機(jī)器人學(xué)--考試資料

1、一.簡(jiǎn)答題1.工業(yè)機(jī)器人定義？工業(yè)機(jī)器人的定義:一種用于移動(dòng)各種材料、零件、工具或者專用裝置的，可通過可 編程序動(dòng)作來執(zhí)行各種任務(wù)的，并且具有各種編程能力的多功能的機(jī)械手。2按機(jī)器人的用途分類，可以將機(jī)器人分為哪幾大類？試簡(jiǎn)述之。1）工業(yè)機(jī)器人或產(chǎn)業(yè)機(jī)器人 應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，主要用在制造業(yè)，進(jìn)行焊接、 噴漆、裝配、搬運(yùn)、檢驗(yàn)、農(nóng)產(chǎn)品的加工等產(chǎn)業(yè)。2）探索機(jī)器人用于進(jìn)行太空和海洋探索,也可用于地面和地下探索。3）服務(wù)機(jī)器人 一種半自主或全自主的機(jī)器人，其所從事的服務(wù)工作可使人類生 存的更好,使制造業(yè)以外的設(shè)備工作的更好。4）軍用機(jī)器人 用于軍事口的，或進(jìn)攻性的,或防御性的。3. 什么叫“機(jī)器人

2、的三守則” ？它的重要意義是什么？1）機(jī)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2）機(jī)器人必須絕對(duì)服從人類，除非這種服從有害于人類3）機(jī)器人必須保護(hù)自身不受傷害，除非為了保護(hù)人類或者人類命令它做出犧牲等 意義：給機(jī)器人社會(huì)附以新的倫理性，并且機(jī)器人概念更加通俗化，更易于為人類社會(huì)所接受，至今，它仍為機(jī)器人研究人員、設(shè)計(jì)制造廠家和用戶，提供了十分有意義的 指導(dǎo)方針。4. 機(jī)器人系統(tǒng)一般有哪些程序功能？（1 ）運(yùn)算：可以使機(jī)器人自己做出判斷，在下一步把機(jī)器手或工具置于何處。（2）決策：機(jī)器人系統(tǒng)會(huì)根據(jù)輸入信息做出決策，而不必執(zhí)行任何運(yùn)算。（3）通信:機(jī)器人與操作人員之間的通信能力，

3、允許機(jī)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(jī)器人打算下一步做什么。（4）機(jī)械手運(yùn)動(dòng):使復(fù)雜的多的運(yùn)動(dòng)變?yōu)榭赡?；使運(yùn)動(dòng)傳感器控制機(jī)器手成為可能；能 獨(dú)立存儲(chǔ)工具位置（5）工具指令:可以對(duì)機(jī)器人進(jìn)行比較復(fù)雜的控制。（6）傳感器數(shù)據(jù)處理:機(jī)器人的通用計(jì)算機(jī)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(jī)器人高層規(guī)劃系統(tǒng)?它們各有什么特點(diǎn)？1）積木世界的機(jī)器人規(guī)劃2）基于消解原理的機(jī)器人規(guī)劃3）基于專家系統(tǒng)的機(jī)器人規(guī)劃4）機(jī)器人路徑規(guī)劃6. 機(jī)器人傳感器的作用和特點(diǎn)為何？（1）機(jī)器人傳感器的作用：機(jī)器人的通用計(jì)算機(jī)必須與傳感器連接起來，才能發(fā)揮全部 作用。機(jī)器人傳感器在

4、機(jī)器人的控制中起了非常重要的作用，正因?yàn)橛辛藗鞲衅?，機(jī)器 人才具備了類似人類的知覺功能和反應(yīng)能力。（2）特點(diǎn)：機(jī)器人感覺是把相關(guān)的特性或相關(guān)的物體特性轉(zhuǎn)換為執(zhí)行某一種機(jī)器人 功能所需的信息,這些物體特征包括兒何的、光學(xué)的、機(jī)械學(xué)的、聲音的、材料的、電 氣的、磁性的、放射性的和化學(xué)的，這些特征形成符號(hào)以表示系統(tǒng),進(jìn)而構(gòu)成與給定工作 任務(wù)有關(guān)的世界狀態(tài)知識(shí)。傳感器的分類內(nèi)部傳感器：檢測(cè)機(jī)器人本身狀態(tài)（手臂間角度等）的傳感器。外部傳感器：檢測(cè)機(jī)器人所處環(huán)境（是什么物體，離物體的距離有多遠(yuǎn)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

5、為末端執(zhí)行器的手上，檢測(cè)處理精巧作業(yè)的感覺 信息。相當(dāng)于觸覺。環(huán)境傳感器:用于識(shí)別物體和檢測(cè)物體與機(jī)器人的距離。相當(dāng)于視覺7. 什么是變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)?為什么要采用變結(jié)構(gòu)控制？變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的定義：系統(tǒng)各部分間的連續(xù)關(guān)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(jié)構(gòu)系統(tǒng)。在動(dòng)態(tài)控制過程中，變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)時(shí)的狀 態(tài)偏差及其各階導(dǎo)數(shù)的變化，以躍變的方式按照設(shè)定的規(guī)律做相應(yīng)改變，它是一類特殊 的非線性控制系統(tǒng)。為什么要釆用變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)？因?yàn)橐话愕某绦蚩刂圃谙到y(tǒng)運(yùn)行的過程中改變系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)是預(yù)先設(shè)定好的，而往往有些異常的突發(fā)情況，使得它達(dá)不到要求,而變結(jié)構(gòu)控制的話，可以根據(jù)誤差及其導(dǎo)數(shù)的

