工業(yè)AI2025年《機(jī)器人技術(shù)》預(yù)測(cè)押題卷考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。每小題2分，共20分）1.以下哪個(gè)選項(xiàng)不屬于工業(yè)機(jī)器人常見的自由度范圍？A.4-6自由度B.2-3自由度C.10-12自由度D.1-2自由度2.在機(jī)器人坐標(biāo)系定義中，描述末端執(zhí)行器位置和姿態(tài)的坐標(biāo)系通常是？A.基坐標(biāo)系B.參考坐標(biāo)系C.工具坐標(biāo)系D.世界坐標(biāo)系3.以下哪種傳感器主要用于檢測(cè)機(jī)器人末端執(zhí)行器與物體之間的接觸力和壓力？A.位置傳感器B.角度傳感器C.力/力矩傳感器D.接近傳感器4.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的主要目的是？A.計(jì)算機(jī)器人關(guān)節(jié)速度B.預(yù)測(cè)機(jī)器人末端軌跡C.根據(jù)期望的末端位姿計(jì)算所需的關(guān)節(jié)角度D.分析機(jī)器人結(jié)構(gòu)剛性5.在機(jī)器人控制中，實(shí)現(xiàn)精確軌跡跟蹤的關(guān)鍵技術(shù)是？A.位置控制B.速度控制C.力控制D.調(diào)度控制6.以下哪項(xiàng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主導(dǎo)航的核心？A.機(jī)器視覺B.運(yùn)動(dòng)學(xué)分析C.SLAM（即時(shí)定位與地圖構(gòu)建）D.伺服控制7.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.運(yùn)動(dòng)速度更快B.精度更高C.具備一定程度的與人安全共處的能力D.通常用于重載荷任務(wù)8.以下哪種方法不屬于機(jī)器學(xué)習(xí)在機(jī)器人路徑規(guī)劃中的應(yīng)用？A.基于規(guī)則的規(guī)劃B.強(qiáng)化學(xué)習(xí)C.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化D.傳統(tǒng)A*算法9.機(jī)器人控制系統(tǒng)中的“實(shí)時(shí)性”要求主要是指？A.控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行B.控制系統(tǒng)能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成對(duì)機(jī)器人狀態(tài)的采樣、計(jì)算和響應(yīng)C.控制系統(tǒng)能夠處理大量的傳感器數(shù)據(jù)D.控制系統(tǒng)具有較高的精度10.以下哪個(gè)概念不直接涉及工業(yè)機(jī)器人的人機(jī)交互？A.HRI（人機(jī)交互）B.VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）操作界面C.語音指令識(shí)別D.機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模二、填空題（請(qǐng)將正確答案填在橫線上。每空2分，共20分）1.機(jī)器人能夠到達(dá)的工作空間范圍，通常根據(jù)其______結(jié)構(gòu)來定義。2.機(jī)器人的______控制是指根據(jù)期望的關(guān)節(jié)角位置來控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。3.利用機(jī)器視覺系統(tǒng)進(jìn)行工件識(shí)別和定位，屬于機(jī)器人______系統(tǒng)的應(yīng)用。4.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)主要研究機(jī)器人的______關(guān)系，而不考慮其受力情況。5.在機(jī)器人與人工智能融合的背景下，______是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主決策的關(guān)鍵技術(shù)之一。6.機(jī)器人控制系統(tǒng)通常包括傳感器接口、______、執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)等部分。7.協(xié)作機(jī)器人的安全設(shè)計(jì)需要考慮的物理屏障類型包括______和/或力傳感器。8.ROS（機(jī)器人操作系統(tǒng)）是一個(gè)用于編寫機(jī)器人軟件的靈活框架，它提供了大量的______和工具。9.機(jī)器人的______是指機(jī)器人能夠承受的最大負(fù)載能力。10.工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線，可以顯著提高生產(chǎn)過程的______。