2025年工業(yè)AI《機(jī)器人技術(shù)》階段測試卷考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共30分。請將正確選項(xiàng)的字母填在括號內(nèi)。）1.一個(gè)工業(yè)機(jī)器人的基坐標(biāo)系通常固定在（）。A.機(jī)器人末端執(zhí)行器B.機(jī)器人腰部C.工件坐標(biāo)系D.工廠地面2.下列哪種類型的工業(yè)機(jī)器人通常不適合進(jìn)行高精度裝配任務(wù)？（）A.六軸關(guān)節(jié)型機(jī)器人B.SCARA機(jī)器人C.汽車吊類機(jī)器人D.垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人3.機(jī)器人運(yùn)動學(xué)逆解的主要目的是（）。A.計(jì)算機(jī)器人各關(guān)節(jié)角度使其末端到達(dá)指定位置和姿態(tài)B.計(jì)算機(jī)器人末端執(zhí)行器的速度C.設(shè)計(jì)機(jī)器人的軌跡D.校正機(jī)器人的傳感器讀數(shù)4.在機(jī)器人控制中，閉環(huán)控制相較于開環(huán)控制的主要優(yōu)勢是（）。A.結(jié)構(gòu)更簡單B.對環(huán)境干擾不敏感C.成本更低D.響應(yīng)速度更快5.以下哪種傳感器通常用于檢測機(jī)器人的絕對位置？（）A.編碼器B.超聲波傳感器C.視覺傳感器D.接近開關(guān)6.機(jī)器人編程中，通常使用（）坐標(biāo)系來編程機(jī)器人沿直線移動，簡化軌跡規(guī)劃。A.基坐標(biāo)系B.工件坐標(biāo)系C.用戶坐標(biāo)系D.插補(bǔ)坐標(biāo)系7.工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行spotwelding（點(diǎn)焊）任務(wù)時(shí)，通常使用哪種類型的末端執(zhí)行器？（）A.夾爪B.焊槍C.掃描頭D.搬運(yùn)盤8.人機(jī)協(xié)作機(jī)器人（Cobot）與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的主要區(qū)別之一是（）。A.結(jié)構(gòu)更復(fù)雜B.功率更大C.具備一定的安全防護(hù)能力，允許人類在近場工作D.定位精度更低9.機(jī)器人視覺系統(tǒng)中，用于測量物體距離的常見方法是（）。A.雙目立體視覺B.紅外測溫C.線陣相機(jī)掃描D.激光輪廓掃描10.以下哪種技術(shù)不是工業(yè)機(jī)器人常用的驅(qū)動方式？（）A.伺服電機(jī)B.步進(jìn)電機(jī)C.直流電機(jī)D.電磁驅(qū)動11.機(jī)器人控制系統(tǒng)中的PLC（可編程邏輯控制器）主要負(fù)責(zé)（）。A.運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)計(jì)算B.邏輯控制、I/O處理和通信C.傳感器信號濾波D.機(jī)器人視覺圖像處理12.機(jī)器人安全防護(hù)中，安全圍欄的主要作用是（）。A.防止機(jī)器人本體過熱B.防止機(jī)器人意外動作傷害人員C.提高機(jī)器人運(yùn)行速度D.便于機(jī)器人維護(hù)保養(yǎng)13.工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行物體抓取時(shí)，力控傳感器的主要作用是（）。A.檢測抓取是否成功B.控制抓取速度C.防止抓取力過大損壞物體或機(jī)器人D.精確定位抓取位置14.以下哪項(xiàng)不是工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域？（）A.汽車制造B.電子組裝C.食品加工D.航空航天飛機(jī)的發(fā)射15.基于機(jī)器學(xué)習(xí)的機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，其優(yōu)勢在于（）。A.可以處理極其復(fù)雜的動態(tài)環(huán)境B.規(guī)劃路徑總是最優(yōu)的C.對計(jì)算資源要求不高D.只需要離線編程，無需實(shí)時(shí)調(diào)整二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在橫線上。）1.機(jī)器人具有______個(gè)自由度，意味著需要______個(gè)獨(dú)立的關(guān)節(jié)運(yùn)動或驅(qū)動來確定其末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)。2.