2025年3月機(jī)器人三級(jí)理論試題(真題及答案)一、單項(xiàng)選擇題（共20題，每題2分，共40分）1.工業(yè)機(jī)器人常用的坐標(biāo)系中，以機(jī)器人自身基座為原點(diǎn)的坐標(biāo)系是？()A.工具坐標(biāo)系B.工件坐標(biāo)系C.關(guān)節(jié)坐標(biāo)系D.基坐標(biāo)系答案：D解析：基坐標(biāo)系（BaseCoordinateSystem）以機(jī)器人基座為原點(diǎn)，是所有其他坐標(biāo)系的參考基礎(chǔ)；工具坐標(biāo)系以末端執(zhí)行器為原點(diǎn)，工件坐標(biāo)系以加工對(duì)象為原點(diǎn)，關(guān)節(jié)坐標(biāo)系描述各關(guān)節(jié)角度。2.以下哪種傳感器常用于測(cè)量機(jī)器人關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度？()A.超聲波傳感器B.編碼器C.壓力傳感器D.溫濕度傳感器答案：B解析：編碼器通過光電或磁電轉(zhuǎn)換，可精確測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度或位移，是關(guān)節(jié)角度測(cè)量的核心器件；超聲波用于測(cè)距，壓力傳感器測(cè)接觸力，溫濕度與角度無關(guān)。3.PID控制算法中，“I”參數(shù)的主要作用是？()A.減少穩(wěn)態(tài)誤差B.抑制超調(diào)C.加快響應(yīng)速度D.消除高頻噪聲答案：A解析：積分（I）環(huán)節(jié)通過累積誤差，可逐步消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差；比例（P）加快響應(yīng)，微分（D）抑制超調(diào)，濾波用于消除噪聲。4.舵機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的主要區(qū)別是？()A.舵機(jī)需要閉環(huán)控制，步進(jìn)電機(jī)是開環(huán)B.舵機(jī)輸出角度，步進(jìn)電機(jī)輸出位移C.舵機(jī)功率更大，步進(jìn)電機(jī)精度更高D.舵機(jī)響應(yīng)更快，步進(jìn)電機(jī)扭矩更大答案：A解析：舵機(jī)內(nèi)置位置反饋（如電位器），屬于閉環(huán)控制；步進(jìn)電機(jī)僅按脈沖信號(hào)開環(huán)運(yùn)動(dòng)，無反饋；兩者均可輸出角度或位移，功率和精度取決于具體型號(hào)。5.激光雷達(dá)（LiDAR）的主要工作原理是？()A.發(fā)射并接收超聲波計(jì)算時(shí)間差B.發(fā)射激光并接收反射光計(jì)算時(shí)間差C.通過紅外信號(hào)強(qiáng)度判斷距離D.利用電磁波多普勒效應(yīng)測(cè)量速度答案：B解析：激光雷達(dá)通過發(fā)射高頻激光脈沖，測(cè)量反射光的飛行時(shí)間（TOF）計(jì)算距離；超聲波對(duì)應(yīng)超聲傳感器，紅外測(cè)距基于信號(hào)衰減，多普勒用于測(cè)速。6.以下哪種傳動(dòng)方式適用于需要大減速比且結(jié)構(gòu)緊湊的場(chǎng)景？()A.齒輪傳動(dòng)B.皮帶傳動(dòng)C.蝸輪蝸桿傳動(dòng)D.絲杠傳動(dòng)答案：C解析：蝸輪蝸桿傳動(dòng)可實(shí)現(xiàn)大減速比（如1:50~1:300），且結(jié)構(gòu)緊湊；齒輪傳動(dòng)減速比相對(duì)較小，皮帶傳動(dòng)用于輕載，絲杠傳動(dòng)主要將旋轉(zhuǎn)變直線。7.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)中，“正運(yùn)動(dòng)學(xué)”是指已知？()A.末端位姿求關(guān)節(jié)角度B.關(guān)節(jié)角度求末端位姿C.外力作用求關(guān)節(jié)力矩D.路徑規(guī)劃求控制指令答案：B解析：正運(yùn)動(dòng)學(xué)（ForwardKinematics）研究從關(guān)節(jié)變量（角度/位移）到末端執(zhí)行器位姿的映射；逆運(yùn)動(dòng)學(xué)則相反（已知位姿求關(guān)節(jié)角度）。