国家开放大学《机器人技术及应用》形考任务14参考答案.docx

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国家开放大学《机器人技术及应用》形考任务14参考答案

国家开放大学《机器人技术及应用》形考任务1-4参考答案

形考任务1

一、判断题

1.1979年Unimation公司推出了PUMA系列工业机器人，它是全电动驱动、关节式结构、多中央处理器二级微机控制，可配置视觉感受器、具有触觉的力感受器，是技术较为先进的机器人。

（√）

2.19世纪60年代和20世纪70年代是机器人发展最快、最好的时期，这期间的各项研究发明有效地推动了机器人技术的发展和推广。

（×）

3.20世纪50年代中期，机械手中的液压装置被机械耦合所取代，如通用电气公司的巧手人机器人。

（×）

4.第三阶段机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制，它可以把感知和行动智能化结合起来，称之为智能机器人。

（√）

5.对于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。

（√）

6.对于机械臂的设计方法主要包括为2点，即机构部分的设计和内部传感器与外部传感器的设计。

（×）

7.感知机器人，即自适应机器人，它是在第一代机器人的基础上发展起来的，具有不同程度的感知能力。

（√）

8.刚体的自由度是指刚体具有独立运动的数目。

（√）

9.刚体在空间中只有4个独立运动。

（×）

10.工业机器人的最早研究可追溯到第一次大战后不久。

（×）

11.构成运动副的两个构件之间的相对运动若是平面运动则称为平面运动副，若为空间运动则称为空间运动副。

（√）

12.活动构件的自由度总数减去运动副引入的约束总数就是该机构的自由度。

（√）

13.机构自由度是机构具有独立运动的数目。

（√）

14.机构自由度只取决于活动的构件数目。

（×）

15.机器人定义的标准是统一的，不同国家、不同领域的学者给出的机器人定义都是相同的。

（×）

16.机器人各关节伺服驱动的指令值由主计算机计算后，在各采样周期给出，由主计算机根据示教点参考坐标的空间位置、方位及速度，通过运动学逆运算把数据转变为关节的指令值。

（√）

17.机器人机械本体结构的动作是依靠关节机器人的关节驱动，而大多数机器人是基于开环控制原理进行的。

（×）

18.机器人是在科研或工业生产中用来代替人工作的机械装置。

（√）

19.机器人运动方程的逆运动学是给定机器人连杆几何参数和末端执行器相对于参考坐标系的位姿，求机器人实现此位姿的关节变量。

（√）

20.机器人运动方程的正运动学是给定机器人几何参数和关节变量，求末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态。

（√）

21.机械臂是由一系列通过关节连接起来的连杆构成。

（√）

22.可编程机器人可以根据操作员所编的程序，完成一些简单的重复性操作，目前在工业界已不再应用。

（×）

23.两个构件之间只做相对转动的运动副称为移动副。

（×）

24.轮式机器人对于沟壑、台阶等障碍的通过能力较高。

（×）

25.履带式机器人是在轮式机器人的基础上发展起来的，是一类具有良好越障能力的移动机构，对于野外环境中的复杂地形具有很强的适应能力。

（√）

26.球面坐标型机械臂主要由一个旋转关节和一个移动关节构成，旋转关节与基座相连，移动关节与末端执行器连接。

（√）

27.球形机器人是一种具有球形或近似球形的外壳，通过其内部的驱动装置实现整体滚动的特殊移动机器人。

（√）

28.所谓特种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。

（√）

29.通过面接触而构成的运动副，称为低副；通过点或线接触而构成的运动副称为高副。

（√）

30.腿式（也称步行或者足式）机构的研究最早可以追溯到中国春秋时期鲁班设计的木车马。

（√）

31.为了与周边系统及相应操作进行联系与应答，机器人还应有各种通信接口和人机通信装置。

（√）

32.为提高轮式移动机器人的移动能力，研究者设计出了可实现原地转的全向轮。

（√）

33.一般认为Unimate和Versatran机器人是世界上最早的工业机器人。

（√）

34.运动副可以根据其引入约束的数目进行分类，引入一个约束的运动副称为二级副。

（×）

35.在机构中，每一构件都以一定的方式与其他构件相互连接，这种由两个构件直接接触的可动连接称为运动副。

（×）

36.在平面机构中，每个构件只有3个自由度。

每个平面低副（转动副和移动副）提供1个约束，每个平面高副提供2个约束。

（×）

二、选择题

1.如图所示为圆柱面坐标型机械臂，其由一个使手臂竖直运动的移动关节和一个带有竖直旋转轴的旋转关节组成，另一个移动关节与旋转关节轴正交，这种机械臂在空间中具有（）。

