2025年机器人四级考试题目及答案

2025年机器人四级考试题目及答案一、单项选择题（共15题，每题2分，共30分）1.工业机器人的“自由度”通常指（）A.机器人末端执行器可到达的空间范围B.机器人各关节独立运动的数量C.机器人能够完成的基本动作类型D.机器人控制系统的编程灵活度2.以下哪种传动机构常用于工业机器人的关节驱动，具有高传动比、小体积特点？（）A.齿轮齿条传动B.谐波减速器C.带传动D.丝杠螺母传动3.光电编码器的主要功能是（）A.检测机器人关节的角度或转速B.测量环境温度C.识别物体颜色D.检测障碍物距离4.在机器人运动学中，DH参数法用于（）A.计算机器人的工作空间B.建立关节坐标系与末端执行器的位姿关系C.分析机器人的动力学特性D.优化轨迹规划算法5.以下哪种传感器属于接触式传感器？（）A.激光雷达B.力传感器C.超声波传感器D.视觉摄像头6.步进电机的步距角为1.8°，驱动频率为1000Hz时，电机的转速约为（）A.300r/minB.500r/minC.1000r/minD.1500r/min（注：转速公式：n=60f/(kθ)，k为细分倍数，此处k=1）7.机器人轨迹规划中的“直线插补”是指（）A.末端执行器沿直线运动时，各关节按比例同步运动B.仅控制末端执行器起点和终点，中间路径自由C.关节空间内各关节沿直线运动D.采用二次多项式规划速度曲线8.以下哪种通信协议常用于机器人多传感器数据的高速同步传输？（）A.RS232B.CAN总线C.蓝牙D.WiFi9.机器人动力学方程中的惯性力项主要与（）相关A.关节加速度B.关节速度C.关节位置D.外部负载重量10.服务机器人常用的SLAM（同步定位与地图构建）技术中，激光SLAM与视觉SLAM的主要区别在于（）A.激光SLAM依赖点云数据，视觉SLAM依赖图像特征B.激光SLAM仅用于室内，视觉SLAM仅用于室外C.激光SLAM成本更低，视觉SLAM精度更高D.激光SLAM实时性差，视觉SLAM实时性好11.工业机器人的重复定位精度是指（）A.多次到达同一目标点的位置误差的最大值B.单次运动中末端执行器的最大位置偏差C.机器人工作空间的最大范围D.关节运动的最小分辨角度12.以下哪种电机适合作为机器人关节的伺服驱动？（）A.直流有刷电机（低功率）B.交流永磁同步电机C.单相异步电机D.开关磁阻电机13.机器人触觉传感器的主要作用是（）A.检测物体表面的压力分布B.测量环境光照强度C.识别物体材质D.定位声源方向14.在机器人控制中，开环控制与闭环控制的根本区别是（）A.是否有反馈环节B.是否需要编程C.控制精度高低D.执行机构类型15.以下哪项是协作机器人（Cobot）的典型特征？（）A.负载能力超过100kgB.具备力反馈安全机制C.仅支持示教编程D.工作空间完全封闭二、多项选择题（共10题，每题3分，共30分。每题至少2个正确选项，错选、漏选均不得分）1.工业机器人的组成部分包括（）A.机械本体B.控制系统C.驱动系统D.传感器系统2.以下属于机器人轨迹规划内容的有（）A.确定各关节的位置、速度、加速度曲线B.计算末端执行器的路径形状（如直线、圆弧）C.优化运动时间以提高效率D.分析机器人的静力学平衡3.步进电机的特点包括（）A.控制精度高（与步距角相关）B.无需编码器即可实现位置控制C.高速时扭矩下降明显D.适合大惯量负载的快速启停4.机器人传感器按测量对象分类，包括（）A.内部传感器（如编码器）B.外部传感器（如视觉传感器）C.数字传感器D.模拟传感器5.PID控制器中的三个参数分别对应（）A.比例（P）：消除稳态误差B.积分（I）：减小动态误差C.微分（D）：抑制超调D.比例（P）：快速响应偏差6.谐波减速器的组成部分包括（）A.刚轮B.柔轮C.波发生器D.行星轮7.服务机器人导航技术中，常用的定位方法有（）A.惯性导航（IMU）B.视觉定位（基于特征点匹配）C.GPS（室外环境）D.磁导航（沿预埋磁条）8.机器人运动学分为（）A.正向运动学（已知关节角度求末端位姿）B.逆向运动学（已知末端位姿求关节角度）C.动力学（力与运动的关系）D.静力学（平衡状态下的力分析）9.以下哪些场景适合使用并联机器人？（）A.高速分拣（如食品包装线）B.大负载搬运（如汽车焊接）C.高精度装配（如3C电子）D.复杂曲面加工（如模具雕刻）10.机器人安全标准（如ISO10218）对工业机器人的要求包括（）A.急停功能B.防护围栏（非协作模式下）C.负载能力无限制D.故障自检与报警三、填空题（共10题，每题2分，共20分）1.工业机器人按结构形式分类，常见的有直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型和________型。2.编码器分为增量式和绝对式，其中________编码器在断电后仍能保存位置信息。3.机器人关节的传动比是输入轴转速与输出轴转速的比值，若电机转速为3000r/min，关节输出转速为100r/min，则传动比为________。