人工智能与机器人教学教材.docx
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人工智能与机器人教学教材
人工智能与机器人
1
1.机器人定义的三个共有属性是：
有类人的功能、根据人的编程能自动的工作、人造的机器或机械电子装置。
2.简述机器人的发展史？
1954年美国人（GeorgeC.Devol）乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人，并在1956年获得美国专利。
1959年德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出第一台工业机器人。
1960年，Conder公司购买专利并制造了样机。
1961年，Unimation公司（通用机械公司）成立，生产和销售了第一台工业机器“Unimate”，即万能自动之意。
1962年，美国万能自动化（Unimation）公司的第一台机器人Unimate在美国通用汽车公司（GM）投入使用标志着第一代机器人的诞生。
1963年麦卡锡则开始在机器人中加入视觉传感系统。
1965年 MIT推出了世界上第一个带有视觉传感器。
1967年，Unimation公司第一台喷涂用机器人出口到日本川崎重工业公司。
1968年，第一台智能机器人Shakey在斯坦福研究所诞生。
1972年，IBM公司开发出直角坐标机器人。
1973年，CincinnatiMilacron公司推出T3型机器人。
1978年，第一台PUMA机器人在Unimation公司诞生
1998年世界著名玩具厂商丹麦乐高（LEGO）公司推出机器人（Mind-storms）套件，让机器人制造变得跟搭积木一样，
1999年日本索尼公司推出犬型机器人爱宝（AIBO）。
2002年5月2日本田制造的名叫阿西（Asimo）四英尺高的白色机器人摇响开市铃声，摇响了机器智能时代的开始。
2006年6月，微软公司推出基于Windows的开发环境，用于构建面向各种硬件平台的软件---MicrosoftRoboticsStudio，试图实现机器人统一的标准或平台。
2010年10月17日日本产业技术综合研究所近日开发出一款可以学习和模仿人类唱歌的美女机器人。
”。
3.机器人按发展水平分为几类？
示教再现型机器人 感觉判断型机器人智能机器人
4.机器人按驱动方式为几类？
液压机器人、气压机器人、电动机器人。
5.机器人生产线是指由若干机器人工作站和物流系统组成的用以完成多项复杂作业的生产体系。
6.我国科学家对机器人的定义是：
“机器人是一种自动化的机器，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”。
7.与机器人相关学科 ：
数学，物理学，理论力学，材料力学，流体力学（液压、气动），机械学，自动控制，电子与通讯，仿生学，人工生命等，还有计算机，单片机，C语言、C++、汇编语言等等。
其中自动控制技术和人工智能技术这两种技术是机器人科学技术的基础。
8.机器人化机器是指在传统机械中引入机器人技术，使其具有机器人的功能。
9.机器人三定律是什么？
机器人不得伤害人类，或看到人类受到伤害而袖手旁观。
在不违反第一定律的前提下，机器人必须绝对服从人类给与的任何命令。
在不违反第一定律和第二定律的前提下，机器人必须尽力保护自己。
10.机器人学是关于研究、设计、制造和应用机器人的一门科学。
11.863计划自动化技术领域包括“计算机集成制造系统主题”与“智能机器人主题”两个主题。
12.示教再现型机器人按示教方式分为直接示教和控制面板示教。
13.机器人的应用前景：
1）机器人将更加广泛地代替人从事各种生产作业；
2）机器人将成为人类探索与开发宇宙、海洋和地下未知世界的有力工具；
3）机器人将在未来战争中发挥重要作用；
4）机器人将用于提高人类健康水平与生活质量在医疗、服务、娱乐等发挥作用。
14.写出以下几种机器人坐标结构的名称。
直角坐标结构机器人
柱面坐标结构机器人
球面坐标结构机器人
垂直多关节机器人
水平多关节机器人
2、智能的解释：
指人的智慧和行动能力。
指智谋与才能。
3、2、智能的特征：
4、1.感知能力：
通过视觉、听觉、触觉、嗅觉等感觉器官感知外部世界的能力。
