2025年机器人技术工程师考试试卷及答案

2025年机器人技术工程师考试试卷及答案一、单项选择题（每题1分，共20分）1.在六自由度串联机械臂中，若第3关节为移动副，则其DH参数表中对应的θ3应取A.0°B.90°C.90°D.任意常数答案：A2.某伺服电机额定转速3000r/min，编码器线数为2500ppr，经4倍频后，每转脉冲数为A.2500B.5000C.7500D.10000答案：D3.在ROS2中，用于实时图像传输的默认QoS策略是A.SensorDataB.DefaultC.ParametersD.SystemDefaults答案：A4.下列哪种路径规划算法天然支持动态障碍物重规划A.AB.DLiteC.RRTD.PRM答案：B5.若力矩传感器量程为±10N·m，输出模拟电压±5V，则其灵敏度为A.0.25V/(N·m)B.0.5V/(N·m)C.1V/(N·m)D.2V/(N·m)答案：B6.在工业相机标定中，若像素坐标系u轴与图像x轴夹角为0，则内参矩阵中s（倾斜因子）应取A.0B.1C.fxD.fy答案：A7.采用CANopen协议时，心跳报文的COBID由下列哪部分决定A.NodeIDB.功能码C.索引D.子索引答案：A8.某移动机器人采用两轮差动模型，轮距0.4m，若左轮速度0.3m/s，右轮速度0.5m/s，则机器人角速度为A.0.2rad/sB.0.25rad/sC.0.5rad/sD.1rad/s答案：B9.在SLAM中，若闭环检测失败最可能导致的后果是A.局部漂移B.全局轨迹发散C.特征丢失D.计算量下降答案：B10.下列哪种材料最适合用作柔性气动手指的应变层A.硅胶B.聚酰亚胺C.芳纶D.聚乙烯答案：C11.若使用PID控制器，积分饱和最可能引发A.超调减小B.稳态误差增大C.响应变慢D.振荡加剧答案：D12.在MoveIt中，用于碰撞检测的默认库是A.ODEB.BulletC.FCLD.PhysX答案：C13.某谐波减速器减速比为100:1，若输入转速为3000r/min，则输出轴理论转速为A.30r/minB.300r/minC.0.3r/minD.3r/min答案：A14.对于直流无刷电机，梯形波驱动相比正弦波驱动的主要缺点是A.转矩脉动大B.效率低C.成本高D.控制复杂答案：A15.在机器人力控打磨中，常采用下列哪种坐标系作为柔顺参考A.基坐标系B.工具坐标系C.工件坐标系D.世界坐标系答案：C16.若激光雷达角分辨率为0.25°，则扫描360°可得到点数为A.720B.1080C.1440D.2880答案：C17.在深度强化学习中，DDPG算法属于A.基于策略B.基于价值C.ActorCriticD.模型预测答案：C18.下列哪项不是EtherCAT的实时机制A.分布式时钟B.帧处理ontheflyC.主从轮询D.优先级队列答案：D19.若机器人末端执行器质量增加，则其固有频率将A.增加B.减小C.不变D.先增后减答案：B20.在Gazebo中，用于模拟激光噪声的标签是A.<noise>B.<stddev>C.<gaussian>D.<random>答案：A二、多项选择题（每题2分，共20分，多选少选均不得分）21.下列哪些属于机器人操作系统实时性提升策略A.Xenomai补丁B.PREEMPT_RTC.内存池管理D.非分页内存E.千兆以太网答案：ABCD22.关于IMU误差模型，正确的有A.零偏不稳定性随温度变化B.随机游走属于高频噪声C.刻度因子误差为乘性误差D.交轴耦合误差可用3×3矩阵描述E.g灵敏度与加速度无关答案：ACD23.下列哪些方法可用于机器人碰撞检测加速A.AABB层次树B.kdopC.GPU并行D.稀疏voxelE.随机采样答案：ABCD24.在SCARA机器人动力学方程中，可能包含的项有A.惯性力B.科氏力C.离心力D.重力E.摩擦力答案：ABCE25.