现在的工业机器人考试题库含答案

现在的工业机器人考试题库含答案一、单项选择题（本大题共20小题，每小题1分，共20分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）

1.按照ISO定义，工业机器人是一种（）。

A.自动化机械装置

B.能够自动执行工作的机器装置

C.可编程的、多功能的操作机，通过程序的调动，能完成各种任务

D.仿生机械装置

2.工业机器人的自由度是指（）。

A.机器人关节数量

B.机器人独立运动坐标轴的数量

C.机器人电机数量

D.机器人连杆数量

3.在机器人坐标系中，描述机器人末端执行器在空间中位置和姿态的坐标系通常称为（）。

A.基坐标系

B.关节坐标系

C.工具坐标系

D.世界坐标系

4.目前工业机器人中最常用的驱动方式是（）。

A.液压驱动

B.气动驱动

C.电动驱动

D.磁驱动

5.精度与重复定位精度的关系是（）。

A.精度高，重复定位精度一定高

B.重复定位精度高，精度一定高

C.两者没有必然联系

D.两者概念相同

6.下列哪种结构形式的机器人工作空间最大？（）

A.直角坐标机器人

B.圆柱坐标机器人

C.球坐标机器人

D.关节型机器人

7.机器人的“奇异点”通常发生在（）。

A.机器人速度最大时

B.机器人处于工作空间边缘时

C.机器人关节轴共线或平行，导致雅可比矩阵奇异时

D.机器人负载最大时

8.在机器人运动学中，D-H参数法主要用于建立（）。

A.动力学方程

B.运动学方程

C.控制算法

D.轨迹规划方程

9.机器人的手腕通常由（）个自由度组成。

A.1

B.2

C.3

D.4

10.示教编程时，为了记录机器人的位置和姿态，通常使用（）。

A.在线编程

B.离线编程

C.引导示教

D.传感器反馈

11.下列传感器中，常用于检测机器人关节位置的是（）。

A.电位器

B.光电编码器

C.压电传感器

D.应变片

12.机器人末端执行器夹持工件时，为了保证工件不滑落，需要计算（）。

A.抓取力

B.惯性力

C.重力

D.摩擦力

13.谐波减速器通常用于机器人的（）。

A.高速轴

B.低速轴

C.传动机构

D.制动机构

14.工业机器人的控制方式中，点位控制（PTP）的特点是（）。

A.只关心起点和终点的位置，不关心中间路径

B.严格跟踪规划路径

C.速度恒定

D.加速度为零

15.机器人的工作空间是指（）。

A.机器人能够到达的最大空间范围

B.机器人底座占据的空间

C.机器人手臂伸展的长度

D.机器人运动包络线围成的体积

16.下列哪项不是工业机器人的主要性能指标？（）

A.自由度

B.重复定位精度

C.额定负载

D.机器人颜色

17.在离线编程系统中，机器人仿真主要为了（）。

A.替代真实机器人

B.娱乐

C.验证程序的正确性和轨迹的可行性

D.降低成本

18.机器人运动学逆解的存在性条件是（）。

A.目标点必须在工作空间内

B.机器人必须通电

C.机器人必须有6个自由度

D.必须使用笛卡尔坐标系

19.机器人的重力补偿主要用于（）。

A.提高运动速度

B.减小电机发热

C.克服重力对机器人姿态的影响，提高控制精度

D.增加机器人负载

20.机器人示教器上的“Deadman”开关（死人开关）的作用是（）。

A.启动电源

B.紧急停止

C.在操作人员松开时切断伺服电源，确保安全

D.切换模式

二、多项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分。在每小题给出的四个选项中，有多项是符合题目要求的。全部选对得2分，少选得1分，错选不得分）

