大学选修课机器人考试

大学选修课机器人考试机器人诞生的时间.地点.设计者？机器人应用时间、地点.领域？1968年，美国，英格伯格和徳沃尔制造出第一台工业^器人.1962年，美国通用汽车公司GM,汽车领域机器人三定律谁提出、时间、内容？为了防止机器人伤害人类，1950年科幻小说作家阿西莫夫(IsaacAsimov)在他的小说集《我是机器人》中提出了“机器人三原则”：机器人不可伤害人，或眼看人将遇害而袖手旁观•机器人必须服从人的命令，但是，如果其命令违反第一条时可不服从。机器人必须在不违反第一第二条规定的情况下保护自己。机器人定义？机器人是一种具有拟人功能的、可編程的、自动化的机械电子装置。机器人的应用领域有哪些？工业机器人：医用机器人:公用机器人:家用服务机器人：商用机器人：类人机器人：农林业机器人：娱乐机器人：空间机器人：军爭机器人：机器人学的构成？机器人的三要素？机器人是一种机械电子装置，它由以下三个部分组成，感知：检测外界环境条件的变化。思维：是机器人的大脑，通过控制机器人的程序，对感知的信息进行分析.推理.判断，控制机器人的行动。行动：在大脑思维的控制下，机器人通过执行一系列的动作进行工作，完成预定的作业任务。机器人的三个发展阶段第一代器人是“示教再现”型机器人：第二代机器人是有感觉的机器人：第三代机器人是具有智能的机器人：第二章机器人的结构.机器人系统包括四个部分？外传感信息图1一1(b)机器人系统由机械部分、环境测量、任务规划、控制器等四部分组成机器人的自由度机器人靠末端执行器工作，末端执行器具有6个自由度即可保证其灵活运动。3个位置、3个姿态自由度。3•机器人基本概念名词.技术捋标？机器人技术指标与性能评价自由度(D0F)：“这个机器人有几个自由度？”一一绝对内行问题工作空间与动作领域定位精度

实现精度——实际值与理论值的差值重复梢度——重复定位的偏离情况负载能力(30kg世仅能提10kg物体)最大运动速度空程高速提高效率•自由度活动范围拉伸距离转动角度•存储器容量机器人自身重5:智能水平有关机器人的机械术语(机器人性能指标)①②③④⑤关节：允许机器人手臂各零件之间发生相对运动的机构。①②③④⑤连杆：指机器人手障上被移动关节或旋转关节分开的某一部分。定位精度：是一个位置量相对与其参照系的绝对度量，指机器人末段实际到达位置与所需要到达的理想位置Z间的羞距。里复精度：抬在相同的运动位置命令下，机器人连续若干次运动轨迹之间的误差度量。分辨率：指机器人可运动的最小步距。精度和分辨率不一定相关。一台设各的运动箱度是指命令设定的运动位置与该设备执行此命令后能够达到的运动位置之间的差距，分辨率则反映了实际需要的运动位置和命令所能够设定的位置Z间的差距。系统分辨率取决于计算分辨率和控制分辨率。工作循环时间：指机器人手臂执行某项专门的操作或任务所需要的时间。机器人的运动自由度(关节数目)：用来确定手部相对于机身的位置的独立变化的参数称为机器人的自由度.机器人的工作范围(工作空间)手腕可达到的工作空间。机器人的工作范围是指机器人手臂或末端操作安装点所能达到的所有空间区域，但不包括末端操作器本身所能达到的区域。工作速度：空间轨迹运动的速度一般1-2米/秒，最高5米/杪。按结构不同可分为哪几类机器人？按几何结构分：宜角坐标型机器人：2圆柱坐标型机器人：3极坐标型机器人，4多关节机器人：刚体的自由度定义：构成刚体空间运动的基本运动数。空间的六个自由度 平动(T1,T2,T3)转动(R1,R2,R3)按控制方法可分为哪几类机器人？按机器人的控制方法分类：1•点位控制机器人连续轨迹控制机器人可控轨迹机器人伺服型与非伺服型机器人控制系统三个层次是什么？人作为控制器的控制系统：人一机结合作为控制器的控制系统；无人参与的自主控制系统.智能机器人系统的基本特征1.模型的不确定性^2.系统的侖度非线性3.控制任务的复杂性9.智能机器人控制系统的基本结构？1・组织级29.智能机器人控制系统的基本结构？1・组织级2•协调级3•执行级执行级组织级—AV——对總识别10.机器人的主要特点——通用性和适应性•通用性(versatility)——可执行不同功能和完成不同任务的能力取决于其结构特点和承载能力一般自由度越多，通用性越强•适应性(adaptab订ity)—主要指其对工作环境变化的适应能力