A.1个移动和2个转动的性能

B.2个移动和1个转动的性能

C.2个移动和2个转动的性能

D.3个移动和2个转动的性能

2.设平面机构中的活动构件数为N，在未用运动副连接之前，这些活动构件的自由度总数为（）。

A.2N

B.3N

C.4N

D.N

3.SCARA机械臂具有（）个平行的旋转关节。

A.1

B.2

C.3

D.4

4.机器人的机械本体机构基本上分为（）类。

A.1

B.3

C.2

D.4

5.连杆悬架系统和独立驱动轮系也成为目前（）的主流设计。

A.扫地机器人

B.水下机器人

C.音乐机器人

D.星球探测机器人

6.轮式移动机构具有以下（）特点？

A.动力系统不成熟

B.机械结构复杂

C.可靠性比较好

D.控制系统不成熟

7.轮式移动机构适用于在（）高速和高效地移动。

A.草地

B.规则的硬路面上

C.沟壑

D.小台阶

8.沈阳自动化所研制的灵蜥-H型排爆机器人属于（）。

A.混合式移动机器人

B.轮式机器人

C.履带机器人

D.腿式机器人

9.相对而言，混合式移动机器人的（）。

A.自由度偏多、重量比较大

B.自由度偏少、重量比较大

C.自由度偏多、重量比较小

D.自由度偏少、重量比较小

10.以下具有越障能力的轮系是（）。

A.全向轮、半步行轮、变直径车轮（变径轮）

B.全向轮、半步行轮、棘爪式车轮

C.全向轮、变形车轮、半步行轮

D.锥形轮、变形车轮、半步行轮

11.以下使用了曲柄滑块机构的是（）。

A.半步行轮和棘爪式车轮

B.全向轮、半步行轮

C.全向轮、棘爪式车轮

D.全向轮、变形车轮

12.运动副符号

代表的含义是（）。

A.平面副

B.移动副

C.圆柱副

D.转动副

13.在变径轮和变形车轮的设计中，借鉴了（）的设计，使得车轮可以主动变形进行越障。

A.放缩机构

B.滑块机构

C.杠杆机构

D.曲轴机构

三、简答题

1.具有蠕动、滚动步态的机器人可以设计成哪种类型？

举例说明这种类型机器人的运动方式。

可以设计成蛇形机器人。

参考答案：

可以设计成蛇形机器人。

ACM-R5是一款由日本立命馆大学研制的水陆两栖蛇形机器人，它由9个模块化单元组成，不仅可以实现传统蛇形机器人的基本步态，还另外开发了S型滚动步态以及螺旋滚动步态，具有更强的地面及水下适应能力。

UnifiedSnake是由卡耐基·梅隆大学开发的一款具有大扭矩、轻量化、低耗能等特点的实用型蛇形机器人，并进一步对其垂直攀爬、水平外攀爬步态进行研究，增强了机器人的野外侦察能力。

2.为了缩短维护和修理时间，节约维修成本可以将工业机器人设计为什么结构特点的机器人？

说明这种设计思路的优点？

参考答案：

可以设计为可重构模块化机器人，由若干离散模块组成，每个模块具有相对独立的功能和结构，这些模块之间能够以多种方式实现物理连接，不同的组合方式可以构成不同的形状以及不同的功能，其组合变形的方式称为重组。

