2025机器人技术考试题库及答案

2025机器人技术考试题库及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.工业机器人的自由度是指（）A.机器人末端执行器在空间中可独立运动的坐标轴数量B.机器人关节的总数C.机器人能够到达的空间范围D.机器人控制系统的独立控制通道数2.以下哪种坐标系是固定在机器人基座上的参考系？（）A.工具坐标系（TCP）B.世界坐标系（WORLD）C.工件坐标系（USER）D.关节坐标系（JOINT）3.机器人驱动系统中，步进电机的主要特点是（）A.输出力矩大，适合重载B.控制精度高，可开环控制C.响应速度快，适合高速运动D.无需减速机构，直接驱动4.用于测量机器人关节角度的传感器是（）A.激光雷达（LiDAR）B.惯性测量单元（IMU）C.光电编码器D.力/力矩传感器（F/TSensor）5.机器人运动学正解的目标是（）A.根据末端位姿求解各关节角度B.根据各关节角度求解末端位姿C.计算机器人雅可比矩阵D.规划机器人运动轨迹6.以下哪种算法属于机器人路径规划中的全局规划方法？（）A.人工势场法B.A算法C.动态窗口法（DWA）D.实时避障算法7.工业机器人常用的传动机构中，谐波减速器的传动比通常为（）A.1:5~1:20B.1:30~1:100C.1:1000~1:5000D.1:1~1:58.以下哪项不是机器人感知系统的组成部分？（）A.摄像头B.伺服驱动器C.超声波传感器D.触觉传感器9.机器人动力学方程的核心是描述（）A.位姿与关节角的关系B.力/力矩与关节加速度的关系C.轨迹与时间的关系D.传感器信号与控制指令的关系10.以下哪种控制方式属于机器人的力控制？（）A.位置伺服控制B.阻抗控制C.速度控制D.轨迹跟踪控制11.用于描述机器人连杆坐标系相对位置的DH参数不包括（）A.连杆长度（a_i）B.连杆扭角（α_i）C.关节偏置（d_i）D.关节质量（m_i）12.协作机器人（Cobot）与传统工业机器人的主要区别是（）A.采用更复杂的运动学结构B.具备人机交互与安全防护功能C.驱动功率更大D.只能用于特定行业13.以下哪种算法是视觉SLAM（同步定位与地图构建）的常用方法？（）A.粒子滤波（PF）B.快速随机树（RRT）C.霍夫变换（HoughTransform）D.主成分分析（PCA）14.机器人编程语言中，以下哪项属于高级语言？（）A.ABB的RAPIDB.西门子的ST（结构化文本）C.Python（通过ROS接口）D.发那科的Karel15.工业机器人重复定位精度的单位通常是（）A.毫米（mm）B.度（°）C.弧度（rad）D.牛顿（N）二、多项选择题（每题3分，共30分，少选得1分，错选不得分）1.以下属于机器人机械结构关键部件的有（）A.谐波减速器B.伺服电机C.控制器主板D.末端执行器（夹具/焊枪）2.机器人传感器按测量对象可分为（）A.内部传感器（测量自身状态）B.外部传感器（测量环境）C.数字传感器D.模拟传感器3.工业机器人典型应用场景包括（）A.汽车焊接B.医疗手术C.3C电子装配D.农业采摘4.机器人控制算法中，属于模型based控制的有（）A.计算力矩控制（ComputedTorqueControl）B.PID控制C.自适应控制（AdaptiveControl）D.滑模控制（SlidingModeControl）5.以下关于机器人自由度的描述正确的有（）A.6自由度机器人可实现空间任意位姿（位置+姿态）B.自由度越多，运动灵活性越高，但控制复杂度增加C.并联机器人的自由度通常高于串联机器人D.自由度计算需考虑冗余自由度（RedundantDOF）6.以下属于机器人轨迹规划方法的有（）A.多项式插值（5次多项式）B.样条曲线（Spline）C.人工势场法D.