6、變化情況來確定。若控制對(duì)象參數(shù)不變化，自適應(yīng)控制 逐漸退化為定?？刂?，而變結(jié)構(gòu)控制并不會(huì)退化為定常控制，始終保持微變結(jié)構(gòu)控制。&旋轉(zhuǎn)矩陣的幾何意義是什么？旋轉(zhuǎn)矩陣的兒何意義：為了研究機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和操作，往往不僅要表示空間某一點(diǎn)的位 置,而且需要表示物體的方位，物體的方位可山某個(gè)固接于物體的坐標(biāo)系表述。為了規(guī) 定空間某物體B的方位，設(shè)置一直角坐標(biāo)系B與此剛體固接，而此時(shí)也有一個(gè)參考坐 標(biāo)系A(chǔ),而為了表示B相對(duì)于坐標(biāo)系A(chǔ)的方位就引入了旋轉(zhuǎn)矩陣。1 )可以表示固定于剛體上的坐標(biāo)系B對(duì)參考坐標(biāo)系的姿態(tài)矩陣。2) 可作為坐標(biāo)變換矩陣.它使得坐標(biāo)系B中的點(diǎn)的坐標(biāo)變換成A中點(diǎn)的坐 標(biāo)53) 可作為算

7、子，將B中的矢量或物體變換到A中。二.已知坐標(biāo)系1B的初始位姿與 A重合，首先B 相對(duì)于 A的乙軸轉(zhuǎn)60°，再沿 A 的人軸移動(dòng)1 0單位，并沿 A的軸移動(dòng)4單位.求位置矢量和旋轉(zhuǎn)矩陣很 設(shè)點(diǎn)P在B坐標(biāo)系中的位置為bP=5,9,0,求它在坐標(biāo)系A(chǔ) 中的位置。cos60°-sin 60° 0R二R (Z, 60°)= sin 60°cos60° 01 - 2V3- 2 O2 1 -20因此可得:10嘰二40“r八P=加P+%二竺2 0-V3"I-£2001三.矢量U =7i + 3j+2k,繞Z軸轉(zhuǎn)90度后,再繞Y軸

8、轉(zhuǎn)90度。在上述基礎(chǔ)上再平移(9,-6,8),求最后得到的新的點(diǎn)矢量。解：繞z旋轉(zhuǎn)9 0度得:0 -1V=0010繞y旋轉(zhuǎn)9 0度得:w=0-101001000再平移(9,-6, 8)得:111111四一坐標(biāo)系B與參考系重合，現(xiàn)將其繞通過q二1,2,3 丁的軸/= 0.707 0.707 轉(zhuǎn)30° ,求轉(zhuǎn)動(dòng)后的。以 人=fy = 0.707 f： =0.0 e = 30.0"代入算式，有0.9330.0670.354-1.13Rog0°) =0.067一 0.3540.9330.354-0.3540.8661.130.04五. 坐標(biāo)系初始與A重合，讓繞z°

9、;旋轉(zhuǎn)e角；然后再繞X*轉(zhuǎn)e角求把T變 為的旋轉(zhuǎn)矩陣。bR = Ro 心(乙 &)(1 分)1 00c07&00 c(/>一 S(j)s0cO0（2分）0 $0c©001c0-S00 'S&ec&e一 s©（2分）sOs(pC0S(f>C0六. 下圖圖（A）表示兩個(gè)楔形物體，試用兩個(gè)變換序列分別表示物體的變換過程，使 最后的狀態(tài)如（B）圖所示。（10分）A = 7初$（2,0,4）/?刃（”90。）/?（川2.90。）人00-1o'_0-10o'1-1 一01001000000100000100020001

10、0001_11100-1o'j-1-111-f00000000441-1000022000001111111210024112041一100-12j-1-11I-f"2-20022*10000000441-1-101-10-10400220044420000011111111111110001B = Ro/（乙 90。）&"（匕90。）7初£（0,-5,0）30-10（/10 0（/"1 0 0 0 ''1 -1-111 -f10 0 00 0-100 10-55555 990 0 100 10 00 0 100 0 2

11、2 0 00 0 0 10 0 0 10 0 0 11 1 111100101-1-111-1100000004401040022000001.111111 _0022001-1-111-1000044111111并求坐標(biāo)系A(chǔ)七. 已知坐標(biāo)系 A 和其對(duì)基系的微分平移和旋轉(zhuǎn)，求微分變換dA的等價(jià)微分平移和旋轉(zhuǎn)（10分）0 0 1 1010 0 5A _0 10 0d = li + 0j + 05R5 = 0i + 0Q + 0k0 0 0.1100.50解:首先據(jù)機(jī)器人微分平移公式可得:000A =-0.100000再根據(jù)dT=AT,有:dA二AA,即:00000.101 001001010'5000.10001 0dA二*-0000.5010000-0.10.50000 _0001_0000坐標(biāo)系A(chǔ)的這一微分變化如下圖所示:八. 綜合題（共15分）機(jī)器人智能是否會(huì)超過人類智能?為什么？人類是否面臨機(jī)器人的挑戰(zhàn)？為什么？如何迎接這一挑戰(zhàn)？請(qǐng)寫一篇不低于300字的論述文。所謂人工智能（英文縮寫為A I）既是是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理 論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。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(rèn)的是從宏觀上和具體應(yīng)用 的方面來看，人工智能的確要比人厲害，因?yàn)樵诳刂圃O(shè)備方面