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1 全國青少年機器人技術(shù)等級考試 一 二級理論及實操 Robot 的由來 1920 年 原捷克斯洛伐克劇作家卡爾 恰佩克在他的科幻情節(jié)劇 羅薩姆的萬能機器人 中 第一次提出了 機器人 Robot 這個名詞 在捷克語中 Robot 這個詞是指一個服役 的奴隸 Robota 捷克文 原意為 勞役 苦工 Robotnik 波蘭文 原意為 工人 二 機器人發(fā)展史 人們對機器人的幻想與追求已有 3000 多年的歷史 機器人 最早是以自動機械裝置或自動 人偶的形式出現(xiàn) 西方國家將早期的機器人稱之為 automation 自動機 或是 self operating machine 自行控制機器 1 古代機器人 指南車 人類記載的最早的機械裝置 古今注 記載黃帝與蚩尤涿鹿之戰(zhàn)所用 春秋時期 公輸子削竹木以為鵲 成而飛之 三日不下 記載于 墨子 魯問 中 是世界 上最早的關(guān)于空中機器人的記載 記里鼓車 漢代 大科學(xué)家張衡不僅發(fā)明了地動儀 而且發(fā)明了計里鼓車 計里鼓車每行 一里 車上木人擊木馬車鼓一下 每行十里擊鐘一下 春秋時期 公輸子削竹木以為鵲 成而飛之 三日不下 記載于 墨子 魯問 中 是世界 上最早的關(guān)于空中機器人的記載 記里鼓車 漢代 大科學(xué)家張衡不僅發(fā)明了地動儀 而且發(fā)明了計里鼓車 計里鼓車每行 一里 車上木人擊木馬車鼓一下 每行十里擊鐘一下 木構(gòu)水運儀象臺 北宋時期 蘇頌等人制造了當(dāng)時世界上最先進的天文鐘 它由水力驅(qū)動 能以多種形式表現(xiàn)天體運行 它能集觀測天象的渾儀 演示天象的渾象 計量時間的漏刻 和報告時刻 是一座小型的天文臺 根據(jù)史料記載 三國時期諸葛亮發(fā)明了一種用來運送軍用物資的機器人 名為 A 記里鼓車 B 指南車 C 木牛流馬 D 千里船 答案 C 題型 單選題 漏壺 公元前 1400 年由古巴比倫人發(fā)明 用水流來計量時間的計時器 也是歷史 上可考據(jù)的最早的機械裝置之一 公園前 270 年左右 古希臘發(fā)明家特西比烏斯改 進了漏壺 采用人物造型指針指示時間 公元前 2 世紀(jì) 亞歷山大時代的古希臘人發(fā)明了最原始的機器人 自動機 它是 以水 空氣和蒸汽壓力為動力的會動的雕像 它可以自己開門 還可以借助蒸汽唱 歌 公元前 14 17 世紀(jì) 意大利文藝復(fù)興 達(dá)芬奇作為發(fā)明家發(fā)明了機器人 機械車 子母彈 坦克車 潛水艇 直升機等超越時代的裝置 其中達(dá)芬奇設(shè)計的機器人以 木頭金屬皮革為外殼 以齒輪為驅(qū)動裝置 可坐可站 頭部能轉(zhuǎn)動 胳膊能揮舞 2 1662 年 日本人竹田近江發(fā)明自動機器玩偶 1737 年 法國雅克沃康松發(fā)明機器鴨子 1769 年 匈牙利沃爾夫?qū)?馮 肯佩倫發(fā)明土耳其機器人 1801 年 法國約瑟夫雅卡爾發(fā)明通過穿孔卡片控制的自動織機 1822 年 英國查爾斯 巴貝奇設(shè)計了最早的可編程機器 差分機 1893 年 加拿大人摩爾設(shè)計了 蒸汽人 安德羅丁 1898 年 塞爾維亞美籍發(fā)明家尼古拉 特斯拉在紐約麥迪遜廣場展示遠(yuǎn)程自動化的 新發(fā)明 一艘無線電遙控船 1927 年 美國西屋公司溫茲利制造了機器人電報箱 近代機器人研究始于 20 世紀(jì)中期 