襦具有（1）传感与测量环境变化的能力（2） 分析任务和执行操作规划的能力（3） 自动执行指令能力第三章机器人运动学1位置和姿态的表示要全面地确定一个物体在三维空间中的状态需要有三个位置自由度和三个姿态自由度。前者用来确定物体在空间中的具体方位，后者则是确定物体的指向。我们将物体的六个自由度的状态称为物体的位姿。一般姿态的描述可以用横滚（Roll）.俯仰（Pitch）和侧摆（Y.w）三轴的转角来实现.3.2坐标变换例1•己知%标系⑻的初始位姿1j｛a｝ 介,首先｛b｝相刈・j：｛A｝的Za轴转30。，再沿｛A｝的Xa轴移动12单位，并沿｛A｝的丫人轴移动6单.位.求位置欠量APR。和旋转知半乍rAR.设点｛B｝坐标系屮的位置为Bp二［3,7,0L求它在坐标系｛A｝屮的位0.866-0.5O'12^纟R"S）o）=0.50.8660/P^a=60■010-0.902""12_11.0987.562+6=13.562000AAn片，P—P_Pbo—彳列3・卩=力十3汁21<,绕乙伞!7转90度后，再绕Y#由转90度。点绕n轴旋转的变换后可得：0O0O0O0O绕y轴再旋辖｛A｝分别沿｛B｝的X、Y、Z坐标轴平移a、b、c距离的平移齐次变换矩阵写为:Trans（a、b、c）=例2:求矢At2i+3j+2k被矢量4i-3j+7k平移得到的新矢重.'100 4''2'6'010-33000172900011.丄

例4:在上述基础上再平移（4,-3,7）o引入齐次变换后,连续的变换可以变成矩阵的连乘形式。计算简化。010001 400-31 0 7010001 400-31 0 70017>az?s(4,-3,)/?of(z,90°)=64f二加剛厂3,7畑心90°)Ro«X90°)“二1C1如果改变旋转次序，術先使u绕y轴旋转原因：矩阵的乘法不兵冇交换性：BP如果改变旋转次序，術先使u绕y轴旋转原因：矩阵的乘法不兵冇交换性：BP解：已知U=7i+3j+2k,u绕y轴旋转得wi=?绕z轴再旋转'o001v>=-10.00再绕z轴碇转;则ABHBA1o''1'2'0033002-7011_1_0-10o'V■-3'1000320010-7-700011■1_如果首先让物体绕Z如果首先让物体绕Z轴旋转90•再绕y轴旋转90,再沿x轴平移4个单位,则齐次变换矩阵■00■0014^1000<•100_00000141一1_11000b000100o0a0001111T二Trcms(4^0.0}Kor(i\9O}Rot(z.90)沿Z平移:r,绕Y轴转B,绕Z轴转J在此基础上，若再绕z轴旋转•绕y轴旋转角，后相对于基坐标系的位姿如何?结果：应该是相对基坐标系沿着z平移了To第四章机器人控制丄业机器人控制系统丄作过程*| 丹可Em比任外I杰刃a你任务花用F尔空㈣的佣屋ffiME内*| 丹可Em比任外I杰刃a你任务花用F尔空㈣的佣屋ffiME内1mtn.的侦mtaiwr~g悔为HUHIX总水侦任勢IM亍}ii机器人控制系统在物理上分为商级：工控机与伺服控制器，但在逻辑上一般分为三级（层）：>（1）人工智能级一组织层一作业控制器>（2）控制模式级一协调层一运动控制器>（3）伺服系统级执行层一驱动控制器机探人控制血砂示恋图几种不同的称谓1271<49L希丼入企巧•上夬芒竹河右女曲«/ CA»rx>• /»o/r>rro#>o/z»r>-2>j.•?.•；a勺d inj ‘丁.叮.