2026机器人导论考试题及答案

2026机器人导论考试题及答案一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.一个六自由度串联机器人，其末端执行器在三维空间中可实现的独立位姿数为（）。A.3B.4C.5D.6答案：D解析：六自由度机器人末端可达到3个位置自由度和3个姿态自由度，共6个独立位姿参数。2.在D-H参数法中，描述相邻两关节轴线之间公法线长度的参数是（）。A.关节角θB.连杆长度aC.连杆扭转角αD.连杆偏距d答案：B3.已知机器人末端执行器的位姿，求解各关节变量值的过程称为（）。A.正运动学B.逆运动学C.动力学D.轨迹规划答案：B4.若要求关节轨迹在起始点和终止点的位置、速度均给定，则三次多项式插值可确定的未知系数个数为（）。A.2B.3C.4D.5答案：C解析：三次多项式q(5.下列传感器中，属于机器人外部传感器的是（）。A.关节编码器B.腕力传感器C.电机电流传感器D.陀螺仪答案：B解析：腕力传感器用于检测与外部环境的接触力；编码器、电流传感器和陀螺仪均用于测量机器人内部状态。6.在机器人动力学中，将关节空间驱动力矩与末端笛卡尔空间力/力矩联系起来的矩阵是（）。A.雅可比矩阵B.惯性矩阵C.科里奥利矩阵D.重力矩阵答案：A解析：τ=JT7.在相机针孔成像模型中，将三维空间点映射到图像像素坐标所需的参数不包括（）。A.焦距fB.主点坐标C.相机外参D.环境光照强度答案：D8.移动机器人采用航迹推算进行定位时，产生累积误差的主要原因包括（）。A.里程计标定误差B.车轮打滑C.陀螺仪漂移D.以上都是答案：D9.与串联机器人相比，并联机器人通常具有的特点是（）。A.工作空间大B.刚度高、承载能力强C.灵活性高D.运动惯量大答案：B解析：并联机器人由多个支链共同支撑末端，刚度高、承载能力强，但工作空间通常小于串联机器人。10.在机器人力控制中，阻抗控制的目标是建立机器人末端位置与（）之间的动态关系。A.接触力B.关节力矩C.加速度D.速度答案：A二、填空题（本大题共5小题，每空2分，共20分）1.机器人三大定律（机器人三原则）由美国科幻作家______提出；其中第一定律规定：机器人不得伤害人类，或因不作为而使人类受到伤害。答案：阿西莫夫2.描述刚体姿态通常用____矩阵表示；一个自由刚体在空间中共有____个自由度。答案：旋转（方向余弦）；63.机器人常用的动力学建模方法有____法和____法。答案：牛顿-欧拉；拉格朗日4.在D-H参数法中，四个参数包括关节角θ、连杆长度a、连杆扭转角α和____；对于旋转关节，唯一的变量是____。答案：连杆偏距d；关节角θ5.机器人运动控制可分为关节空间控制与____空间控制；在传统PID控制器中，积分环节的主要作用是消除____。答案：笛卡尔（任务）；稳态误差三、判断题（本大题共5小题，每小题2分，共10分）1.机器人的自由度越多，其运动灵活性一定越好。答案：错误解析：灵活性还受奇异位形、关节限位、机构布置等影响，自由度并非唯一决定因素。2.雅可比矩阵是关节速度到末端笛卡尔速度的线性映射，其行列式恒不为零。答案：错误解析：在奇异位形处雅可比矩阵降秩，行列式为零。3.关节空间轨迹规划比笛卡尔空间轨迹规划的计算量小，且不需要实时求解逆运动学。答案：正确解析：关节空间规划直接对关节变量插值，无需进行笛卡尔坐标到关节变量的逆解。4.腕力传感器通常安装在机器人腕部与末端执行器之间，用于测量接触力/力矩。答案：正确5.GPS可以为室内移动机器人提供高精度绝对定位。答案：错误解析：GPS信号受建筑物遮挡，室内精度差甚至不可用，通常需借助视觉、激光等定位方式。四、简答题（本大题共4小题，每小题5分，共20分）1.简述机器人正运动学与逆运动学的定义及各自的主要用途。答案：（1）正运动学：已知各关节变量，求末端执行器在参考坐标系中的位置和姿态。主要用于机器人仿真、工作空间分析、视觉伺服中的前向预测等。（2）逆运动学：已知末端执行器期望的位置和姿态，求满足要求的各关节变量。主要用于轨迹规划、离线编程和实时控制。2.简述什么是机器人的工作空间，并列举两个影响工作空间大小的因素。答案：机器人的工作空间是末端执行器参考点所能到达的所有空间点的集合。影响因素包括：连杆长度、关节运动范围、机构类型、自由度数目等，答出任意两项即可。3.工业机器人常用的驱动方式有哪几种？各有什么特点？答案：（1）电动驱动：控制精度高、响应快、易于实现伺服控制，但一般输出力矩较小，需配合减速器；（2）液压驱动：功率重量比大、输出力矩大，适合重载场合，但需要液压源、维护复杂、存在泄漏风险；（3）气动驱动：结构简单、成本低、速度快，但精度较低、出力小，适合轻载或点位控制场合。4.什么是奇异位形？机器人处于奇异位形时会出现什么现象？答案：奇异位形是指机器人雅可比矩阵降秩的位形。此时机器人末端丧失沿某个（或某些）方向的运动能力，且相应关节速度趋向无穷大，会导致控制困难或机构损坏。因此实际应用中应尽量避开奇异位形。五、计算题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）1.考虑一种平面2R机器人，连杆长度分别为l1=1 m、l2=答案：平面2R机器人正运动学方程为：$$\begin{cases}

x=l_1\cos\theta_1+l_2\cos(\theta_1+\theta_2)\\

y=l_1\sin\theta_1+l_2\sin(\theta_1+\theta_2)

\end{cases}$$代入l1=1 m，lθxy故末端执行器位置为：(解析：第二段连杆的姿态角为θ12.某关节采用三次多项式进行轨迹规划：起始位置q0=10∘，终止位置（1）三次多项式的系数a0（2）t=(1)$和速度$\dot{q}(1)$。答案：设三次多项式为：q速度为：q代入边界条件：q可得：a10解得：a因此：q当t=qq解析：计算中省略单位，但代入时需保持单位一致；三次多项式可以满足4个边界条件。六、综合应用题（本大题共1小题，共10分）1.某机器人系统采用“视觉引导+力控装配”完成零件插入任务。请结合所学知识，说明该任务中需要哪几类传感器、各起什么作用，并简述机器人控制系统实现该任务的信息处理与控制流程。答案：所需传感器及作用：（1）视觉传感器：获取零件位置、姿态及目标孔位信息，用于引导机器人运动到装配区域；（2）腕力/力矩传感器：检测插入过程中的接触力/力矩，用于力/位混合控制或阻抗控制，避免卡阻或损坏零件；（3）位置/速度传感器（如编码器）：提供关节位置与速度反馈，实现运动精度的闭环控制。信息处理与控制流程：①视觉传感器采集图像，经相机标定与图像处理，识别零件和装配孔的位置/姿态；②通过坐标变换将视觉信息转换为机器人基坐标系下的目标位姿；③通过运动学逆解计算各关节目标角度，并在关节空