107年 - 2018 第四屆機器人工程師-機器人學(中階)#72747

科目：機器人學(中階) | 年份：107年 | 選擇題數：25 | 申論題數：18

試卷資訊

所屬科目：機器人學(中階)

選擇題 (25)

1. 在一個多邊形的配置空間，建構所有連接各頂點之線段，對兩個點間沒有任何障礙物，建立路徑於障礙物週邊之方法為 (A)骨架圖(voronoi diagram) (B)可見性圖(visibility graph) (C)樹狀節點圖(node tree) (D)多元樹(multitree)。

2. 下列何者非攝影機模型的「內在參數」？ (A)像素長寬比 (B)鏡頭偏度係數 (C)焦距 (D)世界座標位置。

3. 機器人運動與作用力之間的關係須以下列哪種方程式表示？ (A)運動學方程式(kinematic equation) (B)動力學方程式(dynamic equation) (C)特徵方程式(characteristic equation) (D)以上皆非。

4. 下列何者為運動控制設計的第一步？ (A)產生運動路徑 (B)速度規劃 (C)設計位置控制器 (D)路徑插植。

5. 直流伺服馬達與直流馬達的最大不同點是 (A)直流伺服馬達的正反轉特性大致相同 (B)直流伺服馬達的電器時間常數相對小 (C)直流伺服馬達的機械時間常數較小 (D)以上皆是。

6. 油壓幫浦、蓄壓缸與壓力調節閥的組合可以製造出一固定的 (A)阻力源 (B)流量源 (C)慣性源 (D)壓力源提供給油壓伺服系統使用。

7. 關節型機械手臂(articulated manipulator)常使用 Denavit-Hartenberg 模型(DH model)來描述手臂桿件間的相對幾何關係。以此方式描述的相對幾何，移動和轉動的參數各有幾個？ (A)2 個、3 個 (B)3 個、2 個 (C)2 個、2 個 (D)3 個、3 個。

8. 皮帶皮帶輪組為機器人上常用的傳動系統之一，下列敘述何者為非？ (A)可以長距離傳輸動力 (B)和齒輪系統相比較，具有較小的背隙 (C)和齒輪系統相比較，具有較高剛性 (D)可變換減速比。

9. 下列何者不是移動式機器人所使用感測器之性能規格？ (A)誤差或精確度 (B)耐久度 (C)解析度 (D)重現度。

10. 下列何者不可用來連接兩個不平行的交錯軸運動？ (A)萬向接頭 (B)皮帶 (C)鏈條 (D)齒輪。

11. 推導作用於機器人各機構的力或力矩與其位置、速度、加速度關係的方程式？ (A)正向運動學 (B)反運動學 (C)狀態 (D)動力學方程式。

12. 陀螺儀(gyroscope)可用來偵測 (A)角加速度 (B)溫度 (C)位移 (D)速度。

13. 請問下列何者是機器人常用的座標系？ (A)卡氏座標系 (B)圓柱座標系 (C)極座標系 (D)橢圓座標系。

14. 下列何者非常見邊緣偵測前處理？ (A)雜訊清除(noise cleaning) (B)長條圖等化(histogram equalization) (C)增加雜訊(Noise increase) (D)同形濾波(homomorphic filtering)。

15. 以 HSV 方式表示色彩空間其中 H 指的是 (A)飽和度 (B)明度 (C)解析度 (D)色度。

16. 串聯機器人一般由多個旋轉接頭組成，實現多方向的自由運動。與並聯機器人相較，以下何者不是串聯機器人的優點？ (A)佔地面積小 (B)容易實現高精度及高剛度 (C)操作靈活性大 (D)工作空間大。

17. 下列何者不是移動式機器人使用感測器的用途？ (A)定位用途 (B)地圖建立用途 (C)避障或反射式反應 (D)增加移動式機器人移動時的機動性(degree of maneuverability)。

18. 對影像做形態學處理時，先膨脹(Dilation)再腐蝕(Errosion)對應的是下列何者動作？ (A)閉合(close) (B)斷開(open) (C)骨架 (Skeletonization) (D)填滿(Fill)。

19. 在控制系統之步進響應中，其輸出響應值到達終值 63.5%所需時間稱為？ (A)時間常數 (B)上升時間 (C)尖峰時間 (D)安定時間。

20. 一雙輪獨立驅動移動機器人之控制變數為θ̇1與θ̇2分別為左右驅動輪轉速，以及系統參數 r 為驅動輪半徑、2w 為左右驅動輪間距。令(x, y, θ)為移動機器人中心點(左右驅動輪中點)於工作座標系統之位置與方位角度、v 為中點之移動速度以及ω為移動機器人之方位旋轉轉速，移動機器人之前方為 x 軸，左方為 y 軸，旋轉為 z 軸。由物理定律可得v1 = rθ̇1 = v + wω與v2 = rθ̇2 = v − wω，則移動機器人前方 x 軸之速度運動方程式為 (A)(B) (C)(D)。

