2026年机器人工程师自动化控制竞赛试题及真题

2026年机器人工程师自动化控制竞赛试题及真题考试时长：120分钟满分：100分试卷名称：2026年机器人工程师自动化控制竞赛试题及真题考核对象：机器人工程、自动化及相关专业中等级别竞赛选手题型分值分布：-判断题（10题，每题2分）总分20分-单选题（10题，每题2分）总分20分-多选题（10题，每题2分）总分20分-案例分析（3题，每题6分）总分18分-论述题（2题，每题11分）总分22分总分：100分---一、判断题（每题2分，共20分）请判断下列说法的正误。1.PID控制器中的积分环节主要用于消除稳态误差。2.伺服电机通常比步进电机具有更高的精度和更快的响应速度。3.机器人关节的扭矩与角速度成正比关系。4.CAN总线是一种用于工业控制的现场总线，支持多主通信。5.机器人的运动学逆解是唯一的。6.传感器标定是指校准传感器的输出与实际物理量之间的关系。7.机器人的动力学模型可以完全描述其运动状态。8.闭环控制系统比开环控制系统更稳定。9.机器人的视觉系统通常使用RGB摄像头进行深度信息获取。10.机器人关节的机械摩擦力会影响其控制精度。---二、单选题（每题2分，共20分）请选择最符合题意的选项。1.在PID控制中，比例环节的主要作用是（）。A.消除稳态误差B.提高系统响应速度C.增加系统稳定性D.减小超调量2.以下哪种传感器最适合用于检测机器人的姿态？（）A.温度传感器B.超声波传感器C.IMU（惯性测量单元）D.光纤传感器3.机器人运动学正解是指（）。A.根据关节角度计算末端位姿B.根据末端位姿反解关节角度C.分析机器人动力学特性D.校准机器人传感器4.以下哪种通信协议适用于高实时性工业控制？（）A.HTTPB.MQTTC.EtherCATD.FTP5.机器人关节的机械臂刚度越高，则（）。A.控制精度越低B.运动速度越慢C.抗干扰能力越强D.功耗越大6.在机器人控制中，以下哪种算法常用于路径规划？（）A.神经网络B.A算法C.Kalman滤波D.PID控制7.以下哪种传感器属于接触式传感器？（）A.毫米波雷达B.红外传感器C.超声波传感器D.接触开关8.机器人动力学模型中的“雅可比矩阵”主要用于（）。A.运动学逆解B.力学分析C.速度映射D.传感器标定9.在机器人控制系统中，以下哪种反馈属于开环控制？（）A.位置反馈B.速度反馈C.电流反馈D.预设指令控制10.机器人关节的“奇异点”是指（）。A.机械故障点B.运动不可达区域C.控制失稳点D.传感器失效点---三、多选题（每题2分，共20分）请选择所有符合题意的选项。1.PID控制器的参数整定方法包括（）。A.临界比例度法B.一步整定法C.频域分析法D.神经网络优化法2.机器人关节的“机械臂”通常包含（）。A.齿轮箱B.电机C.传感器D.驱动器3.以下哪些属于机器人常用的传感器类型？（）A.视觉传感器B.力传感器C.接触传感器D.陀螺仪4.机器人控制系统的“闭环控制”特点包括（）。A.实时反馈调节B.预设指令控制C.抗干扰能力强D.控制精度高5.机器人运动学逆解的求解方法包括（）。A.代数法B.数值法C.优化算法D.仿真法6.以下哪些属于工业机器人常用的通信协议？（）A.EtherCATB.ModbusC.CANopenD.RS4857.机器人动力学模型中的“科氏力”是指（）。A.惯性力B.摩擦力C.运动补偿力D.静电力8.机器人路径规划算法包括（）。A.Dijkstra算法B.A算法C.RRT算法D.D-ijkstra算法9.以下哪些因素会影响机器人控制精度？（）A.机械间隙B.传感器噪声C.控制算法D.环境振动10.