完整版机器人学考试资料.docx

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完整版机器人学考试资料

一．简答题

1．工业机器人定义？

工业机器人的定义：

一种用于移动各种材料、零件、工具或者专用装置的，可通过可编程序动作来执行各种任务的，并且具有各种编程能力的多功能的机械手。

2.按机器人的用途分类，可以将机器人分为哪几大类？

试简述之。

1）工业机器人或产业机器人应用于工农业生产中，主要用在制造业，进行焊接、喷漆、装配、搬运、检验、农产品的加工等产业。

2）探索机器人用于进行太空和海洋探索，也可用于地面和地下探索。

3）服务机器人一种半自主或全自主的机器人，其所从事的服务工作可使人类生存的更好，使制造业以外的设备工作的更好。

4）军用机器人用于军事目的，或进攻性的，或防御性的。

3.什么叫“机器人的三守则”？

它的重要意义是什么？

1）机器人必须不危害人类，也不允许它眼看人类将受伤害而袖手旁观

2）机器人必须绝对服从人类，除非这种服从有害于人类

3）机器人必须保护自身不受伤害，除非为了保护人类或者人类命令它做出牺牲等

意义：

给机器人社会附以新的伦理性，并且机器人概念更加通俗化，更易于为人类社会所接受，至今，它仍为机器人研究人员、设计制造厂家和用户，提供了十分有意义的指导方针。

4.机器人系统一般有哪些程序功能？

（1）运算：

可以使机器人自己做出判断，在下一步把机器手或工具置于何处。

（2）决策：

机器人系统会根据输入信息做出决策，而不必执行任何运算。

（3）通信：

机器人与操作人员之间的通信能力，允许机器人要求操作人员提供信息，告知操作者下一步该做什么，以及机器人打算下一步做什么。

（4）机械手运动：

使复杂的多的运动变为可能；使运动传感器控制机器手成为可能；能独立存储工具位置

（5）工具指令：

可以对机器人进行比较复杂的控制。

（6）传感器数据处理：

机器人的通用计算机必须与传感器连接起来，才能发挥全部作用。

5.有哪几种重要的机器人高层规划系统？

它们各有什么特点？

1）积木世界的机器人规划

2）基于消解原理的机器人规划

3）基于专家系统的机器人规划

4）机器人路径规划

6.机器人传感器的作用和特点为何？

（1）机器人传感器的作用：

机器人的通用计算机必须与传感器连接起来，才能发挥全部作用。

机器人传感器在机器人的控制中起了非常重要的作用，正因为有了传感器，机器人才具备了类似人类的知觉功能和反应能力。

（2）特点：

机器人感觉是把相关的特性或相关的物体特性转换为执行某一种机器人功能所需的信息，这些物体特征包括几何的、光学的、机械学的、声音的、材料的、电气的、磁性的、放射性的和化学的，这些特征形成符号以表示系统，进而构成与给定工作任务有关的世界状态知识。

传感器的分类

内部传感器：

检测机器人本身状态（手臂间角度等）的传感器。

外部传感器：

检测机器人所处环境（是什么物体，离物体的距离有多远等）及状况（抓取的物体滑落等）的传感器。

外部传感器分为末端执行器传感器和环境传感器。

末端执行器传感器：

主要装在作为末端执行器的手上，检测处理精巧作业的感觉信息。

相当于触觉。

环境传感器：

用于识别物体和检测物体与机器人的距离。

相当于视觉

7.什么是变结构系统？

为什么要采用变结构控制？

变结构系统的定义：

系统各部分间的连续关系发生变化；系统的参数产生变化等等，这样的系统称为变结构系统。

在动态控制过程中，变结构控制系统的结构根据系统当时的状态偏差及其各阶导数的变化，以跃变的方式按照设定的规律做相应改变，它是一类特殊的非线性控制系统。

为什么要采用变结构系统？

因为一般的程序控制在系统运行的过程中改变系统的结构是预先设定好的，而往往有些异常的突发情况，使得它达不到要求，而变结构控制的话，可以根据误差及其导数的变化情况来确定。