5、2.记忆与思维能力：
（1）逻辑思维（抽象思维）（借助于概念、判断、推理反映现实的思维；
（2）形象思维（直感思维）（是用直观形象和表象解决问题的思维）；（3）顿悟思维（灵感思维）
6、3.学习能力：
学习既可能是自觉的、有意识的，也可能是不自觉的、无意识的；既可以是有教师指导的，也可以是通过自己实践的。
7、 4.行为能力（表达能力）人们的感知能力：
用于信息的输入。
行为能力：
信息的输出。
8、3、智能的分类：
9、根据加德纳的多元智能理论，人类的智能可以分成七个范畴：
10、 1）.语言智能：
政治家、律师、编辑、记者等。
11、 2）.逻辑智能：
科学家、会计师、软体研发等。
12、 3）.空间智能：
建筑师、摄影师、画家、飞行员等。
13、 4）.身体运动智能：
运动员、演员、舞蹈家等。
14、 5）.音乐智能：
歌唱家、作曲家、指挥家等。
15、 6）.人际智能：
外交家、领导者、推销等。
16、 7）.自我认知智能：
哲学家、政治家、思想家、心理学家等。
17、 8）.自然认知智能：
天文学家、地质学家、考古学家等。
18、4、人工智能的定义：
人工智能是研究人类智能活动的规律，构造具有一定智能的人工系统，研究如何让计算机去完成以往需要人的智力才能胜任的工作，也就是研究如何应用计算机的软硬件来模拟人类某些智能行为的基本理论、方法和技术。
人工智能是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。
它的主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智能功能，并开发相关理论和技术。
19、5、人工智能的发展过程人工智能经历了三次飞跃阶段：
20、第一次是实现问题求解,代替人完成部分逻辑推理工作,如机器定理证明和专家系统;第二次是智能系统能够和环境交互,从运行的环境中获取信息,代替人完成包括不确定性在内的部分思维工作,通过自身的动作,对环境施加影响,并适应环境的变化,如智能机器人;第三次是智能系统,具有类人的认知和思维能力,能够发现新的知识,去完成面临的任务,如天文、海底、人工神经智能网络等未知领域。
21、6、我国自1978年开始把“智能模拟”作为国家科学技术发展规划的主要研究课题。
1981年成立了中国人工智能学会。
22、7、人工智能学科研究的主要内容包括：
知识表示、机器感知、机器思维、机器行为、模式识别、机器人学、自动推理和搜索方法、机器学习和知识获取、知识处理系统、自然语言理解、计算机视觉、智能机器人、自动程序设计等方面。
23、8、 模式识别包括：
指纹识别、人脸识别、语音识别、文字识别、图像识别
24、、车牌识别。
25、9、人工智能主要研究领域：
1.自动定理证明2.博弈3.模式识别4.专家系统5.机器人6.机器视觉7.自然语言理解8.自动程序设计9.智能信息检索10.数据挖掘与知识发现11.组合优化问题12.人工神经网络13.分布式人工智能14.智能管理与智能决策15.智能控制 16.智能仿真17.智能CAD18.智能CAI 19.智能操作系统20.智能多媒体系统21.智能计算机系统22.智能通信23.智能网络系统
26、10、简述人工智能的研究经历了以下几个阶段：
27、第一阶段：
50年代人工智能的兴起和冷落
28、 人工智能概念首次提出后，相继出现了一批显著的成果，如机器定理证明、跳棋程序、通用问题s求解程序、LISP表处理语言等。
但由于消解法推理能力的有限，以及机器翻译等的失败，使人工智能走入了低谷。
这一阶段的特点是：
重视问题求解的方法，忽视知识重要性。
29、第二阶段：
60年代末到70年代，专家系统出现，使人工智能研究出现新高潮
30、 DENDRAL化学质谱分析系统、MYCIN疾病诊断和治疗系统、PROSPECTIOR探矿系统、Hearsay-II语音理解系统等专家系统的研究和开发，将人工智能引向了实用化。
并且，1969年成立了国际人工智能联合会议（InternationalJointConferencesonArtificialIntelligence即IJCAI）。
31、第三阶段：
80年代，随着第五代计算机的研制，人工智能得到了很大发展
