2025機(jī)器人理論考試題庫(kù)及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分）1.以下關(guān)于機(jī)器人DH參數(shù)法的描述中，錯(cuò)誤的是（）A.DH參數(shù)法通過(guò)四個(gè)參數(shù)描述相鄰連桿的相對(duì)位置關(guān)系B.相鄰連桿的公共法線長(zhǎng)度為偏置量dC.繞公共法線的旋轉(zhuǎn)角為關(guān)節(jié)角θD.連桿長(zhǎng)度a定義為前一連桿z軸與當(dāng)前連桿z軸的最短距離答案：B（偏置量d是沿前一連桿z軸的距離，公共法線長(zhǎng)度為連桿長(zhǎng)度a）2.六自由度工業(yè)機(jī)器人的雅可比矩陣J的維度是（）A.3×6B.6×6C.6×3D.3×3答案：B（雅可比矩陣行數(shù)為末端執(zhí)行器自由度，列數(shù)為關(guān)節(jié)自由度，六自由度機(jī)器人末端有6個(gè)自由度，故6×6）3.以下哪種傳感器常用于機(jī)器人觸覺(jué)感知？（）A.激光雷達(dá)（LiDAR）B.壓阻式陣列傳感器C.慣性測(cè)量單元（IMU）D.單目攝像頭答案：B（壓阻式傳感器通過(guò)壓力變化感知接觸力，屬于觸覺(jué)；LiDAR用于測(cè)距，IMU測(cè)姿態(tài)，攝像頭用于視覺(jué)）4.機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題中，“多解性”是指（）A.同一末端位姿對(duì)應(yīng)多個(gè)關(guān)節(jié)角組合B.同一關(guān)節(jié)角組合對(duì)應(yīng)多個(gè)末端位姿C.運(yùn)動(dòng)學(xué)方程無(wú)解析解D.動(dòng)力學(xué)模型存在冗余參數(shù)答案：A（逆運(yùn)動(dòng)學(xué)需根據(jù)末端位姿求解關(guān)節(jié)角，由于機(jī)械結(jié)構(gòu)冗余，可能存在多組解）5.以下不屬于機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式的是（）A.液壓驅(qū)動(dòng)B.壓電驅(qū)動(dòng)C.電磁驅(qū)動(dòng)D.熱磁驅(qū)動(dòng)答案：D（常見(jiàn)驅(qū)動(dòng)方式包括電動(dòng)、液壓、氣壓、壓電等，熱磁驅(qū)動(dòng)未廣泛應(yīng)用）6.機(jī)器人軌跡規(guī)劃中，“梯形速度曲線”的特點(diǎn)是（）A.加速度突變，易引發(fā)機(jī)械振動(dòng)B.速度線性上升后保持恒定，再線性下降C.加速度連續(xù)，適用于高精度場(chǎng)景D.僅適用于點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)答案：B（梯形速度曲線由加速段、勻速段、減速段組成，速度呈梯形，加速度在分段點(diǎn)突變）7.并聯(lián)機(jī)器人與串聯(lián)機(jī)器人相比，主要優(yōu)勢(shì)是（）A.工作空間大B.結(jié)構(gòu)剛度高C.控制復(fù)雜度低D.運(yùn)動(dòng)靈活性好答案：B（并聯(lián)機(jī)器人通過(guò)多連桿并行支撐末端，剛度更高，適合大負(fù)載場(chǎng)景）8.以下哪項(xiàng)是機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程的核心作用？（）A.描述關(guān)節(jié)位置與末端位姿的關(guān)系B.計(jì)算給定運(yùn)動(dòng)所需的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力/力矩C.規(guī)劃末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)軌跡D.實(shí)現(xiàn)環(huán)境障礙物檢測(cè)答案：B（動(dòng)力學(xué)方程反映力/力矩與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，用于計(jì)算驅(qū)動(dòng)需求）9.在機(jī)器人視覺(jué)中，“單目視覺(jué)測(cè)距”的關(guān)鍵是（）A.已知相機(jī)內(nèi)參和目標(biāo)物體尺寸B.使用結(jié)構(gòu)光投射輔助C.依賴(lài)雙目視差原理D.通過(guò)光流法計(jì)算運(yùn)動(dòng)答案：A（單目測(cè)距需結(jié)合相機(jī)標(biāo)定參數(shù)（內(nèi)參）和目標(biāo)實(shí)際尺寸，通過(guò)成像比例計(jì)算距離）10.以下哪種控制算法屬于“智能控制”范疇？（）A.PID控制B.滑?？刂艭.自適應(yīng)控制D.