若控制对象参数不变化，自适应控制逐渐退化为定常控制，而变结构控制并不会退化为定常控制，始终保持微变结构控制。

8.旋转矩阵的几何意义是什么？

旋转矩阵的几何意义：

为了研究机器人的运动和操作，往往不仅要表示空间某一点的位置，而且需要表示物体的方位，物体的方位可由某个固接于物体的坐标系表述。

为了规定空间某物体B的方位，设置一直角坐标系｛B｝与此刚体固接，而此时也有一个参考坐标系｛A｝，而为了表示B相对于坐标系A的方位就引入了旋转矩阵。

1）可以表示固定于刚体上的坐标系{B}对参考坐标系的姿态矩阵。

2）可作为坐标变换矩阵.它使得坐标系{B}中的点的坐标变换成{A}中点的坐标。

3）可作为算子,将{B}中的矢量或物体变换到{A}中。

二．已知坐标系{B}的初始位姿与{A}重合,首先{B}相对于{A}的ZA轴转60°,再沿{A}的XA轴移动10单位,并沿{A}的YA轴移动4单位.求位置矢量APB0和旋转矩阵BAR.设点P在{B}坐标系中的位置为BP=[5,9,0],求它在坐标系{A}中的位置。

R=R（Z,600）=

=

=

因此可得：

=

*

+

=

=

三．矢量U=7i+3j+2k，绕Z轴转90度后，再绕Y轴转90度。

在上述基础上再平移（9，-6，8），求最后得到的新的点矢量。

解：

绕z旋转90度得：

V=

*

=

绕y旋转90度得：

W=

*

=

再平移

（9，-6，8）

得：

t=

四．一坐标系{B}与参考系重合,现将其绕通过q=[1,2,3]T的轴转30°,求转动后的{B}。

以

代入算式,有

五．坐标系{B}初始与{A}重合,让{B}绕ZB旋转θ角;然后再绕XB转φ角.求把BP变为

AP的旋转矩阵。

六．下图图（A）表示两个楔形物体，试用两个变换序列分别表示物体的变换过程，使最后的状态如（B）图所示。

（10分）

七．已知坐标系{A}和其对基系的微分平移和旋转,求微分变换dA.，并求坐标系{A}的等价微分平移和旋转（10分）

解：

首先据机器人微分平移公式可得：

再根据dT=

有：

dA=

即：

dA=

*

=

坐标系｛A｝的这一微分变化如下图所示：

八．综合题（共15分）

机器人智能是否会超过人类智能？

为什么？

人类是否面临机器人的挑战？

为什么？

如何迎接这一挑战？

请写一篇不低于300字的论述文。

所谓人工智能（英文缩写为AI）既是是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。

就算人工智能再厉害，它只不过是无限接近于人的智能而已，而不能超越人的智能，但是不可否认的是从宏观上和具体应用的方面来看，人工智能的确要比人厉害，因为在控制设备方面它可以面面俱到，而人可能会有疏忽，但是人工智能却缺少智能的最基本也是最重要的三件能力，那就是创造、思考和情感，就此看来人工智能还是远不及人类智能的。

眼下还不可能，毕竟当前的计算机智能还不具备复杂的自学习功能，所以学习内容也不会超过人类教给它的范围（受人类编制的程序所限）。

但不排除将来的智能系统能够自学人类未教给它的东西（自编程功能），那时才可以说超越人类智能的问题。

当我被上帝造出来时，上帝问我想在人间当一个怎样的人，我不假思索的说，我要做一个伟大的世人皆知的人。

于是，我降临在了人间。

我出生在一个官僚知识分子之家，父亲在朝中做官，精读诗书，母亲知书答礼，温柔体贴，父母给我去了一个好听的名字：

李清照。

小时侯，受父母影响的我饱读诗书，聪明伶俐，在朝中享有“神童”的称号。

小时候的我天真活泼，才思敏捷，小河畔，花丛边撒满了我的诗我的笑，无可置疑，小时侯的我快乐无虑。

“兴尽晚回舟，误入藕花深处。

争渡，争渡，惊起一滩鸥鹭。

”青春的我如同一只小鸟，自由自在，没有约束，少女纯净的心灵常在朝阳小，流水也被自然洗礼，纤细的手指拈一束花，轻抛入水，随波荡漾，发髻上沾着晶莹的露水，双脚任水流轻抚。

