2025年大學(xué)第三學(xué)年（機(jī)器人工程）機(jī)器人控制技術(shù)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）（總共10題，每題3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)將正確答案填在括號(hào)內(nèi)）1.機(jī)器人控制系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人各關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的是（）A.運(yùn)動(dòng)控制模塊B.傳感器模塊C.決策規(guī)劃模塊D.人機(jī)交互模塊答案：A2.以下哪種控制算法常用于機(jī)器人的位置控制，能有效抑制系統(tǒng)的振蕩（）A.PID控制B.模糊控制C.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制D.遺傳算法答案：A3.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)中，用于描述機(jī)器人末端執(zhí)行器位置和姿態(tài)的是（）A.關(guān)節(jié)空間B.笛卡爾空間C.速度空間D.加速度空間答案：B4.機(jī)器人控制系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)將傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的是（）A.底層硬件B.中間層控制軟件C.上層應(yīng)用程序D.通信模塊答案：B5.對(duì)于機(jī)器人的軌跡規(guī)劃，常用的方法不包括（）A.關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃B.笛卡爾空間軌跡規(guī)劃C.隨機(jī)搜索規(guī)劃D.基于模型的軌跡規(guī)劃答案：C6.機(jī)器人控制中，能夠根據(jù)環(huán)境變化實(shí)時(shí)調(diào)整控制策略的是（）A.自適應(yīng)控制B.開(kāi)環(huán)控制C.閉環(huán)控制D.順序控制答案：A7.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)中的雅可比矩陣主要用于（）A.速度變換B.位置變換C.力變換D.能量變換答案：A8.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.光柵尺答案：B9.機(jī)器人控制系統(tǒng)中，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與外部設(shè)備通信的是（）A.網(wǎng)絡(luò)接口B.電源模塊C.顯示模塊D.存儲(chǔ)模塊答案：A10.機(jī)器人控制算法中，基于智能算法的優(yōu)點(diǎn)不包括（）A.適應(yīng)性強(qiáng)B.計(jì)算簡(jiǎn)單C.魯棒性好D.能處理復(fù)雜問(wèn)題答案：B第II卷（非選擇題共70分）二、填空題（每題3分，共15分）1.機(jī)器人控制系統(tǒng)一般由______、______、______和______等部分組成。答案：控制計(jì)算機(jī)、傳感器、驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)2.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)主要研究機(jī)器人的______和______之間的關(guān)系。答案：關(guān)節(jié)空間運(yùn)動(dòng)、笛卡爾空間運(yùn)動(dòng)3.常用的機(jī)器人位置傳感器有______、______、______等。答案：編碼器、電位器、光柵尺4.機(jī)器人軌跡規(guī)劃的主要任務(wù)是確定機(jī)器人從______到______的運(yùn)動(dòng)路徑。答案：起始點(diǎn)、目標(biāo)點(diǎn)5.機(jī)器人控制算法中的PID控制由______、______和______組成。答案：比例控制、積分控制、微分控制三、簡(jiǎn)答題（每題10分，共30分）1.簡(jiǎn)述機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本功能。答案：機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本功能包括：運(yùn)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，使機(jī)器人末端執(zhí)行器按預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)；傳感器數(shù)據(jù)處理，對(duì)各類傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和處理，以獲取機(jī)器人當(dāng)前狀態(tài)和環(huán)境信息；決策與規(guī)劃，根據(jù)任務(wù)要求和傳感器信息，制定機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)策略和任務(wù)執(zhí)行計(jì)劃；人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)操作人員與機(jī)器人之間的信息交互，便于對(duì)機(jī)器人進(jìn)行監(jiān)控、編程和調(diào)試等操作。2.說(shuō)明機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)中關(guān)節(jié)空間和笛卡爾空間的區(qū)別。答案：關(guān)節(jié)空間是以機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)變量來(lái)描述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，它直接針對(duì)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制和規(guī)劃。笛卡爾空間則是以機(jī)器人末端執(zhí)行器在三維空間中的位置和姿態(tài)來(lái)描述運(yùn)動(dòng)，更符合人們對(duì)機(jī)器人實(shí)際作業(yè)的直觀理解。關(guān)節(jié)空間運(yùn)動(dòng)規(guī)劃側(cè)重于關(guān)節(jié)角度的變化，笛卡爾空間運(yùn)動(dòng)規(guī)劃更關(guān)注末端執(zhí)行器在空間中的路徑。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)具體任務(wù)需求在兩者之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。3.簡(jiǎn)述PID控制算法的原理及參數(shù)調(diào)整原則。答案：PID控制算法由比例（P）、積分（I）、微分（D）控制組成。比例控制根據(jù)偏差大小產(chǎn)生控制作用，偏差越大，控制作用越強(qiáng)；積分控制用于消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，它對(duì)偏差進(jìn)行積分運(yùn)算，積累的積分值用于調(diào)整控制量；微分控制根據(jù)偏差的變化率產(chǎn)生控制作用，能抑制系統(tǒng)的振蕩。參數(shù)調(diào)整原則：比例系數(shù)Kp增大可加快響應(yīng)速度，但過(guò)大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)超調(diào)；積分時(shí)間常數(shù)Ti增大可減小穩(wěn)態(tài)誤差，但會(huì)使系統(tǒng)響應(yīng)變慢；微分時(shí)間常數(shù)Td增大可增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但過(guò)大會(huì)使系統(tǒng)對(duì)干擾過(guò)于敏感。需根據(jù)系統(tǒng)特性綜合調(diào)整參數(shù)。四、分析題（共15分）材料：某機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，出現(xiàn)了末端執(zhí)行器位置偏差較大的情況。已知該機(jī)器人采用PID控制算法進(jìn)行位置控制，且傳感器反饋正常。問(wèn)題：請(qǐng)分析可能導(dǎo)致位置偏差較大的原因，并提出相應(yīng)的解決措施。答案：可能原因及解決措施如下：比例系數(shù)Kp設(shè)置不當(dāng)，若Kp過(guò)小，系統(tǒng)響應(yīng)慢，導(dǎo)致位置偏差大，應(yīng)適當(dāng)增大Kp；積分時(shí)間常數(shù)Ti設(shè)置不合理，若Ti過(guò)大，消除穩(wěn)態(tài)誤差能力弱，可減小Ti；微分時(shí)間常數(shù)Td不合適，若Td過(guò)大，對(duì)干擾敏感，應(yīng)調(diào)整Td至合適值；也可能存在機(jī)械結(jié)構(gòu)松動(dòng)等問(wèn)題，需檢查并緊固機(jī)械部件。五、設(shè)計(jì)題（共20分）設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)器人軌跡規(guī)劃系統(tǒng)，要求機(jī)器人從初始位置（0,0,0）出發(fā)，沿直線運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置（5,5,5），并說(shuō)明采用的主要方法和步驟。答案：采用笛卡爾空間軌跡規(guī)劃方法。步驟如下：首先確定機(jī)器人末端執(zhí)行器在笛卡爾空間中的起始點(diǎn)坐標(biāo)（0,0,0）和目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)（5,5,5）。然后根據(jù)直線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，計(jì)算出從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的直線方程。接著將直