《亠rwg矽1«丄：公尢卩人ixm仏址v弘iirinnrrt/L・ztw./vx.ajrn✓cn・nwmay、 <»49l_iAi<O/^. qcc/Ojh>Lr.<a，-ja\<上_nurrjz仝zwxa：勿/w沁 仃勺miz・«umg.icni沁-r•-Xtf-1JTH少"-・tziX'J MPHJi ，s・u-.A2H/<E扌仝zrxcx*tJ4^LRMXfKjj**T* ^RA€»Wi— XU/tt IlliP.-Jjt刀皿•> 0mu龙rw>RX'/*他丿川emgin<jvji>l<jn；'j.an4mm坤<v. *th4n|.<JI4^1#il炖gmMk..也*g0他1KT母/h *«u-k <*i-i-n^ik・ “勺如■uinr・ri4g心szir仕e_工业机器人控制系统框图:j 严］」量反饭k上层H计算机tii算机系统夕卜部示教盘传感器关节2|T他置心U单芜IT驱备嘉1T电胡机I滅速君I关书关节2|•liegwJ-S减速器实现的三个匹配：惯性匹配、力矩匹配.速度匹配减速器的种类：谐波减速器.摆线减速器、RV减速器特点——1.同轴减速（输入输出轴线重合）；2.减速比大，传动功率大；3.体积小，重量轻，传动平稳.二・电动机步进业机（JF环控制）:简易型交流伺服（永磁同步）电机：87年后发展起来戲流伺服电机:伍接驱动电机：不用减速器，可减少娱差；刚性传动无间隙；可反复正.反向转动；价格贵；三、 伺服系统何服系统（驱动器）和电机匹配才能使用♦有速度环、电流环、位置环♦有自动增益调节功能四、 计算机控制系统控制方式？集中控制方式.主从控制方式.分级控制方式.开放式控制系统上层计算机对外部传感器进行处理，伯息识别、处理、决策是押能机器人实现人工智能的核心.A.传感器：内部传感器：检测机器人自身状态（内部信息），机器人自身运动与正常工作所必帝。外部传感器：检测作业对象与作业环境的状态（外部信息），适应特定环境和完成特定任务所必需.传感器选择的依据机器人传感器除了一般传感器所寒求的可菲性好.荊度海.寿命氏等特点之外■还特別要求以下各点：a•体积小、幼构简单玉虽轻；抗干扰，对环境的适应性弓虽：回路独立：输入、输J出回路应互相独立绝缘：F.调格容易；E•价格低嫌.性能价格比高（性价比）o光电编码器：（光学编码器、旋转编码器）第五章人工智能智能的定义＞智能是一种能够认识客观事物和运用知识解决问题的综合能力.智能是知识和智力的总和.智能的特征？具有感知能力；具有记忆和思维能力；具有学习和自适应的能力；具有行为能力人类的基本思维方式？逻辑思维（抽象思维）形象思维（直感思维）灵感思维（顿悟思维）人工智能是研究如何让计算机做现阶段只有人才能做好的事情.人工种能是关于知识的科学.即怎样表示知识，怎样获取知识，怎样便用知识的科学。一、 人工智能的研究目标1978年蟻罗门（A・Sloman）提出三个主要目标：⑴对智能行为有效解释的理论分析；⑵解释人类智能；⑶构造智能的人工制品.二、 人工智能研究的基本内容认知模型、机署感知、极其思维、机器学习、机器行为、智能系统及智能计算机的构造技术三、 人工智能的研究领域专家系统.机器学习.模糊识别、自动原理证明.自然语言理解.自动程序设计.机器人学、博弈.问题求解.机器视觉四、 知识表达的三种常用方式？问题归约法.状态空间法、谓词逻辑法第六章应用机器人应用机器人三要素：i技术依据：性能要求、布局要求、产品特性、设备更换、过程变更t经济因素：劳动力、材料、生产率、能源、3人为因素

