2025年機(jī)器人教學(xué)試題庫及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.工業(yè)機(jī)器人典型的機(jī)械結(jié)構(gòu)中，用于實現(xiàn)末端執(zhí)行器空間定位的核心部件是（）A.驅(qū)動裝置B.傳動機(jī)構(gòu)C.機(jī)身與臂部D.末端執(zhí)行器答案：C2.以下哪種傳感器常用于機(jī)器人的三維環(huán)境建模？（）A.接觸式力傳感器B.激光雷達(dá)（LiDAR）C.光電編碼器D.溫度傳感器答案：B3.在機(jī)器人運(yùn)動學(xué)中，DH參數(shù)法（Denavit-Hartenberg參數(shù)法）用于描述（）A.機(jī)器人動力學(xué)方程B.相鄰關(guān)節(jié)間的位姿變換關(guān)系C.末端執(zhí)行器的速度雅可比矩陣D.機(jī)器人的工作空間邊界答案：B4.以下哪種控制算法最適用于機(jī)器人軌跡跟蹤中的實時誤差修正？（）A.開環(huán)控制B.PID控制C.模糊控制D.前饋控制答案：B5.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)載能力B.內(nèi)置安全傳感器與碰撞檢測功能C.支持離線編程D.采用液壓驅(qū)動答案：B6.機(jī)器人編程語言中，用于描述末端執(zhí)行器相對于工件坐標(biāo)系運(yùn)動的指令屬于（）A.示教編程B.任務(wù)級編程C.動作級編程D.算法級編程答案：C7.以下哪種傳動方式在機(jī)器人關(guān)節(jié)中應(yīng)用最廣？（）A.齒輪傳動B.帶傳動C.諧波傳動D.鏈傳動答案：C8.當(dāng)機(jī)器人需要在未知環(huán)境中自主導(dǎo)航時，關(guān)鍵的核心技術(shù)是（）A.SLAM（同步定位與地圖構(gòu)建）B.逆運(yùn)動學(xué)求解C.動力學(xué)仿真D.力位混合控制答案：A9.以下關(guān)于機(jī)器人工作空間的描述，正確的是（）A.工作空間僅由機(jī)器人的最大關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角決定B.可達(dá)工作空間是指末端執(zhí)行器能到達(dá)的所有點(diǎn)C.靈活工作空間是指末端執(zhí)行器能以任意姿態(tài)到達(dá)的點(diǎn)D.圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人的工作空間呈球形答案：C10.在機(jī)器人視覺系統(tǒng)中，用于識別物體表面紋理特征的常用算法是（）A.SIFT（尺度不變特征變換）B.閾值分割C.邊緣檢測D.形態(tài)學(xué)操作答案：A二、填空題（每空1分，共20分）1.工業(yè)機(jī)器人按坐標(biāo)形式分類，常見的有笛卡爾坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型和__________。答案：關(guān)節(jié)坐標(biāo)型2.編碼器是機(jī)器人關(guān)節(jié)角度檢測的核心傳感器，按工作原理可分為__________編碼器和絕對式編碼器。答案：增量式3.機(jī)器人運(yùn)動學(xué)分為正運(yùn)動學(xué)和逆運(yùn)動學(xué)，正運(yùn)動學(xué)的任務(wù)是已知各關(guān)節(jié)角度，求解__________的位姿。答案：末端執(zhí)行器4.PID控制中的三個參數(shù)分別是比例系數(shù)、積分系數(shù)和__________。答案：微分系數(shù)5.協(xié)作機(jī)器人的安全標(biāo)準(zhǔn)中，通常要求接觸力不超過__________N（牛）以避免對人體造成傷害。答案：15（注：具體數(shù)值需參考最新ISO標(biāo)準(zhǔn)，此處為示例）6.機(jī)器人末端執(zhí)行器按功能分類，常見的有夾持類、吸附類和__________類（如焊槍、噴槍）。答案：作業(yè)7.在機(jī)器人動力學(xué)中，牛頓-歐拉法和__________法是兩種常用的建模方法。答案：拉格朗日8.機(jī)器人離線編程的優(yōu)勢在于不占用__________時間，可提高生產(chǎn)效率。答案：在線調(diào)試9.多機(jī)器人協(xié)作系統(tǒng)中，常用的通信協(xié)議包括Modbus、__________和Profinet。答案：CAN（控制器局域網(wǎng)絡(luò)）10.