2025年大学（机器人工程）机器人运动学分析实务测试题及答案

2025年大学（机器人工程）机器人运动学分析实务测试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题，共40分）每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确选项前的字母填在题后的括号内。(总共8题，每题5分)1.机器人运动学中，研究机器人手部位置和姿态的变化与关节变量之间关系的是（）A.运动学正问题B.运动学逆问题C.动力学正问题D.动力学逆问题2.对于一个具有n个自由度的机器人，其运动学方程的个数为（）A.nB.2nC.3nD.6n3.机器人运动学中的齐次坐标表示法，其优点不包括（）A.简化坐标变换计算B.便于描述刚体运动C.增加计算复杂度D.统一表示位置和姿态4.在机器人运动学中，用于描述刚体绕某轴旋转的变换矩阵是（）A.平移矩阵B.旋转矩阵C.齐次坐标矩阵D.投影矩阵5.机器人运动学中，雅可比矩阵的作用是（）A.描述机器人的动力学特性B.计算机器人的运动速度C.求解运动学逆问题D.以上都是6.对于一个串联机器人，其运动学分析通常采用的方法是（）A.牛顿-欧拉法B.拉格朗日法C.递推法D.以上都可以7.机器人运动学中，关节空间和操作空间的关系是（）A.关节空间是操作空间的一种表示B.操作空间是关节空间的一种表示C.两者相互独立D.两者通过雅可比矩阵联系起来8.在机器人运动学中，当机器人的自由度增加时，其运动学分析的难度（）A.增加B.减少C.不变D.不确定第II卷（非选择题，共60分）9.简答题：简述机器人运动学正问题和逆问题的定义及求解意义。(10分)10.简答题：说明齐次坐标表示法在机器人运动学中的应用原理。(10分)11.计算题：已知一个2自由度平面关节机器人，关节1的转角为θ1=π/4，关节2的转角为θ2=π/3，求末端执行器的位置和姿态。(20分)12.材料分析题：材料：在机器人运动学研究中，常常需要对机器人的运动进行精确建模和分析。某科研团队针对一款新型机器人，建立了其运动学模型，并通过实验验证了模型的准确性。在实验过程中，他们发现当机器人的关节参数发生微小变化时，末端执行器的位置和姿态会有明显的改变。问题：请分析这种现象对机器人运动学分析的影响，并说明如何在实际应用中利用这一特性。(15分)13.论述题：论述机器人运动学在机器人设计、控制和应用中的重要性。(5分)答案：1.A2.C3.C4.B5.B6.C7.D8.A9.运动学正问题是已知关节变量，求解机器人手部的位置和姿态；其求解意义在于根据机器人关节的运动来确定末端执行器的运动状态。运动学逆问题是已知机器人手部的位置和姿态，求解关节变量；其求解意义在于规划机器人从初始状态到目标状态的运动路径。10.齐次坐标表示法通过在普通坐标的基础上增加一个维度，将位置和姿态统一表示。在机器人运动学中，利用齐次坐标矩阵可以方便地进行坐标变换，简化了平移、旋转等操作的计算，使得描述刚体在空间中的运动更加简洁和高效。11.设关节1到末端执行器的长度为l1，关节2到末端执行器的长度为l2。末端执行器的x坐标：x=l1cos(θ1)+l2cos(θ1+θ2)末端执行器的y坐标：y=l1sin(θ1)+l2sin(θ1+θ2)将θ1=π/4，θ2=π/3代入计算可得：x=l1cos(π/4)+l2cos(π/4+π/3)y=l1sin(π/4)+l2sin(π/4+π/3)姿态可通过计算方向余弦矩阵得到。12.这种现象表明机器人运动学模型对关节参数的敏感性。在运动学分析中，需要精确考虑关节参数变化对末端执行器运动的影响，以提高模型的准确性。在实际应用中，可以利用这一特性进行机器人的精度校准和误差补偿。例如，通过监测关节参数的变化，实时调整机器人的运动控制指令，确保末端执行器能够准确到达目标位置。13.机器人运动学在机器人设计中，可用于确定机器人的结构和关节配置，优化机器人的运动性能。在控制方面，运动学