可重构模块化机器人的特点是模块间的互换性强，可以大大缩短维护和修理时间，节约维修成本。

由于模块化机器人具有模块种类少、单种数量多的特点，故在保证加工质量的同时，可降低生产成本。

3.分析多面体机器人的滚动机理都有哪些？

参考答案：

依靠质心超出支撑区域使机体翻滚，从而实现移动。

依靠速度和惯性，使机体的ZMP超出支撑区域使机体实现运动。

4.分析复合式移动机器人的结构与优点？

参考答案：

在未知非典型地形环境中，单一的移动模式很难满足机器人通过性的要求。

为了获得更好的地面适应能力，除了在移动机构的结构上改进以获得更高的越障能力之外，通常还将若干个不同类型的单一移动装置（轮子、履带或者腿）叠加到一个机器人本体上，使得机器人同时具有多种移动方式，兼有所叠加模式的优点。

这类机器人一般称为混合式移动机器人。

混合式移动机器人的优势在于集成了多种典型移动方式，使得机器人在复杂地形下的越障能力非常突出，但同时由于叠加了多种移动装置，而这些移动装置一般都带有独立驱动系统，使得机器人整体自由度比较多。

5.设计一个含有1个转动副和3个圆柱副的机构，并分析其自由度。

参考答案：

利用自由度计算公式

F=6n-（5p1+4p2+3p3+2p4+p5）

含有3个活动构件

n=3

含有1个转动副R，其约束数为5

p1=1

含有3个圆柱副C，其约束数为4

p2=3

F=6n-5p1-4p2-3p3-2p4-p5

=6×3-5×1-4×3

=1

6.设计一四轴平面关节机器人，求其自由度。

参考答案：

平面机构自由度计算公式：

F=3n-（2p1-ph）n=k-1p1:

低副数目

=3×3-（2×3+0）

=3

形考任务2

一、判断题

1.电液比例控制的控制性能与电液伺服控制相比，精度和响应速度较高。

（×）

2.对机器人关节驱动的电机，要求有最大功率质量比和扭矩惯量比、高起动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围。