機(jī)器人倫理問題中，“三定律”由科幻作家__________提出，核心是保護(hù)人類、服從指令、保護(hù)自身。答案：艾薩克·阿西莫夫11.激光測距傳感器的工作原理基于__________的時間飛行（TOF）測量。答案：激光脈沖12.機(jī)器人軌跡規(guī)劃分為關(guān)節(jié)空間規(guī)劃和__________空間規(guī)劃，后者直接規(guī)劃末端執(zhí)行器的位姿。答案：笛卡爾13.諧波減速器的三大核心部件是波發(fā)生器、柔輪和__________。答案：剛輪14.機(jī)器人力控制的典型方法包括阻抗控制、導(dǎo)納控制和__________控制。答案：力位混合15.工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)定位精度是指在相同條件下，多次到達(dá)同一目標(biāo)點(diǎn)的__________偏差。答案：位置16.機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）中，節(jié)點(diǎn)（Node）通過__________進(jìn)行通信，支持話題（Topic）和服務(wù)（Service）兩種模式。答案：消息（Message）17.觸覺傳感器用于檢測機(jī)器人與環(huán)境的接觸信息，常見類型有壓阻式、電容式和__________式。答案：壓電18.自主移動機(jī)器人（AMR）的導(dǎo)航方式包括慣性導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航和__________導(dǎo)航（如二維碼、磁條）。答案：地標(biāo)19.機(jī)器人運(yùn)動學(xué)奇異性是指雅可比矩陣的__________為零，導(dǎo)致無法唯一求解關(guān)節(jié)速度。答案：行列式20.服務(wù)機(jī)器人的典型應(yīng)用場景包括醫(yī)療護(hù)理、教育陪伴和__________（如餐廳送餐、酒店導(dǎo)覽）。答案：商業(yè)服務(wù)三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述機(jī)器人傳感器的分類及典型應(yīng)用。答案：機(jī)器人傳感器可分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。內(nèi)部傳感器用于檢測機(jī)器人自身狀態(tài)，如編碼器（檢測關(guān)節(jié)角度）、陀螺儀（檢測姿態(tài)）、電流傳感器（檢測電機(jī)負(fù)載）；外部傳感器用于感知環(huán)境，如視覺傳感器（攝像頭、深度相機(jī)，用于物體識別）、激光雷達(dá)（三維環(huán)境建模）、力傳感器（檢測接觸力，用于裝配作業(yè)）、超聲波傳感器（近距離避障）。2.說明工業(yè)機(jī)器人示教編程與離線編程的區(qū)別及適用場景。答案：示教編程是通過手動引導(dǎo)機(jī)器人或操作示教盒記錄軌跡，優(yōu)點(diǎn)是直觀、無需復(fù)雜建模，適用于小批量、任務(wù)簡單的場景（如簡單搬運(yùn)）；離線編程是在計算機(jī)上通過仿真軟件規(guī)劃軌跡，不占用機(jī)器人運(yùn)行時間，適用于復(fù)雜軌跡（如曲面焊接）、批量生產(chǎn)或危險環(huán)境（如核輻射區(qū)域）的任務(wù)。3.分析PID控制在機(jī)器人控制中的作用，各參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。答案：PID控制通過比例（P）、積分（I）、微分（D）環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)誤差。比例環(huán)節(jié)快速減小當(dāng)前誤差，但過大易引起震蕩；積分環(huán)節(jié)消除穩(wěn)態(tài)誤差，過大可能導(dǎo)致超調(diào)；微分環(huán)節(jié)預(yù)測誤差變化趨勢，抑制震蕩，改善動態(tài)響應(yīng)。三者結(jié)合可實現(xiàn)對機(jī)器人位置、速度的穩(wěn)定控制（如機(jī)械臂軌跡跟蹤）。4.解釋機(jī)器人工作空間中“可達(dá)工作空間”與“靈活工作空間”的區(qū)別，并舉例說明。答案：可達(dá)工作空間是末端執(zhí)行器能到達(dá)的所有點(diǎn)（無論姿態(tài)），靈活工作空間是末端執(zhí)行器能以任意姿態(tài)到達(dá)的點(diǎn)。