山东大学人工智能与机器人复习题及答案.docx
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1、人工智能与机器人复习题第三章1、机器人的定义是:“机器人是一种自动化的机器,所不同的是这 种机器具备一些与人或生物相似的智能能力,如感知能力、规划能力、 动作能力和协同能力,是一种具有高度灵活性的自动化机器。”2、机器人通常具有三个基本特征.身体:是一种物理状态,具有一定的形态。1 .大脑:控制机器人的程序。2 .动作:任何机器人都有一定的动作表现。3、机器人开发的三项原那么1)机器人不应伤害人类;2)机器人应遵守人类的命令,与第一条违背的命令除外;3)机器人应能保护自己,与第一条和第二条相抵触除外。这是给机器人赋予的伦理性纲领。机器人学术界始终将这三原那么作为 机器人开发的准那么。4、机器人
2、视觉系统主要应用于以下三方面:1、用视觉进行产品检验,代替人的目检。包括:形状检验:检查和 测量零件的几何尺寸、形状和位置;缺陷检:验检查零件是否损坏, 划伤;齐全检验:检查部件上的零件是否齐全。2、在机器人进行装配、搬运等工作时,用视觉系统对一组需装配的 零、部件逐个进行识别,并确定它在空间的位置和方向,引导机器人 的手准确地抓取所需的零件,并放到指定位置,完成分类、搬运和装.实现预期功能的设计准那么1 .满足强度要求的设计准那么3.满足刚度结构的设计准那么4.考虑加 工工艺的设计准那么.考虑装配的设计准那么5 .考虑造型设计的准那么八、机器人是一个多刚体耦合系统,系统的平衡性是极其重要的。
3、在 工业中采用平衡系统的理由是:(1)平安、借助平衡系统能降低因机器人结构变化而导致重力引起 关节驱动力矩变化的峰值;(2)借助平衡系统能降低因机器人运动而导致惯性力矩引起关节驱 动力矩变化的峰值;(3)借助平衡系统能减少动力学方程中内部耦合项和非线性项,改 进机器人动力特性;(4)借助平衡系统能减小机械臂结构柔性所引起的不良影响;(5)借助平衡系统能使机器人运行稳定,降低地面安装要求。第八早一、机器人机械机构轴分类及特点:1、按受载情况分 根据轴的受载情况的不同轴可分为转轴、传动轴 和心轴三类。转轴:既受弯矩又受转矩的轴;传动轴:主要受转矩,不受弯矩或弯 矩很小的轴;心轴:只受弯矩而不受转矩
4、的轴。根据轴工作时是否转动心轴又可分为转动心轴和固定心轴。转动心轴:工作时轴承受弯矩,且轴转动;固定心轴:工作时轴承受弯矩,且轴固定。3、按轴线形状分类根据轴线形状的不同轴又可分为曲轴、直轴和钢丝软轴。曲轴:各轴段轴线不在同一直线上,主要用于有往复式运动的机械中。 直轴:各轴段轴线为同一直线。直轴按外形不同又可分为:光轴:形 状简单,应力集中少,易加工,但轴上零件不易装配和定位。常用于 心轴和传动轴。阶梯轴:特点与光轴相反,常用于转轴 二、轴承:用于支撑旋转零件(转轴,心轴等)的装置通称为轴承。 按其承载 方向的不同,轴承可分为: 径向轴承:轴承上的反作用力与轴心 线垂直的轴承称为径向轴承;
5、推力轴承:轴承上的反作用力与轴 心线方向一致的轴承称为推力轴承。按轴承工作时的摩擦性质不同,轴承可分为:滑动轴承和滚动轴承。 三、螺旋传动是用螺杆和螺母传递运动和动力的机械传动,主要用于 把旋转运动转换成直线运动,将转矩转换成推力。四、机器人用材料选择原那么:机器人结构的动力特性是十分重要的,这是材料选择的出发点。材料 选择的基本要求是:强度高、弹性模量大、重量轻、阻尼大、材料价 格低。机械材料选用的原那么从各种各样的材料中选择出合用的材料是一项受到多方面因素制约的工作,通常应考虑下面的原那么:载荷的大小和性质,应力的大小和承受力,材质性质及强度状况。对于承受拉伸载荷为主的零件宜选用钢材,承受
6、压缩载荷的零件应选 铸铁。脆性材料原那么上只适用于制造承受静载荷的零件,承受冲击载 荷时应选择塑性材料。经济性。选择零件材料时,当用价格低廉的材料能满足使用要求时, 就不应选择价格高的材料,这对于大批量制造的零件尤为重要。耐用性。还要考虑重量、腐蚀、耐用性等。此外还应考虑加工本钱及维修费用。为了简化供应和储存的材料品种, 对于小批制造的零件,应尽可能减少同一部设备上使用材料的品种和 规格,使综合经济效益最高。机器人结构中最常用的材料是钢和铸铁,其次是有色金属合金,非金 属材料如塑料、橡胶等,在机械制造中也得到广泛的应用。五、机械机构设计特点:这些机器的具体构造各不相同,但是所有这些机器都具有三