身影轻飘而过，留下一阵清风。

可是晚年的我却生活在一片黑暗之中，家庭的衰败，社会的改变，消磨着我那柔弱的心。

我几乎对生活绝望，每天在痛苦中消磨时光，一切都好象是灰暗的。

“寻寻觅觅冷冷清清凄凄惨惨戚戚”这千古叠词句就是我当时心情的写照。

最后，香消玉殒，我在痛苦和哀怨中凄凉的死去。

在天堂里，我又见到了上帝。

上帝问我过的怎么样，我摇摇头又点点头，我的一生有欢乐也有坎坷，有笑声也有泪水，有鼎盛也有衰落。

我始终无法客观的评价我的一生。

我原以为做一个着名的人，一生应该是被欢乐荣誉所包围，可我发现我错了。

于是在下一轮回中，我选择做一个平凡的人。

我来到人间，我是一个平凡的人，我既不着名也不出众，但我拥有一切的幸福：

我有温馨的家，我有可亲可爱的同学和老师，我每天平凡而快乐的活着，这就够了。

天儿蓝蓝风儿轻轻，暖和的春风带着春的气息吹进明亮的教室，我坐在教室的窗前，望着我拥有的一切，我甜甜的笑了。

我拿起手中的笔，不禁想起曾经作诗的李清照，我虽然没有横溢的才华，但我还是拿起手中的笔，用最朴实的语言，写下了一时的感受：

人生并不总是完美的，每个人都会有不如意的地方。

这就需要我们静下心来阅读自己的人生，体会其中无尽的快乐和与众不同。

“富不读书富不久，穷不读书终究穷。

”为什么从古到今都那么看重有学识之人？

那是因为有学识之人可以为社会做出更大的贡献。

那时因为读书能给人带来快乐。

自从看了《丑小鸭》这篇童话之后，我变了，变得开朗起来，变得乐意同别人交往，变得自信了……因为我知道：

即使现在我是只“丑小鸭”，但只要有自信，总有一天我会变成“白天鹅”的，而且会是一只世界上最美丽的“白天鹅”……

我读完了这篇美丽的童话故事，深深被丑小鸭的自信和乐观所折服，并把故事讲给了外婆听，外婆也对童话带给我们的深刻道理而惊讶不已。

还吵着闹着多看几本名着。

于是我给外婆又买了几本名着故事，她起先自己读，读到不认识的字我就告诉她，如果这一面生字较多，我就读给她听整个一面。

渐渐的，自己的语文阅读能力也提高了不少，与此同时我也发现一个人读书的乐趣远不及两个人读的乐趣大，而两个人读书的乐趣远不及全家一起读的乐趣大。

于是，我便发展“业务”带动全家一起读书……现在，每每遇到好书大家也不分男女老少都一拥而上，争先恐后“抢书”，当我说起我最小应该让我的时候，却没有人搭理我。

最后还把书给撕坏了，我生气地哭了，妈妈一边安慰我一边对外婆说：

“孩子小，应该让着点。

”外婆却不服气的说：

“我这一把年纪的了，怎么没人让我呀？

”大家人你一言我一语，谁也不肯相让……读书让我明白了善恶美丑、悲欢离合，读一本好书，犹如同智者谈心、谈理想，教你辨别善恶，教你弘扬正义。

读一本好书，如品一杯香茶，余香缭绕。

读一本好书，能使人心灵得到净化。

书是我的老师，把知识传递给了我；书是我的伙伴，跟我诉说心里话；书是一把钥匙，给我敞开了知识的大门；书更是一艘不会沉的船，引领我航行在人生的长河中。

其实读书的真真乐趣也就在于此处，不是一个人闷头苦读书；也不是读到好处不与他人分享，独自品位；更不是一个人如痴如醉地沉浸在书的海洋中不能自拔。

而是懂得与朋友，家人一起分享其中的乐趣。

这才是读书真正之乐趣呢！

这所有的一切，不正是我从书中受到的教益吗？

我阅读，故我美丽；我思考，故我存在。

我从内心深处真切地感到：

我从读书中受到了教益。

当看见有些同学宁可买玩具亦不肯买书时，我便想到培根所说的话：

“世界上最庸俗的人是不读书的人，最吝啬的人是不买书的人，最可怜的人是与书无缘的人。

”许许多多的作家、伟人都十分喜欢看书，例如毛泽东主席，他半边床上都是书，一读起书来便进入忘我的境界。

书是我生活中的好朋友，是我人生道路上的航标，读书，读好书，是我无怨无悔的追求。