202506三级机器人技术试题及答案

202506三级机器人技术试题及答案一、单项选择题（共20题，每题2分，共40分）1.工业机器人典型的自由度数量为（）A.3轴B.4轴C.6轴D.8轴2.以下哪种坐标系以机器人末端执行器为原点（）A.基坐标系B.关节坐标系C.工具坐标系D.世界坐标系3.机器人用伺服电机与普通电机的核心区别在于（）A.更高的功率B.闭环控制能力C.更低的转速D.交流供电4.激光雷达（LiDAR）在移动机器人中的主要作用是（）A.检测温度B.测量距离与环境建模C.感知触觉D.识别颜色5.以下不属于机器人轨迹规划方法的是（）A.三次样条插值B.梯形速度曲线C.卡尔曼滤波D.直线插补6.工业机器人常用的减速器类型是（）A.圆柱齿轮减速器B.RV减速器C.蜗轮蜗杆减速器D.行星齿轮减速器7.编码器的分辨率单位通常表示为（）A.脉冲/转B.伏特C.牛顿D.赫兹8.机器人正运动学求解的是（）A.已知关节角度求末端位姿B.已知末端位姿求关节角度C.轨迹规划路径D.力控制参数9.以下哪种传感器属于接触式传感器（）A.超声波传感器B.触觉传感器C.视觉摄像头D.红外测距仪10.机器人控制中，PID控制器的“D”代表（）A.比例控制B.积分控制C.微分控制D.前馈控制11.协作机器人与工业机器人的主要区别是（）A.更高的负载能力B.具备力感知与安全停止功能C.只能使用交流电机D.必须安装在固定基座12.移动机器人SLAM技术的全称是（）A.同步定位与地图构建B.路径规划与导航C.传感器数据融合D.机械臂逆运动学求解13.以下哪种驱动方式不适用于机器人关节（）A.液压驱动B.气压驱动C.步进电机驱动D.蒸汽机驱动14.机器人末端执行器（末端工具）的设计核心是（）A.外观美观B.与任务需求匹配的功能C.材料成本最低D.重量最大15.工业机器人重复定位精度的单位通常是（）A.毫米B.度C.千克D.瓦16.以下属于机器人动力学参数的是（）A.关节最大速度B.连杆质量与惯性矩C.编码器分辨率D.通信协议类型17.视觉传感器在机器人中的典型应用不包括（）A.目标识别与定位B.焊缝跟踪C.温度监测D.零件缺陷检测18.机器人编程语言中，RAPID是（）的专用语言A.ABB机器人B.发那科机器人C.库卡机器人D.优傲机器人19.移动机器人差速驱动的特点是（）A.只能直线移动B.通过左右轮速差实现转向C.需要4个驱动轮D.无法原地旋转20.机器人安全规范中，急停按钮的颜色必须是（）A.绿色B.红色C.黄色D.蓝色二、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.以下属于机器人触觉传感器的有（）A.应变片式传感器B.压电式传感器C.电容式传感器D.激光位移传感器3.机器人轨迹规划需要考虑的约束条件包括（）A.关节速度限制B.末端执行器姿态要求C.障碍物规避D.电池续航时间4.伺服电机的控制方式通常有（）A.位置控制B.速度控制C.扭矩控制D.开环控制5.移动机器人导航技术包括（）A.惯性导航（IMU）B.视觉导航C.磁条导航D.GPS导航（室内场景）6.机器人动力学建模的目的是（）A.计算关节力矩需求B.优化轨迹规划C.设计控制器参数D.求解正运动学7.以下属于工业机器人安全防护措施的是（）A.安全围栏B.光幕传感器C.力反馈停止功能D.彩色外观标识8.机器人传感器数据融合的方法包括（）A.卡尔曼滤波B.贝叶斯估计C.神经网络D.PID控制9.协作机器人的安全特性包括（）A.碰撞检测与停止B.最大速度限制C.轻量化设计D.必须由人工操作10.机器人编程语言的类型包括（）A.示教再现语言B.动作级语言C.任务级语言D.自然语言三、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.编码器分为增量式编码器和__________编码器，后者可直接输出绝对位置信息。3.机器人控制中，PWM（脉宽调制）技术主要用于调节__________的输出。4.移动机器人的路径规划可分为全局路径规划和__________路径规划，后者侧重动态障碍物规避。5.机械臂的工作空间由__________空间和姿态空间共同决定。6.机器人用RV减速器的“RV”是__________（英文缩写）的简称。7.视觉系统的标定包括相机内参标定和__________标定，用于建立图像坐标与世界坐标的映射。8.力控制模式下，机器人需要感知末端与环境的__________信息，通常通过力/力矩传感器实现。9.工业机器人的重复定位精度是指在相同条件下，多次到达同一位置的__________程度。10.协作机器人的典型负载范围通常为__________千克，适用于轻量级装配任务。四、简答题（共5题，每题6分，共30分）1.简述直流伺服电机与步进电机在机器人驱动中的优缺点比较。2.说明机器人正运动学与逆运动学的区别，并各举一个工程应用场景。3.解释移动机器人“里程计（Odometry）”的定义及其误差来源。4.列举工业机器人常用的通信接口（至少4种），并说明其适用场景。5.简述机器人安全等级评估的主要考虑因素（至少4项）。五、应用分析题（共3题，第1题10分，第2题15分，第3题25分，共50分）1.