第12章 机器人传感器

第7章思考题与习题一、填空题1.霍尔传感器是一种—磁敏—传感器，它是把—磁学—物理量转换成电信号的装置，广泛应用于自动控制、信息传递、电磁测量、生物医学等各个领域。

它的最大特点是非接触测量2.霍尔电势■与—输入电流/—及—磁感应强度B.—成正比，其灵敏度拓与—霍尔系数吊成正比而与霍尔片厚度d成反比。

所以，为了提高灵敏度，霍尔元件常制成—簿片—形状。

3.霍尔元件的结构很简单，它通常由—霍尔片、—引线—和—壳体—组成。

4.______________________ 半导体材料的电阻率随磁场强度的增强而变大，这种现象称为磁阻效应，利用磁阻效应制成的元件称为______ 磁敏电阻 ______ 。

二、简答题1.简述你理解中的霍尔效应。

1879年，美国物理学家霍尔（E. II. Hall）经过大量的实验发现：如果让一恒定电流通过一金属或半导体薄片，并将薄片置于强磁场中，在金属薄片的另外两侧将产生与磁场强度成正比的电动势，这个现象后来被人们称为霍尔效应。

假设霍尔元件为N型半导体薄片，薄片厚度为d,磁感应强度为夕的磁场方向垂直于薄片。

在薄片前后两端通以控制电流/,那么半导体中的载流子（电子）将沿着与电流/相反的方向运动。

由于外磁场8的作用，使电子受到洛仑兹力A而发生偏转，结果在半导体的右端面上电子积累带负电，而左端面缺少电子带正电，在半导体的左右端面间形成电场。

该电场产生的电场力凡阻止电子继续偏转。

当A和片相等时，电子积累到达动态平衡。

这时在半导体左右两端面之间（即垂直于电流和磁场方向）建立电场，称为霍尔电场毋，相应的电势。

称为霍尔电势。

2.制成霍尔元件常用的材料有哪些？1948年以后，由于半导体技术迅速开展，人们找到了霍尔效应比拟明显的半导体材料, 并制成了镣化锢、碑化镣、神化钢、硅、信等材料的霍尔元件.目前常用的霍尔元件材料是N型硅，它的灵敏度、温度特性、线性度均较好。

3.简述集成霍尔传感器的分类、特点及应用场合。

机器人概论知到章节测试答案智慧树2023年最新山东交通学院绪论单元测试1.机器人的动作机构具有类似于人或其他生物体某些器官(如肢体、感官等)的功能。

（）参考答案:对第一章测试1.科学家们预言：21世纪将是机器人与人和谐共处的时代，机器人产业将成为继汽车、计算机之后的第三个大产业，未来的战争将是一场机器人的战争。

（）参考答案:对2.美国原子能委员会的阿尔贡研究所于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手，这就是第一代遥控操作的机器人。

（）参考答案:对3.1958年，被誉为“机器人之父”的美国人约瑟夫·恩格尔伯格创建了世界上第一家机器人公司——Unimation，正式把机器人向产业化方向推进。

（）参考答案:对4.1920年，捷克斯洛伐克剧作家卡雷尔·凯培克在他的科幻情节剧《罗萨姆的万能机器人》中，第一次提出了（）这个名词，被当作机器人的起源。

（）。

参考答案:机器人5.人工智能已在机器人学方面进行的一些研究课题可以看出两者的密切关系，例如（）。

参考答案:传感器信息处理;自然语言理解;专家系统;机器人规划第二章测试1.超大型机器人指的是负载能力1000 kg以上。

（）参考答案:对2.工业机器人可以划分为：加工类、装配搬运类和包装类。

（）参考答案:对3.我国沈阳新松机器人自动化股份有限公司于 2015年11月推出了一款包括生理信号检测、语音交互、远程医疗等功能的陪护机器人，它可服务于各类养老院和社区服务站。

（）参考答案:对4.我国的（）将工业机器人列为产业转型升级和智能制造的重点方向。

（）。

参考答案:《中国制造2025》5.按照结构形态，负载能力和动作空间划分可分为：（）。

参考答案:中型机器人;大型机器人;小型机器人和超小型机器人;超大型机器人第三章测试1.从20世纪80年代开始，美国国防高级研究计划局（DARPA）专门立项，制定了地面无人作战平台的战略计划，从此，在全世界掀开了全面研究移动机器人的序幕。