直线插补+圆弧插补7.协作机器人的安全技术包括（）A.力反馈限制（ForceLimiting）B.碰撞检测与停止C.轻量化设计（低惯性）D.示教模式（LeadthroughProgramming）8.以下关于机器人雅可比矩阵的描述正确的有（）A.雅可比矩阵反映关节速度到末端速度的映射关系B.雅可比矩阵的秩决定机器人是否处于奇异位形C.雅可比矩阵是常数矩阵，与关节角度无关D.雅可比矩阵的逆可用于运动学逆解9.以下属于移动机器人导航技术的有（）A.激光SLAM（如HectorSLAM）B.视觉里程计（VO）C.路径规划（如Dijkstra算法）D.电机PID调速10.机器人末端执行器（EndEffector）的设计需考虑（）A.负载能力B.夹持/操作对象的材质与形状C.与机器人法兰的接口标准（如ISO94091）D.防水防尘等级三、填空题（每题2分，共20分）1.工业机器人的三大核心部件是________、________、________。（按重要性排序）2.机器人运动学中，DH参数法通过________个参数描述相邻连杆的相对位置与姿态。3.用于机器人触觉感知的典型传感器是________。4.机器人轨迹规划的输出通常包括________、________、________随时间的变化曲线。5.协作机器人的安全标准主要参考________（国际标准编号）。6.移动机器人的定位方法可分为________（如GPS）和________（如视觉定位）。7.机器人动力学方程的一般形式为________（写出符号表达式）。8.工业机器人常用的通信协议包括________（如ModbusTCP）和________（如PROFINET）。9.机器人避障算法中，人工势场法的吸引力函数通常设计为________（距离的函数形式）。10.机器人末端执行器的“工具中心点”（TCP）是指________。四、简答题（每题6分，共30分）1.简述机器人自由度与工作空间的关系，并举例说明6自由度串联机器人的工作空间形状。2.对比分析串联机器人与并联机器人的优缺点（各列举3点）。3.说明PID控制器中比例（P）、积分（I）、微分（D）环节的作用，以及在机器人位置控制中的调整策略。4.解释SLAM技术的核心目标，并说明激光SLAM与视觉SLAM的主要区别（从传感器、适用场景、优缺点三方面）。5.简述机器人运动学逆解的多解性（Redundancy）及其在实际应用中的意义。五、应用分析题（共40分）1.运动学正解计算（15分）已知一个2自由度平面关节机器人（RR型），连杆长度分别为L₁=0.5m，L₂=0.3m，关节角度θ₁=30°，θ₂=45°（均以基座坐标系X轴为0°）。（1）写出该机器人的齐次变换矩阵T₁²（从连杆1到连杆2的变换）；（2）计算末端执行器在基座坐标系下的位置坐标（x,y）。2.轨迹规划分析（15分）某工业机器人需沿直线从点A（100,200,300）mm移动到点B（400,500,600）mm，总时间t_f=2s，要求采用5次多项式插值规划位置轨迹。（1）列出5次多项式的一般形式（位置s(t)关于时间t的表达式）；（2）推导边界条件（t=0和t=t_f时的位置、速度、加速度约束）；（3）说明该轨迹规划方法相比3次多项式的优势。3.力控制设计（10分）设计一个机器人装配作业的力控制系统（如轴孔装配），需考虑接触力控制与位置控制的协调。（1）画出系统框图（包含传感器、控制器、执行器、环境模型）；（2）说明阻抗控制（ImpedanceControl）的核心思想及其在此场景中的应用。