2025年大學(xué)《系統(tǒng)科學(xué)與工程》專業(yè)題庫(kù)——機(jī)器人創(chuàng)意設(shè)計(jì)與人機(jī)交互系統(tǒng)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡(jiǎn)述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解的原理及其在機(jī)器人控制中的作用。二、列舉四種常見(jiàn)的人機(jī)交互技術(shù)，并分別說(shuō)明其基本原理和至少一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景。三、設(shè)計(jì)一個(gè)用于博物館導(dǎo)覽的簡(jiǎn)單服務(wù)機(jī)器人，需要說(shuō)明其核心功能、目標(biāo)用戶、關(guān)鍵技術(shù)和人機(jī)交互方式。四、描述系統(tǒng)建模在機(jī)器人創(chuàng)意設(shè)計(jì)項(xiàng)目中的作用，并說(shuō)明至少兩種常用的系統(tǒng)建模方法及其適用場(chǎng)景。五、解釋什么是用戶體驗(yàn)，并列舉至少三種影響用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵因素。六、一個(gè)多關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人需要完成裝配任務(wù)，請(qǐng)簡(jiǎn)述其軌跡規(guī)劃的基本步驟，并說(shuō)明在規(guī)劃過(guò)程中需要考慮哪些因素。七、闡述人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行可用性測(cè)試的重要性，并說(shuō)明至少兩種常用的可用性測(cè)試方法。八、請(qǐng)簡(jiǎn)述系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的基本概念，并說(shuō)明如何將其應(yīng)用于分析一個(gè)復(fù)雜的機(jī)器人制造系統(tǒng)。九、設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的用戶登錄界面，需要說(shuō)明界面布局的主要考慮因素，并說(shuō)明你將如何設(shè)計(jì)以提高用戶的記憶負(fù)擔(dān)和操作效率。十、假設(shè)你正在設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)人駕駛物流車的人機(jī)交互系統(tǒng)，請(qǐng)說(shuō)明該系統(tǒng)需要具備哪些關(guān)鍵功能，并解釋為什么這些功能對(duì)于安全高效的物流操作至關(guān)重要。試卷答案一、答案：機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正解是指根據(jù)機(jī)器人的關(guān)節(jié)角度（輸入）來(lái)計(jì)算末端執(zhí)行器位姿（輸出）的數(shù)學(xué)模型；逆解是指根據(jù)末端執(zhí)行器期望的位姿（輸入）來(lái)計(jì)算所需關(guān)節(jié)角度（輸出）的數(shù)學(xué)模型。運(yùn)動(dòng)學(xué)正解用于已知機(jī)器人狀態(tài)時(shí)預(yù)測(cè)其末端位置和姿態(tài)，逆解用于已知任務(wù)需求時(shí)規(guī)劃?rùn)C(jī)器人的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。兩者在機(jī)器人控制中分別用于位置跟蹤和軌跡規(guī)劃。解析思路：本題考查運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解的基本概念及其在控制中的作用。需要明確正解和逆解的定義，并解釋它們各自的功能和在機(jī)器人控制流程中的應(yīng)用。二、答案：常見(jiàn)的人機(jī)交互技術(shù)包括：1.觸摸屏：通過(guò)觸摸屏幕進(jìn)行交互，原理是檢測(cè)屏幕上的觸摸點(diǎn)，應(yīng)用場(chǎng)景如智能手機(jī)、平板電腦；2.語(yǔ)音識(shí)別：通過(guò)識(shí)別語(yǔ)音指令進(jìn)行交互，原理是將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為文本或命令，應(yīng)用場(chǎng)景如智能助手；3.