模糊控制答案：D（模糊控制基于模糊邏輯，屬于智能控制；PID、滑模、自適應(yīng)屬于傳統(tǒng)控制）11.機(jī)器人“奇異性”是指（）A.雅可比矩陣行列式為零，末端無(wú)法沿某方向運(yùn)動(dòng)B.關(guān)節(jié)角超過(guò)機(jī)械限位C.傳感器數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常噪聲D.動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)不匹配答案：A（奇異性時(shí)雅可比矩陣不可逆，末端失去某方向運(yùn)動(dòng)能力）12.以下關(guān)于工業(yè)機(jī)器人重復(fù)定位精度的描述，正確的是（）A.指機(jī)器人多次到達(dá)同一目標(biāo)點(diǎn)的位置偏差B.指機(jī)器人末端到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的絕對(duì)位置誤差C.與機(jī)器人工作空間大小直接相關(guān)D.僅受機(jī)械結(jié)構(gòu)剛度影響答案：A（重復(fù)定位精度反映多次定位的一致性，絕對(duì)定位精度反映與目標(biāo)的絕對(duì)偏差）13.協(xié)作機(jī)器人（Cobot）區(qū)別于傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的核心特征是（）A.更高的負(fù)載自重比B.集成力傳感器實(shí)現(xiàn)安全交互C.支持離線編程D.采用串聯(lián)機(jī)械結(jié)構(gòu)答案：B（協(xié)作機(jī)器人通過(guò)力控、碰撞檢測(cè)等實(shí)現(xiàn)與人共融，安全交互是核心）14.以下哪種算法常用于機(jī)器人路徑規(guī)劃中的全局規(guī)劃？（）A.動(dòng)態(tài)窗口法（DWA）B.A算法C.人工勢(shì)場(chǎng)法D.模糊邏輯控制答案：B（A算法基于全局地圖搜索最優(yōu)路徑，屬于全局規(guī)劃；DWA、人工勢(shì)場(chǎng)法為局部規(guī)劃）15.機(jī)器人SLAM（同步定位與地圖構(gòu)建）的核心挑戰(zhàn)是（）A.傳感器數(shù)據(jù)的時(shí)間同步B.未知環(huán)境下的定位與地圖更新的耦合C.高計(jì)算復(fù)雜度的實(shí)時(shí)性要求D.多傳感器融合的誤差校準(zhǔn)答案：B（SLAM需同時(shí)解決“我在哪”（定位）和“環(huán)境如何”（建圖），二者相互依賴(lài)）二、填空題（每題2分，共20分）1.機(jī)器人的自由度是指其末端執(zhí)行器在空間中能夠獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的________數(shù)量。答案：坐標(biāo)軸2.并聯(lián)機(jī)器人的典型結(jié)構(gòu)包括________（列舉一種），其特點(diǎn)是多個(gè)分支鏈并行連接固定平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)。答案：Stewart平臺(tái)（或Delta機(jī)器人）3.PID控制中的“I”代表________，其作用是消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差。答案：積分控制4.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分為正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)，正運(yùn)動(dòng)學(xué)是已知________求解末端位姿。答案：關(guān)節(jié)角5.工業(yè)機(jī)器人常用的減速器類(lèi)型包括________（列舉一種），用于降低電機(jī)轉(zhuǎn)速、增大扭矩。答案：諧波減速器（或RV減速器）6.激光雷達(dá)（LiDAR）通過(guò)發(fā)射________并接收反射信號(hào)來(lái)測(cè)量距離。答案：激光脈沖7.機(jī)器人觸覺(jué)傳感器的關(guān)鍵性能指標(biāo)包括________（列舉一種），反映其對(duì)壓力變化的敏感程度。答案：靈敏度（或分辨率、響應(yīng)時(shí)間）8.動(dòng)力學(xué)方程中的慣性矩陣M(q)描述了機(jī)器人________對(duì)關(guān)節(jié)加速度的影響。答案：質(zhì)量分布9.機(jī)器人力控制的兩種主要方式是________和阻抗控制。答案：力跟蹤控制（或位置/力混合控制）10.強(qiáng)化學(xué)習(xí)在機(jī)器人控制中的核心思想是通過(guò)________與環(huán)境交互，最大化累積獎(jiǎng)勵(lì)。