8.以下哪種編程方式屬于離線編程？()A.通過示教器手動(dòng)拖動(dòng)機(jī)器人記錄軌跡B.在計(jì)算機(jī)上模擬環(huán)境并生成控制代碼C.使用遙控器實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)器人動(dòng)作D.通過按鍵輸入指令控制單關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)答案：B解析：離線編程（Off-lineProgramming）在虛擬環(huán)境中完成程序設(shè)計(jì)與仿真，無需占用機(jī)器人本體；示教、遙控、單關(guān)節(jié)控制均為在線操作。9.機(jī)器人安全規(guī)范ISO10218中，“安全防護(hù)裝置”不包括？()A.急停按鈕B.光柵圍欄C.示教模式限速D.機(jī)械手臂護(hù)罩答案：C解析：ISO10218規(guī)定的安全防護(hù)裝置包括物理屏障（護(hù)罩、光柵）、急停裝置等；示教模式限速屬于操作模式限制，非物理防護(hù)裝置。10.以下哪種傳感器可同時(shí)檢測(cè)距離和物體表面材質(zhì)？()A.激光測(cè)距儀B.紅外接近傳感器C.多光譜相機(jī)D.觸覺傳感器答案：C解析：多光譜相機(jī)通過分析不同波長(zhǎng)的反射光，可識(shí)別材質(zhì)（如金屬、塑料）并計(jì)算距離；激光/紅外僅測(cè)距離，觸覺傳感器測(cè)接觸力。11.機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）中，“節(jié)點(diǎn)（Node）”的本質(zhì)是？()A.通信協(xié)議B.可執(zhí)行程序C.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元D.可視化工具答案：B解析：ROS節(jié)點(diǎn)是獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行程序，負(fù)責(zé)特定功能（如傳感器數(shù)據(jù)讀取、運(yùn)動(dòng)控制），通過話題（Topic）或服務(wù)（Service）通信。12.以下哪種電機(jī)適合需要精確位置控制且無需反饋的場(chǎng)景？()A.直流伺服電機(jī)B.步進(jìn)電機(jī)C.無刷直流電機(jī)D.舵機(jī)答案：B解析：步進(jìn)電機(jī)按脈沖信號(hào)逐步運(yùn)動(dòng)，開環(huán)控制下可實(shí)現(xiàn)較高位置精度（無累積誤差）；伺服電機(jī)需編碼器反饋，舵機(jī)內(nèi)置反饋，無刷電機(jī)側(cè)重調(diào)速。13.機(jī)器人路徑規(guī)劃中，“A*算法”的核心是？()A.隨機(jī)采樣搜索空間B.基于啟發(fā)式函數(shù)評(píng)估代價(jià)C.分解環(huán)境為網(wǎng)格并遍歷D.模仿生物進(jìn)化過程答案：B解析：A*算法通過啟發(fā)式函數(shù)（如曼哈頓距離）估計(jì)目標(biāo)距離，結(jié)合已走路徑代價(jià)，選擇最優(yōu)路徑；隨機(jī)采樣對(duì)應(yīng)RRT算法，網(wǎng)格遍歷是Dijkstra，進(jìn)化算法如遺傳算法。14.工業(yè)機(jī)器人“重復(fù)定位精度”是指？()A.多次到達(dá)同一位置的最大偏差B.從起點(diǎn)到終點(diǎn)的絕對(duì)誤差C.末端執(zhí)行器的最大運(yùn)動(dòng)速度D.關(guān)節(jié)角度的分辨率答案：A解析：重復(fù)定位精度（Repeatability）衡量機(jī)器人多次執(zhí)行同一指令時(shí)，末端位置的一致性（偏差范圍）；絕對(duì)定位精度是單次目標(biāo)的誤差。15.以下哪種總線協(xié)議適用于機(jī)器人多傳感器高速通信？()A.UARTB.I2CC.CAND.SPI答案：C解析：CAN總線（控制器局域網(wǎng)）支持多節(jié)點(diǎn)通信、高抗干擾性和實(shí)時(shí)性（速率可達(dá)1Mbps），廣泛用于工業(yè)機(jī)器人；UART、I2C、SPI速率較低或僅支持短距離。