手勢(shì)識(shí)別：通過(guò)攝像頭捕捉和分析手勢(shì)進(jìn)行交互，原理是識(shí)別手勢(shì)的運(yùn)動(dòng)模式，應(yīng)用場(chǎng)景如空中鼠標(biāo)；4.虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）：通過(guò)頭戴設(shè)備創(chuàng)建沉浸式虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，原理是模擬視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等感官體驗(yàn)，應(yīng)用場(chǎng)景如游戲、培訓(xùn)。解析思路：本題要求列舉并解釋人機(jī)交互技術(shù)。需要了解幾種主流技術(shù)的原理和應(yīng)用，并能清晰表述。三、答案：服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)：核心功能為信息提供（如講解展品）、路線引導(dǎo)（如導(dǎo)航至特定展廳）、互動(dòng)問(wèn)答（如回答游客問(wèn)題）；目標(biāo)用戶為博物館參觀者；關(guān)鍵技術(shù)包括SLAM導(dǎo)航、語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)言處理、觸摸屏交互界面；人機(jī)交互方式包括語(yǔ)音交互、觸摸屏操作、視覺(jué)引導(dǎo)。解析思路：本題為設(shè)計(jì)題，要求設(shè)計(jì)一個(gè)具體的服務(wù)機(jī)器人。需要結(jié)合場(chǎng)景需求，提出功能、用戶、技術(shù)和交互方式，體現(xiàn)設(shè)計(jì)思維。四、答案：系統(tǒng)建模在機(jī)器人創(chuàng)意設(shè)計(jì)中的作用是：1.理解系統(tǒng)：通過(guò)模型化抽象復(fù)雜系統(tǒng)，幫助設(shè)計(jì)者理解系統(tǒng)各部分之間的關(guān)系和相互作用；2.仿真測(cè)試：在物理實(shí)現(xiàn)前通過(guò)仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性和性能；3.優(yōu)化設(shè)計(jì)：通過(guò)模型分析不同設(shè)計(jì)方案對(duì)系統(tǒng)性能的影響，指導(dǎo)設(shè)計(jì)優(yōu)化。常用系統(tǒng)建模方法包括：1.功能建模：描述系統(tǒng)功能層次結(jié)構(gòu)，如IDEF0；2.物理建模：基于物理定律描述系統(tǒng)行為，如有限元分析；應(yīng)用場(chǎng)景分別適用于宏觀流程設(shè)計(jì)和具體物理特性分析。解析思路：本題考查系統(tǒng)建模的概念、作用和方法。需要理解建模的意義，掌握常用建模方法及其特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景。五、答案：用戶體驗(yàn)是指用戶在使用產(chǎn)品或服務(wù)時(shí)的所有主觀感受。影響用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵因素包括：1.易用性：界面是否直觀、操作是否便捷；2.效率：完成任務(wù)所需時(shí)間是否合理；3.可靠性：系統(tǒng)是否穩(wěn)定、錯(cuò)誤是否少；4.響應(yīng)速度：系統(tǒng)反饋是否及時(shí)；5.美學(xué)設(shè)計(jì)：界面是否美觀、符合用戶審美。解析思路：本題要求解釋用戶體驗(yàn)并列舉影響因素。需要掌握用戶體驗(yàn)的基本概念，并能列舉并解釋關(guān)鍵影響因素。六、答案：軌跡規(guī)劃步驟：1.任務(wù)定義：確定機(jī)器人需要達(dá)到的目標(biāo)點(diǎn)和姿態(tài)；2.約束設(shè)定：考慮機(jī)器人關(guān)節(jié)極限、工作空間、避障要求等；3.路徑生成：使用算法（如樣條插值、貝塞爾曲線）生成平滑路徑；4.速度規(guī)劃：為機(jī)器人關(guān)節(jié)或末端設(shè)定速度和加速度；5.逆解計(jì)算：根據(jù)路徑計(jì)算各關(guān)節(jié)的角位移和角速度。