（轨迹规划计算）某6轴工业机器人需要从点A（关节角度：θ1=30°，θ2=45°，θ3=60°）移动到点B（θ1=60°，θ2=30°，θ3=45°），采用三次多项式插值规划关节1的轨迹，总运动时间t=2秒。要求：（1）写出三次多项式的一般形式；（2）计算关节1的轨迹参数（系数a0a3）；（3）求出t=1秒时关节1的角度、速度和加速度。2.（传感器应用分析）某搬运机器人需在仓库环境中实现货物（尺寸500mm×300mm×200mm，重量15kg）的自动抓取，现有以下传感器可选：激光雷达（量程0.150m，精度±2cm）、视觉摄像头（分辨率1920×1080，支持RGBD）、力/力矩传感器（量程050N，精度±0.1N）、超声波传感器（量程0.38m，精度±3cm）。要求：（1）设计传感器配置方案（需说明各传感器的安装位置与作用）；（2）分析传感器数据融合的必要性及融合方法；（3）提出避免传感器干扰的具体措施。3.（综合设计题）设计一个用于电子元件（尺寸20mm×10mm×5mm，重量5g）装配的协作机器人系统，要求：（1）确定机器人本体的关键参数（自由度、负载、重复定位精度、工作空间）；（2）选择末端执行器类型并说明设计依据；（3）设计控制系统架构（需包含硬件组成与软件模块）；（4）制定安全防护方案（需符合ISO102181:2011标准）。参考答案一、单项选择题1.C2.C3.B4.B5.C6.B7.A8.A9.B10.C11.B12.A13.D14.B15.A16.B17.C18.A19.B20.B二、多项选择题1.ABCD2.ABC3.ABC4.ABC5.ABC（注：室内GPS精度不足，通常不选）6.ABC7.ABC8.ABC9.ABC10.ABC三、填空题1.关节2.绝对式3.电机转速（或电压/电流）4.局部（或实时）5.位置6.RotationalVector7.外参8.力/力矩9.一致（或分散度）10.0.530（或具体品牌典型值如0.516）四、简答题（要点）1.直流伺服电机：优点响应快、精度高、可闭环控制；缺点成本高、需编码器反馈。步进电机：优点开环控制、成本低、定位精确（无累积误差）；缺点高速力矩下降、易失步、噪声大。机器人中伺服用于高精度场景（如装配），步进用于低速定位（如简单搬运）。2.正运动学：已知关节角度求末端位姿（如编程时计算工具到达位置）；逆运动学：已知末端位姿求关节角度（如给定目标点后求解各轴角度）。工程场景：正运动学用于离线编程验证轨迹；逆运动学用于实时控制中根据目标位姿驱动关节。3.里程计：通过轮式移动机器人的轮速/角度数据推算位置的方法。误差来源：车轮打滑、地面不平整、编码器精度误差、轮径测量误差。4.常用接口：①RS485（长距离通信，如多传感器联网）；②EtherCAT（高速实时控制，如伺服驱动器通信）；③CAN总线（抗干扰强，用于车载机器人）；④TCP/IP（与上位机数据交互，如视觉系统通信）。5.安全评估因素：机器人运动范围与速度、负载质量、末端执行器类型（如尖锐工具）、操作人员接近频率、环境障碍物分布、紧急停止响应时间。五、应用分析题1.轨迹规划计算（1）三次多项式形式：θ(t)=a₀+a₁t+a₂t²+a₃t³（2）边界条件：t=0时θ=30°，速度=0；t=2时θ=60°，速度=0。联立方程：θ(0)=a₀=30°θ’(0)=a₁=0θ(2)=30+0+4a₂+8a₃=60→4a₂+8a₃=30θ’(2)=0+2a₂+12a₃=0→2a₂+12a₃=0解得：a₂=22.5°/s²，a₃=3.75°/s³（3）t=1s时：θ=30+0+22.5×1²3.75×1³=48.75°速度=θ’=2×22.5×1+3×(3.75)×1²=4511.25=33.75°/s加速度=θ''=2×22.5+6×(3.75)=4522.5=22.5°/s²2.传感器应用分析（1）配置方案：①激光雷达安装于机器人顶部（360°扫描），用于仓库全局建图与导航；②RGBD摄像头安装于机械臂末端（随动），用于货物位置识别与三维定位；③力/力矩传感器安装于末端与抓手之间，用于抓取时的力控制（防压损货物）；④超声波传感器安装于底盘四周（补盲），用于近距离障碍物检测（如货架边缘）。（2）数据融合必要性：单一传感器存在局限性（如摄像头易受光照影响，激光雷达无法识别透明物体），融合后可提高定位与检测可靠性。融合方法：激光雷达与里程计用卡尔曼滤波融合定位；摄像头与力传感器用贝叶斯估计判断抓取状态。（3）抗干扰措施：①激光雷达与超声波传感器使用不同频率（避免同频干扰）；②摄像头加装滤光片（减少环境光干扰）；③力传感器接地屏蔽（减少电磁噪声）；④软件层面设置数据时间戳同步（避免时序误差）。3.综合设计题（1）本体参数：自由度6（满足电子元件多姿态装配需求）；负载≥0.5kg（覆盖5g元件及抓手重量）；重复定位精度±0.02mm（保证微小元件装配精度）；工作空间≥直径500mm（覆盖装配台范围）。（2）末端执行器：选择真空吸盘（无接触损伤）或微夹爪（平行开合，夹力0.10.5N）。设计依据：元件轻小，需避免机械应力损伤；真空吸盘适用于光滑表面（如芯片），夹爪适用于带凸台元件。（3）控制系统架构：硬件：工控机（上位机）、运动控制器（如倍福CX系列）、伺服驱动器（多轴