三、判斷題（請(qǐng)判斷下列說法的正誤，正確的劃“√”，錯(cuò)誤的劃“×”。每小題2分，共20分）1.6自由度的機(jī)器人一定比4自由度的機(jī)器人功能更強(qiáng)大。（）2.機(jī)器人的基坐標(biāo)系是固定在世界坐標(biāo)系中的。（）3.所有的工業(yè)機(jī)器人都可以在存在人的環(huán)境下安全工作。（）4.機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以用于優(yōu)化機(jī)器人的軌跡規(guī)劃，使其更高效或更平滑。（）5.機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)分析是為了計(jì)算機(jī)器人各關(guān)節(jié)的角速度和角加速度。（）6.SLAM技術(shù)可以幫助機(jī)器人在未知環(huán)境中實(shí)時(shí)定位自身并構(gòu)建地圖。（）7.機(jī)器人的嵌入式系統(tǒng)是其執(zhí)行控制邏輯的核心硬件平臺(tái)。（）8.力控模式是機(jī)器人進(jìn)行精密裝配和打磨時(shí)常用的控制模式。（）9.機(jī)器人視覺系統(tǒng)中的“深度相機(jī)”可以直接測(cè)量出場(chǎng)景中物體的三維坐標(biāo)。（）10.工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展主要受到計(jì)算能力和傳感器技術(shù)的限制。（）四、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題。每小題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系（基坐標(biāo)系、工具坐標(biāo)系、笛卡爾坐標(biāo)系、關(guān)節(jié)坐標(biāo)系）的區(qū)別和作用。2.簡(jiǎn)述機(jī)器視覺系統(tǒng)在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用中的主要作用。3.簡(jiǎn)述機(jī)器學(xué)習(xí)如何賦能機(jī)器人的感知能力。4.簡(jiǎn)述人機(jī)協(xié)作機(jī)器人相比于傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人，在安全設(shè)計(jì)方面需要考慮的關(guān)鍵要素。五、計(jì)算題（請(qǐng)根據(jù)題目要求進(jìn)行計(jì)算。6分）已知一個(gè)具有3個(gè)自由度的平面關(guān)節(jié)機(jī)器人，其Denavit-Hartenberg參數(shù)如下表所示（單位：mm）：|關(guān)節(jié)|d|θ|a|α||:---|:-----|:-----|:-----|:-----||1|0|θ1|500|90°||2|0|θ2|400|-90°||3|300|θ3|0|0°|請(qǐng)推導(dǎo)該機(jī)器人末端執(zhí)行器（末端坐標(biāo)系原點(diǎn)）在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下的位置向量`[x,y,z]`與關(guān)節(jié)變量`θ1,θ2,θ3`的關(guān)系式。六、論述題（請(qǐng)就下列問題展開論述。10分）結(jié)合工業(yè)AI的發(fā)展趨勢(shì)，論述機(jī)器人在未來智能工廠中將扮演怎樣的角色，并分析實(shí)現(xiàn)這一角色轉(zhuǎn)變所面臨的主要挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.C4.C5.A6.C7.C8.A9.B10.D二、填空題1.機(jī)械2.位置3.感知4.運(yùn)動(dòng)學(xué)5.機(jī)器學(xué)習(xí)6.控制器7.安全柵欄8.庫9.承載能力10.效率三、判斷題1.×2.×3.×4.√5.×6.√7.√8.√9.√10.√四、簡(jiǎn)答題1.解析思路：區(qū)分四種坐標(biāo)系的定義和功能。基坐標(biāo)系定義機(jī)器人的參考基準(zhǔn)；工具坐標(biāo)系定義末端執(zhí)行器相對(duì)于關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的姿態(tài)和位置；笛卡爾坐標(biāo)系（直角坐標(biāo)系）定義末端執(zhí)行器在世界坐標(biāo)系中的絕對(duì)位置；關(guān)節(jié)坐標(biāo)系定義每個(gè)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度。它們共同構(gòu)成了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)描述所需的信息，用于實(shí)現(xiàn)正向運(yùn)動(dòng)學(xué)（由關(guān)節(jié)到末端位姿）和逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)（由末端位姿到關(guān)節(jié)）的計(jì)算。