需要考慮因素包括：安全性（避開(kāi)障礙物）、平滑性（避免急轉(zhuǎn)彎）、效率（最短時(shí)間或最短路徑）、可行性（滿足關(guān)節(jié)限制）。解析思路：本題考查軌跡規(guī)劃的基本流程和考慮因素。需要了解軌跡規(guī)劃的主要步驟，并能說(shuō)明每步的作用以及規(guī)劃中需注意的關(guān)鍵點(diǎn)。七、答案：可用性測(cè)試重要性在于：1.發(fā)現(xiàn)問(wèn)題：通過(guò)真實(shí)用戶使用發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的缺陷和不足；2.用戶中心：確保設(shè)計(jì)符合用戶實(shí)際需求和使用習(xí)慣；3.提升體驗(yàn)：基于測(cè)試結(jié)果優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品可用性和用戶滿意度。常用方法包括：1.用戶訪談：與用戶交流了解其需求和痛點(diǎn)；2.觀察法：觀察用戶實(shí)際操作過(guò)程，記錄行為和反饋；3.任務(wù)完成測(cè)試：讓用戶完成特定任務(wù)并測(cè)量成功率、時(shí)間和錯(cuò)誤率。解析思路：本題要求說(shuō)明可用性測(cè)試的重要性及方法。需要理解可用性測(cè)試的核心目的，并能列舉并解釋常用方法。八、答案：系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是研究復(fù)雜系統(tǒng)反饋結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)行為的科學(xué)?；靖拍畎ǚ答伝芈罚ㄔ鰪?qiáng)回路和調(diào)節(jié)回路）、時(shí)間延遲、存量與流量。應(yīng)用于機(jī)器人制造系統(tǒng)分析：1.建立模型：描述原材料庫(kù)存、在制品、成品庫(kù)存、生產(chǎn)線負(fù)荷、訂單等變量及其相互關(guān)系；2.分析動(dòng)態(tài)：研究市場(chǎng)需求波動(dòng)如何影響生產(chǎn)計(jì)劃、庫(kù)存水平、設(shè)備利用率；3.政策模擬：評(píng)估不同生產(chǎn)策略（如柔性生產(chǎn)、準(zhǔn)時(shí)制生產(chǎn)）對(duì)系統(tǒng)性能（如成本、交貨期）的影響。解析思路：本題考查系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)概念及其應(yīng)用。需要理解系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的基本術(shù)語(yǔ)，并能說(shuō)明如何將其應(yīng)用于機(jī)器人制造系統(tǒng)的分析。九、答案：界面布局考慮因素：1.信息層級(jí)：重要信息優(yōu)先展示，使用標(biāo)題、分組等方式組織內(nèi)容；2.視覺(jué)流向：引導(dǎo)用戶視線自然流動(dòng)，通常從左到右、從上到下；3.對(duì)稱與平衡：保持界面視覺(jué)穩(wěn)定感，但可適當(dāng)不對(duì)稱以突出重點(diǎn)；4.一致性：遵循平臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)范，減少用戶學(xué)習(xí)成本。提高記憶負(fù)擔(dān)和操作效率設(shè)計(jì)：1.減少記憶負(fù)擔(dān)：提供清晰的標(biāo)簽和提示，避免信息過(guò)載，使用常用圖標(biāo)和術(shù)語(yǔ)；2.提高操作效率：減少操作步驟，提供快捷方式，支持撤銷重做，優(yōu)化輸入方式（如使用下拉框而非自由輸入）。解析思路：本題為設(shè)計(jì)題，要求說(shuō)明界面布局原則和優(yōu)化方法。需要結(jié)合人機(jī)交互原理，說(shuō)明如何設(shè)計(jì)易于理解和操作的界面。十、答案：關(guān)鍵功能包括：1.路線規(guī)劃與導(dǎo)航：根據(jù)地圖和實(shí)時(shí)交通信息規(guī)劃最優(yōu)路線，并引導(dǎo)車輛行駛；2.環(huán)境感知與避障：通過(guò)傳感器（攝像頭、激光雷達(dá)等）感知周圍環(huán)境，識(shí)別行人、車輛、障礙物并安全避讓；3.人機(jī)交互界面：提供清晰的狀態(tài)顯示（如路徑、速度、距離）、警報(bào)提示（如碰撞風(fēng)險(xiǎn)），并允許駕駛員在必要時(shí)接管；4.運(yùn)行狀