機(jī)器人學(xué)-考試資料

一．簡答題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？試簡述之。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)。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。效勞機(jī)器人一種半自主或全自主的機(jī)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(shè)備工作的更好。軍用機(jī)器人用于軍事目的，或進(jìn)攻性的，或防御性的。3.什么叫“機(jī)器人的三守那么”？它的重要意義是什么？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機(jī)器人必須絕對(duì)服從人類，除非這種服從有害于人類機(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?！?〕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?！?〕通信：機(jī)器人與操作人員之間的通信能力，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?！?〕機(jī)械手運(yùn)動(dòng)：使復(fù)雜的多的運(yùn)動(dòng)變?yōu)榭赡埽皇惯\(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)行比擬復(fù)雜的控制?！?〕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)？積木世界的機(jī)器人規(guī)劃基于消解原理的機(jī)器人規(guī)劃基于專家系統(tǒng)的機(jī)器人規(guī)劃機(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)橛辛藗鞲衅鳎瑱C(jī)器人才具備了類似人類的知覺功能和反響能力?！?〕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，這些物體特征包括幾何的、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)各局部間的連續(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)。為什么要采用變結(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)的變化情況來確定。假設(shè)控制對(duì)象參數(shù)不變化，自適應(yīng)控制逐漸退化為定常控制，而變結(jié)構(gòu)控制并不會(huì)退化為定?？刂疲冀K保持微變結(jié)構(gòu)控制。8.旋轉(zhuǎn)矩陣的幾何意義是什么？旋轉(zhuǎn)矩陣的幾何意義：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，物體的方位可由某個(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｝，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)。3)可作為算子,將{B}中的矢量或物體變換到{A}中。二．坐標(biāo)系{B}的初始位姿與{A}重合,首先{B}相對(duì)于{A}的ZA軸轉(zhuǎn)60°,再沿{A}的XA軸移動(dòng)10單位,并沿{A}的YA軸移動(dòng)4單位.求位置矢量APB0和旋轉(zhuǎn)矩陣BAR.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}中的位置。R=R(Z,600)===因此可得：=*+==三．矢量U=7i+3j+2k，繞Z軸轉(zhuǎn)90度后，再繞Y軸轉(zhuǎn)90度。在上述根底上再平移〔9，-6，8〕，求最后得到的新的點(diǎn)矢量。解：繞z旋轉(zhuǎn)90度得：V=*=繞y旋轉(zhuǎn)90度得：W=*=再平移〔9，-6，8〕得：t=四．一坐標(biāo)系{B}與參考系重合,現(xiàn)將其繞通過q=[1,2,3]T的軸轉(zhuǎn)30°,求轉(zhuǎn)動(dòng)后的{B}。以代入算式,有五．坐標(biāo)系{B}初始與{A}重合,讓{B}繞ZB旋轉(zhuǎn)θ角;然后再繞XB轉(zhuǎn)φ角.求把BP變?yōu)锳P的旋轉(zhuǎn)矩陣。六．下列圖圖〔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?！?0分〕七．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.，并求坐標(biāo)系{A}的等價(jià)微分平移和旋轉(zhuǎn)〔10分〕解：首先據(jù)機(jī)器人微分平移公式可得：再根據(jù)dT=,有：dA=,即：dA=*=坐標(biāo)系｛A｝的這一微分變化如下列圖所示：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AI〕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，人工智能確實(shí)要比人厲害，因?yàn)樵诳刂圃O(shè)備方面它可以面面俱到，而人可能會(huì)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