2.解析思路：機(jī)器視覺系統(tǒng)通過攝像頭等傳感器獲取工業(yè)環(huán)境圖像信息，然后利用圖像處理算法進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)功能如：①物體識(shí)別與定位（找到工件位置、類型）；②尺寸測(cè)量與缺陷檢測(cè)（精確測(cè)量工件尺寸、檢查表面瑕疵）；③引導(dǎo)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)（為機(jī)器人提供運(yùn)動(dòng)軌跡指引）；④環(huán)境感知（識(shí)別工作空間障礙物）。這些功能極大地增強(qiáng)了機(jī)器人的自動(dòng)化和智能化水平。3.解析思路：機(jī)器學(xué)習(xí)賦能機(jī)器人感知能力主要體現(xiàn)在：①提升環(huán)境感知精度和魯棒性（如使用深度學(xué)習(xí)進(jìn)行更復(fù)雜的場(chǎng)景理解、目標(biāo)識(shí)別和跟蹤）；②實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)感知（根據(jù)環(huán)境變化自動(dòng)調(diào)整感知策略）；③賦予機(jī)器人學(xué)習(xí)能力（通過與環(huán)境交互或數(shù)據(jù)訓(xùn)練，機(jī)器人能學(xué)習(xí)新的感知模式，如識(shí)別新的工件類型或適應(yīng)不同光照條件）；④融合多源感知信息（利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法融合視覺、力覺、觸覺等多種傳感器數(shù)據(jù)，獲得更全面、準(zhǔn)確的環(huán)境認(rèn)知）。4.解析思路：人機(jī)協(xié)作安全設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素包括：①物理安全防護(hù)（設(shè)置安全圍欄、光幕、安全門等，隔離危險(xiǎn)區(qū)域）；②傳感器監(jiān)測(cè)與力控（使用力/力矩傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人機(jī)交互力，并通過控制系統(tǒng)限制力的大小，實(shí)現(xiàn)柔順交互）；③風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估與安全功能（根據(jù)協(xié)作等級(jí)（輕載、中載、重載）選擇相應(yīng)的安全措施和功能，如速度監(jiān)控、分離監(jiān)控）；④緊急停止機(jī)制（確保緊急停止按鈕能可靠地使機(jī)器人立即停止運(yùn)動(dòng)）；⑤人機(jī)交互界面友好性（提供清晰的狀態(tài)指示和易于理解的交互方式）。五、計(jì)算題解析思路：使用Denavit-Hartenberg（D-H）參數(shù)法建立機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。根據(jù)給定參數(shù)，寫出每個(gè)關(guān)節(jié)變換矩陣`T_i`，然后計(jì)算末端位姿矩陣`T_0^6`。末端位置向量`[x,y,z]^T`是`T_0^6`矩陣中平移部分的前三行第三列元素。將`T_0^6`的表達(dá)式用關(guān)節(jié)角`θ1,θ2,θ3`和參數(shù)`d,θ,a,α`表示，即可得到位置向量與關(guān)節(jié)變量的關(guān)系式。```markdownT1=[1000][0cosθ1sinθ1a1cosθ1][0-sinθ1cosθ1a1sinθ1][001]T2=[cosθ20-sinθ20][sinθ20cosθ20][010][001]T3=[1000][0cosθ3sinθ30][0-sinθ3cosθ30][001]T0^6=T0^1*T1*T2*T3*T4*T5*T6=T0^1*[100500cos(θ1+90)][0cos(θ2-90)sin(θ2-90)400cos(θ2-90)][0-sin(θ2-90)cos(θ2-90)300][001]其中T0^1為基坐標(biāo)系到第一個(gè)關(guān)節(jié)變換矩陣，T4,T5,T6為末桿變換矩陣，通常簡(jiǎn)化處理或視為單位矩陣。末端位置x,y,z可從T0^6矩陣提取：x=500cos(θ1+90)y=400cos(θ2-90)z=300+400sin(θ2-90)```注意：此處簡(jiǎn)化了基坐標(biāo)系和末桿的影響，實(shí)際計(jì)算需包含所有變換。最終關(guān)系式為：x=500sin(θ1)y=400cos(θ2)z=300+400sin(θ2)六、論述題解析思路：首先闡述工業(yè)AI背景下智能工廠對(duì)機(jī)器人的需求變化（更智能、