关于深度相机，正确的有A.结构光易受阳光干扰B.ToF精度与积分时间成正比C.双目基线越大，远距误差越小D.主动stereo需要投射纹理E.RGBD可直接输出点云答案：ACDE26.下列哪些属于ROS2节点生命周期状态A.unconfiguredB.inactiveC.activeD.finalizedE.errorprocessing答案：ABCDE27.在机器人手眼标定中，需要已知的数据有A.机器人基座到末端位姿B.相机到靶标位姿C.靶标到机器人基座位姿D.相机内参E.机器人关节角答案：ABE28.关于柔性关节电机，正确的有A.采用谐波减速器可减小回程差B.弹性元件可储能C.固有频率低于刚性关节D.可实现能量回收E.控制带宽高于刚性关节答案：ABCD29.下列哪些算法可用于六维力传感器温度漂移补偿A.多项式拟合B.卡尔曼滤波C.小波去噪D.神经网络E.滑动平均答案：ABD30.在移动机器人定位中，可用于全局初始化的有A.GPSB.二维码C.反光板D.粒子滤波重采样E.磁钉答案：ABCE三、填空题（每空2分，共20分）31.某步进电机步距角1.8°，驱动器采用32细分，则每转脉冲数为________。答案：640032.若机器人末端速度雅可比矩阵J为6×n矩阵，当n<6时，该机器人处于________状态。答案：欠驱动33.在MoveIt的OMPL配置文件中，range参数用于设置________算法的步长。答案：RRT34.某伺服驱动器采用PI电流环，若Kp=0.8，Ki=100，则其转折频率为________rad/s。答案：12535.在ROS中，话题通信基于________传输协议，默认端口为11311。答案：TCPROS36.若激光雷达测距精度为±10mm，服从均匀分布，则其标准差为________mm。答案：5.7737.某谐波减速器柔轮齿数200，刚轮齿数202，则减速比为________。答案：10138.在机器视觉中，若镜头焦距16mm，像元尺寸4.5µm，则理论空间分辨率为________lp/mm。答案：111.139.采用梯形速度规划，加速度为2m/s²，最大速度1m/s，位移0.75m，则匀速段时间为________s。答案：0.2540.若机器人重复定位精度为±0.02mm，按3σ准则，其标准差为________mm。答案：0.0067四、简答题（共30分）41.（封闭型，6分）说明为什么柔性关节系统需要采用力矩传感器而非电流环估算力矩，列举两条主要原因。答案：1.谐波减速器摩擦与弹性变形非线性大，电流力矩模型误差可达±15%；2.弹性元件引入附加扭矩，电流环无法区分负载与弹性扭矩，导致力控稳态误差大。42.（开放型，8分）某工厂需将传统PLC控制的6轴机械臂升级为开放式ROS2控制，请给出硬件与软件改造要点，并评估风险。答案：硬件：更换支持EtherCAT的伺服驱动；增加工业PC运行ROS2；保留原急停链；增加安全PLC做双通道监控。软件：移植原Gcode解析到MoveIt2；编写EtherCAT主站驱动；采用ros2_control框架；增加安全速度/位置边界节点。风险：实时性不足需Xenomai；旧IO模块无ROS驱动需中间层；安全认证需重新做PLd；操作工培训成本高。43.（封闭型，6分）推导两轮差动机器人里程计公式，给出位移Δs与航向角Δθ的表达式。答案：设轮距L，左轮位移Δsl，右轮Δsr，则Δs=(Δsl+Δsr)/2，Δθ=(ΔsrΔsl)/L。44.（开放型，10分）某服务机器人需在同一楼层乘电梯，请设计一套基于ROS2的电梯交互系统，说明感知、决策、执行模块及通信协议。答案：感知：顶部3DLiDAR检测电梯门开闭；YOLOv5识别楼层按钮；麦克风阵列获取语音“开门/关门”。决策：状态机管理“呼叫进入选层退出”四态；采用BehaviorTree处理异常重试。