先后出現(xiàn)了三代機器人 第一代機器人 示教再現(xiàn) 型機器人 通過遙控操作機器 不能離開人的控制獨自運動 只具有記憶 存儲能力 按相應(yīng)程序重復(fù)作業(yè) 但對周圍環(huán)境基本沒有感知與反饋控制能 力 工業(yè)機器人 第二代機器人 感知型機器人 隨著傳感技術(shù)和信息處理技術(shù)的發(fā)展第二代機器人按照 事先編好的程序?qū)C器人控制 能夠獲得作業(yè)環(huán)境和作業(yè)對象的部分有關(guān)信息 進行一定 的實時處理 引導(dǎo)機器人進行作業(yè) 第三代機器人 智能機器人 它具有更完善的環(huán)境感 知能力 而且還具有邏輯思維 判斷和決策能力 可根據(jù)作業(yè)要求與環(huán)境信息自主地進行 工作 能自主行動實現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)的高級機器人 目前正在研究的 智能機器人 屬于第幾代機器人 A 第一代機器人 B 第二代機器人 C 第三代機器人 D 第四代機器人 答案 C 題型 單選題 1939 年 美國西屋電氣公司制造出家用機器人 它由電纜控制 可以行走 會說 話 甚至可以抽煙 讓人們對家用機器人更加憧憬 1948 年諾伯特維納出版 控制論 闡述了機器中的通信和控制機能與人的神經(jīng) 感覺機能的共同規(guī)律 率先提出以計算機為核心的自動化工廠 1954 年美國人喬治德沃爾制造出世界上第一臺可編程的機器人并注冊了專利 這 種機械手能按照不同的程序從事不同的工作 1959 年美國發(fā)明家約瑟夫 英格伯格和德沃爾制造出第一臺工業(yè)機器人 隨后 成 立了世界上第一家機器人制造工廠 Unimation 公司 約瑟夫英格伯格被稱為 工 業(yè)機器人之父 世界上第一臺工業(yè)機器人誕生于 A 德國 B 英國 C 美國 D 日本 答案 C 題型 單選題 1966 年 斯坦福大學(xué)人工智能研究中心發(fā)明了謝克機器人 ShakeTheRobot 它是第一 臺移動機器人 它被賦予了有限的觀察和環(huán)境建模能力 控制它的計算機要填滿整個房間 3 1966 年謝克機器人誕生 關(guān)于謝克機器人說法正確的是 A 第一臺潛水機器人 B 第一臺飛行機器人 C 第一臺防水機器人 D 第一臺移動機器人 答案 D 題型 單選題 三 重要機器人理論 1 機器人定義 機器人是自動控制機器 Robot 的俗稱 自動控制機器 包括一切模擬人類行為或思想 模擬其他生物的機械 理想中的高仿真機器人是整合了控制論 機械 電子 計算機與人工智能 材料學(xué)和仿生 學(xué)的產(chǎn)物 目前科學(xué)界正在向此方向研究開發(fā) 所以機器人綜合微電子技術(shù) 自動化控制 技術(shù) 機械學(xué) 計算機等學(xué)科綜合成果 2 機器人組成 機器人一般由機械本體 控制系統(tǒng) 傳感器 和驅(qū)動器等四部分組成 為實現(xiàn)對本體 進行精確控制 傳感器應(yīng)提供機器人本體或其所處環(huán)境的信息 控制系統(tǒng)依據(jù)控制程序產(chǎn) 生指令信號 通過控制各關(guān)節(jié)運動坐標(biāo)的驅(qū)動器 使各臂桿端點按照要求的軌跡 速度和 加速度 以一定的姿態(tài)達(dá)到空間指定的位置 驅(qū)動器將控制系統(tǒng)輸出的信號變換成大功率 的信號 以驅(qū)動執(zhí)行器工作 a 機械本體 機械本體 是機器人賴以完成作業(yè)任務(wù)的執(zhí)行機構(gòu) 