7、个共同的 基本特点:1 .机器都是由一系列构件(也称运动单元体)组成;.组成机器的各构件之间都具有确定的相对运动;2 .机器均能转换机械能或完成有用的机械功。六、机器人的机械结构和机器机构一样,它的机构由也是假设干个构件 组成的一个人为的构件组合体。功能用在于传递运动或改变运动形式 和完成一定的工作,形成一个机械组成的机器人。七、对于机器人机械结构设计过程中还应考虑如下的结构设计准那么。1 .实现预期功能的设计准那么.满足强度要求的设计准那么3.满足刚度结构的设计准那么4.考虑加工工艺的设计准那么.考虑装配的设计准那么5 .考虑造型设计的准那么八、机器人是一个多刚体耦合系统,系统的平衡性是极其
8、重要的。在工业中采用平衡系统的理由是:(1)平安、借助平衡系统能降低因机器人结构变化而导致重力引起关节驱动力矩变化的峰值;(2)借助平衡系统能降低因机器人运动而导致惯性力矩引起关节驱动力矩变化的峰值;(3)借助平衡系统能减少动力学方程中内部耦合项和非线性项,改进机器人动力特性;(4)借助平衡系统能减小机械臂结构柔性所引起的不良影响;(5)借助平衡系统能使机器人运行稳定,降低地面安装要求。第七章一、机器人机械主体结构设计流程第一步是将设计要求明确的规定下来;第二步是按照设计要求制作机械传动简图,分析简图,制定动作流程 表,初步确定传动功率、控制流程和方式;第三步是明确设计内容,设计步骤、攻克点、
9、设计计算书、草图绘制, 材料、加工工艺、控制程序、电路图绘制; 第四步是综合审核各方面的内容,确认制作。二、机器人结构坐标形式的不同结构及其特点.直角坐标型操作机这类操作机的手部在空间三个相互垂直的方向 X、Y、Z上作移动运动,运动是独立的。其控制简单,运动直观性强, 易到达高精度,但操作灵活性差,运动的速度较低,操作范围较小而 占据的空间相对较大。1 .圆柱坐标型操作机这类操作机在水平转台上装有立柱,水平臂可 沿立柱上下运动并可在水平方向伸缩。其工作范围较大,运动速度较 高,但随着水平臂沿水平方向伸长,其线位移分辨精度越来越低。2 .球坐标型操作机也称极坐标型操作机,工作臂不仅可绕垂直轴旋
10、转,还可绕水平轴作俯仰运动,且能沿手臂轴线作伸缩运动。其操作 比圆柱坐标型更为灵活,并能扩大机器人的工作空间,但旋转关节反 映在未端执行器上的线位移分辨率是一个变量。3 .关节型操作机这类操作机由多个关节联接的机座、大臂、小臂和 手腕等构成,大小臂既可在垂直于机座的平面内运动,也可实现绕垂 直轴的转动,如图Id所示。其操作灵活性最好,运动速度较高,操 作范围大,但精度受手臂位姿的影响,实现高精度运动较困难。 三、机器人结构几种常见坐标形式及适用范围1、直角坐标式机器人。主要用于生产设备的上下料,也可用于高精 度的装配和检测作业。2、圆柱坐标式机器人。主要用于重物的装卸、搬运等作业。著名的 Ve
11、rsatran机器人就是一种典型的柱面坐标机器人。3、球面坐标式机器人。也叫极坐标式机器人其特点是结构紧凑,所 占空间体积小于直角坐标和柱面坐标机器人,但仍大于多关节型机器 人。4、多关节关节机器人。这类机器人结构紧凑、工作空间大、动作最 接近人的动作,对喷漆、装配、焊接等多种作业都有良好的适应性, 应用范围越来越广。如日本山梨大学研制的机器人SCARA那么是一种典 型的水平多关节机器人。四、机器人操作机整机设计原那么1、操作机整机设计原那么(1)最小运动惯量原那么由于操作机运动部 件多,运动状态经常改变,必然产生冲击和振动,采用最小运动惯量 原那么,可增加操作机运动平稳性,提高操作机动力学特
12、性。为此,在 设计时应注意在满足强度和刚度的前提下,尽量减小运动部件的质量, 并注意运动部件对转轴的质心配置。(2)尺度规划优化原那么 当设计要求满足一定工作空间要求时,通过 尺度优化以选定最小的臂杆尺寸,这将有利于操作机刚度的提高,使 运动惯量进一步降低。(3)高强度材料选用原那么由于操作机从手 腕、小臂、大臂到机座是依次作为负载起作用的,选用高强度材料以 减轻零部件的质量是十分必要的。(4)刚度设计的原那么操作机设计中,刚度是比强度更重要的问题, 要使刚度最大,必须恰当地选择杆件剖面形状和尺寸,提高支承刚度 和接触刚度,合理地安排作用在臂杆上的力和力矩,尽量减少杆件的 弯曲变形。(5)可靠