16.機(jī)器人動(dòng)力學(xué)主要研究？()A.運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃B.力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系C.傳感器數(shù)據(jù)融合D.人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)答案：B解析：動(dòng)力學(xué)（Dynamics）研究機(jī)器人在力/力矩作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（如牛頓-歐拉方程）；運(yùn)動(dòng)學(xué)研究位置與角度關(guān)系，軌跡規(guī)劃是運(yùn)動(dòng)學(xué)應(yīng)用。17.以下哪種場(chǎng)景最適合使用協(xié)作機(jī)器人（Cobot）？()A.高溫鑄造車間的重型零件搬運(yùn)B.電子廠流水線的精密零件裝配C.核電站的放射性廢料處理D.深海油氣管道的焊接作業(yè)答案：B解析：協(xié)作機(jī)器人強(qiáng)調(diào)人機(jī)共融，具備力控、碰撞檢測(cè)功能，適合輕載、精密、需要人工干預(yù)的場(chǎng)景（如電子裝配）；重型搬運(yùn)、高危環(huán)境更適合工業(yè)機(jī)器人。18.視覺傳感器標(biāo)定的主要目的是？()A.提高圖像分辨率B.消除鏡頭畸變并建立像素與物理坐標(biāo)的映射C.增強(qiáng)圖像對(duì)比度D.延長(zhǎng)傳感器使用壽命答案：B解析：標(biāo)定通過已知特征點(diǎn)（如棋盤格）計(jì)算相機(jī)內(nèi)參（焦距、畸變系數(shù)）和外參（相對(duì)于機(jī)器人的位姿），將像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為物理坐標(biāo)。19.以下哪種控制方式屬于“力控制”？()A.機(jī)器人沿固定軌跡移動(dòng)B.機(jī)器人抓取物體時(shí)保持恒定握力C.機(jī)器人以設(shè)定速度旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)D.機(jī)器人根據(jù)激光雷達(dá)數(shù)據(jù)避障答案：B解析：力控制（ForceControl）通過力傳感器反饋，調(diào)節(jié)輸出力矩以保持接觸力恒定；軌跡、速度控制屬于位置/速度控制，避障是感知-規(guī)劃-控制的綜合。20.機(jī)器人編程語(yǔ)言“RAPID”通常用于以下哪個(gè)品牌的機(jī)器人？()A.發(fā)那科（FANUC）B.庫(kù)卡（KUKA）C.安川（Yaskawa）D.ABB答案：D解析：RAPID是ABB機(jī)器人的專用編程語(yǔ)言；FANUC使用Karel，KUKA使用KRL，安川使用Motoplus。二、填空題（共10題，每題2分，共20分）21.機(jī)器人三大核心部件是_、_和____。答案：機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、傳感器22.步進(jìn)電機(jī)的步距角越小，其____精度越高。答案：位置23.紅外傳感器通過發(fā)射____并接收反射信號(hào)實(shí)現(xiàn)測(cè)距。答案：紅外光（或紅外線）24.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃中，“避障”屬于____規(guī)劃層級(jí)。答案：局部（或?qū)崟r(shí)）25.工業(yè)機(jī)器人的“自由度”是指其能夠獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的____數(shù)量。答案：關(guān)節(jié)26.觸覺傳感器的主要功能是檢測(cè)_和_。答案：接觸力、表面紋理（或壓力、形狀）27.ROS中的“話題（Topic）”采用____通信模式。答案：發(fā)布-訂閱（或Pub/Sub）28.伺服電機(jī)的“過載能力”是指其短時(shí)間內(nèi)可承受的____倍數(shù)。