2025年大学三年级（机器人工程）机器人工程基础试题及答案

2025年大学三年级（机器人工程）机器人工程基础试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共30分）答题要求：本卷共6题，每题5分。每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案填写在相应位置。1.机器人运动学主要研究机器人的（）。A.运动原理B.运动轨迹规划C.运动速度控制D.以上都是2.以下哪种传感器不属于机器人常用的位置传感器？（）A.编码器B.激光雷达C.电位器D.光栅尺3.机器人动力学主要研究机器人在运动过程中的（）。A.受力分析B.能量转换C.运动方程求解D.以上都是4.机器人编程中，常用的编程语言不包括（）。A.C++B.PythonC.JavaD.SQL5.机器人视觉系统主要用于（）。A.目标识别B.环境感知C.路径规划D.以上都是6.机器人的机械结构设计需要考虑的因素不包括（）。A.负载能力B.运动精度C.外观造型D.能源供应第II卷（非选择题共70分）一、填空题（共10分）答题要求：请在横线上填写正确答案。1.机器人的自由度是指机器人____________________的数量。2.机器人运动学中的正运动学是已知____________________，求解机器人末端执行器的位置和姿态。3.机器人动力学中的牛顿-欧拉方程用于描述机器人____________________与外力之间的关系。4.机器人编程中的指令集是指____________________。5.机器人视觉系统中的图像处理算法包括____________________、边缘检测等。二、简答题（共20分）答题要求：简要回答问题，思路清晰，语言简洁。1.简述机器人运动学的主要研究内容。2.说明机器人常用传感器的分类及各自的作用。3.简述机器人编程的基本流程。4.解释机器人视觉系统的工作原理。三、计算题（共20分）答题要求：写出详细的计算过程和答案。1.已知机器人的关节角度分别为θ1=30°，θ2=45°，θ3=60°，求机器人末端执行器的位置坐标（假设机器人为平面直角坐标型，各关节长度已知）。2.计算一个具有3个自由度的机器人在某一时刻的雅可比矩阵，已知该时刻各关节的角速度分别为ω1=1rad/s，ω2=2rad/s，ω3=3rad/s，机器人末端执行器的线速度和角速度分别为v=[1,2,3]Tm/s，ω=[4,5,6]Trad/s。四、案例分析题（共10分）答题要求：阅读材料，回答问题，分析合理，观点明确。材料：某机器人在执行任务时，出现了运动轨迹偏差的问题。经过检查发现机器人的编码器出现了故障，导致关节角度测量不准确。1.请分析编码器故障对机器人运动轨迹的具体影响。2.提出一种解决编码器故障导致运动轨迹偏差的方法。五、设计题（共10分）答题要求：根据题目要求，设计合理的机器人系统或方案。设计一个用于物料搬运的机器人系统，要求简要说明机器人的机械结构、传感器配置、控制策略以及工作流程。答案：第I卷：1.D2.B3.D4.D5.D6.C第II卷：一、1.独立运动的关节2.关节变量3.运动4.机器人能够执行的各种操作命令5.图像滤波二、1.研究机器人各关节的位置、速度及加速度之间的关系，以及机器人末端执行器的位置和姿态与关节变量之间的关系等。2.分类：位置传感器（如编码器等用于确定位置）、力传感器（感知力的大小）、视觉传感器（用于目标识别和环境感知）等。作用：为机器人提供必要的信息以实现准确运动和任务执行。3.需求分析、程序设计、代码编写、调试优化。4.利用摄像头等采集图像，经预处理后提取特征，通过模式识别等算法识别目标、感知环境，为机器人决策提供依据。三、1.设各关节长度分别为l1、l2、l3，根据平面直角坐标变换公式计算。x=l1cosθ1+l2cos(θ1+θ2)+l3cos(θ1+θ2+θ3)；y=l1sinθ1+l2sin(θ1+θ2)+l3sin(θ1+θ2+θ3)。代入角度值计算可得具体坐标。2.根据雅可比矩阵的定义和公式计算，过程略，答案为具体的3×3矩阵。四、1.编码器故障使关节角度测量不准，导致机器人计算的运动轨迹与预期偏差，可能出现位置偏移、路径弯曲等。2.更换编码器；对编码器数据进行校准和补偿；增加冗余传感器辅助定位和修正轨迹。五、机械结构：采用直角坐标型结构，有X、Y、Z三个方向的直线运动部件。传感器配置：位置传感器（