13、性原那么机器人操作机因机构复杂、环节较多, 可靠性问题显得尤为重要。一般来说,元器件的可靠性应高于部件的 可靠性,而部件的可靠性应高于整机的可靠性。可以通过概率设计方 法设计出可靠度满足要求的零件或结构,也可以通过系统可靠性综合 方法评定操作机系统的可靠性。(6)工艺性原那么机器人操作机是一种高精度、高集成度的自动机械 系统,良好的加工和装配工艺性是设计时要表达的重要原那么之一。仅 有合理的结构设计而无良好的工艺性,必然导致操作机性能的降低和 本钱的提高。五、机器人机械设计的步骤1、作业分析作业分析包括任务分析和环境分析,不同的作业任务和环境对机器人 操作及的方案设计有着决定性的影响。2、方案
14、设计(1)确定动力源(2)确定机型(3)确定自由度(4)确定动力容量和传动方式(5)优化运动参数和结构参数(6)确定平衡方式和平衡质量(7)绘制机构运动简图3、结构设计包括机器人驱动系统、传动系统的配置及结构设计,关节及杆件的结构设计,平衡机构的设计,走线及电器接口设计等。4、动特性分析估算惯性参数,建立系统动力学模型进行仿真分析,确定其结构固有频率和响应特性。5、施工设计完成施工图设计,编制相关技术文件六、机器人多自由度的关节式机械系统多自由度的关节式机械系统一般包括以下几个方面:驱动装置:能源、动力减速器:将高速运动变为低速运动运动传动机构关节局部机构:相当手臂,形成空间的多自由度运动把持
15、机构:相当手爪行走机构:相当腿脚变位机构等周边设备:配合机器人工作的辅助装置七、机器人行走基本包括:车轮式;履带式;多足式;双足式;轨道式等。第八章.什么是单片机?它是指在一块芯片中集成有中央处理器(CPU)、存储器(RAM和ROM)、 基本I/O接口以及定时器、计数器等部件,并具有独立指令系统的智 能器件,即在一块芯片上实现一台微型计算机的基本功能。1 ,什么是机器人控制器?机器人控制器是根据指令以及传感信息控制机器人完成一定的动作 或作业任务的装置。2 .单片机在机器人系统中起何作用?它是机器人的心脏(大脑),决定了机器人性能的优劣。3 .单片机的两种内核架构有何不同?冯诺依曼结构也称普林
16、斯顿结构,是一种将程序指令存储器和数据 存储器合并在一起的存储器结构。哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。程序 指令存储和数据存储分开,可以使指令和数据有不同的数据宽度。4 .你用过哪种或哪几种单片机?它们有何优点?89c5X系列msc-51内核目前应用最广泛的8位单片机之一89S5X系列 支持isp下载 基于msc-51内核AVR系列 是增强型RISC内载Flash的单片机,芯片上的Flash存储 器附在用户的产品中,可随时编程,再编程,使用户的产品设计容易, 更新换代方便,AVR单片机采用增强的RISC结构,使其具有高速处 理能力,在一个时钟周期内可执行复杂的指令,每M
17、Hz可实现1MTPS 的处理能力。凌阳SPCE061A语音功能强大的16位入门级单片机9S12HZ系列 广泛应用于飞思卡尔智能车的高性能工业级MCUMSP430系列一种16位超低功耗、具有精简指令集(RISC)的混合 信号处理器ARM系列32位高性能的精简指令集处理器,广泛应用于嵌入式系统 领域7 .红外对管中发射管和接受管的识别方法是什么?发射管管芯中央凹陷,类似聚光罩形状;接受管的管芯中央平台上 有红外感光电极;接收管大多着色封装。8 .红外一体化接收头具有哪些特点?兼具了 TTL和CMOS电路各自的优点;接收频率多为38M;对反向EMI 有较高保护功能;接收灵敏度高曲面结构;接收距离长;
18、低电压低 功耗(2. 7-5. 5 V);可直接将信号输出至IC解码。9 .接近开关的工作原理利用金属体和交变电磁场的互感原理;被检测物体引起磁场能量发生 改变,进而使开关输出电平翻转,到达开关目的。10 .接近开关的分类电容式:测量头是构成电容器的一个极板,另一极板是被测物体;开 配任务。3、为移动机器人进行导航。利用视觉系统为移动机器人提供它所在 环境的外部信息,使机器人能自主地规划它的行进路线,PI避障碍物, 平安到达目的地,并完成指令的工作任务。5、机器识别物体机器识别物体即三维识别系统。一般是以电视摄像机作为信息输入系 统。根据人识别景物主 要靠明暗信息,颜色信息,距离信息等原理,