答案：額定扭矩（或額定電流）29.機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)可能存在_解或_解的情況。答案：多、無（或多解、無解）30.安全光柵通過發(fā)射____形成防護(hù)區(qū)域，遮擋時(shí)觸發(fā)停機(jī)。答案：紅外光束（或不可見光）三、判斷題（共10題，每題1分，共10分）31.機(jī)器人的“工作空間”是指其末端執(zhí)行器能到達(dá)的所有點(diǎn)的集合。()答案：√解析：工作空間（Workspace）定義為機(jī)器人末端執(zhí)行器在無障礙物時(shí)可到達(dá)的空間范圍，是衡量機(jī)器人作業(yè)能力的關(guān)鍵指標(biāo)。32.超聲波傳感器在真空中無法正常工作。()答案：√解析：超聲波依賴介質(zhì)（如空氣、水）傳播，真空中無介質(zhì)，無法反射回波，故無法測(cè)距。33.舵機(jī)的控制信號(hào)通常為PWM波，占空比對(duì)應(yīng)目標(biāo)角度。()答案：√解析：舵機(jī)通過接收50HzPWM信號(hào)，占空比（如1-2ms高電平）對(duì)應(yīng)0-180度的目標(biāo)角度，內(nèi)置電位器反饋調(diào)整。34.機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)一定存在唯一解。()答案：×解析：對(duì)于冗余自由度機(jī)器人（自由度>6），正運(yùn)動(dòng)學(xué)可能存在多解；但常規(guī)6自由度機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)通常有唯一解。35.CAN總線支持多主通信，任意節(jié)點(diǎn)可主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)。()答案：√解析：CAN總線采用CSMA/CA（載波監(jiān)聽多路訪問/沖突避免）協(xié)議，多節(jié)點(diǎn)可競(jìng)爭(zhēng)總線，優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先發(fā)送。36.模糊控制適用于數(shù)學(xué)模型明確的復(fù)雜系統(tǒng)。()答案：×解析：模糊控制基于經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，無需精確數(shù)學(xué)模型，適用于非線性、時(shí)變或模型不明確的系統(tǒng)（如溫度控制）。37.工業(yè)機(jī)器人的“負(fù)載能力”僅指末端可承受的最大重量。()答案：×解析：負(fù)載能力包括重量、慣性矩（影響動(dòng)態(tài)性能），且與運(yùn)動(dòng)速度、加速度相關(guān)（高速時(shí)負(fù)載能力下降）。38.視覺傳感器的“幀率”越高，動(dòng)態(tài)物體檢測(cè)越清晰。()答案：√解析：幀率（FPS）表示每秒采集的圖像幀數(shù)，高幀率可減少運(yùn)動(dòng)模糊，更適合跟蹤快速運(yùn)動(dòng)物體。39.機(jī)器人離線編程生成的代碼可直接用于不同型號(hào)機(jī)器人。()答案：×解析：不同型號(hào)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、控制指令集不同，離線編程需針對(duì)具體型號(hào)配置，代碼不可直接復(fù)用。40.協(xié)作機(jī)器人必須配備力傳感器才能實(shí)現(xiàn)安全防護(hù)。()答案：×解析：協(xié)作機(jī)器人可通過電流反饋（無額外力傳感器）估算關(guān)節(jié)力矩，結(jié)合軟件限制速度/功率（如ISO10218-2）實(shí)現(xiàn)安全防護(hù)。四、簡(jiǎn)答題（共5題，每題6分，共30分）41.簡(jiǎn)述PID控制中比例（P）、積分（I）、微分（D）環(huán)節(jié)的作用。(1).比例（P）環(huán)節(jié)：根據(jù)當(dāng)前誤差大小輸出控制量，誤差越大，控制作用越強(qiáng)，主要用于加快系統(tǒng)響應(yīng)速度。

