全国青少年机器人等级考试一二级理论复习及试题汇编

全国青少年机器人技术等级考试

一、二级理论及实操

“Robot”的由来

1920年，原捷克斯洛伐克剧作家卡尔·恰佩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“机器人”（Robot）这个名词。在捷克语中，Robot这个词是指一个服役的奴隶。Robota（捷克文，原意为“劳役、苦工”）

Robotnik（波兰文，原意为“工人”

二、机器人发展史

人们对机器人的幻想与追求已有3000多年的历史。“机器人”最早是以自动机械装置或自动人偶的形式出现，西方国家将早期的机器人称之为automation（自动机）或是self-operating machine（自行控制机器）。

1）古代机器人

指南车。人类记载的最早的机械装置。《古今注》记载黄帝与蚩尤涿鹿之战所用。

春秋时期，“公输子削竹木以为鹊，成而飞之，三日不下。”记载于《墨子.鲁问》中，是世界上最早的关于空中机器人的记载。

记里鼓车。汉代，大科学家张衡不仅发明了地动仪，而且发明了计里鼓车。计里鼓车每行一里，车上木人击木马车鼓一下，每行十里击钟一下。

春秋时期，“公输子削竹木以为鹊，成而飞之，三日不下。”记载于《墨子.鲁问》中，是世界上最早的关于空中机器人的记载。

记里鼓车。汉代，大科学家张衡不仅发明了地动仪，而且发明了计里鼓车。计里鼓车每行一里，车上木人击木马车鼓一下，每行十里击钟一下。

木构水运仪象台。北宋时期，苏颂等人制造了当时世界上最先进的天文钟。它由水力驱动，能以多种形式表现天体运行。它能集观测天象的浑仪、演示天象的浑象、计量时间的漏刻和报告时刻，是一座小型的天文台

根据史料记载，三国时期诸葛亮发明了一种用来运送军用物资的机器人，名为（）

A.记里鼓车

B.指南车

C.木牛流马

D.千里船

答案：C

题型:单选题

•漏壶。公元前1400年由古巴比伦人发明，用水流来计量时间的计时器。也是历史上可考据的最早的机械装置之一。公园前270年左右，古希腊发明家特西比乌斯改进了漏壶——采用人物造型指针指示时间。

•公元前2世纪，亚历山大时代的古希腊人发明了最原始的机器人──自动机。它是以水、空气和蒸汽压力为动力的会动的雕像，它可以自己开门，还可以借助蒸汽唱歌。

•公元前14-17世纪，意大利文艺复兴，达芬奇作为发明家发明了机器人、机械车、子母弹、坦克车、潜水艇、直升机等超越时代的装置。其中达芬奇设计的机器人以木头金属皮革为外壳，以齿轮为驱动装置，可坐可站，头部能转动，胳膊能挥舞。

•1662年，日本人竹田近江发明自动机器玩偶。

•1737年，法国雅克沃康松发明机器鸭子。

•1769年，匈牙利沃尔夫冈.冯.肯佩伦发明土耳其机器人。

•1801年，法国约瑟夫雅卡尔发明通过穿孔卡片控制的自动织机。

•1822年，英国查尔斯.巴贝奇设计了最早的可编程机器——差分机。

•1893年，加拿大人摩尔设计了“蒸汽人”——“安德罗丁”。

•1898年，塞尔维亚美籍发明家尼古拉.特斯拉在纽约麦迪逊广场展示远程自动化的新发明，一艘无线电遥控船。

•1927年，美国西屋公司温兹利制造了机器人电报箱。

近代机器人研究始于20世纪中期。先后出现了三代机器人。

第一代机器人：“示教再现”型机器人。通过遥控操作机器，不能离开人的控制独自运动。只具有记忆、存储能力，按相应程序重复作业，但对周围环境基本没有感知与反馈控制能力。（工业机器人）

第二代机器人：感知型机器人。随着传感技术和信息处理技术的发展第二代机器人按照事先编好的程序对机器人控制，能够获得作业环境和作业对象的部分有关信息，进行一定的实时处理，引导机器人进行作业。第三代机器人：智能机器人。它具有更完善的环境感知能力，而且还具有逻辑思维、判断和决策能力，可根据作业要求与环境信息自主地进行工作。能自主行动实现预定目标的高级机器人。

