2025年大學（機器人工程）機器人運動學分析實務(wù)測試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題，共40分）每題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。請將正確選項前的字母填在題后的括號內(nèi)。(總共8題，每題5分)1.機器人運動學中，研究機器人手部位置和姿態(tài)的變化與關(guān)節(jié)變量之間關(guān)系的是（）A.運動學正問題B.運動學逆問題C.動力學正問題D.動力學逆問題2.對于一個具有n個自由度的機器人，其運動學方程的個數(shù)為（）A.nB.2nC.3nD.6n3.機器人運動學中的齊次坐標表示法，其優(yōu)點不包括（）A.簡化坐標變換計算B.便于描述剛體運動C.增加計算復雜度D.統(tǒng)一表示位置和姿態(tài)4.在機器人運動學中，用于描述剛體繞某軸旋轉(zhuǎn)的變換矩陣是（）A.平移矩陣B.旋轉(zhuǎn)矩陣C.齊次坐標矩陣D.投影矩陣5.機器人運動學中，雅可比矩陣的作用是（）A.描述機器人的動力學特性B.計算機器人的運動速度C.求解運動學逆問題D.以上都是6.對于一個串聯(lián)機器人，其運動學分析通常采用的方法是（）A.牛頓-歐拉法B.拉格朗日法C.遞推法D.以上都可以7.機器人運動學中，關(guān)節(jié)空間和操作空間的關(guān)系是（）A.關(guān)節(jié)空間是操作空間的一種表示B.操作空間是關(guān)節(jié)空間的一種表示C.兩者相互獨立D.兩者通過雅可比矩陣聯(lián)系起來8.在機器人運動學中，當機器人的自由度增加時，其運動學分析的難度（）A.增加B.減少C.不變D.不確定第II卷（非選擇題，共60分）9.簡答題：簡述機器人運動學正問題和逆問題的定義及求解意義。(10分)10.簡答題：說明齊次坐標表示法在機器人運動學中的應(yīng)用原理。(10分)11.計算題：已知一個2自由度平面關(guān)節(jié)機器人，關(guān)節(jié)1的轉(zhuǎn)角為θ1=π/4，關(guān)節(jié)2的轉(zhuǎn)角為θ2=π/3，求末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)。(20分)12.材料分析題：材料：在機器人運動學研究中，常常需要對機器人的運動進行精確建模和分析。某科研團隊針對一款新型機器人，建立了其運動學模型，并通過實驗驗證了模型的準確性。在實驗過程中，他們發(fā)現(xiàn)當機器人的關(guān)節(jié)參數(shù)發(fā)生微小變化時，末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)會有明顯的改變。問題：請分析這種現(xiàn)象對機器人運動學分析的影響，并說明如何在實際應(yīng)用中利用這一特性。(15分)13.論述題：論述機器人運動學在機器人設(shè)計、控制和應(yīng)用中的重要性。(5分)答案：1.A2.C3.C4.B5.B6.C7.D8.A9.運動學正問題是已知關(guān)節(jié)變量，求解機器人手部的位置和姿態(tài)；其求解意義在于根據(jù)機器人關(guān)節(jié)的運動來確定末端執(zhí)行器的運動狀態(tài)。運動學逆問題是已知機器人手部的位置和姿態(tài)，求解關(guān)節(jié)變量；其求解意義在于規(guī)劃機器人從初始狀態(tài)到目標狀態(tài)的運動路徑。10.齊次坐標表示法通過在普通坐標的基礎(chǔ)上增加一個維度，將位置和姿態(tài)統(tǒng)一表示。在機器人運動學中，利用齊次坐標矩陣可以方便地進行坐標變換，簡化了平移、旋轉(zhuǎn)等操作的計算，使得描述剛體在空間中的運動更加簡潔和高效。11.設(shè)關(guān)節(jié)1到末端執(zhí)行器的長度為l1，關(guān)節(jié)2到末端執(zhí)行器的長度為l2。末端執(zhí)行器的x坐標：x=l1cos(θ1)+l2cos(θ1+θ2)末端執(zhí)行器的y坐標：y=l1sin(θ1)+l2sin(θ1+θ2)將θ1=π/4，θ2=π/3代入計算可得：x=l1cos(π/4)+l2cos(π/4+π/3)y=l1sin(π/4)+l2sin(π/4+π/3)姿態(tài)可通過計算方向余弦矩陣得到。12.這種現(xiàn)象表明機器人運動學模型對關(guān)節(jié)參數(shù)的敏感性。在運動學分析中，需要精確考慮關(guān)節(jié)參數(shù)變化對末端執(zhí)行器運動的影響，以提高模型的準確性。在實際應(yīng)用中，可以利用這一特性進行機器人的精度校準和誤差補償。例如，通過監(jiān)測關(guān)節(jié)參數(shù)的變化，實時調(diào)整機器人的運動控制指令，確保末端執(zhí)行器能夠準確到達目標位置。13.機器人運動學在機器人設(shè)計中，可用于確定機器人的結(jié)構(gòu)和關(guān)節(jié)配置，優(yōu)化機器人的運動性能。在控制方面，運動學