执行：机械臂末端安装导电硅胶点击按钮；语音合成播报“请让行”。通信：电梯公司开放ModbusTCP寄存器映射楼层与门状态；机器人运行ros2_modbus_bridge节点；QoS设为Reliable，周期100ms；安全：通过电梯光幕二次确认门开，超时5s退出并报警。五、计算题（共30分）45.（10分）某SCARA机器人大臂长度l1=300mm，小臂l2=250mm，关节1最大速度ω1=3rad/s，关节2最大速度ω2=4rad/s。求末端在坐标(400,0)mm处进行直线插补时的最大允许速度。解：由逆解得θ2=arccos[(400²300²250²)/(2×300×250)]=0.38rad，θ1=arctan2(0,400)arctan2(250sinθ2,300+250cosθ2)=0.22rad。雅可比矩阵J=[300sinθ1250sin(θ1+θ2)250sin(θ1+θ2);300cosθ1+250cos(θ1+θ2)250cos(θ1+θ2)]，代入得J=[183.295.1;483.2237.1]。速度椭球最大奇异值σmax=527.4mm/rad，则vmax=σmax·min(ω1,ω2)=527.4×3=1582mm/s。受关节速度限制，实际最大线速度1.58m/s。答案：1.58m/s46.（10分）某六维力传感器测量值Fx=10N，Fy=0N，Fz=20N，Tx=0.5N·m，Ty=1.2N·m，Tz=0N·m。传感器坐标系原点距机器人末端法兰中心(0,0,100)mm，求在法兰中心处等效合力与力矩。解：力不变，F=(10,0,20)N。力矩平移：r=(0,0,0.1)m，ΔT=r×F=(0,0.1×100,0)=(0,1,0)N·m，故新力矩T’=(0.5,1.2,0)+(0,1,0)=(0.5,2.2,0)N·m。答案：F=(10,0,20)N，T=(0.5,2.2,0)N·m47.（10分）某AGV满载质量m=200kg，车轮半径r=0.1m，减速比i=20，电机额定转矩Tn=5N·m，路面坡度θ=5°，滚动阻力系数f=0.01，求电机所需最大转矩并判断是否满足额定。解：坡度阻力F1=mgsinθ=200×9.81×0.087=170.7N；滚动阻力F2=mgfcosθ=200×9.81×0.01×0.996=19.5N；总力F=190.2N；车轮转矩Tw=Fr=19.02N·m；电机转矩Tm=Tw/i=0.95N·m；加速裕量取2倍，则Tpeak=1.9N·m<5N·m。答案：1.9N·m，满足。六、综合分析题（共30分）48.（15分）某协作机器人需在无围栏的人机共存场景下搬运5kg玻璃基板，要求定位精度±0.1mm，循环节拍3s。现有方案：关节采用17位绝对编码器+谐波减速器（减速比100），末端执行器为真空吸盘。请完成：(1)计算关节侧所需最小分辨率；(2)评估减速器背隙对定位的影响；(3)提出满足安全等级PLd的传感器配置；(4)给出节拍优化策略。答案：(1)末端0.1mm对应关节角Δθ=0.1/（2π×0.8×100）×360°=0.007°，17位编码器分辨360°/131072=0.0027°<0.007°，满足。(2)普通谐波背隙1arcmin=0.017°>0.007°，需选用零背隙<0.5arcmin或加闭环力矩补偿。(3)双通道安全编码器+安全扭矩关断(STO)；末端加六维力传感器，阈值≤150N碰撞力；安全PLC做双通道交叉校验；激光安全扫描仪2m监控，一旦入侵降速至0.25m/s。(4)采用S曲线加减速，加速度8m/s²，最大速度1.5m/s，路径分段预规划，MoveIt2并行轨迹生成，通信周期1ms，真空开关≤50ms，总节拍2.7s<3s。49.（15分）某户外巡检机器人采用四轮独立驱动，需通过10°斜坡，坡长5m，坡后紧接半径5m的左转弯，路面附