32、 日本1982年开始了“第五代计算机研制计划”，即“知识信息处理计算机系统KIPS”，其目的是使逻辑推理达到数值运算那么快。
虽然此计划最终失败，但它的开展形成了一股研究人工智能的热潮。
33、 第四阶段：
80年代末，神经网络飞速发展
34、 1987年，美国召开第一次神经网络国际会议，宣告了这一新学科的诞生。
此后，各国在神经网络方面的投资逐渐增加，神经网络迅速发展起来。
35、 第五阶段：
90年代，人工智能出现新的研究高潮
36、 由于网络技术特别是国际互连网的技术发展，人工智能开始由单个智能主体研究转向基于网络环境下的分布式人工智能研究。
不仅研究基于同一目标的分布式问题求解，而且研究多个智能主体的多目标问题求解，将人工智能更面向实用。
另外，由于Hopfield多层神经网络模型的提出，使人工神经网络研究与应用出现了欣欣向荣的景象。
人工智能已深入到社会生活的各个领域。
37、 ＩＢＭ公司“深蓝”电脑击败了人类的世界国际象棋冠军，美国制定了以多Agent系统应用为重要研究内容的信息高速公路计划，基于Agent技术的Softbot（软机器人）在软件领域和网络搜索引擎中得到了充分应用，同时，美国Sandia实验室建立了国际上最庞大的“虚拟现实“实验室，拟通过数据头盔和数据手套实现更友好的人机交互，建立更好的智能用户接口。
图像处理和图像识别，声音处理和声音识别取得了较好的发展，IBM公司推出了ViaVoice声音识别软件，以使声音作为重要的信息输入媒体。
国际各大计算机公司又开始将“人工智能”作为其研究内容。
人们普遍认为，计算机将会向网络化、智能化、并行化方向发展。
二十一世纪的信息技术领域将会以智能信息处理为中心。
38、11、智能机器人：
39、 以人工智能靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。
40、1.有“大脑”，在脑中起作用的是中央计算机。
具有编程能力的中央控制器。
41、2.有内部信息传感器和外部信息传感器，感知外部世界，安排自己的工作。
42、 3.理解人类语言，分析出现的情况，调整自己的动作以达到操作者所提出的要求，拟定所希望的动作，
43、12、智能机器人具备三个要素
44、智能机器人大多数专家认为智能机器人至少要具备以下三个要素：
45、一是感觉要素，用来认识周围环境状态；
46、二是运动要素，对外界做出反应性动作；
47、三是思考要素，根据感觉要素所得到的信息，思考出采用什么样的动作。
48、13、三种智能程度不同的智能机器人
49、1.传感型机器人：
又称外部受控机器人。
机器人的本体上没有智能单元只有执行机构和感应机构，它具有利用传感信息（包括视觉、听觉、触觉、接近觉、力觉和红外、超声及激光等）进行传感信息处理、实现控制与操作的能力。
受控于外部计算机，在外部计算机上具有智能处理单元，处理由受控机器人采集的各种信息以及机器人本身的各种姿态和轨迹等信息，然后发出控制指令指挥机器人的动作。
目前机器人世界杯的小型组比赛使用的机器人就属于这样的类型。
50、2.交互型机器人：
机器人通过计算机系统与操作员或程序员进行人－机对话，实现对机器人的控制与操作。
虽然具有了部分处理和决策功能，能够独立地实现一些诸如轨迹规划、简单的避障等功能，但是还要受到外部的控制。
51、3.自主型机器人：
在设计制作之后，机器人无需人的干预，能够在各种环境下自动完成各项拟人任务。
自主型机器人的本体上具有感知、处理、决策、执行等模块，可以就像一个自主的人一样独立地活动和处理问题。
机器人世界杯的中型组比赛中使用的机器人就属于这一类型。
全自主移动机器人的最重要的特点在于它的自主性和适应性，自主性是指它可以在一定的环境中，不依赖任何外部控制，完全自主地执行一定的任务。
适应性是指它可以实时识别和测量周围的物体，根据环境的变化，调节自身的参数，调整动作策略以及处理紧急情况.
52、交互性也是自主机器人的一个重要特点，机器人可以与人、与外部环境以及与其他机器人之间进行信息的交流。
由于全自主移动机器人涉及诸如驱动器控制、传感器数据融合、图像处理、模式识别、神经网络等许多方面的研究，所以能够综合反映一个国家在制造业和人工智能等方面的水平。
因此，许多国家都非常重视全自主移动机器人的研究。
53、14.人工智能和机器人技术会将未来战争带向何方?