1.工业机器人的主要组成部分包括（）。

A.执行机构（机械本体）

B.驱动系统

C.控制系统

D.感知系统

2.机器人的控制层次通常分为（）。

A.驱动级

B.运动级

C.规划级

D.任务级

3.常见的工业机器人坐标系包括（）。

A.关节坐标系

B.直角坐标系（世界坐标系）

C.工具坐标系

D.用户坐标系

4.机器人轨迹规划需要考虑的约束包括（）。

A.位置约束

B.速度约束

C.加速度约束

D.力矩约束

5.工业机器人的安全防护措施包括（）。

A.安全围栏

B.光栅

C.急停按钮

D.软件限位

6.机器人常用的减速器有（）。

A.谐波减速器

B.RV减速器（摆线针轮减速器）

C.行星齿轮减速器

D.蜗轮蜗杆减速器

7.导致机器人精度下降的因素可能有（）。

A.机械磨损

B.温度变化

C.负载变化

D.标定参数不准

8.机器人的插补方式包括（）。

A.直线插补

B.圆弧插补

C.样条插补

D.关节空间插补

9.机器人末端执行器（手爪）的种类包括（）。

A.夹钳式

B.吸盘式

C.专用工具（如焊枪、喷枪）

D.磁力吸盘

10.离线编程的优点包括（）。

A.不占用生产时间

B.可以进行碰撞检测

C.可以优化路径

D.成本低

三、判断题（本大题共15小题，每小题1分，共15分。请判断下列说法的正误，正确的打“√”，错误的打“×”）

1.工业机器人的重复定位精度一定高于其绝对定位精度。（）

2.自由度越多，机器人的控制就越简单。（）

3.串联机器人的刚度通常比并联机器人好。（）

4.机器人的工作空间一定是规则的几何形状。（）

5.示教编程不需要操作人员具备专业的编程语言知识。（）

6.机器人必须具备6个自由度才能在空间任意定位和定姿。（）

7.逆运动学解可能存在多解。（）

8.机器人的雅可比矩阵是关节速度到末端速度的线性映射。（）

9.负载能力是指机器人末端能承受的最大重力，与力矩无关。（）

10.机器人运动学正解是已知关节角度求末端位姿，反解是已知末端位姿求关节角度。（）

11.所有的工业机器人都可以进行力位混合控制。（）

12.机器人的奇异位置是工作空间中必须避免或特殊处理的位置，因为此时关节速度可能趋于无穷大。（）

13.视觉传感器属于机器人的内部传感器。（）

14.离线编程生成的代码可以直接下载到机器人运行，不需要任何修改。（）

15.机器人的柔性不仅体现在机械结构上，也体现在控制系统的适应性上。（）

四、填空题（本大题共15小题，每小题1分，共15分。请将正确的答案填在横线上）

1.工业机器人的三大核心驱动部件是：伺服电机、_________和控制器。

2.机器人的手腕自由度主要实现末端执行器的_________。

3.在D-H参数法中，参数表示连杆i−1的长度，参数表示连杆i−1的_________。

4.机器人从点A运动到点B，若只保证终点位置准确，中间路径任意，这种控制方式称为_________。

5.工业机器人常用的两种编码器类型是增量式编码器和_________。

6.机器人的运动学方程可以表示为T=T=T·T⋯T，其中T表示第i个连杆相对于第i−1个连杆的_________。

7.机器人的负载通常用_________来表示，单位是kg。

8.当机器人末端执行器与外界环境发生接触时，需要进行_________控制以保护机器人和工件。

9.谐波减速器由波发生器、柔轮和_________三个基本构件组成。

10.机器人的_________是指机器人机械本体结构不发生变形的能力。

11.在机器人轨迹规划中，为了保证运动平滑，通常要求位移、速度和加速度函数都是_________的。

12.机器人示教盒上的急停按钮按下后，通常会切断_________电源。

13.ABB机器人使用的编程语言是_________。

14.机器人的路径规划分为关节空间规划和_________。

15.并联机器人与串联机器人相比，其特点是累积误差小、_________高。

五、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）

1.简述工业机器人正运动学和逆运动学的定义及其应用场景。

2.什么是机器人的奇异点？产生奇异点的原因是什么？在控制上通常如何处理？

3.简述示教编程与离线编程的优缺点。

4.请列举工业机器人的四个主要技术参数，并解释其含义。

5.简述机器人的手腕结构及其在机器人作业中的作用。

六、计算与分析题（本大题共3小题，共50分）

1.（15分）设有一个平面两自由度机器人（2R机械手），连杆长度分别为=1m，=1m。关节变量为和。