机器人视觉系统的“标定”过程包括（）。A.相机内参标定B.世界坐标系标定C.物体特征标定D.摄像头校准---四、案例分析（每题6分，共18分）1.案例背景：某工业机器人需要搬运重物，其机械臂的动力学模型如下：\[M(q)\ddot{q}+C(q,\dot{q})\dot{q}+G(q)+F=\tau\]其中，\(q\)为关节角度，\(M\)为质量矩阵，\(C\)为科氏力矩阵，\(G\)为重力向量，\(F\)为摩擦力，\(\tau\)为关节扭矩。问题：（1）简述质量矩阵\(M(q)\)的物理意义。（2）若机器人需要快速响应，应如何调整控制算法？2.案例背景：某工厂使用机器人进行物料分拣，其控制系统采用PID控制，参数为\(Kp=5,Ki=2,Kd=1\)。但在实际运行中，机器人出现超调现象。问题：（1）简述PID控制中超调现象的原因。（2）提出至少两种减小超调的方法。3.案例背景：某移动机器人使用激光雷达进行SLAM（同步定位与建图），其环境地图如下（简化示意图）：```+---++---++---+||||||+---++---++---+||||||+---++---++---+```机器人当前位于左上角，目标点位于右下角。问题：（1）简述SLAM的基本原理。（2）若机器人需要规划最优路径，应考虑哪些因素？---五、论述题（每题11分，共22分）1.论述题：请论述机器人控制系统中“鲁棒控制”的必要性和实现方法。2.论述题：请论述机器人在复杂环境中的“传感器融合”技术及其优势。---标准答案及解析---一、判断题答案1.√2.√3.×（扭矩与角速度关系受传动比影响）4.√5.×（逆解可能存在多解或无解）6.√7.×（动力学模型还需考虑摩擦等）8.√9.×（深度信息通常使用深度相机）10.√解析：-3.扭矩与角速度关系受传动比影响，并非简单正比。-5.逆解可能存在多解（如6自由度机器人）或无解（超出运动学约束）。-9.深度信息通常使用结构光或激光雷达，而非普通RGB摄像头。---二、单选题答案1.A2.C3.A4.C5.C6.B7.D8.C9.D10.B解析：-1.比例环节主要作用是快速响应误差。-6.A算法常用于路径规划，结合启发式搜索。-8.雅可比矩阵用于速度映射（关节速度到末端速度）。-10.奇异点是指运动学不可达区域，此时雅可比矩阵失去逆矩阵。---三、多选题答案1.A,B,C2.A,B,D3.A,B,C,D4.A,C,D5.A,B,C6.A,B,C7.A,C8.A,B,C9.A,B,C,D10.A,B,C解析：-1.PID整定方法包括临界比例度法、一步整定法、频域分析法等。-9.控制精度受机械间隙、传感器噪声、控制算法、环境振动等因素影响。---四、案例分析答案1.（1）质量矩阵\(M(q)\)的物理意义：质量矩阵表示机器人关节在运动时的惯性特性，其元素反映了各关节质量及惯量对运动的影响。（2）调整控制算法的方法：-增大阻尼比（如调整PID中的\(Kd\)）。-采用前馈控制补偿惯性力。2.（1）超调原因：超调主要由于比例增益\(Kp\)过大，导致系统响应过快而超出目标值。（2）减小超调的方法：-降低\(Kp\)值，增加\(Kd\)值以提高阻尼。-采用抗积分饱和策略。3.（1）SLAM原理：SLAM通过激光雷达扫描环境，同时估计机器人位姿并构建地图，实现同步定位与建图。（2）路径规划因素：-最短路径（时间或距离）。-避障能力（动态障碍物）。-运动平滑性。---五、论述题答案1.鲁棒控制的必要性与实现方法：必要性：工业环境存在参数变化、干扰等不确定性，鲁棒控制能保证系统在扰动下仍稳定运行。实现方法：-H∞控制：最