機器人工程師筆試試題及答案一、填空題（每題3分，共15分）根據(jù)GB/T12642-2013《工業(yè)機器人性能規(guī)范及其試驗方法》，機器人重復(fù)定位精度的定義是___。在ROS（機器人操作系統(tǒng)）中，用于發(fā)布和訂閱消息的核心通信機制是___。工業(yè)機器人常用的絕對式編碼器，其分辨率若為17位，則一圈可分辨的位置數(shù)為___。依據(jù)ISO10218-1:2020《機器人與機器人裝置工業(yè)機器人第1部分：安全要求》，機器人安全防護裝置的急停按鈕應(yīng)符合___標(biāo)準(zhǔn)。機器人動力學(xué)建模中，拉格朗日方程的表達式為___。二、選擇題（每題4分，共20分）以下哪種算法常用于機器人路徑規(guī)劃中的全局路徑規(guī)劃，且能保證找到最優(yōu)路徑？（）A.人工勢場法B.A*算法C.RRT算法D.DWA算法工業(yè)機器人關(guān)節(jié)伺服電機的驅(qū)動電流控制模式下，其控制對象是（）A.電機轉(zhuǎn)速B.電機轉(zhuǎn)矩C.電機位置D.電機角速度關(guān)于機器人視覺系統(tǒng)中的立體視覺，下列說法正確的是（）A.僅需一個攝像頭即可實現(xiàn)B.可直接獲取物體的深度信息C.計算復(fù)雜度比單目視覺低D.對光照條件不敏感依據(jù)GB11291.1-2011《機器人與機器人裝置安全要求第1部分：工業(yè)機器人》，機器人工作區(qū)域的安全圍欄高度不應(yīng)低于（）A.1.2mB.1.4mC.1.6mD.1.8m在機器人運動學(xué)逆解中，當(dāng)存在多個解時，通常采用（）方法進行優(yōu)化選擇。A.最小二乘法B.梯度下降法C.加權(quán)最小范數(shù)法D.牛頓迭代法三、判斷題（每題3分，共15分）機器人的工作空間一定是連續(xù)的空間區(qū)域。（）基于模型的機器人控制方法，對模型的準(zhǔn)確性要求極高，模型誤差會嚴(yán)重影響控制效果。（）機器人末端執(zhí)行器的位姿描述，僅需位置信息即可完整表示。（）按照ISO13849-1:2015《機械安全控制系統(tǒng)的安全相關(guān)部件第1部分：設(shè)計原則》，機器人安全控制系統(tǒng)的安全完整性等級（SIL）最高為SIL4。（）機器人軌跡規(guī)劃中，關(guān)節(jié)空間規(guī)劃比笛卡爾空間規(guī)劃更容易實現(xiàn)且計算效率更高。（）四、簡答題（每題10分，共30分）簡述工業(yè)機器人的誤差來源，并說明如何對其進行補償？詳細闡述機器人力控制的基本原理及常見的應(yīng)用場景。結(jié)合ISO標(biāo)準(zhǔn)，說明機器人安全防護系統(tǒng)的設(shè)計原則及關(guān)鍵安全措施。五、綜合應(yīng)用題（20分）已知某6自由度串聯(lián)機器人的D-H參數(shù)如下表所示：關(guān)節(jié)θ（°）d（mm）a（mm）α（°）1q100902-903005000300500-90407000905000-906010000（1）建立該機器人的連桿坐標(biāo)系；（5分）（2）推導(dǎo)其運動學(xué)正解變換矩陣T_{6}^{0}；（10分）（3）若已知機器人末端執(zhí)行器的期望位姿為T_{e}=\begin{bmatrix}0&-1&0&1000\\0&0&-1&500\\1&0&0&300\\0&0&0&1\end{bmatrix}，試分析求解運動學(xué)逆解的步驟及方法。（5分）答案一、填空題答案機器人多次重復(fù)到達同一目標(biāo)位置時，其位置分散程度的度量話題（Topic）131072IEC60947-5-1\frac66mkoyi{dt}(\frac{\partialL}{\partial\dot{q}_i})-\frac{\partialL}{\partialq_i}=Q_i（其中L=T-V，T為系統(tǒng)動能，V為系統(tǒng)勢能，q_i為廣義坐標(biāo)，Q_i為廣義力）二、選擇題答案B2.B3.B4.D5.C三、判斷題答案×2.√3.×4.×（機器人安全控制系統(tǒng)安全完整性等級對應(yīng)ISO13849-1的PL等級，SIL是另一個標(biāo)準(zhǔn)體系概念）5.√四、簡答題答案工業(yè)機器人誤差來源包括：機械制造誤差（零部件加工、裝配精度不足）、傳動系統(tǒng)誤差（齒輪間隙、絲杠螺距誤差等）、熱變形誤差（運行中溫度變化導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形）、控制系統(tǒng)誤差（傳感器精度、控制算法誤差）等。補償方法有：硬件補償（提高零部件精度、采用預(yù)緊消除間隙）、軟件補償（基于誤差模型進行運動學(xué)修正、通過傳感器實時測量誤差并反饋補償）。機器人力控制基本原理是通過力傳感器實時測量機器人與環(huán)境的接觸力，將力信號反饋到控制系統(tǒng)，與期望力進行比較，通過控制算法調(diào)整機器人運動，以實現(xiàn)期望的力輸出。常見應(yīng)用場景有：裝配作業(yè)（如零件精密裝配）、打磨拋光（保持恒定接觸力）、人機協(xié)作（保證與人交互的安全性和柔順性）。機器人安全防護系統(tǒng)設(shè)計原則包括：本質(zhì)安全設(shè)計（通過設(shè)計消除或減小風(fēng)險）、安全防護裝置（如安全圍欄、急停按鈕）、信息提示（安全標(biāo)識、操作說明）。關(guān)鍵安全措施有：設(shè)置安全工作區(qū)域及防護圍欄；安裝急停按鈕且保證急停響應(yīng)時間符合標(biāo)準(zhǔn)；采用安全光幕等防護裝置防止人員進入危險區(qū)域；對機器人進行安全風(fēng)險評估并采取相應(yīng)防護措施。五、綜合應(yīng)用題答案（1）按照D-H參數(shù)法建立連桿坐標(biāo)系：以機器人基座為坐標(biāo)系{0}，各關(guān)節(jié)坐標(biāo)系按D-H規(guī)則依次建立，關(guān)節(jié)1的坐標(biāo)系{1}原點在關(guān)節(jié)1軸線上，z1軸沿關(guān)節(jié)1軸線方向，x1軸根據(jù)右手定則確定；后續(xù)關(guān)節(jié)坐標(biāo)系類似建立，注意α、a、d、θ參數(shù)對坐標(biāo)系的影響。（2）根據(jù)D-H參數(shù)，計算各個關(guān)節(jié)的齊次變換矩陣T_{i}^{i-1}，再通過矩陣連乘得到T_{6}^{0}=T_{1}^{0}T_{2}^{1}T_{3}^{2}T_{4}^{3}T_{5}^{4}T_{6}^{5}，具體計算過程涉及三角函數(shù)及矩陣乘法運算。（3）求解運動學(xué)逆解步驟及方法：首先將T_