4.激光雷达通过发射________并接收反射信号来测量距离。5.在机器人控制系统中，通常将控制周期分为采样、计算和________三个阶段。6.逆运动学求解时可能出现的问题包括多解性、________和奇异位形。7.伺服电机的“扭矩速度曲线”显示，随着转速升高，电机的最大输出扭矩会________（填“增大”或“减小”）。8.机器人触觉传感器的核心指标包括空间分辨率、________和动态响应范围。9.RS485通信协议支持________（填“单工”“半双工”或“全双工”）通信，最远传输距离约为1200米。10.协作机器人的安全功能通常包括力反馈停止、________和速度限制。四、简答题（共5题，每题6分，共30分）1.简述差分驱动机器人（两轮差速）的运动原理，并说明其转向方式。2.谐波减速器相比传统齿轮减速器有哪些优势？（至少列出3点）3.解释机器人“工作空间”与“可达空间”的区别，并举例说明。4.激光雷达与视觉摄像头在环境感知中的优缺点分别是什么？（各列2点）5.简述PID控制器中积分饱和现象的成因及解决方法。五、应用题（共4题，共40分）1.自由度计算（10分）某串联机器人结构如图所示（假设结构为：基座→旋转关节（绕Z轴）→移动关节（沿Y轴）→旋转关节（绕X轴）→末端执行器）。（1）根据自由度计算公式（欧拉公式：F=6n5j14j23j32j4j5，其中n为活动构件数，j1~j5为1~5自由度的关节数），计算该机器人的自由度。（2）说明该机器人是否具备空间任意位姿的调整能力（即是否为6自由度机器人）。2.步进电机控制计算（10分）某机器人关节使用步进电机驱动，参数如下：步距角1.8°，细分数为8，驱动脉冲频率为5000Hz。（1）计算电机的实际步距角（细分后）。（2）计算电机的转速（单位：r/min）。3.PID参数调整分析（10分）某机器人伺服系统在阶跃输入下的响应曲线出现以下问题：初始阶段超调量过大（>30%）稳态误差为5%（未消除）调整时间过长（>2s）根据PID控制原理，分析应如何调整P、I、D参数以改善性能（需说明各参数调整对问题的具体影响）。4.轨迹规划插补计算（10分）机器人末端执行器需从点A（0,0,0）直线插补到点B（200mm,150mm,100mm），总运动时间为2s，采用三次多项式规划速度曲线（起始和终止速度均为0）。（1）写出X轴方向的位置函数x(t)（t∈[0,2]）。（2）计算t=1s时末端在X轴的位置和速度。参考答案一、单项选择题1.B2.B3.A4.B5.B6.A（计算：n=60×1000/(1×360/1.8)=60000/200=300r/min）7.A8.B9.A10.A11.A12.B13.A14.A15.B二、多项选择题1.ABCD2.ABC3.ABC4.AB5.CD（注：I消除稳态误差，P快速响应，D抑制超调）6.ABC7.ABCD8.AB9.AC10.ABD三、填空题1.关节2.绝对式3.30:14.激光（或红外光）5.输出6.无解7.减小8.力分辨率（或灵敏度）9.半双工10.碰撞检测四、简答题1.差分驱动原理：通过左右两轮的转速差实现转向，直行时两轮同速，左转时左轮转慢（或反转）、右轮转快，右转反之。转向方式为差速转向，无独立转向轮，转弯半径与两轮速度差成反比。2.优势：①传动比大（通常50~300）；②体积小、重量轻；③传动精度高（回差小）；④传动效率高（可达90%以上）；⑤运动平稳（柔轮弹性变形均匀）。3.工作空间：机器人末端执行器能到达的所有点的集合（仅位置）；可达空间：末端能以任意姿态到达的点的集合（位置+姿态）。例如，6自由度机器人的工作空间包含可达空间，而4自由度机器人（如SCARA）的工作空间大，但部分点无法调整姿态（如绕Z轴旋转自由度缺失）。4.激光雷达优点：测距精度高（±mm级）、受光照影响小；缺点：成本高、无法获取颜色/纹理信息。视觉摄像头优点：信息丰富（颜色、纹理）、成本低；缺点：受光照/遮挡影响大、测距精度低（需双目或结构光辅助）。5.积分饱和成因：系统误差长时间存在时，积分项累积过大，即使误差反向，积分项仍需较长时间释放，导致超调。解决方法：①积分分离（误差大时关闭积分）；②抗饱和积分（限制积分项输出范围）；③遇限削弱积分（达到输出限幅时停止积分）。五、应用题1.（1）活动构件数n=3（基座固定，3个活动关节连接的构件）；关节均为1自由度（旋转或移动），j1=3。自由度F=6×35×3=1815=3。（2）不具备，6自由度机器人需至少6个独立关节，该机器人仅3自由度，只能调整位置（X/Y/Z中的部分）或部分姿态。2.（1）细分后步距角=1.8°/8=0.225°。（2）转速n=60×f/(360/θ细分)=60×5000/(360/0.225)=60×5000/1600=187.5r/min。3.调整建议：①增大D参数：抑制超调（微分环节对误差变化率敏感，可提前产生阻尼）；②增大I参数：消除稳态误差（积分环节累积误差，提高积分系数可加快误差消除）