一般是一臺機械手 也稱操作器 或操作手 可以在確定的環(huán)境中執(zhí)行控制系統(tǒng)指定的操作 典型工業(yè)機器人的機械本體一 般由手部 末端執(zhí)行器 腕部 臂部 腰部和基座構(gòu)成 機械手多采用關(guān)節(jié)式機械結(jié)構(gòu) 一般具有 6 個自由度 其中 3 個用來確定末端執(zhí)行器的位置 另外 3 個則用來確定末端執(zhí) 行裝置的方向 姿勢 機械臂上的末端執(zhí)行裝置可以根據(jù)操作需要換成焊槍 吸盤 扳手 等作業(yè)工具 b 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是機器人的指揮中樞 相當(dāng)于人的大腦功能 負(fù)責(zé)對作業(yè)指令信息 內(nèi)外環(huán) 境信息進行處理 并依據(jù)預(yù)定的本體模型 環(huán)境模型和控制程序做出決策 產(chǎn)生相應(yīng)的控 制信號 通過驅(qū)動器驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)的各個關(guān)節(jié)按所需的順序 沿確定的位置或軌跡運動 完成特定的作業(yè) 從控制系統(tǒng)的構(gòu)成看 有開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)之分 從控制方式 看有程序控制系統(tǒng) 適應(yīng)性控制系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)之分 c 驅(qū)動器 驅(qū)動器是機器人的動力系統(tǒng) 相當(dāng)于人的心血管系統(tǒng) 一般由驅(qū)動裝置和傳動機構(gòu)兩部 分組成 因驅(qū)動方式的不同 驅(qū)動裝置可以分成電動 液動和氣動三種類型 驅(qū)動裝置中 的電動機 液壓缸 氣缸可以與操作機直接相連 也可以通過傳動機構(gòu)與執(zhí)行機構(gòu)相連 傳動機構(gòu)通常有齒輪傳動 鏈傳動 諧波齒輪傳動 螺旋傳動 帶傳動等幾種類型 d 傳感器 傳感器是機器人的感測系統(tǒng) 相當(dāng)于人的感覺器官 是機器人系統(tǒng)的重要組成部分 包 括內(nèi)部傳感器和外部傳感器兩大類 內(nèi)部傳感器主要用來檢測機器人本身的狀態(tài) 為機器 人的運動控制提供必要的本體狀態(tài)信息 如位置傳感器 速度傳感器等 外部傳感器則用 來感知機器人所處的工作環(huán)境或工作狀況信息 又可分成環(huán)境傳感器和末端執(zhí)行器傳感器 兩種類型 前者用于識別物體和檢測物體與機器人的距離等信息 后者安裝在末端執(zhí)行器上 檢測 4 處理精巧作業(yè)的感覺信息 常見的外部傳感器有力覺傳感器 觸覺傳感器 接近覺傳感器 視覺傳感器等 機器人主要由 組成 A 輸入設(shè)備 B 輸出設(shè)備 C 主控制器 D 以上都是 答案 D 題型 單選題 CPU 是 Central Processing Unit 的縮寫形式 他相當(dāng)于機器人的哪個部分 A 機器人的手臂 B 機器人的軀干 C 機器人的感覺器官 D 機器人的大腦 答案 D 題型 單選題 3 機器人驅(qū)動方式 機器人驅(qū)動方式 電力驅(qū)動 液壓驅(qū)動 氣壓驅(qū)動 電機是發(fā)電機和電動機的統(tǒng)稱 電機通常分為直流電機和交流電機 