第一章1.为什么要发展机器人技术（）。

答案:精神需求;生产需求;生活需求;探索需求2.下列哪个不是国内的机器人公司（）。

答案:柯马3.沃康松发明的机械鸭，能够做扇动翅膀，吃谷物和排便的动作。

（）答案:对4.按照机器人的几何结构来分，可分为：（）答案:球面坐标;笛卡尔坐标;关节球面坐标;柱面坐标5.按照机器人的控制方式来分，可分为：（）答案:非伺服机器人;伺服机器人6.机器人系统中的计算机就相当于人体的什么？（）答案:大脑7.机器人的传感器分为内部传感器和外部传感器。

（）答案:对8.机器人的精度是指机械零件抵抗变形的能力。

（）答案:错9.机器人的控制系统包括（）答案:作业控制器;驱动控制器;运动控制器10.搬运机器人属于下列那类机器人（）答案:工业机器人第二章1.刚体的位姿表示刚体的位置和姿态，位置用p矩阵表示，姿态用R矩阵表示。

（）答案:对2.刚体的位姿一般用什么样的矩阵来表示（）。

答案:3×43.以下哪个矩阵表示坐标轴x轴（）。

答案:[1 0 0 0]4.旋转变换与变换次序有关。

（）答案:对5.以下哪个坐标系表示机器人的基坐标系（）。

答案:{B}6.先沿着基坐标系的x轴平移r，再绕基坐标系的z轴旋转α，最后延基坐标系的z轴平移z，形成球面坐标。

（）答案:错7.RPY角是绕着当前轴旋转的序列。

（）答案:错8.如果已知一个任意的旋转矩阵，可以直接通过公式求得这个旋转变换的等效转角和等效转轴。

（）答案:对9.旋转矩阵不是正交矩阵。

（）答案:错10.欧拉角是绕着固定轴旋转的序列。

（）答案:错第三章1.一个六自由度工业机器人，决定了其末端姿态（）。

答案:手腕部分的后三个自由度2.沿着关节的运动轴方向，能确定连杆坐标系的（）。

答案:z轴3.D-H参数中ai-1表示（）。

答案:zi-1沿着xi-1到zi的距离4.一旦机器人的结构确定了，那么机器人的连杆参数就不变了，只有关节参数会发生变化。

（）答案:对5.机器人运动学方程的求解步骤包括（）。

第五章第二节《常用机器人传感器介绍》【教学目标】：1．知识与技能目标（1）了解机器人传感器的定义及重要作用。

（2）掌握机器人传感器的分类，了解其工作原理。

2．过程与方法目标（1）通过对比探索与讨论，理解机器人传感器的作用及工作原理。

（2）通过归纳总结，引导学生自主思考等方式掌握机器人传感器的分类。

3.情感态度与价值观目标（1）通过了解机器人在生活中的应用，激发学生学习机器人课程的兴趣。

（2）在探究过程中，激发学生提升信息技术能力，创新科技的爱国热忱。

【教学重点】：了解机器人传感器的定义、分类及其作用。

【教学难点】：了解机器人传感器的工作原理。

【课时】：1课时【教学过程】：一、设计情景，导入新课同学们，思考一下，人类是如何感知外界信息的呢？那机器人又是如何感知的呢？让学生观看《终结者》片段，讨论教师提出的问题，并且引出本节课的内容：机器人外部传感器就是具有类似人类五官的感知能力的传感器，那它具体可以分成什么类型的传感器呢？我们一起来学习一下。

二、探索新知（一）机器人传感器的定义让学生阅读书上111页的内容，并且与同学讨论机器人传感器可以分为几类，并且归纳机器人传感器的定义。

（二）机器人传感器的分类1.触碰传感器1找学生去按电灯的开关，让他们感受开关打开和关闭时电灯的变化，让他们充分了解触碰传感器的作用是接触和释放，知道触碰传感器可以侦测到单个或多个按钮的压力，并把报告返回控制中心。

2.光电传感器为学生播放烟尘浊度监测仪的工作原理，并且让学生讨论烟尘浊度监测仪是依据什么原理工作的，尝试自己归纳出光电传感器的定义，并思考光电传感器还可以应用到哪些场景中。

3.超声波传感器为学生播放倒车雷达工作的景象，并通过结合看书了解超声波传感器在生活中的应用。

4.声音传感器让学生们在自己的电脑上玩《八分音符酱》这个小游戏，让他们通过自己的声音大小来控制游戏中的小人行走、跳跃，从而过关，切身实际的感受声音传感器的作用。

选择题1.C；2.B；3.A；4.A；5.A判断题1.√；2.×；3.√；4.×；5.√；6.√填空题1.阿西摩夫；2.日本；3.通用；4. Motoman；5. ABB、库卡、发那科和安川电机。

