機器人學-考試資料

一．簡答題1．工業(yè)機器人定義？工業(yè)機器人的定義：一種用于移動各種材料、零件、工具或者專用裝置的，可通過可編程序動作來執(zhí)行各種任務的，并且具有各種編程能力的多功能的機械手。2.按機器人的用途分類，可以將機器人分為哪幾大類？試簡述之。工業(yè)機器人或產(chǎn)業(yè)機器人應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，主要用在制造業(yè)，進行焊接、噴漆、裝配、搬運、檢驗、農(nóng)產(chǎn)品的加工等產(chǎn)業(yè)。探索機器人用于進行太空和海洋探索，也可用于地面和地下探索。效勞機器人一種半自主或全自主的機器人，其所從事的效勞工作可使人類生存的更好，使制造業(yè)以外的設備工作的更好。軍用機器人用于軍事目的，或進攻性的，或防御性的。3.什么叫“機器人的三守那么”？它的重要意義是什么？機器人必須不危害人類，也不允許它眼看人類將受傷害而袖手旁觀機器人必須絕對服從人類，除非這種服從有害于人類機器人必須保護自身不受傷害，除非為了保護人類或者人類命令它做出犧牲等意義：給機器人社會附以新的倫理性，并且機器人概念更加通俗化，更易于為人類社會所接受，至今，它仍為機器人研究人員、設計制造廠家和用戶，提供了十分有意義的指導方針。4.機器人系統(tǒng)一般有哪些程序功能？〔1〕運算：可以使機器人自己做出判斷，在下一步把機器手或工具置于何處?！?〕決策：機器人系統(tǒng)會根據(jù)輸入信息做出決策，而不必執(zhí)行任何運算?！?〕通信：機器人與操作人員之間的通信能力，允許機器人要求操作人員提供信息，告知操作者下一步該做什么，以及機器人打算下一步做什么?！?〕機械手運動：使復雜的多的運動變?yōu)榭赡?；使運動傳感器控制機器手成為可能；能獨立存儲工具位置〔5〕工具指令：可以對機器人進行比擬復雜的控制?！?〕傳感器數(shù)據(jù)處理：機器人的通用計算機必須與傳感器連接起來，才能發(fā)揮全部作用。5.有哪幾種重要的機器人高層規(guī)劃系統(tǒng)？它們各有什么特點？積木世界的機器人規(guī)劃基于消解原理的機器人規(guī)劃基于專家系統(tǒng)的機器人規(guī)劃機器人路徑規(guī)劃6.機器人傳感器的作用和特點為何？〔1〕機器人傳感器的作用：機器人的通用計算機必須與傳感器連接起來，才能發(fā)揮全部作用。機器人傳感器在機器人的控制中起了非常重要的作用，正因為有了傳感器，機器人才具備了類似人類的知覺功能和反響能力?！?〕特點：機器人感覺是把相關的特性或相關的物體特性轉換為執(zhí)行某一種機器人功能所需的信息，這些物體特征包括幾何的、光學的、機械學的、聲音的、材料的、電氣的、磁性的、放射性的和化學的，這些特征形成符號以表示系統(tǒng)，進而構成與給定工作任務有關的世界狀態(tài)知識。傳感器的分類內部傳感器：檢測機器人本身狀態(tài)〔手臂間角度等〕的傳感器。外部傳感器：檢測機器人所處環(huán)境〔是什么物體，離物體的距離有多遠等〕及狀況〔抓取的物體滑落等〕的傳感器。外部傳感器分為末端執(zhí)行器傳感器和環(huán)境傳感器。末端執(zhí)行器傳感器：主要裝在作為末端執(zhí)行器的手上，檢測處理精巧作業(yè)的感覺信息。相當于觸覺。環(huán)境傳感器：用于識別物體和檢測物體與機器人的距離。相當于視覺7.什么是變結構系統(tǒng)？為什么要采用變結構控制？