浙江大学生物系统工程-生物生产机器人-卷子2资料.docx

1．?????? 生物生产机器人的组成和性能与工业机器人相比有什么不同？ 答：首先，生物体的属性是各种各样且多变的，因而生物生产机器人在处理生物体时必须是灵活的、多功能的，在大多数情况下，当末端执行器与生物体相接触时柔性处理是必要的。第二，在识别周围环境时常希望机器人具有一定程度的智能。第三，机器人常要在非结构化的、苛刻的和变化的环境下作业。第四，除了那些传统机器人所具备的安全装置之外，当生物生产机器人与操作人员一起作业时可能还需要一些特殊的安全装置。最后，为使机器人能获得潜在的使用者的认可，它的操作界面必须简单，且货币投资要有成本效益。 2．?????? 比较北美、东亚和欧洲的生物生产系统的不同特点及对生物生产机器人的要求？ 答：在北美（美国和加拿大），常是只有很少农民的大型农场及用于大块田地的大型机械。当机器人引入大型系统时，通过各种全球定位系统进行控制会很有效。在这种系统中，由于是大型的单一作物区域，一个农场主所需的机器人数量比较少。 在东亚，主要是小规模的生物生产系统和有许多农民的密集型农业，在他们的生产系统中，优质产品是在较小区域里耗费大量的劳力、精力和时间获得的。东亚的褶皱地型形成了各种小平原、丘陵、流域、小山、温室和植物工厂，还有在这些区域的各种各样的环境条件。为了获得较高的产量和质量，必须在适宜的季节和区域种植适宜的生物种类。在一个含多种种植地型的生产系统，需要一个单操作器多机器人(one-operator-several-robots)系统。 欧洲的情况在东亚和北美之间。 3．??????生物生产机器人开发的三大推动力是什么? 答：(1) 工程理论和技术，包括机械学、电子学、机器视觉、模糊控制、人工智能、神经网络等； (2) 生物科学，包括因为植物学、动物学、食品科学、生物原料加工过程等； (3) 社会科学，如经济学、管理学、市场学和公共接受程度。 4．????机器人主要由几部分组成，对每部分进行简要介绍??? ?答：机器人主要由机械手、末端执行器、传感器、移动装置、控制装置和执行机构组成。 机械手有许多个一端自由一端固定的链接机构，其若干机构为开环结构。机械手的链接机构虽比较灵活，但它不能承担重物。 末端执行器安装在机械手末端，具有与人手类似的功能。末端执行器应考虑生物物料的某一性质，且针对某一特定用途进行设计。末端执行器通常需要外部和内部传感器一起处理作业对象的不可预测的物理特性。 内部传感器是每个机器人必需的，外部传感器主要用于生物生产机器人，因为其工作对象的光学特性、形态特性和环境条件特殊且变化不一。 采用移动装置的主要目的就是为了增大工作空间，但并不是所有的机器人系统都需要移动装置。移动装置主要有轮式、履带式、轨道式三种。 机器人各部件由计算机通过一个接口进行控制，主要包括中央处理机、存储器、外部集成电路、输入/输出端口。这些元件通过地址总线、数据总线和控制总线与CPU相连。 5．?????? 为什么有些机器人没有机械手？ 答：谷物、干草收获机器人和耕地机器人也不需要诸如机械手之类的链接机构。在这些操作中，小物块、茎干、易碎的结块等被一起处理，因而需要较大的功率，这一点链接机构不能实现。通常，由于机械手只有几个关节和一点固定点，因而，机械手末端不能处理重物，不能输出大功率，也不同高速运作。如果机械手的末端执行器是锄头或镰刀，并把它用于耕种、犁地或收获谷物等，那么它的工作性能绝不会超过传统的采用旋转耕耘器、犁或往复切割器的拖拉机或联合收割机，因此这些机械装置不必安装机械手。 6．?????? 简要介绍各类传感器的功能? 答：传感器主要分为视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉传感器。 视觉非常重要，它搜集的信息占所有传感器采集信息的90%以上。彩色照相机或单色TV照相机常用作无源测距系统的视觉传感器，而位置敏感装置结合激光或光发射装置可用作有源测距系统三维传感器。近红外区域常用作生物生产机器人的感知系统，因为大部分生物物料在该区域有特定的光谱反射系数。 听觉传感器在生物生产机器人中较少用到，但它在操作人员和机器人之间的交流界面，根据发声区分牛，以及检查机器时是必不可少的。 嗅觉和味觉主要用于分析生物物料的气味、果汁或植株，以评价其质量和成熟度。 触觉传感器在机器人用末端执行器处理工作对象时是必不可少的。主要包括接触传感器、压觉传感器、滑觉传感器三大类。每一种类型都是基于与外部对象物的直接接触。 接近传感器用于近距离对象物的存在检测、冲突防止、形状检测以及修正视觉传感器的位置误差的传感器。 7．?????? 执行机构主要分为几类，简要介绍各类的特点? 答：执行机构主要分为：电动执行机构、液压执行机构、气动执行机构。电动执行机构主要由电力驱动，因而比较容易控制且结