简答题1.工业机器人主要应用于汽车及汽车零部件制造业、电子电气行业、金属制品业(包括机械)、橡胶及塑料工业和食品工业等范畴。

2.工业机器人技术发展趋势主要为：结构模块化和可重构化；控制技术的开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化等方面。

同时工业机器人也在不断向智能化方向发展，以适应“敏捷制造”，满足多样化、个性化的需要，并适应多变的非结构环境作业，向非制造领域进军。

选择题1.A；2.B；3.A判断题1.√；2.√；3.╳；4.√；5.√；6.√；7.╳；8.√；9.√；10.╳；11.√；12.╳填空题1. 直角、3；2. 圆柱、2 、1 ；3.1、2；4.俯仰、回转；5.关节、平行、共面。

简答题1.根据工业机器人机械结构对应的运动链的拓扑结构，可以将机器人结构分为三类：串联、并联和混合结构。

串联机器人具有结构简单,成本低,控制简单,运动空间大等优点，有的已经具备快速、高精度和多功能化等特点。

并联结构承载能力强，与串联机构相比刚度大，结构稳定；运动负荷小;在位置求解上，并联机构正解困难，反解却非常容易。

但目前的并联机器人机构普遍存在工作空间小，结构尺寸偏大、传动环节过多，工作空间内可能存在奇异位形。

混联机构即有并联机构刚度好的优点，又有串联机构工作空间大的优点，能充分发挥串、并联机构各自的优点, 进一步扩大机器人的应用范围, 提高机器人的性能。

2.从上到下，从左到右，依次是：直角坐标型机器人，圆柱坐标型机器人（R2P），球坐标型机器人（2RP），关节坐标型机器人，SCARA机器人。

第三章工业机器人的组成和技术参数习题答案选择题1.D；2.E；3.A；4.B判断题1. ×；2.√；3.√；4.×；5.√；6.×；7.√；8.×；9.×填空题1. 重复性；2.旋转关节、移动关节、球面关节、虎克铰关节；3. R、P 。

机器人技术基础复习要点第一章:绪论1。

机器人分类：按开发内容与应用分为工业机器人,操纵型机器人，智能机器人；按发展程度分为第一代，第二代和第三代机器人；按性能指标分为超大型，大型。

中型。

小型和超小型机器人；按结构形式分为直角坐标型机器人，圆柱坐标型机器人，球坐标型机器人和关节坐标型机器人；按控制方式分为点位控制和连续轨迹控制；按驱动方式分为气力驱动式，液力驱动式和电力驱动式。

按机座可动分类分为固定式和移动式.2.机器人的组成：驱动系统，机械系统，感知系统，控制系统,机器人—环境交互系统,人机交互系统。

3.机器人的技术参数：自由度:是指机器人所具有的独立坐标轴的数目；精度:主要依存于机械误差,控制算法误差与分辨率系统误差;重复定位精度;是关于精度的统计数据；工作范围：指的是机器人手臂末端或手腕中心所能达到的所有店的集合；最大工作速度：不同厂家定义不同,通常在技术参数中加以说明；承载能力：指的是机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。

第二章：机器人本体结构1.机器人本体基本结构:传动部件,机身及行走机构，臂部,腕部，手部.2。

机器人本体材料的选择：强度高,弹性模量大，质量轻，阻尼大，经济性好. 3。

机身设计要注意的问题：刚度和强度大；动灵活,导套不宜过短，避免卡死；驱动方式适宜；结构布置合理。

4.臂部的基本形式：机器人的手臂由大臂，小臂所组成，手臂的驱动方式主要有液压驱动，气动驱动和电动驱动几种形式,其中电动驱动最为通用；臂部的典型机构有臂部伸缩机构，手臂俯仰运动机构，手臂回转与升降机构。

5。

臂部设计需要的注意的问题：足够的承载能力;刚度高；导向性能好,运动迅速，灵活，平稳，定位精度高；重量轻，转动惯性小；合理设计与腕部和机身的连接部位。

6。

机器人的平稳性和臂杆平衡方法：机身和臂部的运动较多,质量较大,如果运动速度和负载游较大，当运动状态变化时,将产生冲击和振动。

这将仅影响机器人的精确定位，甚至会使其不能正常运转。

国家开放大学《机器人技术及应用》章节测试参考答案第一章机器人技术与应用一、判断1.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。

（√）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.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。

（√）4.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。

（×）5.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。

（×）6.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。

（√）7.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。

（√）8.轮式机器人对于沟壑、台阶等障碍的通过能力较高。

（×）9.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。

（√）10.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。

（√）11.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。

（√）12.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。

（×）13.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。

（√）14.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。

（×）15.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。

《工业机器人技术基础及其应用》（戴凤智，乔栋主编）的每章思考与练习题及其参考答案第1章工业机器人概述1.机器人系统由哪四部分组成？答：（教材第2页）机器人系统由以下四部分组成：机械系统、驱动系统、控制系统和感知系统。