變結構系統(tǒng)的定義：系統(tǒng)各局部間的連續(xù)關系發(fā)生變化；系統(tǒng)的參數(shù)產(chǎn)生變化等等，這樣的系統(tǒng)稱為變結構系統(tǒng)。在動態(tài)控制過程中，變結構控制系統(tǒng)的結構根據(jù)系統(tǒng)當時的狀態(tài)偏差及其各階導數(shù)的變化，以躍變的方式按照設定的規(guī)律做相應改變，它是一類特殊的非線性控制系統(tǒng)。為什么要采用變結構系統(tǒng)？因為一般的程序控制在系統(tǒng)運行的過程中改變系統(tǒng)的結構是預先設定好的，而往往有些異常的突發(fā)情況，使得它達不到要求，而變結構控制的話，可以根據(jù)誤差及其導數(shù)的變化情況來確定。假設控制對象參數(shù)不變化，自適應控制逐漸退化為定?？刂疲兘Y構控制并不會退化為定?？刂?，始終保持微變結構控制。8.旋轉矩陣的幾何意義是什么？旋轉矩陣的幾何意義：為了研究機器人的運動和操作，往往不僅要表示空間某一點的位置，而且需要表示物體的方位，物體的方位可由某個固接于物體的坐標系表述。為了規(guī)定空間某物體B的方位，設置一直角坐標系｛B｝與此剛體固接，而此時也有一個參考坐標系｛A｝，而為了表示B相對于坐標系A的方位就引入了旋轉矩陣。1)可以表示固定于剛體上的坐標系{B}對參考坐標系的姿態(tài)矩陣。2)可作為坐標變換矩陣.它使得坐標系{B}中的點的坐標變換成{A}中點的坐標。3)可作為算子,將{B}中的矢量或物體變換到{A}中。二．坐標系{B}的初始位姿與{A}重合,首先{B}相對于{A}的ZA軸轉60°,再沿{A}的XA軸移動10單位,并沿{A}的YA軸移動4單位.求位置矢量APB0和旋轉矩陣BAR.設點P在{B}坐標系中的位置為BP=[5,9,0],求它在坐標系{A}中的位置。R=R(Z,600)===因此可得：=*+==三．矢量U=7i+3j+2k，繞Z軸轉90度后，再繞Y軸轉90度。在上述根底上再平移〔9，-6，8〕，求最后得到的新的點矢量。解：繞z旋轉90度得：V=*=繞y旋轉90度得：W=*=再平移〔9，-6，8〕得：t=四．一坐標系{B}與參考系重合,現(xiàn)將其繞通過q=[1,2,3]T的軸轉30°,求轉動后的{B}。以代入算式,有五．坐標系{B}初始與{A}重合,讓{B}繞ZB旋轉θ角;然后再繞XB轉φ角.求把BP變?yōu)锳P的旋轉矩陣。六．下列圖圖〔A〕表示兩個楔形物體，試用兩個變換序列分別表示物體的變換過程，使最后的狀態(tài)如〔B〕圖所示?！?0分〕七．坐標系{A}和其對基系的微分平移和旋轉,求微分變換dA.，并求坐標系{A}的等價微分平移和旋轉〔10分〕解：首先據(jù)機器人微分平移公式可得：再根據(jù)dT=,有：dA=,即：dA=*=坐標系｛A｝的這一微分變化如下列圖所示：八．綜合題〔共15分〕機器人智能是否會超過人類智能？為什么？人類是否面臨機器人的挑戰(zhàn)？為什么？如何迎接這一挑戰(zhàn)？請寫一篇不低于300字的論述文。所謂人工智能〔英文縮寫為AI〕既是是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)的一門新的技術科學。就算人工智能再厲害，它只不過是無限接近于人的智能而已，而不能超越人的智能，但是不可否認的是從宏觀上和具體應用的方面來看，人工智能確實要比人厲害，因為在控制設備方面它可以面面俱到，而人可能會有疏忽，但是人工智能卻缺少智能的最根本也是最重要的三件能力，那就是