機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)分為______運(yùn)動學(xué)和______運(yùn)動學(xué)。3.常用的機(jī)器人坐標(biāo)系包括基坐標(biāo)系、______坐標(biāo)系、工具坐標(biāo)系和______坐標(biāo)系。4.伺服電機(jī)作為機(jī)器人驅(qū)動元件，其主要特點(diǎn)是具有高精度、高轉(zhuǎn)速和______。5.機(jī)器人傳感器按感知信息可分為接觸式傳感器和______傳感器。6.工業(yè)機(jī)器人編程語言通常分為______語言和示教編程語言。7.機(jī)器人安全等級通常按照ISO10218標(biāo)準(zhǔn)分為四級，其中______級風(fēng)險(xiǎn)最低，______級風(fēng)險(xiǎn)最高。8.工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用中，______和______是兩個(gè)核心的自動化技術(shù)環(huán)節(jié)。9.工業(yè)AI賦能機(jī)器人，使其能夠具備更強(qiáng)的環(huán)境感知、自主決策和______能力。10.機(jī)器人控制中的前饋控制主要用于補(bǔ)償______對系統(tǒng)輸出的影響。三、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題。）1.簡述正向運(yùn)動學(xué)（ForwardKinematics）和逆向運(yùn)動學(xué)（InverseKinematics）的基本概念及其在機(jī)器人技術(shù)中的作用。2.簡述工業(yè)機(jī)器人閉環(huán)控制的基本原理及其與開環(huán)控制的區(qū)別。3.列舉三種常見的工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器類型，并簡述其各自的主要用途。4.簡述將一個(gè)簡單的任務(wù)（如“抓取一個(gè)放在桌面上的零件并放到另一個(gè)位置”）轉(zhuǎn)化為機(jī)器人編程指令的基本步驟。四、計(jì)算題（共15分。請寫出計(jì)算過程和結(jié)果。）假設(shè)一個(gè)具有3個(gè)自由度的機(jī)器人，其正向運(yùn)動學(xué)模型簡化為：末端X坐標(biāo)=joint1*sin(joint2)+joint3*cos(joint1)*sin(joint2)末端Y坐標(biāo)=joint1*cos(joint2)+joint3*cos(joint1)*cos(joint2)末端Z坐標(biāo)=joint2+joint3*sin(joint1)其中，joint1,joint2,joint3分別為三個(gè)關(guān)節(jié)的角度（單位：弧度），末端Z坐標(biāo)是相對于關(guān)節(jié)2處的Z軸測量?，F(xiàn)要求機(jī)器人末端到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)(X=1.5,Y=1.0,Z=1.2)的位置，請計(jì)算當(dāng)joint1=π/4(45度)時(shí)，關(guān)節(jié)2(joint2)和關(guān)節(jié)3(joint3)的角度值。（結(jié)果可以保留一位小數(shù)）五、論述/應(yīng)用題（10分。請結(jié)合所學(xué)知識，闡述你的理解。）簡述機(jī)器視覺系統(tǒng)在工業(yè)自動化生產(chǎn)線中如何輔助機(jī)器人完成智能分揀任務(wù)，并說明其中涉及的關(guān)鍵技術(shù)和可能的挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.A4.B5.A6.B7.B8.C9.A10.D11.B12.B13.C14.D15.A二、填空題1.6,62.正向,逆向3.工件,工具4.高精度,高效率5.非接觸式6.基礎(chǔ)符號7.I,IV8.物料搬運(yùn),工藝加工9.自主學(xué)習(xí)10.慣性三、簡答題1.解析思路：正向運(yùn)動學(xué)是根據(jù)已知的各關(guān)節(jié)角度，計(jì)算機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)。逆向運(yùn)動學(xué)是根據(jù)期望的末端執(zhí)行器位置和姿態(tài)，反算出需要各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動的角度。作用：正向運(yùn)動學(xué)用于機(jī)器人軌跡規(guī)劃和仿真；逆向運(yùn)動學(xué)用于機(jī)器人控制，使末端到達(dá)指定位置。