2025年機(jī)器人控制系統(tǒng)題庫(kù)一、單選題（共10題，每題2分）1.下列哪種傳感器主要用于檢測(cè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)位置？A.超聲波傳感器B.編碼器C.溫度傳感器D.光纖傳感器2.在機(jī)器人控制系統(tǒng)中，PID控制器的參數(shù)整定通常采用哪種方法？A.隨機(jī)調(diào)整法B.試湊法C.優(yōu)化算法D.以上都是3.機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解是指：A.從關(guān)節(jié)角度計(jì)算末端執(zhí)行器位置B.從末端執(zhí)行器位置計(jì)算關(guān)節(jié)角度C.優(yōu)化關(guān)節(jié)速度D.分析運(yùn)動(dòng)軌跡4.以下哪種通信協(xié)議常用于工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)？A.HTTPB.EtherCATC.MQTTD.FTP5.機(jī)器人控制系統(tǒng)中的"奇異點(diǎn)"是指：A.機(jī)械故障點(diǎn)B.運(yùn)動(dòng)不連續(xù)點(diǎn)C.控制器崩潰點(diǎn)D.軟件bug點(diǎn)6.以下哪種傳感器不屬于力傳感器類型？A.應(yīng)變片式力傳感器B.壓電式力傳感器C.光纖式力傳感器D.溫度傳感器7.機(jī)器人的軌跡規(guī)劃算法中，A*算法屬于：A.歐拉法B.貝塞爾曲線法C.圖搜索法D.樣條插值法8.在機(jī)器人控制系統(tǒng)中，"前饋控制"主要用于：A.消除系統(tǒng)誤差B.提高響應(yīng)速度C.防止超調(diào)D.降低功耗9.以下哪種算法常用于機(jī)器人路徑優(yōu)化？A.粒子群算法B.線性規(guī)劃C.遞歸算法D.決策樹算法10.機(jī)器人控制系統(tǒng)中的"奇異構(gòu)型"是指：A.機(jī)械結(jié)構(gòu)損壞B.控制矩陣行列式為零的狀態(tài)C.軟件程序錯(cuò)誤D.傳感器故障二、多選題（共5題，每題3分）1.機(jī)器人控制系統(tǒng)中的傳感器主要包括：A.位置傳感器B.力傳感器C.視覺(jué)傳感器D.接近傳感器E.溫度傳感器2.PID控制器中的三個(gè)參數(shù)分別對(duì)應(yīng)：A.比例增益B.積分時(shí)間C.微分時(shí)間D.濾波系數(shù)E.偏置量3.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析包括：A.正運(yùn)動(dòng)學(xué)B.逆運(yùn)動(dòng)學(xué)C.運(yùn)動(dòng)學(xué)雅可比矩陣D.運(yùn)動(dòng)學(xué)約束條件E.動(dòng)力學(xué)模型4.機(jī)器人控制系統(tǒng)中的通信接口可能包括：A.EtherCATB.RS485C.CAN總線D.USBE.Wi-Fi5.機(jī)器人控制系統(tǒng)的安全功能通常包括：A.急停保護(hù)B.運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控C.速度限制D.軌跡驗(yàn)證E.故障診斷三、判斷題（共10題，每題1分）1.機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解總是存在唯一解。（×）2.PID控制器可以完全消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差。（×）3.機(jī)器人的奇異點(diǎn)處運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解不存在。（√）4.EtherCAT是一種基于以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)工業(yè)總線。（√）5.力/力矩傳感器可以測(cè)量機(jī)器人末端執(zhí)行器施加的力。（√）6.A*算法是一種啟發(fā)式圖搜索算法。（√）7.機(jī)器人的前饋控制可以完全消除系統(tǒng)非線性。（×）8.奇異構(gòu)型時(shí)機(jī)器人無(wú)法進(jìn)行任何運(yùn)動(dòng)。（×）9.機(jī)器人控制系統(tǒng)通常采用分層架構(gòu)設(shè)計(jì)。（√）10.機(jī)器人的軌跡規(guī)劃只考慮時(shí)間最優(yōu)。（×）四、簡(jiǎn)答題（共5題，每題5分）1.簡(jiǎn)述PID控制器的工作原理及其三個(gè)參數(shù)的含義。2.解釋機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和逆解的區(qū)別及應(yīng)用場(chǎng)景。3.描述機(jī)器人控制系統(tǒng)中的前饋控制和反饋控制各自的優(yōu)缺點(diǎn)。4.說(shuō)明機(jī)器人奇異點(diǎn)產(chǎn)生的條件及其對(duì)控制的影響。5.簡(jiǎn)述機(jī)器人控制系統(tǒng)中的安全功能設(shè)計(jì)要點(diǎn)。五、計(jì)算題（共3題，每題10分）1.已知一個(gè)3自由度機(jī)器人的D-H參數(shù)如下表所示，計(jì)算當(dāng)關(guān)節(jié)角度θ1=30°，θ2=45°，θ3=60°時(shí)，末端執(zhí)行器的位姿（x,y,z,rx,ry,rz）。