足式人形机器人步态控制工程师考试试卷及答案

足式人形机器人步态控制工程师考试试卷及答案一、填空题（共10题，每题1分）1.足式人形机器人步态周期中，单脚支撑阶段称为______相。2.ZMP（零力矩点）是支撑面上合力矩为______的点。3.人形机器人典型自由度数量约为______。4.无需持续支撑即可稳定的步态称为______步态。5.检测机器人姿态的核心传感器是______。6.步态稳定规划的核心参考量是______轨迹。7.步长指相邻两步______之间的距离。8.步态稳定裕度是ZMP到支撑多边形______的距离。9.人形机器人关节常用执行器是______。10.动态步态中支撑相时间通常______摆动相时间（填“大于”/“小于”）。二、单项选择题（共10题，每题2分）1.以下关于ZMP的正确描述是（）A.必须在质心正下方B.需在支撑多边形内才稳定C.仅与关节力矩有关D.静态步态无ZMP2.人形机器人基础稳定步态是（）A.跑步步态B.动态步行C.静态步行D.跳跃步态3.直接控制关节输出力矩的模式是（）A.位置模式B.速度模式C.力矩模式D.阻抗模式4.检测足与地面接触力的传感器是（）A.IMUB.足力传感器C.编码器D.激光雷达5.步态规划的核心目标是（）A.最大化步速B.保证稳定行走C.最小化能耗D.适应所有地形6.实时步态控制常用算法是（）A.离线规划B.模型预测控制（MPC）C.遗传算法D.模糊控制7.静态时CoM与ZMP的关系是（）A.CoM正下方是ZMPB.无关联C.ZMP在CoM外D.ZMP随CoM偏移8.步频的单位通常是（）A.米/秒B.步/分钟C.秒/步D.米/步9.典型人形机器人关节数约为（）A.12B.28C.40D.6010.步态优化首要目标是（）A.能耗最小B.稳定裕度最大C.步速最快D.地形适应最强三、多项选择题（共10题，每题2分，多选/少选/错选不得分）1.步态周期主要阶段包括（）A.支撑相B.摆动相C.跳跃相D.休息相2.ZMP控制关键步骤包括（）A.CoM轨迹规划B.关节角度计算C.足力分布调整D.传感器融合3.步态规划常用算法有（）A.多项式插值B.样条曲线C.MPCD.强化学习4.核心传感器包括（）A.IMUB.足力传感器C.编码器D.视觉传感器5.影响步态稳定的因素有（）A.步长B.步频C.支撑面面积D.CoM高度6.关节控制模式包括（）A.位置模式B.速度模式C.力矩模式D.阻抗模式7.按稳定性分类的步态有（）A.静态步态B.动态步态C.步行步态D.跑步步态8.CoM计算方法包括（）A.连杆质量解析法B.IMU惯性法C.视觉法D.足力法9.关节执行器类型有（）A.伺服电机B.液压执行器C.气动执行器D.步进电机10.步态调试工具包括（）A.Webots仿真B.实时控制平台C.数据记录仪D.地形模拟器四、判断题（共10题，每题2分，√/×）1.静态步态ZMP必须在支撑多边形内。（）2.动态步态无需ZMP控制。（）3.自由度越多步态越灵活。（）4.IMU加速度计可测姿态和线加速度。（）5.PID可用于关节位置控制。（）6.步长越大步态越稳定。（）7.ZMP仅与CoM位置有关。（）8.必须用足力传感器才能稳定行走。（）9.支撑相时间短于摆动相。（）10.步态规划只需考虑关节角度。（）五、简答题（共4题，每题5分）1.简述ZMP的定义及在步态控制中的作用。2.步态周期分哪几个阶段？各阶段核心目标？3.步态控制常用传感器有哪些？各功能？4.静态步态与动态步态的区别及适用场景？六、讨论题（共2题，每题5分）1.如何优化复杂地形（斜坡、障碍物）下的步态控制？2.步态控制中实时性与稳定性的平衡策略？---答案部分一、填空题答案1.支撑2.零（0）3.284.静态5.惯性测量单元（IMU）6.质心（CoM）7.脚跟（或前脚掌）8.边界9.伺服电机10.大于二、单项选择题答案1.B2.C3.C4.B5.B6.B7.A8.B9.B10.B三、多项选择题答案1.AB2.ABCD3.ABCD4.ABCD5.ABCD6.ABCD7.AB8.ABD9.ABCD10.ABCD四、判断题答案1.√2.×3.×4.√5.√6.×7.×8.×9.×10.×五、简答题答案1.ZMP定义：支撑面上所有外力对该点的合力矩为零的点。作用：是步态稳定的核心判据，规划ZMP在支撑多边形内可避免倾倒；关联CoM轨迹，反推关节控制需求，实现稳定规划与实时调整。2.分为支撑相（单脚/双脚支撑，控制CoM在支撑多边形内）和摆动相（单脚离地，控制摆动腿轨迹避开障碍，维持上身体态）。核心目标均为保持整体稳定。3.①IMU：检测姿态（俯仰/滚转/偏航）及线加速度；②足力传感器：检测接触力/力矩，判断支撑状态；③编码器：检测关节角度；④视觉传感器：识别地形，规划路径。4.区别：静态步态单脚支撑时CoM在支撑多边形内（稳定但慢），动态步态CoM可在外（依赖惯性，快）。场景：静态适用于低速高精度任务（服务机器人），动态适用于高速移动（竞赛机器人）。六、讨论题答案1.①地形感知：视觉+IMU实时检测斜坡角度、障碍物高度；②步态调整：斜坡前倾补偿CoM，障碍物抬高摆动腿轨迹；③实时反馈：足力/IMU数据调整关节力矩，修正ZMP；④学习优化：强化学习预训练适