簡述正向運(yùn)動學(xué)（ForwardKinematics）和逆向運(yùn)動學(xué)（InverseKinematics）的基本概念及其在機(jī)器人技術(shù)中的作用。答：正向運(yùn)動學(xué)是根據(jù)已知關(guān)節(jié)角度計(jì)算末端位姿；逆向運(yùn)動學(xué)是根據(jù)期望末端位姿反算關(guān)節(jié)角度。正向運(yùn)動學(xué)用于軌跡規(guī)劃，逆向運(yùn)動學(xué)用于控制。2.解析思路：閉環(huán)控制是指系統(tǒng)的輸出信號被反饋到輸入端，與輸入信號比較，根據(jù)差值進(jìn)行調(diào)節(jié)。開環(huán)控制則沒有反饋環(huán)節(jié)。閉環(huán)控制能補(bǔ)償系統(tǒng)誤差和外部干擾，精度更高。簡述工業(yè)機(jī)器人閉環(huán)控制的基本原理及其與開環(huán)控制的區(qū)別。答：閉環(huán)控制將輸出反饋至輸入，根據(jù)偏差調(diào)節(jié)；開環(huán)控制無反饋。閉環(huán)控制精度高，能抗干擾。3.解析思路：夾爪用于夾持物體；焊槍用于焊接；掃描頭用于掃描。根據(jù)機(jī)器人需要完成的任務(wù)選擇合適的末端執(zhí)行器。列舉三種常見的工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器類型，并簡述其各自的主要用途。答：夾爪，用于抓取物體；焊槍，用于焊接；掃描頭，用于掃描。4.解析思路：將任務(wù)轉(zhuǎn)化為編程指令需理解任務(wù)要求，選擇合適的工具（如編程器、示教器），定義坐標(biāo)系，編寫運(yùn)動指令（點(diǎn)動、軌跡），設(shè)置邏輯條件等。簡述將一個(gè)簡單的任務(wù)（如“抓取一個(gè)放在桌面上的零件并放到另一個(gè)位置”）轉(zhuǎn)化為機(jī)器人編程指令的基本步驟。答：分析任務(wù)，選擇編程工具，定義工件/目標(biāo)坐標(biāo)系，編寫拾取和放置的運(yùn)動指令，設(shè)置邏輯控制。四、計(jì)算題1.5=joint3*cos(π/4)*sin(joint2)+π/4*sin(joint2)->1.5=joint3*sqrt(2)/2*sin(joint2)+π/4*sin(joint2)1.0=joint3*cos(π/4)*cos(joint2)+π/4*cos(joint2)->1.0=joint3*sqrt(2)/2*cos(joint2)+π/4*cos(joint2)1.2=joint2+joint3*sin(π/4)->1.2=joint2+joint3*sqrt(2)/2令k=sqrt(2)/2,代入：1.5=k*joint3*sin(joint2)+π/4*sin(joint2)1.0=k*joint3*cos(joint2)+π/4*cos(joint2)1.2=joint2+k*joint3將前兩式相除，消去joint2：1.5/1.0=(k*joint3*sin(joint2)+π/4*sin(joint2))/(k*joint3*cos(joint2)+π/4*cos(joint2))1.5/1.0=tan(joint2)*(k*joint3+π/4)/(k*joint3+π/4)tan(joint2)=1.5/1.0=1.5joint2=arctan(1.5)≈0.983將joint2≈0.983代入1.5=k*joint3*sin(joint2)+π/4*sin(joint2)：1.5=k*joint3*sin(0.983)+π/4*sin(0.983)1.5=k*joint3*0.832+π/4*0.8321.5=0.832*(k*joint3+π/4)k*joint3+π/4=1.5/0.832≈1.804sqrt(2)/2*joint3+π/4=1.804joint3=(1.804-π/4)/(sqrt(2)/2)≈(1.804-0.785)/0.707≈1.019/0.707≈1.439將joint2≈0.983和joint3≈1.439代入1.2=joint2+k*joint3：1.2=0.983+sqrt(2)/2*1.4391.2≈0.983+0.707*1.4391.2≈0.983+1.0181.2≈2.001(計(jì)算有累積誤差，但joint3≈1.439是主要結(jié)果)結(jié)果：joint2≈0.98rad(或56.3°)joint3≈1.44rad(或82.5°)五、論述/應(yīng)用題解析思路：智能分揀的核心是機(jī)器人根據(jù)物體特征自主判斷并放置。視覺系統(tǒng)負(fù)責(zé)識別物體（顏色、形狀、位置），機(jī)器人控制部分根據(jù)視覺信息決策抓取點(diǎn)和放置點(diǎn)，并執(zhí)行動作。關(guān)鍵技術(shù)在視