使用机器人的经验准则1.应当从恶劣工种开始执行机器人计划2.考虑在生严率落后的用机器人3.妾估计长远目标4.使用英用并不与机器人购买戍本戍正比5・力求简单实效6.矽H呆人员和设珞安全• 7.不藝期望卖主捉供全会承包服务1•明确门动化耍求5.设计机器人化作业系统方案6.选择评价标准8.不委忘i己机器1•明确门动化耍求5.设计机器人化作业系统方案6.选择评价标准采用机器人的步骤7.详细设计利具体实施第七章机器人规划机器人规划也称为自动规划，自动规划(automaticplanning)是一种重要的问题求解技术，它从某个特定的问题状态出发，寻求一系列行为动作，并建立一个操作序列，直到求得目标状态为止。机器人轨迹规翅属于机器人低层规划，主要研究机器人运动的轨迹规划和轨迹生成方法。轨迹：是指机器人在运动过程中的位移、速度和加速度。轨迹规划：根据作业任务的要求，计算出预期的运动轨迹.首先对机器人的任务、运动路径和轨迹进行描述。轨迹规划器可使编程手续简化，只要求用户输人有关路径和轨迹的若干约束和简单描述，而复杂的细节问題则由规划器解决。轨迹规划器：输人包括路径的设定和约束，输出为机械手末端的位姿序列.轨迹规划既可在关节空间，也可以在直角空间中进行，但是所规划的轨迹函数都必须连续和平滑，使机器人运动平稳。机器人规划可分为：任务规划和路径规划。-路径规划是移动机器人导航和控制的基础。■移动机器人的路径规划就是给定机器人及其工作环境信息，按照某种优化抬标，在起始点和目标点间规划出一条与环境无碍的路径.机器人路径规划的研克始于20世纪70年代，其主要内容按机器人的不同可分为静态结构化环境、动态已知环境和动态不确定环境，基于模型的路径规划和基于传感器的路径规划。-机器人规划专家系统就是用专家系统的结构和技术建立起来的机器人规划系统.使系统具有更快的规划速度，更强的规划能力，和更好的适应性。机器人规划专家系统由5个部分组成，如下图析情况描述冋苔问融眈醫人m门说明知识获取

析情况描述冋苔问融眈醫人m门说明知识获取4•知识获取：忤4•知识获取：忤先获取某特宦领域的”家知识,然后用程序设计语d把这些知识变换为计算机程序,最后把它们存入知识库待用。5.解释9说明：通过用户接口,在专家系统9用户之间进行交互作用（对话）,从而使用户能够输入数据、提出问题、知道推理结果以及r解推理过稈等。知识库：用于存储臬些恃定领域的专家知识和经验,包括机器人工作环境的数学模型、初始状态、物体描述等M实和可行的操作或规则等0把衣征系统目前状况的总数据库称为综合数据库,并看做是知识库的部分。控制策略：它包含综合机理•确定系统应当应用什么规则以及采収什么方式去J找该规则。3・推理机：用于记忆所采用的规则、控制策略及推理策略。根据知识库的信息,推理机能够使整个机器人规划系统以逻辑方式协调地工作.进行推理.作出决策，寻找岀理想的机器人操作序列，也叫做规划形成器。以下为2010年考题参考样本1. 简述阿西莫夫提出的机器人三原则。（机器人学三定律）为了防止机器人伤害人类，1950年科幻小说作家阿西莫夫（IsaacAsimov）在他的小说集《我是机器人》中提出了“机器人三原则”：1.机器人不可伤害人，或眼看人将遇害而袖手旁观.2・机器人必须服从人的命令，但是，如果其命令违反第一条时可不服从。机器人必须在不违反第一第二条规定的情况下保护自己。& 列出8个人工智能的研究领域.（1） 专家系统：是一种基于知识的系统，它从人类专家获取知识，用来解决只有专家才能解决的困难问题。（2） 机器学习：使计算机自身具有学习能力，可向书本学习、教师学习，也能在实践过程中学习，实现自身的不断完善。（3） 模识识别：研究使机器具有感知能力的研究领域，主要以视觉、听觉模式识别为主.（4） 自然语言理解：研丸使计算机理解人类的自然语言，如语言廳译。（5） 自动定理证明：证明前提和结论之间的永真性<6）自动程序设计：程序综合用于实现自动编程，即用户只痔要告诉计算机要“做什么”，无须说明“怎么做”，计算机就可自动实现程序的设计.程序正确性验证：研究证明程序正确性的理论和方法.（7） 机器人学：研宛模拟人类行为的机器，被称为人工智能理论、方法、技术的试验场地。（8） 博弈：是一种智能性很强的竞争活动，如t下棋，打牌