21. 機器人系統中，使用直流伺服馬達作定位控制時，應用最廣泛的控制法則為比例積分微分控制(PID)，為求達到無法到達設定點之穩態誤差，應該調整哪一個參數來完成？ (A)比例值 KP (B)微分值 KD (C)積分值 KI (D)調整輸入值。

22. 在表達關節型機械手臂(articulated manipulator)Forward kinematics 的數學式中，常具有下列何種數學方程式？ (A)指數函數 (B)對數函數 (C)次方函數 (D)三角函數。

23. 在機器人之運動控制中，下列哪一種控制器具有較佳的強健性？ (A)PD 控制 (B)H∞控制 (C)適應性控制 (D)模糊控制。

24. 驅動一 6m 長機械手臂以每秒 60 度提起 50N 重物，則馬達所需功率為多少？ (A)0.0314 (B)0.314 (C)3.14 (D)31.4 kW。

25. 參考如圖所示之回授控制系統方塊圖；試問圖中組件 C 的名稱為何？ (A)感測器 (B)控制器 (C)受控制系統 (D)以上皆非。

申論題 (18)

二、填充題：＜＜以下為填充題，請用原子筆在答案紙作答，勿直接填入試卷的空格內＞＞(共 15 題，每題 2 分)

1. 若已知一個 n 桿機器臂的運動方程式為D(q)q̈+ C(q, q̇)q̇ + g(q) = T，則C(q, q̇)q̇中由哪兩種力矩所構成？ ________________________。

2. 機器人的順向運動學是指利用 _____________________ 來求得機器人末端點的位置與方位。

3. Arduino 的副程式前面加上 void，代表此副程式具有何特性？ _______________________。

4. 諧波齒輪傳動組為機器人常用的減速機，其基本構造包含一個帶有內齒的剛性齒輪(Circular spline)、一個帶有外齒輪的撓性齒輪(Flexspline)、以及一個波產生器(Wave generator)。諧波齒輪傳動的英文名稱是 _________________。

5. 電位計依相對移動方式可分為哪兩種類型？ _____________________、_____________________。

6. 在機器人的動態描述中，相當知名的牛頓-尤拉表示法(Newton-Euler dynamic formulation)主要是根據剛體的 _________________ 來描述。

7. 力感測器常使用應變規，將應變規貼附於金屬片上，當金屬受壓而生變型時，應變規之 _______________ 因金屬膜片之變形而產生變化。

8. AOI 是一種運用機器視覺以替人類的眼睛、大腦、手部的動作，用於檢測產品的缺陷、判斷並選出產品，或用於量測尺寸等。其指的是 ______________。

9. 針對多軸機械臂而言，當機械臂之運動速度減慢時，科氏力之影響會隨之變 ______。

10. 移動機器人常採用的編碼器(encoder)中，A、B 兩個輸出訊號相差 _________ 度。

11. 在軌跡規劃時，若打算在 Linear function 之間，導入較高階的多項式以讓軌跡的位置、速度、和加速度都連續，則需使用 ______ 階以上的多項式。

12. 使用神經網路來辨識影像時，輸入層的神經元個數等於 _______________。

13. 線性可變差動變壓器(Linear Variable Differential Transformer, or LVDT)輸出為高頻載波的調變交流訊號，其振幅與量測的位移成正比，需經過解調，也就是 __________ 與 __________ 兩個過程方可產生直接與位移呈正比的訊號。

14. 描寫機器人動態的拉氏表示法(Lagrangian dynamic formulation)乃由能量觀點出發，其中 Lagrangian 指的是 ______________________。

15. 如圖的電位計中，設R1 = R2 = 1kΩ。當RL = 100kΩ時，輸出電壓Vout約為 ___________ Vcc。

三、問答/計算題：＜＜以下為問答/計算題，請用原子筆在答案紙上清楚標示大題號與小題號＞＞(共 20 分)

1. 空間運動的剛體質量為 mi且質心速度為 vi，轉動角速度為ωi且剛體轉動慣張量(inertia tensor)為 Ii；試問該物體運動時的動能 (kinetic energy)表示為 _________________。(本題 2 分)

2. 試說明移動機器人道路圖(roadmap) A*演算法之工作原理。(本題 9 分)

3. 若一個分類器只能判別兩個類別(例如一個超平面)。假設現在要分四個類別，則該怎麼建構四類別的分類器？(本題 9 分)