有唯一正确版本，但必须自洽且可操作（呼应 A1.2「定义先行」）。