(2).積分（I）環(huán)節(jié)：累積歷史誤差，消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差（如靜差），但積分過強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致超調(diào)增大。

(3).微分（D）環(huán)節(jié)：根據(jù)誤差變化率（導(dǎo)數(shù)）預(yù)測(cè)誤差趨勢(shì)，抑制超調(diào)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，適用于慣性較大的系統(tǒng)。42.列舉工業(yè)機(jī)器人常用的五種傳感器，并說明其功能。(1).編碼器：測(cè)量關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度或位移，用于位置反饋（閉環(huán)控制）。

(2).力/力矩傳感器：檢測(cè)末端接觸力或關(guān)節(jié)力矩，用于力控制或碰撞檢測(cè)。

(3).激光雷達(dá)：通過激光測(cè)距生成環(huán)境點(diǎn)云，用于導(dǎo)航與建圖。

(4).視覺傳感器（相機(jī)）：獲取圖像信息，用于目標(biāo)識(shí)別、定位或缺陷檢測(cè)。

(5).溫度傳感器：監(jiān)測(cè)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器溫度，防止過熱損壞。43.對(duì)比步進(jìn)電機(jī)與伺服電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)（各列舉3點(diǎn)）。(1).步進(jìn)電機(jī)優(yōu)點(diǎn)：開環(huán)控制無需反饋、成本低、定位精度較高（無累積誤差）；缺點(diǎn)：高速扭矩下降明顯、易共振、噪聲較大。

(2).伺服電機(jī)優(yōu)點(diǎn)：閉環(huán)控制精度更高、高速扭矩穩(wěn)定、響應(yīng)快；缺點(diǎn)：需編碼器反饋、成本高、調(diào)試復(fù)雜。44.簡(jiǎn)述機(jī)器人路徑規(guī)劃的基本步驟。(1).環(huán)境建模：將實(shí)際環(huán)境轉(zhuǎn)換為機(jī)器人可理解的模型（如網(wǎng)格圖、拓?fù)鋱D）。

(2).目標(biāo)定義：確定起點(diǎn)、終點(diǎn)及約束條件（如避障、最短路徑）。

(3).搜索算法：使用A*、RRT等算法在模型中搜索可行路徑。

(4).路徑優(yōu)化：調(diào)整路徑平滑度、縮短長(zhǎng)度或降低能耗。

(5).軌跡生成：將路徑轉(zhuǎn)換為時(shí)間序列的位置/速度指令，用于實(shí)際控制。45.說明機(jī)器人安全設(shè)計(jì)的基本原則（至少4點(diǎn)）。(1).本質(zhì)安全：通過設(shè)計(jì)減少危險(xiǎn)（如低慣性結(jié)構(gòu)、無尖銳邊緣）。

(2).防護(hù)裝置：安裝物理屏障（護(hù)罩）、光電傳感器（光柵）等防止人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域。

(3).控制措施：限制速度/功率（協(xié)作模式）、設(shè)置急停按鈕、示教模式限速。

(4).信息提示：標(biāo)注危險(xiǎn)區(qū)域、操作說明、警示標(biāo)識(shí)（如“高壓危險(xiǎn)”）。

(5).人機(jī)協(xié)作安全：采用力控技術(shù)、碰撞檢測(cè)，確保接觸力低于安全閾值（如150N）。五、論述題（共1題，10分）46.設(shè)計(jì)一個(gè)自主避障移動(dòng)機(jī)器人的方案，需涵蓋傳感器選擇、控制邏輯、算法設(shè)計(jì)及硬件配置。(1).傳感器選擇：主傳感器：激光雷達(dá)（如16線LiDAR），用于360°環(huán)境掃描（測(cè)距精度±2cm）；

輔助傳感器：超聲波傳感器（前/后各2個(gè)），近距離補(bǔ)盲（0.2-5m）；

定位傳感器：IMU（慣性測(cè)量單元）+輪式編碼器，融合實(shí)現(xiàn)航位推算；

視覺傳感器：?jiǎn)文肯鄼C(jī)（前向），用于識(shí)別特定障礙物（如樓梯、玻璃）。(2).控制邏輯：層級(jí)架構(gòu)：感知層（傳感器數(shù)據(jù)采集）→決策層（環(huán)境建模、路徑規(guī)劃）→執(zhí)行層（電機(jī)控制）；

流程：實(shí)時(shí)獲取傳感器數(shù)據(jù)→融合建圖（SLAM）→局部路徑規(guī)劃（避障）→輸出速度指令