目前正在研究的“智能机器人”属于第几代机器人？

A.第一代机器人。

B. 第二代机器人。

C.第三代机器人。

D. 第四代机器人。

答案:C

题型:单选题

•1939年，美国西屋电气公司制造出家用机器人，它由电缆控制，可以行走，会说话，甚至可以抽烟，让人们对家用机器人更加憧憬。

•1948年诺伯特维纳出版《控制论》，阐述了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律，率先提出以计算机为核心的自动化工厂。

•1954年美国人乔治德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人并注册了专利。这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作。

•1959年美国发明家约瑟夫·英格伯格和德沃尔制造出第一台工业机器人。随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂——Unimation公司。约瑟夫英格伯格被称为“工业机器人之父”。

世界上第一台工业机器人诞生于（）

A. 德国

B. 英国

C. 美国

D. 日本

答案:C

题型:单选题

1966年斯坦福大学人工智能研究中心发明了谢克机器人（ShakeTheRobot），它是第一台移动机器人，它被赋予了有限的观察和环境建模能力，控制它的计算机要填满整个房间。

1966年谢克机器人诞生，关于谢克机器人说法正确的是？

A. 第一台潜水机器人

B. 第一台飞行机器人

C. 第一台防水机器人

D. 第一台移动机器人

答案:D

题型:单选题

三、重要机器人理论

（1）机器人定义

机器人是自动控制机器Robot的俗称（自动控制机器），包括一切模拟人类行为或思想、模拟其他生物的机械。

理想中的高仿真机器人是整合了控制论、机械、电子、计算机与人工智能、材料学和仿生学的产物，目前科学界正在向此方向研究开发。所以机器人综合微电子技术，自动化控制技术，机械学，计算机等学科综合成果。

2）机器人组成

机器人一般由机械本体、控制系统、传感器、和驱动器等四部分组成。为实现对本体进行精确控制，传感器应提供机器人本体或其所处环境的信息，控制系统依据控制程序产生指令信号，通过控制各关节运动坐标的驱动器，使各臂杆端点按照要求的轨迹、速度和加速度，以一定的姿态达到空间指定的位置。驱动器将控制系统输出的信号变换成大功率的信号，以驱动执行器工作。

a.机械本体

机械本体，是机器人赖以完成作业任务的执行机构，一般是一台机械手，也称操作器、或操作手，可以在确定的环境中执行控制系统指定的操作。典型工业机器人的机械本体一般由手部(末端执行器)、腕部、臂部、腰部和基座构成。机械手多采用关节式机械结构，一般具有6个自由度，其中3个用来确定末端执行器的位置，另外3个则用来确定末端执行装置的方向(姿势)。机械臂上的末端执行装置可以根据操作需要换成焊枪、吸盘、扳手等作业工具。

b.控制系统

控制系统是机器人的指挥中枢，相当于人的大脑功能，负责对作业指令信息、内外环境信息进行处理，并依据预定的本体模型、环境模型和控制程序做出决策，产生相应的控制信号，通过驱动器驱动执行机构的各个关节按所需的顺序、沿确定的位置或轨迹运动，完成特定的作业。从控制系统的构成看，有开环控制系统和闭环控制系统之分;从控制方式看有程序控制系统、适应性控制系统和智能控制系统之分。

c.驱动器

驱动器是机器人的动力系统，相当于人的心血管系统，一般由驱动装置和传动机构两部分组成。因驱动方式的不同，驱动装置可以分成电动、液动和气动三种类型。驱动装置中的电动机、液压缸、气缸可以与操作机直接相连，也可以通过传动机构与执行机构相连。传动机构通常有齿轮传动、链传动、谐波齿轮传动、螺旋传动、带传动等几种类型。

d.传感器

传感器是机器人的感测系统，相当于人的感觉器官，是机器人系统的重要组成部分，包括内部传感器和外部传感器两大类。内部传感器主要用来检测机器人本身的状态，为机器人的运动控制提供必要的本体状态信息，如位置传感器、速度传感器等。外部传感器则用来感知机器人所处的工作环境或工作状况信息，又可分成环境传感器和末端执行器传感器两种类型。

前者用于识别物体和检测物体与机器人的距离等信息，后者安装在末端执行器上，检测处理精巧作业的感觉信息。常见的外部传感器有力觉传感器、触觉传感器、接近觉传感器、视觉传感器等。

机器人主要由（）组成