2.工业机器人有哪些基本特点？答：（教材第3页）工业机器人主要有以下三个基本特点：可编程、拟人化、通用性。

3.工业机器人的传感部分有哪些子系统组成？答：（教材第12页）机器人的传感部分相当于人类的五官，机器人可以通过传感部分来感觉自身和外部环境状况，帮助机器人工作更加精确。

工业机器人的传感部分主要分为两个子系统：感受（传感）系统、机器人与环境交互系统。

4.工业机器人的机械部分有哪些子系统组成？答：（教材第11页）机械部分是机器人的硬件组成，也称为机器人的本体。

工业机器人的机械部分主要分为两个子系统：驱动系统、机械结构系统。

5.工业机器人的控制部分有哪些子系统组成？答：（教材第11页）控制部分相当于机器人的大脑，可以直接或者通过人工对机器人的动作进行控制。

工业机器人的控制部分分为两个子系统：人机交互系统、控制系统。

6.工业机器人一般有哪些主要技术指标？答：（教材第12页）工业机器人的技术指标是机器人生产厂商在产品供货时所提供的技术数据，反映了机器人的适用范围和工作性能，是选择机器人时必须考虑的问题。

工业机器人的主要技术指标一般包括：自由度、工作精度、工作范围、额定负载、最大工作速度等。

7.工业机器人是如何进行分类的？答：（教材第14页）工业机器人的分类方法有很多，本书主要介绍了以下三种分类方法。

（1）按机械结构可以分为串联机器人和并联机器人。

（2）按机器人的机构特性可以分为直角坐标机器人、柱面坐标机器人、球面坐标机器人、多关节坐标机器人。

（3）按程序输入方式可以分为编程输入型机器人、示教输入型机器人。

第2章工业机器人的机械结构系统和驱动系统1.工业机器人的机械系统有哪三部分组成？答：（教材第22页）工业机器人的机械系统由手部、手臂、基座三部分组成。

绪论单元测试1.2016年被称为人工智能元年。

（）A:错B:对答案:B第一章测试1.在《列子·汤问》一书中在记载了人们对智能机器人的早期幻想，文中机器人是由什么时期的能工巧匠建造而成？（）A:商朝时期B:西汉时期C:东汉时期D:西周时期答案:D2.（）不属于百度大脑核心技术。

A:视觉技术B:数据加工C:语音技术D:深度学习答案:B3.下面关于图灵测试，哪种说法是错误的。

（）A:图灵测试在我们还无法用科学的、可量化的标准对人类智慧这个概念做一个定义的时候，给出了一个可行的确定对方是否具备人类智慧的测试方法，推动了计算机科学和人工智能的发展.B:图灵测试是由一个叫做艾伦·图灵的人提出的，是人工智能科学最重要的任务和事件之一。

C:1950年图灵提出了著名的图灵测试：如果一台机器能够与人类展开对话（通过电传设备）而不能被辨别出其机器身份，那么称这台机器具有智能。

D:图灵预测称：到2000年，人类应该可以用10GB的计算机设备，制造出可以在10分钟的问答中骗过20%成年人的人工智能。

答案:D4.以下（）属于人工智能领域。

A:专家系统B:自动化C:语音识别D:图像识别答案:ACD5.连接主义依赖于软件路线，通过启发性程序设计，实现知识工程和各种智能算法。

（）A:错B:对答案:A6.我们现在处于人工智能的哪个阶段？（）。

A:知识应用期B:形成期C:暗淡期D:集成发展期答案:D7.人工智能的三大学派中，适合做推理的是（）。

A:符号主义B:行为主义C:连接主义D:数字主义答案:A8.属于人工智能产品的有（）。

A:医疗机器人B:扫地机器人C:普通汽车D:小爱同学答案:ABD9.（）为形式逻辑奠定了基础。

A:亚里士多德B:弗雷格C:莱布尼兹D:维纳答案:A10.个人助理有四大作用，包括语音输入、语音助理、陪护机器人、家庭管家。

（）A:错B:对答案:B第二章测试1.以下哪些是规则？（）A:如果头痛且流涕，则可能患了感冒B:太阳从东边升起C:一年有春夏秋冬四个季节D:雪是白色的答案:A2.知识具有的不确定性有哪些类型？（）A:由不完全性引起的不确定性B:由模糊性引起的不确定性C:由经验引起的不确定性D:由随机性引起的不确定性答案:ABCD3.以下选项中，（）是知识图谱的一种通用表示方式。