（√）

3.根据直接动力来源，机器人驱动系统可分为电气驱动系统、液压驱动系统和气压驱动系统。

（√）

4.和液压驱动系统相比，气压驱动系统的功率—质量比要高得多。

（×）

5.机器人末端执行器（手爪），应采用体积、质量尽可能大的电机。

（×）

6.机器人液压驱动系统又叫液压伺服驱动系统，由液压源、驱动器、伺服阀、传感器和控制回路组成。

（√）

7.交流伺服电机分为两种，即同步型交流伺服电机和感应型交流伺服电机。

（√）

8.气压驱动系统不污染环境，偶然地或少量地泄漏气体不至于对生产产生严重的影响。

（√）

9.气压驱动系统的气控信号比电子和光学控制信号要快，可以用在信号传递速度要求很高的场合。

（×）

10.气压驱动系统是利用各种电机产生的力或力矩，直接或经过减速机构去驱动机器人的关节。

（×）

11.气压驱动系统用压缩空气作为气源驱动直线或旋转气缸，用人工或电磁阀进行控制。

（√）

12.气压驱动系统与液压驱动相比，动作和反应都快。

（√）

13.选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。

（√）

14.液压驱动系统具有无环境污染、易于控制、运动精度高、成本低和驱动效率高等优点，应用最为广泛。

（×）

15.永磁式步进电机步距大，起动频率高，控制功率大。

（√）

16.直流伺服电机具有较小的起动转矩和较大的转动惯量。

（×）

17.直流伺服电机可控性好，它具有线性调节的特性，能使转速正比于控制电压的大小。

（√）

18.直流伺服电机稳定性好，但只能在较窄的速度范围内运行。

（×）

19.直线电机散热面积小，不易冷却，所以不允许较高的电磁负荷。

（×）

20.直线电机由于不需要中间传动机械，因而使整个机械得到简化，提高了精度，减少了振动和噪声。

（√）

二、选择题

1.下图是（）减速器。

A.齿轮减速器

B.复合减速器

C.蜗轮蜗杆减速器

D.行星齿轮减速器

2.下图是（）减速器。

A.齿轮减速器

B.复合减速器

C.行星齿轮减速器

D.蜗轮蜗杆减速器

3.下图是（）减速器。

A.齿轮减速器

B.复合减速器

C.行星齿轮减速器

D.蜗轮蜗杆减速器

4.（）具有无环境污染、易于控制、运动精度高、成本低和驱动效率高等优点，应用最为广泛。

A.电气驱动系统

B.气压驱动系统

C.液压驱动系统

D.油压驱动系统

5.（）驱动具有大的转矩质量比和转矩体积比，没有电刷和整流子，运行时几乎不需要维护，在现代机器人中广泛应用。

A.交流伺服电机

B.直流伺服电动机

C.直流电机

D.直线电机

6.（）驱动系统在原理上和液压驱动系统非常相似。

A.电力机械驱动系统

B.电气驱动系统

C.气压驱动系统

D.液压驱动系统

7.（）是电液伺服系统中的放大转换元件，它把输入的小功率电流信号转换并放大成液压功率输出。

A.传感器

B.电液伺服阀

C.驱动器

8.（）是一种定子、转子磁场均由软磁材料制成，只有控制绕组，基于磁导的变化产生反应转矩的步进电机。

A.直线电机

B.直流电机

C.交流伺服电机

D.反应式步进电机

9.（）是一种用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的控制电机。

A.直线电机

B.步进电机

C.直流电机

D.交流伺服电机

10.步进电机驱动、直流伺服电机驱动、交流伺服电机驱动都属于（）。

A.气压驱动

B.电气驱动

C.油压驱动

D.液压驱动

11.（）是用直流供电的电机。

其功能是将输入的受控电压/电流能量转换为电枢轴上的角位移或角速度输出。

A.交流伺服电机

B.直流伺服电机

C.直流电机

D.直线电机

13.下图是（）减速器。

A.齿轮减速器

B.蜗轮蜗杆减速器

C.行星齿轮减速器

D.复合减速器

14.在响应快、载荷大的伺服系统中往往采用（），原因是其输出力与质量比最大。

A.电气驱动

B.气压驱动

C.油压驱动

D.液压驱动

15.直流伺服电机广泛应用在宽调速系统和精确位置控制系统中，其输出功率范围大约为（）。

A.1~6W

B.1~600W

C.100W~6000W

D.1000~6000W

三、简答题

1.简述下图电液比例压力阀的基本工作原理。

图电液比例阀

1—压力阀；2—力马达；3—推杆；

4—钢球；5—弹簧；6—锥阀

参考答案：

图示为电液比例压力阀的结构示意图。

它由压力阀1和力马达2两部分组成，当力马达的线圈通入电流I时，推杆3通过钢球4、弹簧5把电磁推力传给锥阀6。

推力的大小与电流I成正比，当阀进油口P处的压力油作用在锥阀上的力，油液通过阀口由出油口排出，这个阀的阀口开度是不影响电磁推力的，但当通过阀口的流量变化时，由于阀座上的小孔d处压差的改变以及稳态液动力的变化等，被控制的油液压力依然有一些改变。

2.设计一款其转向灵活，结构相对简单，系统重量轻，成本低的机器人，并分析其特点。

可以设计为球形机器人。

参考答案：

球形机器人是一种具有球形或近似球形的外壳，通过其内部的驱动装置实现整体滚动的特殊移动机器人。

一般球形机器人以较少的自由度、欠驱动的方式实现了全方位移动，其转向灵活，结构相对简单，系统重量轻，成本低。

球形机器人与地面接触面小，移动阻力亦小，故其起动容易，能量损耗小。

形考任务3

一、判断题

1.ArduBlock是一款专门为Arduino设计的图形化编程软件，可以不在ArduinoIDE的软件下运行。

（×）

2.ArduinoDuemilanove不支持USB接口，不可通过USB接口供电。

（×）

3.ArduinoIDE安装到计算机上,将开发板用USB连接到计算机上后，Windows会自动安装Arduino的驱动，驱动安装成功后，开发板绿色的电源指示灯会亮起来，此时说明开发板可用。

