2025年大學(xué)三年級(jí)（機(jī)器人工程）機(jī)器人工程基礎(chǔ)試題及答案

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題共30分）答題要求：本卷共6題，每題5分。每題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。請(qǐng)將正確答案填寫在相應(yīng)位置。1.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)主要研究機(jī)器人的（）。A.運(yùn)動(dòng)原理B.運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃C.運(yùn)動(dòng)速度控制D.以上都是2.以下哪種傳感器不屬于機(jī)器人常用的位置傳感器？（）A.編碼器B.激光雷達(dá)C.電位器D.光柵尺3.機(jī)器人動(dòng)力學(xué)主要研究機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的（）。A.受力分析B.能量轉(zhuǎn)換C.運(yùn)動(dòng)方程求解D.以上都是4.機(jī)器人編程中，常用的編程語(yǔ)言不包括（）。A.C++B.PythonC.JavaD.SQL5.機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)主要用于（）。A.目標(biāo)識(shí)別B.環(huán)境感知C.路徑規(guī)劃D.以上都是6.機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮的因素不包括（）。A.負(fù)載能力B.運(yùn)動(dòng)精度C.外觀造型D.能源供應(yīng)第II卷（非選擇題共70分）一、填空題（共10分）答題要求：請(qǐng)?jiān)跈M線上填寫正確答案。1.機(jī)器人的自由度是指機(jī)器人____________________的數(shù)量。2.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)中的正運(yùn)動(dòng)學(xué)是已知____________________，求解機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)。3.機(jī)器人動(dòng)力學(xué)中的牛頓-歐拉方程用于描述機(jī)器人____________________與外力之間的關(guān)系。4.機(jī)器人編程中的指令集是指____________________。5.機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)中的圖像處理算法包括____________________、邊緣檢測(cè)等。二、簡(jiǎn)答題（共20分）答題要求：簡(jiǎn)要回答問(wèn)題，思路清晰，語(yǔ)言簡(jiǎn)潔。1.簡(jiǎn)述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容。2.說(shuō)明機(jī)器人常用傳感器的分類及各自的作用。3.簡(jiǎn)述機(jī)器人編程的基本流程。4.解釋機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的工作原理。三、計(jì)算題（共20分）答題要求：寫出詳細(xì)的計(jì)算過(guò)程和答案。1.已知機(jī)器人的關(guān)節(jié)角度分別為θ1=30°，θ2=45°，θ3=60°，求機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置坐標(biāo)（假設(shè)機(jī)器人為平面直角坐標(biāo)型，各關(guān)節(jié)長(zhǎng)度已知）。2.計(jì)算一個(gè)具有3個(gè)自由度的機(jī)器人在某一時(shí)刻的雅可比矩陣，已知該時(shí)刻各關(guān)節(jié)的角速度分別為ω1=1rad/s，ω2=2rad/s，ω3=3rad/s，機(jī)器人末端執(zhí)行器的線速度和角速度分別為v=[1,2,3]Tm/s，ω=[4,5,6]Trad/s。四、案例分析題（共10分）答題要求：閱讀材料，回答問(wèn)題，分析合理，觀點(diǎn)明確。材料：某機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，出現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)軌跡偏差的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)機(jī)器人的編碼器出現(xiàn)了故障，導(dǎo)致關(guān)節(jié)角度測(cè)量不準(zhǔn)確。1.請(qǐng)分析編碼器故障對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的具體影響。2.提出一種解決編碼器故障導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)軌跡偏差的方法。五、設(shè)計(jì)題（共10分）答題要求：根據(jù)題目要求，設(shè)計(jì)合理的機(jī)器人系統(tǒng)或方案。設(shè)計(jì)一個(gè)用于物料搬運(yùn)的機(jī)器人系統(tǒng)，要求簡(jiǎn)要說(shuō)明機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感器配置、控制策略以及工作流程。答案：第I卷：1.D2.B3.D4.D5.D6.C第II卷：一、1.獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)2.關(guān)節(jié)變量3.運(yùn)動(dòng)4.機(jī)器人能夠執(zhí)行的各種操作命令5.圖像濾波二、1.研究機(jī)器人各關(guān)節(jié)的位置、速度及加速度之間的關(guān)系，以及機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)與關(guān)節(jié)變量之間的關(guān)系等。2.分類：位置傳感器（如編碼器等用于確定位置）、力傳感器（感知力的大?。?、視覺(jué)傳感器（用于目標(biāo)識(shí)別和環(huán)境感知）等。作用：為機(jī)器人提供必要的信息以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)和任務(wù)執(zhí)行。3.需求分析、程序設(shè)計(jì)、代碼編寫、調(diào)試優(yōu)化。4.利用攝像頭等采集圖像，經(jīng)預(yù)處理后提取特征，通過(guò)模式識(shí)別等算法識(shí)別目標(biāo)、感知環(huán)境，為機(jī)器人決策提供依據(jù)。三、1.設(shè)各關(guān)節(jié)長(zhǎng)度分別為l1、l2、l3，根據(jù)平面直角坐標(biāo)變換公式計(jì)算。x=l1cosθ1+l2cos(θ1+θ2)+l3cos(θ1+θ2+θ3)；y=l1sinθ1+l2sin(θ1+θ2)+l3sin(θ1+θ2+θ3)。代入角度值計(jì)算可得具體坐標(biāo)。2.根據(jù)雅可比矩陣的定義和公式計(jì)算，過(guò)程略，答案為具體的3×3矩陣。四、1.編碼器故障使關(guān)節(jié)角度測(cè)量不準(zhǔn)，導(dǎo)致機(jī)器人計(jì)算的運(yùn)動(dòng)軌跡與預(yù)期偏差，可能出現(xiàn)位置偏移、路徑彎曲等。2.更換編碼器；對(duì)編碼器數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)和補(bǔ)償；增加冗余傳感器輔助定位和修正軌跡。五、機(jī)械結(jié)構(gòu)：采用直角坐標(biāo)型結(jié)構(gòu)，有X、Y、Z三個(gè)方向的直線運(yùn)動(dòng)部件。傳感器配置：位置傳感器（