2025 年大学机器人工程（机器人运动学）试题及答案

2025年大学机器人工程（机器人运动学）试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______一、选择题（总共10题，每题3分，每题只有一个正确答案，请将正确答案填写在括号内）1.机器人运动学主要研究机器人的（）。A.运动原理B.动力学特性C.运动几何关系D.控制系统2.机器人的自由度是指（）。A.机器人的工作空间大小B.机器人能够独立运动的关节数量C.机器人的负载能力D.机器人的运动速度3.以下哪种坐标系常用于描述机器人末端执行器的位置和姿态（）。A.笛卡尔坐标系B.柱坐标系C.球坐标系D.关节坐标系4.机器人运动学中的雅可比矩阵描述了（）。A.机器人关节速度与末端执行器速度之间的关系B.机器人关节力与末端执行器力之间的关系C.机器人运动轨迹的平滑性D.机器人的动力学模型5.对于一个具有n个自由度的机器人，其运动学方程的解的数量通常为（）。A.1个B.n个C.无穷多个D.有限个6.机器人运动学逆解的目的是（）。A.根据末端执行器的期望位置和姿态计算关节角度B.根据关节角度计算末端执行器的位置和姿态C.优化机器人的运动轨迹D.分析机器人的动力学性能7.以下哪种方法常用于求解机器人运动学逆解（）。A.数值迭代法B.解析法C.遗传算法D.以上都是8.机器人运动学中的DH参数法主要用于（）。A.建立机器人的运动学模型B.分析机器人的动力学特性C.优化机器人的控制算法D.设计机器人的结构9.当机器人在笛卡尔空间中进行直线运动时，其关节空间的运动轨迹通常是（）。A.直线B.曲线C.折线D.不确定10.机器人运动学中的奇异位形是指（）。A.机器人关节角度达到极限值的位置B.机器人末端执行器无法到达的位置C.机器人雅可比矩阵奇异的位置D.机器人运动速度为零的位置二、多项选择题（总共5题，每题5分，每题有两个或两个以上正确答案，请将正确答案填写在括号内）1.机器人运动学的研究内容包括（）。A.机器人的运动学模型建立B.机器人的运动学逆解求解C.机器人的运动轨迹规划D.机器人的动力学分析E.机器人的控制系统设计2.以下哪些因素会影响机器人的运动学性能（）。A.机器人的结构参数B.机器人的关节刚度C.机器人的负载大小D.机器人的运动速度E.机器人的控制算法3.机器人运动学中的坐标系有（）。A.笛卡尔坐标系B.柱坐标系C.球坐标系D.关节坐标系E.世界坐标系4.求解机器人运动学逆解的方法有（）。A.数值迭代法B.解析法C.遗传算法D.神经网络法E.模拟退火算法5.机器人运动学中的奇异位形会导致（）。A.机器人关节力矩过大B.机器人运动速度降低C.机器人末端执行器无法到达某些位置D.机器人运动精度下降E.机器人发生故障三、判断题（总共10题，每题2分，请判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”）1.机器人运动学只研究机器人的运动几何关系，不涉及动力学问题。（）2.机器人的自由度越多，其运动灵活性越高，但控制难度也越大。（）{答案：√}3.笛卡尔坐标系是描述机器人末端执行器位置和姿态最直观的坐标系。（）{答案：√}4.机器人运动学中的雅可比矩阵是一个方阵。（）{答案：×}5.机器人运动学逆解一定有唯一解。（）{答案：×}6.数值迭代法求解机器人运动学逆解的收敛速度较快。（答案：×）7.DH参数法是一种通用的机器人运动学建模方法。（）{答案：√}8.机器人在奇异位形附近运动时，其运动精度会受到影响。（）{答案：√}9.机器人运动学轨迹规划的目的是使机器人快速、准确地到达目标位置。（）{答案：√}10.机器人运动学中的动力学分析主要研究机器人在运动过程中的受力情况。（）{答案：√}四、简答题（总共3题，每题10分，请简要回答下列问题）1.简述机器人运动学的基本概念和研究内容。2.说明机器人运动学逆解的意义和求解方法。3.分析机器人奇异位形对其运动性能的影响。五、综合题（总共2题，每题15分，请综合运用所学知识解答下列问题）1.已知一个具有3个自由度的机器人，其DH参数如下表所示：|关节i|α(i-1)|a(i-1)|d(i)|θi||---|---|---|---|---||1|0|0|0|θ1||2|π/2|a1|0|θ2||3|0|a2|d3|θ3|请建立该机器人的运动学模型，并推导其运动学方程。2.假设一个机器人的末端执行器需要从初始位置P0(1,1,1)T移动到目标位置P1(2,2,2)T，采用直线插补方式，已知机器人的最大速度vmax=1m/s，加速度amax=1m/s²。请设计该机器人的运动轨迹，并计算运动时间。答案：一、选择题1.C2.B3.A4.A5.D6.A7.D8.A9.B10.C二、多项选择题1.ABCD2.ABCDE3.ABCDE4.ABCDE5.ABCD三、判断题1.×2.√3.√4.×5.×6.×7.√8.√9.√10.√四、简答题1.机器人运动学主要研究机器人的运动几何关系，包括机器人各关节的位置、姿态以及它们之间的运动关系。其研究内容包括运动学模型建立、运动学逆解求解、运动轨迹规划等。2.机器人运动学逆解的意义在于根据末端执行器的期望位置和姿态，计算出机器人各关节的角度，从而实现机器人的运动控制。求解方法有数值迭代法、解析法、遗传算法等。3.机器人奇异位形会导致关节力矩过大、运动速度降低、末端执行器无法到达某些位置以及运动精度下降等问题，影响机器人的运动性能。五、综合题1.运动学模型建立：根据DH参数，确定各关节坐标系，建立连杆坐标系。运动学方程推导：通过坐标变换，逐步推导从基座到末端执行器的齐次变换矩阵，得到运动学方程。具体过程如下：对于关节1：\[T_1=\begin{bmatrix}\cos\theta_1&-\sin\theta_1&0&0\\\sin\theta_1&\cos\theta_1&0&0\\0&0&1&0\\0&0&0&1\end{bmatrix}\]对于关节2：\[T_2=\begin{bmatrix}\cos\theta_2&-\sin\theta_2&0&a_1\\\sin\theta_2&\cos\theta_2&0&0\\0&0&1&0\\0&0&0&1\end{bmatrix}\]对于关节3：\[T_3=\begin{bmatrix}\cos\theta_3&-\sin\theta_3&0&a_2\\\sin\theta_3