（√）

4.ArduinoIDE界面工具栏中只有新建程序（Newsketch）、打开程序（Opensketch）、保存程序（Savesketch）。

（×）

5.ArduinoMega2560具有54路I/O口。

（√）

6.Arduino编程语言中，数字引脚常量是false和true。

（×）

7.Arduino编程语言中的数据类型有布尔类型、字符型、字节型、整型等。

（√）

8.Arduino给硬件开发降低了设计门槛，开源的电路图可以直接复制到需要的电路中进行机器人的控制系统设计。

（√）

9.Arduino可以用来开发交互产品，例如控制电灯、电机和其他各式各样的物理设备。

（√）

10.Arduino是一款便捷、灵活、方便上手的开源电子原型平台，只包含硬件（各种型号的Arduino板）（×）

11.Arduino是源于土耳其的一个开源代码的硬件项目平台。

（×）

12.触觉传感器、应力传感器属于机器人内部传感器。

（×）

13.伺服控制系统由控制器、电机组成。

（×）

14.从机器人的应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。

（√）

15.导电塑料膜电位计位移传感器的阻抗可以达到连续变化。

（√）

16.电位计位移传感器的工作原理是绕线电阻的端点和电刷之间的电阻一有改变，就可测量出位移的大小。

（√）

17.根据工作原理，触觉传感器可分为二元接触传感器、单模拟量传感器、矩阵传感器。

（√）

18.工业机器人是指除工业机器人以外的，用于非制造业并服务于人类的各种机器人。

（×）

19.机器人触觉传感器根据测量的信息可以分为三类，接触觉传感器、压力觉传感器和滑动觉传感器。

（√）

20.机器人传感器是指一种能够将机器人对内部和外部感知的物理量变换为电量输出的装置。

（√）

21.机器人的控制系统是多变量和线性的控制系统。

（√）

22.机器人的每个关节分别由一个伺服控制系统驱动。

（√）

23.机器人都具备移动功能、执行机构、感觉和智能。

（√）

24.机器人控制的结构也可以有很大的不同，可由单处理机控制，也可由多处理机分级分布控制。

（√）

25.机器人控制系统主要包含协调控制计算机和传感器。

（√）

26.机器人外部传感器的功能是测量运动学及动力学参数。

（×）

27.机器人只有一种基本运动方式，即连续运动。

（×）

28.接近度传感器、听觉传感器和视觉传感器属于外部传感器。

（√）

29.气压驱动系统不污染环境，偶然地或少量地泄漏气体不至于对生产产生严重的影响。

（√）

30.气压驱动系统的气控信号比电子和光学控制信号要快，可以用在信号传递速度要求很高的场合。

（×）

31.气压驱动系统与液压驱动相比，动作和反应都快。

（√）

32.特种机器人是指多关节机械手或多自由度机器人。

（×）

33.外部传感器的功能就是将这些与环境信息相关的参数采集并输入给机器人。

（√）

34.选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。

（√）

35.压力觉传感器主要应用在精确抓握物体的手掌等端部执行器上。

（×）

36.一般工业机器人仅由伺服控制层组成。

（×）

37.在结构上，机器人控制系统是分层结构的计算机控制系统。

（√）

38.在实际研究中，往往把机器人控制系统简化成若干个简单的低阶的子系统来描述。

（√）

39.增量编码器比绝对编码器要便宜得多，在机器人技术中对增量编码器的使用更加广泛。

（√）

40.最常用的平移传感器是电位计角度传感器。

（×）

二、选择题

1.unsignedintD=65535属于（）数据类型。

A.布尔类型

B.字符型

C.无符号整型

D.字节型

2.byteB=8属于（）数据类型。

A.布尔类型

B.整型

C.字符型

D.字节型

3.charA=58属于（）数据类型。

A.布尔类型

B.字符型

C.整型

D.字节型

4.charA=58属于（）数据类型。

A.布尔类型

B.字符型