19、机器识别物体的系统也是输入这三种信息,只是其方法有所不同罢了。6、机器人“耳朵”原理:用一种叫做钛酸钢的压电材料做成的“耳朵”比人的耳朵更为灵敏, 其原因就是压电材料在受到拉力或者压力作用的时候能产生电压,这 种电压能使电路发生变化。这种特性就叫做压电效应。当它在声波的 作用下不断被拉伸或压缩的时候,就产生了随声音信号变化而变化的 电流,这种电流经过放大器放大后送入电子计算机(相当于人大脑的 听区)进行处理,机器人就能听到声音了。能听到声音只是做到了第 一步,更重要的是要能识别不同的声音。目前已经研制成功了能识别 连续话音的装置,它能够以百分之九十九的比率,识别不同的人所发 出的声音,这项技术
20、就使得电子计算机能开始“听话” 了。7、语音识别就是让机器人把传感器采集的语音信号通过识别和理解转变为相应 的文本或命令的技术8、机器人像人一样闻出多种气味的机器鼻子:关介电常数因检测到物体发生变化而停振,由此控制开关通断;电感式:LC高频振荡器、放大电路;金属体接近振荡感应头产生的 涡流使接近开关振荡能力衰减,取该变化控制通断。11 .霍尔元件的工作原理磁电效应的一种。置于磁场中的载流体,如果电流方向与磁场垂直, 那么在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场,该现象被称 为霍尔效应。12 .常用的温度传感器有哪几类,如果你用过相应的型号,试举例! 热敏电阻,如PT100, PT1000
21、; IC温度传感器DS18B20;双金属温度 传感器超声传感的声压能级、灵敏度在40kHz时最大13 .试举出至少三种手机中含有的传感器?距离传感器、加速度传感器、重力传感器、光照传感器、陀螺仪等。第九章.二次锂电池标称电压多为3. 7V。1 .放电倍率指电池放电电流为电池额定容量的某一个倍数。2 . 1. 8V/单格是铅酸电池10小时率放电的终止电压。3 .铅酸电池充电饱和电压为其额定电压的115%.环境因素中温度对电池的充放电性能影响最大。4 .锂-亚硫酰氯电池的额定电压3. 6V,它是端电压最高的锂一次电池。5 .聚合物锂电的内阻较小,可到达35mQ以下.锂离子电池的标准充电方式为先恒流
22、、再恒压,饱和限制电压为4. 2 + 0. 05 V.锂电池保护板四项保护为过充、过放、过流和短路保护。2.3、2.5V是它的低压警戒区.数字万用表位数中的分子数表示最大显示值。9 .测量时万用表液晶屏显示“1”的信息表示当前测试过量程。10 .常见万用表的采样频率约每秒钟23次.电阻器功率取值要留有1. 52倍余量11 .无极电解可用两只容量大一倍的有极性电容逆串连后代替。12 .电容中字母与数字混合标注法中的字母表示(小数点)。13 .选取电容器时,其额定电压要高于其工作电压的10%20%.隔交通直是(电感器)的一个重要特性。14 .接地良好及选择良导体做为屏蔽体是电磁屏蔽能否起作用的两个
23、关键因素简答:一、试述外表贴装电阻器适于精密高频领域的原因。二、简单阐述屏蔽线单端接地的原因。三、为何称3296型电位器为精密电位器?四、请写出原电池电压类型(即端电压种类)第十章一、.工业机器人诞生于20世纪60年代,在20世纪90年代得到迅速 开展。它是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工 智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃、应 用日益广泛的领域。二.工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检 测传感装置构成,是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三 维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。三.工业机器人最显著特点:(1)可编程(
24、2)拟人化(3)通用性 (4)机电一体化四.工业机器人未来开展:高性能、机械结构向模块化、可重构化发 展、机器人本体结构更新加快、控制系统向基于PC机的开放型控制 器方向开展、多传感器融合配置技术、机器人的人机交互控制、从仿 真、预演开展到用于过程控制、多智能体(multi-agent)调控制技 术、微型和微小机器人技术、通过网络建立大范围内的机器人遥控系 统、医疗、护理、休闲和娱乐、仿人和仿生技术。五.工业机器人通常由执行机构、驱动一传动机构、控制系统(含智 能系统)三大局部组成。执行机构是机器人赖以完成各种作业的主体 局部,通常为空间连杆机构。驱动一传动装置由驱动器和传动机构组 成,它们通
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