(1)写出该机器人末端点P在基坐标系{,}中的位置方程（正运动学方程）。

(2)若已知末端点P的坐标为(1,1)，试求关节变量和的解（逆运动学，求出一组解即可）。

2.（15分）某工业机器人执行直线插补运动，从点A（0,0,0）直线运动到点B（100,200,300），单位为mm。要求运动速度v=100mm/s。

(1)计算该段路径的总长度。

(2)计算所需的运动时间。

(3)若在t=1s时刻，求末端执行器在基坐标系下的位置坐标。

3.（20分）如图所示为一个3自由度旋转关节机器人的部分D-H参数表（假设连杆坐标系建立遵循标准D-H惯例）。

|连杆i|(扭角)|(杆长)|(偏距)|(关节角)|

|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|

|1|0°|0|||

|2|90°|0|0||

|3|0°||0||

(1)请写出连杆变换矩阵T、T和T的具体表达式（结果中包含三角函数）。

(2)简述该机器人的结构特征（如关节轴线方向等）。

(3)若=,=,=，且=0.5m,=1.0m，求末端连杆坐标系{3}的原点在基坐标系{0}中的位置。

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参考答案及解析

一、单项选择题

1.C

解析：ISO8373定义，机器人是一种可编程的、多功能的操作机，通过程序的调动，能完成各种任务，并具有改变机构和程序的柔性。

2.B

解析：自由度是指描述物体运动所需要的独立坐标轴的数量，对于机器人而言，即独立关节变量的数量。

3.C

解析：工具坐标系是固连在末端执行器上的坐标系，用于描述工具的姿态和位置。

4.C

解析：电动驱动（伺服电机）具有控制精度高、响应快、维护方便等优点，是现代工业机器人的主流驱动方式。

5.A

解析：精度是指机器人到达指定点的准确程度，重复定位精度是指机器人重复回到同一点的离散程度。重复定位精度高是精度高的必要条件，但不是充分条件（如存在系统误差时）。

6.D

解析：关节型机器人（如6自由度垂直多关节）通过模拟人手臂结构，相对于直角坐标等形式，具有相对占地面积小、工作空间覆盖范围大的特点。

7.C

解析：奇异点是指机器人雅可比矩阵行列式为零的位形，此时机器人失去一个或多个自由度（退化），导致某些方向无法运动或关节速度趋于无穷大。

8.B

解析：D-H（Denavit-Hartenberg）参数法是建立连杆坐标系和推导相邻坐标系间变换矩阵的标准方法，主要用于求解运动学方程。

9.C

解析：为了实现末端执行器在空间中的任意姿态（Roll,Pitch,Yaw），手腕通常设计为3个自由度。

10.C

解析：引导示教（人工牵引机器人末端运动）是示教编程的一种常见形式，通过记录关键点来生成程序。

11.B

解析：光电编码器（包括绝对式和增量式）具有高精度和高分辨率，是检测伺服电机转角和关节位置的核心传感器。

12.A

解析：需要计算并提供足够的抓取力，且该力产生的摩擦力必须大于工件的重力和惯性力分量，以防止滑落。

13.B

解析：谐波减速器具有传动比大、精度高、体积小、背隙小等特点，常用于机器人的关节（J4,J5,J6等）。

14.A

解析：点位控制（PTP）只控制起点和终点的定位，中间轨迹由控制器自行决定，通常用于点焊、搬运等对路径要求不高的场合。

15.A

解析：工作空间是指机器人末端执行器所能到达的所有空间点的集合。

16.D

解析：机器人颜色不是性能指标。主要指标包括自由度、精度、速度、负载、工作空间等。

17.C

解析：离线编程仿真的主要目的是在虚拟环境中验证程序的逻辑、轨迹的合理性以及检测碰撞，避免在生产现场发生事故。

18.A

解析：逆运动学有解的必要条件是目标点必须位于机器人的工作空间内。

19.C

解析：重力补偿通过算法输出与重力力矩相抵消的控制量，使机器人在断电或抱闸松开时能保持姿态，或在运动中减少重力影响，提高控制性能。

20.C

解析：Deadman开关是三位置开关，必须按在中间位置才能接通伺服，松开或用力按压都会切断伺服，用于防止示教时操作人员意外受伤。

二、多项选择题

1.ABCD

解析：完整的工业机器人系统包括机械本体（执行机构）、驱动系统、控制系统和感知系统（传感器）。

2.ABCD

解析：机器人控制通常分层：驱动级（电流环/速度环）、运动级（位置规划）、规划级（轨迹生成）、任务级（逻辑调度）。

3.ABCD

解析：现代机器人控制器支持多种坐标系，包括关节、世界/直角、工具、用户自定义坐标系等。

4.ABCD

解析：轨迹规划必须满足机械结构的物理限制，包括位置限制、速度/加速度限制以及电机输出力矩限制。

