2025年大学工业机器人（机器人动力学）试题及答案

2025年大学工业机器人（机器人动力学）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。在每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1.机器人动力学中，关于牛顿-欧拉方程，以下说法正确的是（）A.只适用于低速机器人B.用于描述机器人关节力与运动之间的关系C.与机器人的运动学无关D.不能求解机器人的动力学问题答案：B2.对于机器人动力学模型的建立，以下哪种方法基于拉格朗日方程（）A.牛顿-欧拉法B.凯恩方法C.拉格朗日方法D.递推法答案：C3.机器人动力学分析中，惯性力的计算与以下哪个因素无关（）A.机器人的质量分布B.机器人的运动速度C.机器人的关节角度D.机器人的颜色答案：D4.当机器人处于动态平衡时，其动力学方程满足（）A.合力为零，合力矩不为零B.合力不为零，合力矩为零C.合力和合力矩都为零D.合力和合力矩都不为零答案：C5.在机器人动力学中，科里奥利力和离心力的产生与（）有关。A.机器人的加速度B.机器人的角速度C.机器人的质量D.以上都是答案：D6.机器人动力学仿真的主要目的不包括（）A.验证机器人的动力学模型B.优化机器人的运动轨迹C.提高机器人的工作效率D.改变机器人的外观设计答案：D第II卷（非选择题共70分）7.（10分）简述机器人动力学的研究内容。8.（15分）推导平面两连杆机器人的动力学方程（可简要说明关键步骤）。9.（15分）已知机器人的质量分布和运动状态，如何计算其惯性力和惯性力矩？10.（材料题15分）材料：某工业机器人在执行任务时，其关节角度随时间变化的曲线已知。关节1的角度θ1(t)=0.2t²，关节2的角度θ2(t)=0.3t³。机器人各连杆质量m1=2kg，m2=3kg，连杆质心到关节的距离l1=0.5m，l2=0.6m。问题：求t=2s时，关节1和关节2处的驱动力矩。11.（材料题15分）材料：有一空间机器人，其末端执行器的运动轨迹较为复杂。采用牛顿-欧拉方法对其进行动力学分析。已知机器人在某一时刻的速度v=[1,2,3]m/s，加速度a=[0.5,1,1.5]m/s²，各关节的角度和角速度等信息。问题：计算该时刻机器人各关节处的受力情况。7.机器人动力学的研究内容包括：分析机器人各构件的受力情况，建立机器人的动力学模型，研究机器人在运动过程中力与运动的关系，如惯性力、重力、摩擦力等对机器人运动的影响，以及如何根据动力学模型进行机器人的运动控制优化，以提高机器人的运动性能和工作效率等。8.首先建立平面两连杆机器人的坐标系，确定各连杆的质量、质心位置等参数。根据动能定理，计算系统的动能，包括平动动能和转动动能。再通过势能的计算，这里主要是重力势能。然后利用拉格朗日方程L=T-V（T为动能，V为势能），对动能和势能分别求偏导，经过一系列推导得出动力学方程。9.对于惯性力，根据机器人的质量分布和加速度，利用公式F=ma计算各方向的惯性力分量。对于惯性力矩，先确定各构件的转动惯量，再结合角加速度，通过公式M=Jα（M为惯性力矩，J为转动惯量，α为角加速度）计算。综合考虑机器人的整体运动状态，确定各部分的惯性力和惯性力矩。10.首先求关节1的角速度ω1=θ1'(t)=0.4t，角加速度α1=θ1''(t)=0.4。关节2的角速度ω2=θ2'(t)=0.9t²，角加速度α2=θ2''(t)=1.8t。当t=2s时，ω1=0.8rad/s，α1=0.4rad/s²，ω2=3.6rad/s，α2=3.6rad/s²。根据动力学方程计算关节1的驱动力矩M1=m1l1²α1+m2(l1²α1+l2²α2+2l1l2α2cos(θ2-θ1))，关节2的驱动力矩M2=m2l2²α2+2m2l1l2α2cos(θ2-θ1)，代入数据计算可得M1和M2的值。11.根据牛顿-欧拉方法，先确定机器人各构件的质量、质心位置、转动惯量等参数。利用速度和加速度信息，计算各构件的惯性力和惯性