交流電機分為異步電 機和同步電機兩類 人們對電機的要求事體積小 高速高精度 一級 機器人的馬達(dá)等輸出設(shè)備負(fù)責(zé)感知環(huán)境 答案 錯誤 分?jǐn)?shù) 2 題型 判斷題 一級 機器人工作的過程中 可以作為能源的有哪些 A 汽油 B 水 C 電 D 陽光 答案 A C D 分?jǐn)?shù) 4 題型 多選題 4 機器人能力的評價標(biāo)準(zhǔn) 1 智能 指感覺和感知 包括記憶 運算 比較 鑒別 判斷 決策 學(xué)習(xí)和邏輯推理等 2 機能 指變通性 通用性或空間占有性等 3 物理能 指力 速度 可靠性 聯(lián)用性和壽命等 4 活動范圍 機器人就是具有生物功能的實際空間運行工具 可以代替人類完成一些危 險或難以進行的勞作 任務(wù)等 機器人能力評價不包括 A 智能 B 機能 C 生物能 D 活動范圍 答案 C 題型 單選題 機器人手臂或手部安裝點所能達(dá)到的所有空間區(qū)域稱為 A 工作空間 B 最大空間 C 自由度 D 危險空間 答案 A 題型 單選題 5 機器人應(yīng)用 工業(yè)機器人指能自動執(zhí)行任務(wù)的人造機器裝置 用以取代或協(xié)助人類工作 所以工業(yè)機 器人具有以下特點 1 對工作環(huán)境有很強的適應(yīng)能力 能夠代替人類在有害場所從事危險工作 2 動作準(zhǔn)確性高 可保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性 5 3 能高強度在環(huán)境中從事單調(diào)簡單的勞動 4 具有很廣泛的通用性 醫(yī)用機器人具有特點 1 不能發(fā)生錯誤動作 2 非專業(yè)人員也可以正確使用 3 對醫(yī)生提供有效的幫助 4 可以直接與人接觸 軍用機器人是一種用于軍事領(lǐng)域的具有某種仿人功能的自動機 從物資運輸?shù)剿褜た碧揭?及實戰(zhàn)進攻 軍用機器人的使用范圍廣泛 下列機器人中屬于生產(chǎn)制造的機器人是 A 服務(wù)機器人 B 軍用機器人 C 工業(yè)機器人 D 特種機器人 答案 C 題型 單選題 下列那種機器人不是軍用機器人 A 紅隼 無人機 B 美國的 大狗 機器人 C 索尼公司的 AIBO 機器狗 D 土撥鼠 答案 C 題型 單選題 6 機器人重要理論 1942 年 美國科幻巨匠阿西莫夫在的科幻小說中提出 機器人三大定律 1 機器人不應(yīng)傷害人類 2 機器人應(yīng)遵守人類的命令 與第一條違背的命令除外 3 機器人應(yīng)能保護自己 與前兩條條相抵觸者除外 這是給機器人賦予的倫理性綱領(lǐng) 機 器人學(xué)術(shù)界一直將這三原則作為機器人開發(fā)的準(zhǔn)則 真題 機器人三定律由誰提出 A 美國科幻家艾薩克 阿西莫夫 B 喬治 德沃爾 C 意大利作家卡洛 洛倫齊尼 D 捷克劇作家卡爾 恰佩克 答案 A 題型 單選題 1969 年 日本的機器人專家森昌弘出了 恐怖谷理論 人形玩具或機器人的仿真度越高 超過 95 人們越有好感 但當(dāng)超過一個臨界點時 這種好感度會突然降低 越像人越反感 恐懼 直至谷底 稱之為恐怖谷 正因為如此 許多機器人專家在制造機器人時 都盡量 避免 機器人 外表太過人格化 以求避免跌入 恐怖谷陷阱 關(guān)于機器人 恐怖谷理論 下面說法正確的是 A 由美國機器人專家提出 B 人類不喜歡機器人 C 機器人不喜歡人類 D 隨著 機器人的擬人程度增加 人類對它的好感度就會改變 答案 D 題型 單選題