2025年工业AI《智能机器人》阶段测试卷含答案

2025年工业AI《智能机器人》阶段测试卷含答案考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、单项选择题（每题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题后的括号内。）1.下列哪一项不属于工业机器人的主要特征？（）A.自主移动能力B.程序控制能力C.高精度操作能力D.强环境适应性2.在机器人坐标系中，描述末端执行器相对于基坐标系的位置和姿态的坐标系通常称为？（）A.基坐标系B.工具坐标系C.肢坐标系D.世界坐标系3.DH参数法建立机器人运动学模型时，相邻连杆坐标系原点通常选择在？（）A.前一个关节的轴线上B.后一个关节的轴线上C.连杆中间位置D.末端执行器上4.对于一个具有n个自由度的机器人，其正向运动学问题是？（）A.已知关节角度，求末端执行器的位姿B.已知末端执行器的位姿，求关节角度C.分析机器人各关节的运动关系D.计算机器人各连杆的惯性力5.下列哪种传感器主要用于检测物体是否存在或接近，但不测量距离？（）A.红外传感器B.超声波传感器C.激光测距仪D.接近开关6.工业机器人进行精密装配任务时，通常需要使用哪种类型的传感器进行零件识别和定位？（）A.力觉传感器B.接近开关C.机器视觉传感器D.温度传感器7.机器人控制系统通过不断测量实际输出并与期望输出比较，然后调整控制输入，以减小误差，这种控制方式称为？（）A.开环控制B.闭环控制C.模糊控制D.预测控制8.在机器人轨迹规划中，关节空间规划是指？（）A.在笛卡尔空间规划机器人末端执行器的路径B.在关节空间中规划各关节的运动轨迹C.规划机器人避开障碍物的路径D.规划机器人运动的速度和加速度9.下列哪种工业机器人通常用于高温、有毒或人难以进入的环境？（）A.柔性臂机器人B.六轴关节机器人C.气动六轴机器人D.水冷机器人10.机器人编程语言RAPID主要用于哪种类型的机器人？（）A.六轴关节机器人B.SCARA机器人C.六轴并联机器人D.液压工业机器人二、判断题（每题1分，共10分。请将正确的划“√”，错误的划“×”。）1.机器人的自由度是指机器人能够独立运动的关节数量。（）2.机器人正向运动学是可逆的，即由末端位姿可以唯一确定所有关节角度。（）3.机器视觉系统通常由镜头、图像传感器、图像处理单元和光源组成。（）4.力觉传感器可以测量机器人末端执行器受到的力或力矩。（）5.闭环控制系统比开环控制系统更简单、成本更低。（）6.轨迹规划只考虑机器人的路径，不考虑运动速度和加速度。（）7.所有的工业机器人都可以进行焊接、搬运和装配等任务。（）8.DH参数法是建立机器人运动学模型的一种常用方法，其参数具有明确的物理意义。（）9.工业机器人的控制系统通常采用实时操作系统。（）10.SCARA机器人是一种四自由度机器人，主要用于平面内的作业。（）三、填空题（每题2分，共20分。请将答案填写在横线上。）1.工业机器人通常由______、______、______和______四个基本部分组成。2.描述一个物体在空间中的位置和姿态需要______个独立的坐标。3.在机器人运动学中，描述相邻连杆坐标系之间关系的四个参数通常包括d、θ、r和______。4.机器视觉传感器通常分为______视觉和______视觉两种类型。5.机器人控制系统中，用于存储机器人程序和数据的核心部件是______。6.机器人轨迹规划的目标通常包括______、______和______。7.机器人作业空间是指机器人______能够到达的区域的集合。8.机器人动力学研究的是机器人各关节______与______之间的关系。9.传感器在机器人系统中扮演着______的角色，为机器人提供感知信息。10.工业机器人按照结构分类，可以分为______、______和______等。四、简答题（每题5分，共20分。）1.简述DH参数法建立机器人运动学模型的步骤。2.简述机器视觉系统在工业机器人中的应用场景。3.简述开环控制和闭环控制的主要区别。4.简述影响工业机器人选择的主要因素。五、计算题（10分。）已知一个两自由度平面机器人，其DH参数如下表所示（单位：mm,rad）：|连杆|d|θ|r||:---|:------|:------|:------||1|0|θ1|100||2|150|θ2|0|假设关节角度θ1=π/6，θ2=π/4，请使用DH参数法计算末端执行器在基坐标系中的位姿（用齐次变换矩阵表示）。六、综合应用题（20分。）某工厂计划使用工业机器人进行某工件的搬运任务。工件重量约为5kg，搬运距离约为1m，需要在搬运过程中将工件高度提升约200mm。现有两种机器人可供选择：1.A型六轴关节机器人，负载能力5kg，工作范围1500mm。2.B型SCARA机器人，负载能力3kg，工作范围1000mm。