54、15.美国RQ-170型“哨兵”式智能无人侦察机具有哪些功能和特点？
1、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、2、机器人通常具有三个基本特征
3、1．身体：
是一种物理状态，具有一定的形态。
4、2．大脑：
控制机器人的程序。
5、3．动作：
任何机器人都有一定的动作表现。
6、3、机器人开发的三项原则
7、 1）机器人不应伤害人类；
8、 2）机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；
9、 3）机器人应能保护自己，与第一条和第二条相抵触除外。
10、 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则作为机器人开发的准则。
11、4、机器人视觉系统主要应用于以下三方面：
12、 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。
13、 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、搬运和装配任务。
14、 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，回避障碍物，安全到达目的地，并完成指令的工作任务。
15、5、机器识别物体
16、 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，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。
17、6、机器人“耳朵”原理：
18、 用一种叫做钛酸钡的压电材料做成的“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，这项技术就使得电子计算机能开始“听话”了。
19、7、语音识别
20、 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
21、8、机器人像人一样闻出多种气味的机器鼻子：
22、 常用的嗅觉传感器是半导体气体传感器，它是利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体的物理性质变化，借以测定某种特定的气体成分及其含量的。
大气中的气味各种各样，而目前研制出的气体传感器只能识别像H2、CO2、CO、NO等少数气体。
机器人的鼻子也就是用气体自动分析仪做成的。
我国已经研制成功了一种嗅敏仪，这种气体分析仪不仅能嗅出丙酮、氯仿等四十多种气体，还能够嗅出人闻不出来但是却可以导致人死亡的一氧化碳。
这种嗅敏仪有一个由二氧化锡，氯化钯等物质烧结而成的探头（相当于鼻粘模）。
当它遇到某些种类气体的时候，它的电阻就发生变化，这样就可以通过电子线路做出相应的显示，用光或者用声音报警。
同时，用这种嗅敏仪还可以查出埋在地下的管道漏气的位置。
23、9、目前使用的接近觉传感器主要有光电式、超声波式和涡流式三种。
24、10、自动机器人的大脑是自主式的电脑程序控制，而非遥控或手动，由传感探测目标和环境的状态，传到电脑控制部件，经程序处理，发出动作命令，在规定的时间内完成所要求的动作和功能。
其要求准确、可靠和具有一定的速度。
25、还包括通常的ASIC接口芯片、TTL和CMOSIC芯片，晶体2极管、3极管、电阻电容、晶体灯LED、接插件等等。
26、11、机器人的控制呢主要包括三项内容：
1．输入：
该信息来自机器人的传感器。
例：
当采自动机器人行走过程中遇见障碍物时停止，就是在通过红外信号输入来检测到物体执行某一功能。
2．程序：
你想让机器人遵循的一种规则或指令。
程序（也称之为“算法”）是机器人的指令组。
3．输出：
最后，让我们看一看输出，也就是我们想让机器人做什么。
机器人的运动，通常包括马达（运转）、灯和声音。
27、12、机器人的动作和运动就是机器人大脑通过各类元器件的接收、发送指令传到电脑控制部件，经程序处理，发出动作命令，在规定的时间内完成所要求的动作和功能，驱动各种运转机构，已达到应有的目的。
28、13、机器人的动作性能要素
29、 1）.自由度数衡量机器人适应性和灵活性的重要指标，一般等于机器人的关节数。
机器人所需要的自由度数决定与其作业任务。
30、 2）.负荷能力机器人在满足其它性能要求的前提下，能够承载的负荷重量。
31、 3）.运动范围 机器人在其工作区域内可以达到的最大距
32、 离。
它是机器人关节长度和其构型的函数
33、 4）.精度指机器人到达指定点的精确程度。
它与机器人驱动器的分辨率及反馈装置有关。
34、 5）.重复精度指机器人重复到达同样位置的精确程度。
它不仅与机器人驱动器的分辨率及反馈装置有关，还与传动机构的精度及机器人的动态性能有关。
35、 6）.控制模式引导或点到点示教模式；连续轨迹示教模式；软件编程模式；自主模式。
36、 7）.运动速度 单关节速度；合成速度。
37、 8）.其它动态特性如稳定性、柔顺性等。
38、14、机器人实施功能：
39、 1）.机械功能
40、 2）.各类传感器及视觉摄像及实时图像传输,可实现实时监控.