例如，六自由度工業(yè)機(jī)器人的可達(dá)空間可能是一個球體，但靈活空間是球體內(nèi)除去奇異位形的區(qū)域（如當(dāng)手臂完全伸展時，末端可能無法旋轉(zhuǎn)）。5.簡述協(xié)作機(jī)器人的安全設(shè)計要素。答案：協(xié)作機(jī)器人的安全設(shè)計包括：（1）機(jī)械設(shè)計：采用輕量材料、圓潤結(jié)構(gòu)減少碰撞傷害；（2）傳感器：內(nèi)置力傳感器、觸覺皮膚實時檢測接觸力；（3）控制策略：碰撞檢測時立即停止或降低速度（如ISO10218標(biāo)準(zhǔn)要求接觸力≤15N）；（4）人機(jī)交互：支持手動引導(dǎo)、速度/功率限制（如最大速度≤250mm/s）；（5）冗余設(shè)計：多重安全回路防止單一故障導(dǎo)致危險。四、綜合題（每題10分，共20分）1.設(shè)計一個基于Arduino的輪式移動機(jī)器人自主避障系統(tǒng)方案，要求包含硬件選型、傳感器布置、控制邏輯及關(guān)鍵代碼框架。答案：（1）硬件選型：主控板（ArduinoUno）、驅(qū)動模塊（L298N）、直流電機(jī)（帶編碼器）、超聲波傳感器（HC-SR04×2，左右各一）、電源（7.4V鋰電池）。（2）傳感器布置：超聲波傳感器對稱安裝于機(jī)器人前方左右兩側(cè)（夾角30°），檢測距離0.2-4m。（3）控制邏輯：初始化傳感器和電機(jī)；循環(huán)讀取左右傳感器距離d_left、d_right；若d_left>d_right且d_left>50cm，右轉(zhuǎn)避障；若d_right>d_left且d_right>50cm，左轉(zhuǎn)避障；若兩側(cè)距離均<50cm，后退0.5s后隨機(jī)轉(zhuǎn)向；否則直行。（4）關(guān)鍵代碼框架：```cppinclude<Servo.h>constinttrigL=2,echoL=3,trigR=4,echoR=5;constintenA=9,in1=7,in2=8,enB=10,in3=11,in4=12;voidsetup(){pinMode(trigL,OUTPUT);pinMode(echoL,INPUT);pinMode(trigR,OUTPUT);pinMode(echoR,INPUT);pinMode(enA,OUTPUT);pinMode(enB,OUTPUT);//初始化電機(jī)PWM}floatgetDistance(inttrig,intecho){digitalWrite(trig,LOW);delayMicroseconds(2);digitalWrite(trig,HIGH);delayMicroseconds(10);digitalWrite(trig,LOW);longduration=pulseIn(echo,HIGH);returnduration0.034/2;//換算為厘米}voidmoveForward(){digitalWrite(in1,HIGH);digitalWrite(in2,LOW);digitalWrite(in3,HIGH);digitalWrite(in4,LOW);analogWrite(enA,200);analogWrite(enB,200);}voidturnLeft(){digitalWrite(in1,LOW);digitalWrite(in2,HIGH);digitalWrite(in3,HIGH);digitalWrite(in4,LOW);analogWrite(enA,150);analogWrite(enB,150);delay(500);}voidloop(){floatdL=getDistance(trigL,echoL);floatdR=getDistance(trigR,echoR);if(dL<50||dR<50){if(dL<dR)turnLeft();elseturnRight();//類似turnLeft實現(xiàn)}else{moveForward();}}```2.某工廠6軸工業(yè)機(jī)器人在焊接作業(yè)中出現(xiàn)末端抖動問題，分析可能原因及排查步驟。答案：可能原因：（1）機(jī)械部分：關(guān)節(jié)間隙過大（如諧波減速器磨損）、傳動部件松動（如軸承損壞）、末端執(zhí)行器安裝不牢；（2）控制部分：PID參數(shù)設(shè)置不當(dāng)（比例系數(shù)過高）、伺服驅(qū)動器增益不匹配；（3）環(huán)境因素：工件固定不穩(wěn)、焊接反作用力引起共振；（4）傳感器問題：編碼器信號干擾（線纜接觸不良）、力傳感器數(shù)據(jù)異常。排查步驟：（1）檢查機(jī)械結(jié)構(gòu)：手動轉(zhuǎn)動各關(guān)節(jié)，感受是否有卡頓或間隙（用塞尺測量減速器間隙