请分析：（1）根据任务需求，哪种类型的机器人（关节型或SCARA型）可能更合适？为什么？（2）在选择机器人时，除了负载能力和工作范围，还需要考虑哪些因素？（3）若选择A型机器人，简述其完成该搬运任务可能需要的控制步骤。试卷答案一、单项选择题1.A(工业机器人主要特征包括自主移动、程序控制、高精度操作，强环境适应性不是其普遍特征，部分特种机器人可能具有，但非共性。)2.B(工具坐标系是定义在末端执行器上的坐标系，用于描述末端执行器相对于基坐标系的位置和姿态。)3.B(DH参数法规定，每个连杆坐标系的原点位于后一个关节轴线上。)4.A(正向运动学是根据已知的关节角度，计算机器人末端执行器的位姿。)5.D(接近开关用于检测物体是否接近，不测量距离；红外、超声波、激光测距仪均用于测量距离。)6.C(机器视觉传感器用于图像识别、测量等，适用于精密装配中的零件识别和定位。)7.B(闭环控制通过反馈机制不断修正误差，提高控制精度。)8.B(关节空间规划是在关节坐标系下规划各关节变量的变化轨迹。)9.D(水冷机器人通过循环冷却水来散热，适用于高温、有毒等恶劣环境。)10.A(RAPID是ABB公司六轴关节机器人的专有编程语言。)二、判断题1.√(自由度定义为机器人能够独立运动的关节数量。)2.×(正向运动学一般可逆，但逆向运动学在冗余机器人或奇异配置下可能存在无穷多解或无解。)3.√(机器视觉系统的基本构成包括镜头、传感器、处理单元和光源。)4.√(力觉传感器用于测量机器人与环境的交互力或力矩。)5.×(闭环控制系统通过反馈校正误差，精度更高，但结构复杂、成本更高。)6.×(轨迹规划需要同时考虑路径、速度和加速度，以保证平滑、高效、安全的运动。)7.×(不同类型的机器人有不同的设计特点和应用范围，并非所有机器人都能完成所有任务。)8.√(DH参数法是常用方法，其四个参数有明确的几何意义。)9.√(工业机器人控制系统需要实时响应，通常采用实时操作系统。)10.√(SCARA机器人是四自由度机器人，结构特点使其主要适用于平面内作业。)三、填空题1.机械结构，控制系统，驱动系统，感知系统2.三3.α4.单色，彩色5.控制器6.路径，速度，平滑度7.末端执行器8.位置，速度9.感知10.关节型，直角坐标型，并联型四、简答题1.(1)选择参考坐标系（基坐标系和第一个关节坐标系）；(2)对第一个连杆，定义d（沿z1轴的距离）、θ（绕z1轴的旋转）、r（沿x1轴的长度）并写出变换矩阵T1；(3)对后续每个连杆i，定义di、θi、ri并写出变换矩阵Ti；(4)串联所有变换矩阵，得到末端执行器相对于基坐标系的齐次变换矩阵T0E=T1*T2*...*Tn。2.(1)物料搬运与分拣；(2)产品质量检测与尺寸测量；(3)自动化装配；(4)焊接、喷涂、打磨等加工任务；(5)表面处理。3.(1)开环控制：指令发出后执行，无反馈校正，结构简单，成本低，精度低，易受干扰。(2)闭环控制：指令发出后，通过传感器检测实际输出，与期望输出比较，误差反馈给控制器调整指令，结构复杂，成本高，精度高，抗干扰能力强。4.(1)负载能力；(2)工作范围和工作空间；(3)自由度数量；(4)关节类型和运动速度；(5)控制系统性能；(6)成本；(7)可靠性和维护性；(8)与现有生产系统的兼容性；(9)安全性能。五、计算题T0_1=[100d1;0100;0010;0001]T1_2=[cosθ1-sinθ10r;sinθ1cosθ100;0010;0001]T0_2=T0_1*T1_2=[cosθ1-sinθ10d1;sinθ1cosθ10r;0010;0001]T0_E=T0_2=[cosθ1-sinθ10d1+r*cosθ2;sinθ1cosθ10r*sinθ2;0010;0001]代入θ1=π/6,θ2=π/4,r=100,d1=150:T0_E=[cos(π/6)-sin(π/6)0100+100*cos(π/4);sin(π/6)cos(π/6)0100*sin(π/4);0010;0001]T0_E=[(√3/2)-1/20100+100*(√2/2);1/2(√3/2)0100*(√2/2);0010;0001]T0_E=[(√3/2)-1/20100+50√2;1/2(√3/2)050√2;0010;0001]T0_E=[(√3/2)-1/20100+50√2;1/2(√3/2)050√2;0010;0001]六、综合应用题(1)SCARA机器人工作范围1000mm小于搬运距离1m，且负载能力3kg小于工件重量5kg，故不合适。A型六轴关节机器人负载能力5kg满足要求，工作范围1500mm大于搬运距离1m，结构也适用于需要一定高度提升的任务，因此更合适。(2)还需考虑：a.价格和性价比；b.控制系统的易用性和编程复杂度；c.维护保养的难易程度和成本；d.机器人的运行速度和精度是否满足生产节拍要求；e.安全防护措施；f.占用空间和安装环境要求。(3)(