C.字节型

D.整型

5.ArduBlock是以（）的方式进行编程的。

A.C语言

B.不可视化

C.图形化积木搭建

D.非面向对象

6.ArduinoDuemilanove具有（）路模拟I/O口。

A.2

B.6

C.4

D.8

7.ArduinoDuemilanove具有（）路数字I/O口。

A.10

B.14

C.12

D.8

8.Arduino编程语言中，数字引脚常量是（）。

A.（#define）和关键字（const）

B.false和true

C.HIGH和LOW

D.INPUT和OUTPUT

9.Arduino编程语言中，引脚电压常量是（）。

A.（#define）和关键字（const）

B.false和true

C.INPUT和OUTPUT

D.HIGH和LOW

10.机器人控制系统中，可完成从任务、运动指令到关节运动的全部运算的是（）。

A.传感器

B.伺服控制系统

C.运动控制器

D.协调控制计算机

11.具有滑觉的机器人传感器是（）。

A.光传感器、气压传感器、超声波传感器

B.光敏阵列、CCD

C.球形接点式、光电旋转传感器、角编码器

D.应变片、导电橡胶

12.具有力觉的机器人传感器是（）。

A.光电传感器

B.光敏管、光电断续器

C.应变片、导电橡胶

D.光敏阵列、CCD

13.具有色觉的机器人传感器是（）。

A.彩色电荷耦合器件、彩色摄影机、滤色器

B.光电传感器

C.光敏阵列、CCD

D.光敏管、光电断续器

14.具有位置觉的机器人传感器是（）。

A.彩色电荷耦合器件、彩色摄影机、滤色器

B.光敏管、光电断续器

C.光敏阵列、CCD

D.光电传感器

15.能够检测对象物是否接近，接近距离，对象面的倾斜的机器人传感器是（）。

A.光传感器、气压传感器、超声波传感器

B.光电传感器

C.光敏阵列、CCD

D.应变片、导电橡胶

16.能够检测光线亮度的机器人传感器是（）。

A.光电传感器

B.微动开关、薄膜接点

C.光敏管、光电断续器

D.光敏阵列、CCD

17.能够检测压力的机器人传感器是（）。

A.光电传感器

B.光敏阵列、CCD

C.微动开关、薄膜接点

D.压电传感器

18.能够控制手腕移动，伺服控制，正确完成作业的是（）。

A.接触觉传感器

B.明暗觉传感器

C.力觉传感器

19.能够确定对象位置，识别对象形态的是（）。

A.接触觉传感器

B.明暗觉传感器

C.力觉传感器

D.位置觉传感器

20.能够修正握力，防止打滑，判断物理质量及表面状态的是（）。

A.滑觉传感器

B.接触觉传感器

C.力觉传感器

D.位置觉传感器

21.判断物体空间位置，判断物体移动的是（）。

A.力觉传感器

B.明暗觉传感器

C.位置觉传感器

D.接触觉传感器

22.判断有无对象，并得到定量结果的是（）。

A.接触觉传感器

B.力觉传感器

C.明暗觉传感器

D.位置觉传感器

23.水下机器人属于以下（）。

A.工业机器人

B.腿式机器人

C.特种机器人

D.球形机器人

24.下图是一款机械臂，其自由度是（）。

A.2

B.4

C.3

D.5

25.以下属于机器人点—点运动的是（）。

A.点焊

B.喷涂

C.弧焊

D.喷漆

26.以下属于机器人连续运动的是（）。

A.码垛

B.喷漆

C.点焊

D.上料

27.用于测量速度和位置的变化，用作反馈信号，构成具有预期静态和动态特性的伺服系统的是（）。

A.传感器

B.伺服控制系统

C.协调控制计算机

D.复合减速器

三、简答题

1.已知需要测量一个位移范围在50~60mm范围内的位移量，请选择出合适的传感器，并写出该传感器的输出量计算公式和工作原理。

参考答案：

按照50~60mm的位移范围，可知应该选择电位计位移传感器，

当负载为无限大时，电位计的输出为

e=U（R2/R1+R2）

电位计位移传感器的工作原理

2.当机器人和物体发生接触时，需要获知的关键条件有哪些？

参考答案：

当机器人和物体发生接触时，需要获知的关键条件有以下三