5.ABCD

解析：安全措施包括硬件（围栏、光栅、急停）和软件（限位、区域监控）等多个层面。

6.ABC

解析：工业机器人关节主要使用谐波减速器（中小负载）、RV减速器（大负载基座关节）和行星齿轮减速器（高速级）。蜗轮蜗杆效率低，较少使用。

7.ABCD

解析：机械磨损导致间隙变大，温度导致热变形，负载导致弹性变形，标定不准导致模型误差，这些都会影响精度。

8.ABCD

解析：常见的插补方式包括直线、圆弧以及更复杂的样条曲线插补，既可以在笛卡尔空间也可以在关节空间进行。

9.ABCD

解析：根据作业对象不同，末端执行器可以是机械夹爪、真空吸盘、电磁吸盘或各种工艺工具（焊枪、胶枪等）。

10.ABC

解析：离线编程不占用生产时间（提高效率），可进行碰撞检测（安全），优化路径（质量）。初期软件成本较高，但长期看具有经济效益。

三、判断题

1.√

解析：重复定位精度是机器人的固有属性，通常较高；绝对精度受标定和误差累积影响，通常低于重复定位精度。

2.×

解析：自由度越多，运动学模型越复杂，动力学耦合越严重，控制难度越大。

3.×

解析：串联机器人是悬臂梁结构，刚度通常较低；并联机器人闭环结构，刚度很高。

4.×

解析：工作空间是由复杂的包络面围成的，通常不是规则的几何形状（如球体或圆柱体）。

5.√

解析：示教编程通过手动操作记录点位，操作员无需编写复杂的代码。

6.√

解析：空间刚体具有6个自由度（3位置+3姿态），机器人要实现任意位姿，至少需要6个自由度。

7.√

解析：逆运动学方程通常是非线性的，对于给定的末端位姿，可能存在多组关节角解（如“肘上”和“肘下”解）。

8.√

解析：雅可比矩阵J建立了关节速度向量q˙与末端操作速度向量v之间的线性关系：v=Jq˙。

9.×

解析：负载能力包括重量和力矩（惯性力矩、偏心力矩等），不仅仅指重力。

10.√

解析：这是正逆运动学的标准定义。

11.×

解析：力位混合控制需要机器人具备力传感器或关节力矩传感器，并支持相应的控制算法，并非所有机器人都具备。

12.√

解析：奇异点处雅可比矩阵奇异，逆运动学无解或关节速度无穷大，必须特殊处理。

13.×

解析：视觉传感器属于外部传感器，用于感知环境信息；内部传感器用于检测机器人自身状态（如关节角度）。

14.×

解析：由于建模误差和实际环境的差异，离线编程生成的代码通常需要经过一定的校准或在线调试。

15.√

解析：柔性体现在机械结构的可重构性和控制系统对不同任务、环境的适应能力。

四、填空题

1.减速器

解析：伺服电机+减速器+控制器是机器人的核心动力与控制单元。

2.姿态（或方位）

解析：手腕负责调整工具的方向。

3.连杆扭转角

解析：D-H参数中，a是杆长，α是扭角，d是偏距，θ是关节角。

4.点位控制（PTP）

解析：PTP控制仅关注目标点。

5.绝对式编码器

解析：绝对式编码器掉电后能记住位置，增量式需要零点复位。

6.变换矩阵

解析：相邻连杆坐标系间的齐次变换矩阵。

7.有效负载

解析：额定负载是指手腕法兰处能承受的最大质量。

8.力（或力/位混合）

解析：涉及接触力时，单纯的位移控制会破坏工件或机器人，需要力控制。

9.刚轮

解析：谐波减速器的三大件：波发生器（主动）、柔轮（从动）、刚轮（固定）。

10.刚度

解析：刚度指抵抗变形的能力。

11.连续

解析：为了避免刚性冲击（加速度突变）和柔性冲击（加加速度突变），规划函数需连续。

12.伺服（或电机）

解析：急停切断伺服放大器输出，使电机自由停车或抱闸。

13.RAPID

解析：ABB机器人使用RAPID语言；KUKA使用KRL；FANUC使用KAREL/TP。

14.笛卡尔空间规划（或操作空间规划）

解析：路径规划主要在关节空间和笛卡尔空间进行。

15.刚度（或承载能力）

解析：并联机器人刚度大，承载能力强，但工作空间相对较小。

五、简答题

1.答：

(1)正运动学：已知机器人的关节角度（或位移），求解末端执行器在基坐标系中的位置和姿态。应用场景：机器人状态监测、碰撞检测、绘制工作空间。

(2)逆运动学：已知末端执行器在基坐标系中的目标位置和姿态，求解机器人各关节的角度（或位移）。应用场景：轨迹规划、笛卡尔空间控制、目标定位。

2.答：

(1)定义：奇异点是机器人工作空间中某些特殊的位形，在这些位形下，机器人失去一个或多个自由度（运动退化），雅可比矩阵行列式为零。

(2)原因：物理上通常表现为机器人的两个或多个关节轴线共线或平行，导致某些方向的运动无法通过关节运动合成。

(3)处理方法：

在轨迹规划时避开奇异区域；

采用奇异点的鲁棒逆