41、 3）.可以通过远程脑遥控实现机器人的远程控制.
42、 4）.自动避障.
43、 5）.通过预定任务程序自动代替人从事一些简单的劳动.
44、 6）.语音识别.
45、 7）.通过网络控制.
46、15.阐述机器人对人类的影响？
47、16.机器人的基本组成及工作过程？
一、按其构成机构的不同分类
直角坐标机器人 ；圆柱坐标机器人；球面坐标机器人；极坐标机器人；多关节型机器人；并联关节机器人；串并联关节机器人
二、直角坐标机器人的特点：
1.多自由度运动，每个运动自由度之间的空间夹角为直角。
2.自动控制的，可重复编程，所有的运动均按程序运行。
3.一般由控制系统、驱动系统、机械系统、操作工具等组成。
4.灵活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。
5.高可靠性、高速度、高精度。
6.可用于恶劣的环境，可长期工作，便于操作维修。
三、直角坐标机器人的应用：
因末端操作工具的不同，直角坐标机器人可以非常方便的用作各种自动化设备，完成如焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、（软仿型）喷涂、目标跟随、排爆等一系列工作。
特别适用于多品种，便批量的柔性化作业，对于稳定，提高产品质量，提高劳动生产率，改善劳动条件和产品的快速更新换代期着十分重要的作用。
四、直角坐标机器人的分类：
1.按用途分：
焊接机器人、码垛机器人、涂胶（点胶）机器人、检测（监测）机器人、分拣（分类）机器人、装配机器人、排爆机器人、医疗机器人、特种机器人等。
2.按结构形式分：
壁挂（悬臂）机器人、龙门机器人、倒挂机器人等
3.按自由度分：
两坐标机器人、三坐标机器人、四坐标机器人、五坐标机器人、六坐标机器人
五、多关节型机器人。
由多个旋转和摆动机构组合而成。
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。
六、从应用环境和用途机器人怎么分类？
从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。
所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。
而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括：
服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。
在特种机器人中，有些分支发展很快，有独立成体系的趋势，如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。
目前，国际上的机器人学者，从应用环境出发将机器人也分为两类：
制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人，这和我国的分类是一致的。
空中机器人又叫无人机器，近年来在军用机器人家族中，无人机是科研活动最活跃、技术进步最大、研究及采购经费投入最多、实战经验最丰富的领域。
80多年来，世界无人机的发展基本上是以美国为主线向前推进的，无论从技术水平还是无人机的种类和数量来看，美国均居世界之首位。
搜救类机器人：
在大型灾难后，能进入人进入不了的废墟中，用红外线扫描废墟中的景象，把信息传送给在外面的搜救人员。
1、对比于人来讲，机器人的执行系统相当于人的肢体，驱动系统相当于人的肌肉和筋络，感知系统相当于人的感官和神经，控制系统相当于人的大脑和小脑。
2、机器人本体一般包括：
①驱动装置（能源、动力、电机等）、
②减速器（将高速运动变为低速运动）、
③运动传动机构、
④关节部分机构（相当手臂，形成空间的多自由度运动）、
⑤把持机构，末端执行器，端拾器（相当手爪）、
⑥移动机构，走行机构（相当腿脚）、
⑦变位机等周边设备（配合机器人工作的辅助装置）
3、与机器人机械结构有关的性能要素:
①机器人的工作范围、
②刚度、
③强度、
④定位精度、
⑤重复精度、
⑥分辨率、
⑦工作循环时间
⑧死点、
⑨承载能力、
⑩速度。
4、运动副是指机构中由两个构件直接接触而组成的可动的连接。
5、低副是指两杆件之间相对运动时是面接触，如轴和轴承组成的转动副、螺杆和螺母组成的螺旋副等。
6、高副是指两杆件之间相对运动时是点或线接触的，如齿轮副和凸轮副。
7、关节之中，凡单独驱动的称主动关节，反之，称从动关节。
8、机器人一般有两种运动关节，平动/移动关节和转动关节。
平动关节就是移动副，允许连杆作直线移动，转动关节就是转动副，允许连杆作旋转运动。
9、在机器人机械系统中，驱动器通过联轴器带动传动装置（一般为减速器），再通过关节轴
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