答案：智能體（Agent）三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述串聯(lián)機(jī)器人與并聯(lián)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)差異及典型應(yīng)用場(chǎng)景。答案：串聯(lián)機(jī)器人通過(guò)連桿依次串聯(lián)連接（如6軸機(jī)械臂），結(jié)構(gòu)開(kāi)放，工作空間大但剛度較低，適用于焊接、噴涂等需要大范圍運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)景；并聯(lián)機(jī)器人通過(guò)多個(gè)分支鏈并行連接固定平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)（如Delta機(jī)器人），結(jié)構(gòu)封閉，剛度高、負(fù)載能力強(qiáng)但工作空間小，適用于高速分揀、精密裝配等場(chǎng)景。2.解釋機(jī)器人雅可比矩陣的物理意義，并說(shuō)明其在運(yùn)動(dòng)控制中的作用。答案：雅可比矩陣J(q)描述了關(guān)節(jié)速度與末端執(zhí)行器速度的線性映射關(guān)系（v=J(q)·q?）。其物理意義是：矩陣中的元素表示各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)對(duì)末端速度的貢獻(xiàn)。在控制中，雅可比矩陣用于將末端速度指令轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)速度指令（逆雅可比），或分析機(jī)器人奇異性（J(q)行列式為零時(shí)進(jìn)入奇異位形）。3.說(shuō)明機(jī)器人軌跡規(guī)劃中“多項(xiàng)式插值”與“樣條插值”的區(qū)別及適用場(chǎng)景。答案：多項(xiàng)式插值通過(guò)單一高次多項(xiàng)式擬合起點(diǎn)與終點(diǎn)的位置、速度等約束，計(jì)算簡(jiǎn)單但高階項(xiàng)可能導(dǎo)致中間軌跡震蕩，適用于短路徑或低精度要求場(chǎng)景；樣條插值將軌跡分段為低次多項(xiàng)式（如三次樣條），保證各段連接處的連續(xù)性（位置、速度、加速度連續(xù)），軌跡更平滑，適用于高精度、高速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景（如醫(yī)療機(jī)器人手術(shù)路徑）。4.簡(jiǎn)述機(jī)器人力覺(jué)傳感器的分類(lèi)及各自的測(cè)量原理。答案：力覺(jué)傳感器分為關(guān)節(jié)力傳感器和末端力傳感器。關(guān)節(jié)力傳感器通常安裝在關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)軸上，通過(guò)應(yīng)變片測(cè)量關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩；末端力傳感器（如六維力傳感器）安裝在末端執(zhí)行器與連桿之間，利用彈性體變形（應(yīng)變片或壓電元件）測(cè)量x、y、z方向的力（Fx、Fy、Fz）和力矩（Mx、My、Mz）。5.分析機(jī)器人自主導(dǎo)航中“全局路徑規(guī)劃”與“局部路徑規(guī)劃”的聯(lián)系與區(qū)別。答案：聯(lián)系：二者共同實(shí)現(xiàn)從起點(diǎn)到終點(diǎn)的無(wú)碰撞導(dǎo)航，全局規(guī)劃為局部規(guī)劃提供參考路徑，局部規(guī)劃處理動(dòng)態(tài)障礙物。區(qū)別：全局規(guī)劃基于已知環(huán)境地圖（如柵格地圖），采用A、Dijkstra等算法搜索最優(yōu)路徑，計(jì)算量較大；局部規(guī)劃基于實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)（如激光雷達(dá)、攝像頭），采用動(dòng)態(tài)窗口法（DWA）、人工勢(shì)場(chǎng)法等快速調(diào)整路徑，響應(yīng)動(dòng)態(tài)環(huán)境變化。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某二連桿平面機(jī)器人的DH參數(shù)如下表所示，求其正運(yùn)動(dòng)學(xué)齊次變換矩陣T?1（從連桿1到連桿2的變換矩陣）。|連桿i|θi（關(guān)節(jié)角）|ai（連桿長(zhǎng)度）|di（偏置量）|αi（連桿扭轉(zhuǎn)角）||||||||1|θ?|a?|0|0°（即0弧度）||2|θ?|a?|0|0°|答案：DH參數(shù)法中，相鄰連桿的齊次變換矩陣為：T???1=Rot(z,θ?)