人形机器人运动规划算法工程师考试试卷及答案

人形机器人运动规划算法工程师考试试卷及答案填空题（10题，1分/题）1.人形机器人运动规划分为全局规划、局部规划和______规划三个主要层级。2.基于采样的经典运动规划算法包括RRT和______。3.逆运动学的两种主要解法是解析解法和______解法。4.轨迹规划分为关节空间规划和______空间规划。5.碰撞检测中常用的简单包围盒是______（Axis-AlignedBoundingBox）。6.步态周期中，支撑相包含单支撑相和______支撑相。7.人形机器人的典型自由度数量约为______（20-30之间）。8.运动规划需考虑的约束包括关节极限、碰撞约束和______约束。9.轨迹平滑常用的曲线是B样条和______曲线。10.人形机器人步态稳定性的核心判据是______（ZeroMomentPoint）。单项选择题（10题，2分/题）1.以下属于基于采样的运动规划算法的是（）A.RRTB.梯度下降C.牛顿法D.最小二乘法2.人形机器人步态周期中，支撑相占比通常约为（）A.30%B.50%C.60%D.80%3.当机器人自由度大于任务空间自由度时，逆运动学解的情况是（）A.唯一解B.无解C.无穷多解D.有限多解4.关节空间轨迹规划的常用方法是（）A.梯形速度规划B.贝塞尔曲线C.圆锥曲线D.笛卡尔多项式5.AABB包围盒的主要优点是（）A.精度极高B.计算速度快C.适应任意形状D.无假阳性6.ZMP稳定步态要求ZMP落在（）A.支撑多边形内B.关节极限内C.机器人内部D.任务空间外7.动态环境下实时运动规划常用算法是（）A.PRMB.RRTC.动态RRTD.全部8.人形机器人步态规划的核心是协调（）A.关节角度B.支撑相与摆动相C.连杆长度D.电机功率9.考虑动力学约束的运动规划是（）A.运动学规划B.动力学规划C.采样规划D.几何规划10.逆运动学数值解法常用（）A.雅可比迭代B.解析法C.拉格朗日法D.欧拉法多项选择题（10题，2分/题）1.运动规划的主要层级包括（）A.全局规划B.局部规划C.步态规划D.轨迹跟踪2.基于采样的运动规划算法有（）A.RRTB.PRMC.AD.Dijkstra3.人形机器人步态稳定性判据包括（）A.ZMPB.CoMC.CoPD.关节力矩4.关节空间轨迹规划方法有（）A.梯形速度规划B.三次样条C.B样条D.贝塞尔曲线5.运动规划的约束包括（）A.关节角度极限B.关节速度极限C.碰撞约束D.动力学约束6.逆运动学解法类型有（）A.解析解法B.数值解法C.几何解法D.符号解法7.碰撞检测常用包围盒类型（）A.AABBB.OBBC.球体D.凸包8.动态环境运动规划需考虑（）A.障碍物运动B.实时性C.动力学约束D.轨迹平滑9.步态周期包含的阶段（）A.支撑相B.摆动相C.单支撑相D.双支撑相10.运动规划算法评价指标（）A.规划时间B.路径长度C.碰撞率D.平滑度判断题（10题，2分/题）1.采样算法生成的路径一定是最优的。（）2.ZMP是零力矩点的缩写。（）3.关节空间规划比笛卡尔空间规划计算量小。（）4.人形机器人步态规划无需考虑动力学约束。（）5.RRT比RRT更易收敛到最优路径。（）6.逆运动学解析解法适用于所有自由度机器人。（）7.OBB包围盒比AABB精确但计算更慢。（）8.步态周期中双支撑相占比小于单支撑相。（）9.全局规划负责生成粗略路径。（）10.轨迹跟踪属于运动规划范畴。（）简答题（4题，5分/题）1.简述基于采样的运动规划算法（如RRT）的核心思想。2.人形机器人步态规划中ZMP稳定的原理是什么？3.关节空间与笛卡尔空间轨迹规划的区别是什么？4.简述逆运动学雅可比迭代法的基本步骤。讨论题（2题，5分/题）1.动态环境下人形机器人运动规划面临哪些挑战？如何应对？2.人形机器人运动规划中如何平衡规划效率与路径质量？---答案部分填空题答案1.步态2.PRM3.数值4.笛卡尔5.AABB6.双7.25（或20-30之间合理值）8.动力学9.贝塞尔10.ZMP单项选择题答案1.A2.C3.C4.A5.B6.A7.C8.B9.B10.A多项选择题答案1.ABC2.AB3.ABC4.ABC5.ABCD6.AB7.ABCD8.ABCD9.ABCD10.ABCD判断题答案1.×2.√3.√4.×5.√6.×7.√8.√9.√10.×简答题答案1.核心思想：通过随机采样任务/关节空间状态，生成随机树，逐步扩展至目标。每次采样新状态，连接最近树节点，无碰撞则添加，直到到达目标。优点是高维空间快速探索，缺点是路径非最优（RRT改进）。2.ZMP稳定原理：ZMP是支撑面上合力矩为零的点。当ZMP落在支撑多边形内时，机器人无倾倒力矩，步态稳定。规划需协调CoM运动，使ZMP始终在支撑多边形内，通过调整关节角度控制CoM位置/速度满足条件。3.区别：关节空间以关节角度为变量，计算量小、易满足关节约束，但末端轨迹不直观；笛卡尔空间以末端位姿为变量，轨迹直观，但需逆运动学转换，计算量大、易遇奇异点。4.步骤：①初始化关节角度θ；②计算末端位姿误差ΔX；③求雅可比矩阵J；④更新θ=θ+J⁻¹ΔX（加阻尼避免奇异）；⑤重复直到误差达标或迭代上限。讨论题答案1.挑战与应对：挑战：障碍物实时运动、规划实时性、动力学约束、步态稳定。应对：①用动态RRT快速更新路径；②集成感知（LiDAR/视觉）检测障碍物