答案与解析一、单项选择题1.A（自由度定义为独立运动的坐标轴数）2.B（世界坐标系固定于基座）3.B（步进电机通过脉冲控制，开环即可实现位置精度）4.C（光电编码器直接测量关节角位移）5.B（正解是关节角→末端位姿）6.B（A算法属于全局规划，其他为局部规划）7.B（谐波减速器传动比通常为30~100:1）8.B（伺服驱动器属于执行机构，非感知系统）9.B（动力学方程描述力/力矩与加速度的关系，即M(q)q''+C(q,q')q'+G(q)=τ）10.B（阻抗控制通过调节力位移关系实现力控制）11.D（DH参数包括a_i,α_i,d_i,θ_i，无质量）12.B（协作机器人核心是人机安全交互）13.A（粒子滤波用于SLAM状态估计，其他为辅助算法）14.C（Python通过ROS接口属于高级语言，其他为专用语言）15.A（重复定位精度单位为长度，通常mm）二、多项选择题1.ABD（控制器主板属于控制系统，非机械结构）2.AB（按测量对象分内部/外部，数字/模拟是信号类型）3.ACD（医疗手术属特种机器人，非工业典型场景）4.ACD（PID控制不依赖动力学模型）5.ABD（并联机器人自由度通常低于串联）6.ABD（人工势场法属于路径规划，非轨迹规划）7.ABCD（均为协作机器人安全技术）8.ABD（雅可比矩阵随关节角变化）9.ABC（电机调速属执行层，非导航技术）10.ABCD（均为末端执行器设计要点）三、填空题1.控制器、伺服电机、减速器（或“控制系统、驱动系统、机械系统”）2.4（DH参数包括a_i,α_i,d_i,θ_i）3.触觉传感器（或“压力传感器”“触觉阵列”）4.位置、速度、加速度（或“位移、速度、加速度”）5.ISO10218（工业机器人安全标准）/ISOTS15066（协作机器人安全标准）6.绝对定位、相对定位（或“全局定位、局部定位”）7.M(q)q''+C(q,q')q'+G(q)=τ（M为惯性矩阵，C为科里奥利力，G为重力项，τ为关节力矩）8.ModbusTCP、PROFINET（或EtherCAT、CANopen等工业以太网协议）9.二次函数（或“与距离平方成正比”）10.末端执行器的操作中心点（或“工具尖端的参考点”）四、简答题1.关系：自由度决定机器人可到达的位姿数量，工作空间是机器人末端能到达的所有点的集合。自由度越多，工作空间形状越复杂。举例：6自由度串联机器人（如工业机械臂）的工作空间通常为“中空球体”（受各关节旋转范围限制），包含位置空间（可达的x,y,z坐标）和姿态空间（绕各轴的旋转能力）。2.串联机器人：优点（运动灵活、工作空间大、结构简单）；缺点（累积误差大、刚度低、负载能力弱）。并联机器人：优点（刚度高、负载能力强、精度高）；缺点（工作空间小、结构复杂、逆解难度大）。3.P环节：比例控制，减小稳态误差，提高响应速度；过大会导致超调。I环节：积分控制，消除稳态误差；过大会导致系统振荡。D环节：微分控制，抑制超调，提高稳定性；对噪声敏感。调整策略：先调P（增大至临界振荡），再调D（抑制超调），最后调I（消除静差）。4.核心目标：在未知环境中，机器人通过传感器数据同时估计自身位置并构建环境地图。区别：传感器：激光SLAM用激光雷达（测距精度高）；视觉SLAM用摄像头（获取纹理信息）。适用场景：激光SLAM适合结构化环境（如仓库）；视觉SLAM适合纹理丰富的环境（如室内）。优缺点：激光SLAM受光线影响小，但成本高；视觉SLAM成本低，但对光照、运动模糊敏感。5.多解性：当机器人自由度大于6（冗余自由度）或存在几何对称性时，同一末端位姿对应多个关节角组合。意义：可优化关节角（如避障、最小化能耗）、提高操作灵活性（如绕过障碍物到达目标）。五、应用分析题1.运动学正解计算（1）连杆1到连杆2的齐次变换矩阵：T₁²=[[cosθ₂,sinθ₂,0,L₁],[sinθ₂,cosθ₂,0,0],[0,0,1,0],[0,0,0,1]]（注：θ₂为第二关节相对于第一关节的角度）（2）末端位置计算：x=L₁cosθ₁+L₂cos(θ₁+θ₂)=0.5×cos30°