×Trans(z,d?)×Trans(x,a?)×Rot(x,α?)由于α?=0°，d?=0，α?=0°，d?=0，因此：T??=Rot(z,θ?)×Trans(x,a?)=[[cosθ?,sinθ?,0,a?cosθ?],[sinθ?,cosθ?,0,a?sinθ?],[0,0,1,0],[0,0,0,1]]T?1=Rot(z,θ?)×Trans(x,a?)=[[cosθ?,sinθ?,0,a?cosθ?],[sinθ?,cosθ?,0,a?sinθ?],[0,0,1,0],[0,0,0,1]]（注：若題目要求總變換矩陣T??，則需計(jì)算T??×T?1，結(jié)果為：[cos(θ?+θ?),sin(θ?+θ?),0,a?cosθ?+a?cos(θ?+θ?)],[sin(θ?+θ?),cos(θ?+θ?),0,a?sinθ?+a?sin(θ?+θ?)],[0,0,1,0],[0,0,0,1]）2.某機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩方程為τ=M(q)q?+C(q,q?)q?+G(q)，其中M(q)為慣性矩陣，C(q,q?)為科里奧利和離心力矩陣，G(q)為重力向量。已知某時(shí)刻q=[π/3,π/4]?（弧度），q?=[0.5,0.3]?（rad/s），q?=[1.2,0.8]?（rad/s2），且：M(q)=[[2,0.5],[0.5,1]]，C(q,q?)=[[0.1q??,0.2q??],[0,0.3q??]]，G(q)=[3sinq?,2cosq?]?。計(jì)算該時(shí)刻的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩τ?和τ?。答案：分步計(jì)算各項(xiàng)：（1）慣性項(xiàng)：M(q)q?=[[2,0.5],[0.5,1]]×[1.2,0.8]?=[2×1.2+0.5×0.8,0.5×1.2+1×0.8]?=[2.4+0.4,0.6+0.8]?=[2.8,1.4]?（2）科里奧利和離心力項(xiàng)：C(q,q?)q?=[[0.1×0.3,0.2×0.5],[0,0.3×0.5]]×[0.5,0.3]?=[[0.03,0.1],[0,0.15]]×[0.5,0.3]?=[0.03×0.5+(0.1)×0.3,0×0.5+0.15×0.3]?=[0.0150.03,0+0.045]?=[0.015,0.045]?（3）重力項(xiàng)：G(q)=[3sin(π/3),2cos(π/4)]?=[3×(√3/2),2×(√2/2)]?≈[2.598,1.414]?總力矩τ=慣性項(xiàng)+科里奧利項(xiàng)+重力項(xiàng)：τ?=2.8+(0.015)+2.598≈5.383N·mτ?=1.4+0.045+1.414≈2.859N·m五、論述題（10分）結(jié)合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展，論述機(jī)器人智能控制的關(guān)鍵技術(shù)及未來(lái)趨勢(shì)。答案：機(jī)器人智能控制的核心目標(biāo)是使機(jī)器人在復(fù)雜、動(dòng)態(tài)環(huán)境中自主決策與執(zhí)行任務(wù)，其關(guān)鍵技術(shù)包括：（1）多模態(tài)感知融合：通過(guò)視覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等多傳感器數(shù)據(jù)融合（如相機(jī)+LiDAR+IMU），結(jié)合深度學(xué)習(xí)（如CNN、Transformer）實(shí)現(xiàn)環(huán)境理解，解決感知不確定性問(wèn)題。（2）認(rèn)知推理與決策：引入知識(shí)圖譜、強(qiáng)化學(xué)習(xí)（如PPO、SAC）和符號(hào)邏輯，使機(jī)器人從“感知?jiǎng)幼鳌狈瓷涫娇刂粕?jí)為“感知認(rèn)知決策”的高階智能，例如醫(yī)療機(jī)器人根據(jù)患者影像數(shù)據(jù)規(guī)劃手術(shù)路徑。（3）自適應(yīng)與魯棒控制：針對(duì)參數(shù)不確定、外部擾動(dòng)（如負(fù)載變化、碰撞），發(fā)展自適應(yīng)控制（如模型參考自適應(yīng)）、魯棒控制（如H∞控制）和學(xué)習(xí)型控制（如元學(xué)習(xí)），提升系統(tǒng)抗干擾能力。（4）人機(jī)協(xié)作與共融：通過(guò)力控技術(shù)（如阻抗控制）、自然語(yǔ)言交互（如大語(yǔ)言模型）和安全評(píng)估（如ISO10218標(biāo)準(zhǔn)），實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與人類(lèi)的安全、高效協(xié)作，例如協(xié)作機(jī)器人輔助裝配線工人完成精密操作。