2025年大学机器人工程（机器人系统设计）试题及答案

2025年大学机器人工程（机器人系统设计）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：本大题共10小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1.以下关于机器人运动学的描述，错误的是A.运动学主要研究机器人各关节的运动参数关系B.可以通过运动学分析来确定机器人末端执行器的位置和姿态C.运动学只涉及机器人的静态位置，不考虑运动过程D.运动学是机器人系统设计的重要基础之一2.机器人动力学研究的主要内容是A.机器人各部件的材料特性B.机器人在运动过程中力与运动的关系C.机器人的外形设计对性能的影响D.机器人的控制系统原理3.下列哪种传感器不属于机器人常用的位置传感器A.激光位移传感器B.红外传感器C.编码器D.光栅尺4.机器人编程语言中，用于实现条件判断和循环结构的语句是A.赋值语句B.运动指令C.逻辑控制语句D.数据处理语句5.机器人视觉系统中，用于提取图像特征的算法是A.滤波算法B.边缘检测算法C.图像增强算法D.图像压缩算法6.机器人的手臂结构设计中，影响其工作空间大小的关键因素是A.电机功率B.关节数量和类型C.控制器性能D.传感器精度7.以下关于机器人控制系统的说法，正确的是A.开环控制系统精度高，抗干扰能力强B.闭环控制系统能实时反馈并调整控制量C.机器人控制系统只能采用一种控制方式D.控制系统与机器人的机械结构无关8.机器人的通信接口中，常用于连接工业以太网的是A.RS232接口B.USB接口C.CAN总线接口D.Ethernet接口9.机器人路径规划算法中，基于搜索的方法不包括A.A算法B.Dijkstra算法C.遗传算法D.蚁群算法10.机器人的柔顺控制技术主要用于A.提高机器人的运动速度B.增强机器人的负载能力C.使机器人在接触物体时能柔顺操作D.优化机器人的外形设计第II卷（非选择题共70分）二、填空题（共10分）答题要求：本大题共5小题，每小题2分。请在横线上填写正确答案。11.机器人的自由度是指____________________。12.机器人运动学中的正运动学是指____________________。13.机器人视觉系统的核心部件包括____________________、____________________和____________________。14.机器人编程语言中的示教编程方式是指____________________。15.机器人的力传感器通常安装在____________________部位。三、简答题（共20分）答题要求：简要回答下列问题，每题5分。16.简述机器人运动学中常用的坐标表示方法及其特点。17.说明机器人动力学分析的目的和意义。18.列举三种机器人常用的传感器，并说明其工作原理和应用场景。19.简述机器人编程语言的基本功能和分类。四、综合分析题（共20分）答题要求：阅读以下材料，回答问题。材料：某工业机器人用于汽车零部件的焊接工作。其手臂结构为多关节串联式，具有6个自由度。控制系统采用闭环控制方式，配备了激光位移传感器用于焊缝位置检测。机器人编程语言采用示教再现型语言。在焊接过程中，发现机器人焊接的焊缝质量不稳定，有时出现焊接位置偏差较大的情况。20.分析可能导致焊缝质量不稳定和焊接位置偏差大的原因。（10分）21.针对上述问题，提出改进措施。（10分）五、设计题（共20分）答题要求：根据以下要求进行设计。设计一个用于物料搬运的机器人系统，要求：22.描述机器人的整体结构和工作流程。（10分）23.说明所选用的传感器及其作用，以及控制系统的设计思路。（10分）答案：1.C2.B3.B4.C5.B6.B7.B8.D9.C10.C11.机器人具有的独立运动的轴数12.已知关节变量求末端执行器的位姿13.摄像头、图像采集卡、图像处理软件14.通过手动操作机器人，记录其运动轨迹和动作，生成程序15.末端执行器16.常用坐标表示方法有笛卡尔坐标、圆柱坐标、球坐标和关节坐标。笛卡尔坐标直观，便于描述空间位置；圆柱坐标在某些场合计算更简便；球坐标适用于有角度和距离描述需求的情况；关节坐标用于描述机器人各关节的运动。17.目的是分析机器人在运动过程中力与运动的关系。意义在于为机器人的动力学建模、性能优化、控制算法设计等提供理论依据，确保机器人运动的稳定性及可靠性。18.激光位移传感器：利用激光反射原理测量距离，用于物体位置检测和高度测量等；编码器：通过检测轴的旋转速度和位置，确定机器人关节的角度和运动状态；触觉传感器：感知机器人与物体接触时的压力，用于柔顺操作和碰撞检测。19.基本功能包括运动控制、逻辑控制、数据处理等。分类有动作级编程语言、对象级编程语言和任务级编程语言。20.原因可能有：激光位移传感器精度不够或校准不准确，导致焊缝位置检测误差大；机器人运动学模型不准确，影响焊接位置精度；控制系统参数设置不合理，闭环控制效果不佳；机器人编程语言中示教轨迹不准确或存在误差积累。21.改进措施：重新校准激光位移传感器，提高检测精度；对机器人运动学模型进行优化和校准；调整控制系统参数，优化闭环控制效果；对示教轨迹进行精确测量和修正，减少误差积累。22.整体结构可采用直角坐标机器人，由底座、X轴导轨、Y轴滑块、Z轴升降机构和末端抓手组成。工作流程为：机器人接收到物料搬运指令后，X轴带动Y轴滑块移动到物料放置位置上方，Z轴下降使抓手抓取物料，然后X轴和Y