《工业机器人技术基础》教学大纲一、课程基本信息课程名称：工业机器人技术基础学时：48适用对象: 工业机器人技术专业、电气自动化技术专业、机电一体化技术专业考核方式：考查二、课程简介机器人学是一门高度交叉的前沿学科，机器人技术是集力学、机械学、生物学、人类学、计算机科学与工程、控制论与控制工程学、电子工程学、人工智能、社会学等多学科知识之大成，是一项综合性很强的新技术。

通过该课程的学习，使得学生基本熟悉这门技术以及其发展状况，为今后从事工业机器人的操作管理、维护维修、系统安装调试和集成设计的工作打下基础。

三、课程性质与教学目的本课程是专业基础课，通过本课程的学习，使学生了解机器人及其应用，掌握机器人系统组成、机构、运动分析、控制和使用的技术要点和基础理论。

机器人是典型的机电一体化装置，它不是机械、电子的简单组合，而是机械、电子、控制、检测、通信和计算机的有机融合，通过这门课的学习，使学生对机器人有一个全面、深入的认识。

培养学生综合运用所学基础理论和专业知识分析问题解决问题的能力。

第1 章概述机器人的基本概念，机器人的组成原理、机器人应用与外部的关系、机器人应用技术的现状第2 章机器人的基础知识机器人的分类、机器人的基本术语与图形符号、机器人的技术参数、机器人的运动学基础、机器人的动力学基础第3 章机器人的机械结构系统机器人的机械结构系统、机器人的腕部机构、机器人的手部机构、机器人的行走机构第4 章机器人的驱动系统机器人的驱动系统概述、电动机及其特性、液压驱动系统及其特性第5 章机器人的控制系统机器人的控制系统、伺服控制系统及其参数、交流伺服电动机的调速、机器人控制系统结构、机器人控制的示教再现、机器人控制系统举例第6 章机器人的感觉系统机器人的传感技术、机器人的内部传感器、机器人的外部传感器、机器人的视觉系统、机器人传感器的选择第7 章机器人的语言系统机器人的语言系统概述、常用的机器人语言简介、机器人的离线编程、机器人的编程示例第8 章工业机器人及其应用工业机器人概述、焊接机器人、搬运机器人、喷涂机器人、装配机器人五、需要说明的问题1.本大纲适用于工业机器人技术、电气自动化技术、机电一体化技术专业；2.本大纲的学时为参考学时，学时如有变化，任课教师可在此大纲的基础上增减一些内容。

《机器人技术基础》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：机器人技术基础英文名称：Robotic Technology Foundation二、课程编码及性质课程编码：0801051课程性质：选修课三、学时与学分总学时：32学分：2.0四、先修课程机械原理、机械设计、材料加工工程、工业控制五、授课对象本课程面向材料成型及控制工程专业学生开设，也可以供机械科学与工程专业和机电一体化专业学生选修。

六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）本课程是本专业的核心选修课程之一，其教学目的主要包括：1. 系统全面掌握机器人技术专业知识，具备应用这些知识分析、解决机器人应用中的系统集成及其自动化控制等复杂问题的能力；2. 掌握机器人概况、机器人学的数学基础、机器人运动学、机器人动力学、机器人控制原则与方法、机器人在材料成型加工中的应用以及人工智能，具备针对不同需求设计机器人集成制造/加工系统的能力；3. 理解不同机器人系统架构的特点与共性问题，掌握机器人路径规划与离线仿真分析方法，具备机器人集成系统的性能分析与评价能力；4. 了解机器人技术的发展前沿，掌握其在机械制造、材料成型、医疗、电子、航空航天与资源开发等行业的发展特点与动向，具备研发机器人制造/加工的基础与能力。

表1 课程目标对毕业要求的支撑关系七、教学重点与难点：教学重点：1）机器人应用范围非常广泛，其形式与结构等也多种多样，本课程以介绍机器人系统结构、设计与控制为主体，以讲述机器人集成制造/加工系统为重点；2）在全面了解与掌握机器人系统种类及结构特点的基础上，重点学习机器人系统设计与控制技术、机器人路径规划、离线仿真以及集成系统设计与实现；3）课程将重点或详细介绍机器人在机械制造、材料加工工程、先进制造中的典型应用，而对较普遍应用的系统仅作简要介绍或自学。

4）重点学习的章节内容包括：第3章“机器人运动学与动力学”（4学时）、第4章“机器人的驱动与控制”（4学时）、第5章“机器人轨迹规划及离线仿真”（4学时）第6章“工业机器人应用”（8学时）第7章“机器人系统集成技术”（4学时）。