|關(guān)節(jié)|d|θ|α|||||--||1|0|θ1|90°||2|a1|0°|0°||3|0|θ2|-90°||4|a2|0°|0°||5|0|θ3|90°|2.設(shè)一個(gè)二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=10/(s2+2s+10)，計(jì)算該系統(tǒng)的阻尼比ζ和自然頻率ωn，并判斷系統(tǒng)是否振蕩。3.已知機(jī)器人需要沿直線從點(diǎn)A(0,0,0)移動(dòng)到點(diǎn)B(1,1,1)，規(guī)劃一條三次貝塞爾曲線，設(shè)控制點(diǎn)為P1(0.5,0.5,0.5)，P2(1.5,1.5,1.5)，計(jì)算t=0.5時(shí)末端執(zhí)行器的位置。六、論述題（共2題，每題10分）1.論述機(jī)器人控制系統(tǒng)中傳感器標(biāo)定的目的、方法及常見問(wèn)題。2.比較并分析不同類型的機(jī)器人軌跡規(guī)劃算法（如A*、RRT、貝塞爾曲線）的優(yōu)缺點(diǎn)及適用場(chǎng)景。答案一、單選題答案1.B2.D3.B4.B5.B6.D7.C8.B9.A10.B二、多選題答案1.A,B,C,D2.A,B,C3.A,B,C4.A,B,C,D5.A,B,C,D,E三、判斷題答案1.×2.×3.√4.√5.√6.√7.×8.×9.√10.×四、簡(jiǎn)答題答案1.PID控制器工作原理及參數(shù)含義：PID控制器通過(guò)比例(P)、積分(I)、微分(D)三種控制作用來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出。比例項(xiàng)根據(jù)當(dāng)前誤差大小成正比調(diào)整輸出；積分項(xiàng)累積歷史誤差消除穩(wěn)態(tài)誤差；微分項(xiàng)根據(jù)誤差變化率預(yù)測(cè)未來(lái)趨勢(shì)進(jìn)行提前抑制超調(diào)。三個(gè)參數(shù)分別對(duì)應(yīng)比例增益Kp、積分時(shí)間Ti、微分時(shí)間Td。2.運(yùn)動(dòng)學(xué)正解與逆解：正解根據(jù)已知關(guān)節(jié)角度計(jì)算末端位姿，用于正向運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；逆解根據(jù)期望末端位姿計(jì)算所需關(guān)節(jié)角度，用于軌跡控制。正解通常有唯一解；逆解可能無(wú)解、多解或解不存在（奇異點(diǎn)）。應(yīng)用場(chǎng)景：正解用于仿真和可視化；逆解用于機(jī)器人控制。3.前饋與反饋控制：前饋控制基于系統(tǒng)模型預(yù)測(cè)擾動(dòng)或系統(tǒng)特性對(duì)輸出的影響，提前補(bǔ)償以消除可預(yù)測(cè)部分；反饋控制根據(jù)實(shí)際輸出與期望的偏差進(jìn)行調(diào)整。前饋控制提高響應(yīng)速度、降低功耗；反饋控制消除未建模部分影響、魯棒性更好；兩者結(jié)合效果最佳。4.奇異點(diǎn)：奇異構(gòu)型是當(dāng)機(jī)器人雅可比矩陣行列式為零時(shí)出現(xiàn)的狀態(tài)，此時(shí)存在無(wú)窮多逆解或無(wú)法進(jìn)行某些方向的運(yùn)動(dòng)。產(chǎn)生條件通常是某些關(guān)節(jié)配置使基坐標(biāo)系與末端坐標(biāo)系共線。影響：控制信號(hào)可能無(wú)法唯一映射到關(guān)節(jié)空間，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)或卡死。5.安全功能設(shè)計(jì)要點(diǎn)：急停保護(hù)、速度限制、奇異點(diǎn)規(guī)避、碰撞檢測(cè)、狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷、安全區(qū)域劃分、權(quán)限管理、緊急停止按鈕布局等。設(shè)計(jì)需符合ISO10218等安全標(biāo)準(zhǔn)，確保在各種故障情況下保護(hù)人員和設(shè)備。五、計(jì)算題答案1.3自由度機(jī)器人位姿計(jì)算：使用D-H參數(shù)法建立運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，經(jīng)矩陣乘法計(jì)算得：x=a1sinθ1+a2sin(θ1+θ2)y=a1cosθ1+a2cos(θ1+θ2)z=d1+a2cosθ2rx=atan2(sinθ1,cosθ1)ry=-θ3rz=atan2(sin(θ1+θ2),cos(θ1+θ2))代入θ1=30°,θ2=45°,θ3=60°及a1,a2,d1參數(shù)即可得具體數(shù)值。2.二階系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算：標(biāo)準(zhǔn)形式為ωn2=10,2ζωn=2→ωn=√10rad/s,ζ=1/√10=0.316。系統(tǒng)阻尼比小于1，處于欠阻尼狀態(tài)，會(huì)振蕩。3.三次貝塞爾曲線計(jì)算：P(t)=(1-t)3P0+3(1-t)2tP1+3(1-t)t2P2+t3P3代入P0(0,0,0),P1(0.5,0.5,0.5),P2(1.5,1.5,1.5),P3(1,1,1),t=0.5計(jì)算得：P(0.5)=(0.5,0.5,0.5)六、論述題答案1.機(jī)器人傳感器標(biāo)定：目的是消除傳感器誤差、校準(zhǔn)測(cè)量值與實(shí)際值的關(guān)系。方法包括：靶標(biāo)法（使用已知尺寸物體）