2025年大學(xué)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)（機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制）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40分）答題要求：本卷共8小題，每小題5分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。1.工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制中，以下哪種運(yùn)動(dòng)方式可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端執(zhí)行器沿著空間直線軌跡運(yùn)動(dòng)？A.關(guān)節(jié)空間運(yùn)動(dòng)B.笛卡爾空間運(yùn)動(dòng)C.圓柱坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)D.球坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)2.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制算法中，用于提高機(jī)器人運(yùn)動(dòng)精度和穩(wěn)定性的是？A.PID控制算法B.模糊控制算法C.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法D.以上都是3.工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型主要用于描述？A.機(jī)器人各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系B.機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)C.機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)特性D.機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃4.在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制中，以下哪個(gè)參數(shù)與機(jī)器人的速度和加速度相關(guān)？A.關(guān)節(jié)角度B.關(guān)節(jié)角速度C.關(guān)節(jié)角加速度D.以上都是5.工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制中，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人復(fù)雜軌跡運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)是？A.運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解B.運(yùn)動(dòng)學(xué)正解C.軌跡規(guī)劃D.動(dòng)力學(xué)控制6.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制中，用于檢測(cè)機(jī)器人位置和姿態(tài)的傳感器是？A.編碼器B.陀螺儀C.力傳感器D.視覺傳感器7.工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制中，以下哪種編程語言常用于編寫機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)程序？A.C語言B.PythonC.梯形圖D.以上都可以8.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制中，為了避免機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生碰撞，需要進(jìn)行？A.碰撞檢測(cè)B.路徑規(guī)劃C.速度控制D.以上都是第II卷（非選擇題，共60分）二、填空題（每題5分，共20分）1.工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制中的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解是根據(jù)______計(jì)算出機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)。2.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制算法中的PID控制算法由比例、______和微分三個(gè)部分組成。3.在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制中，軌跡規(guī)劃的主要任務(wù)是生成滿足______和動(dòng)力學(xué)約束的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡。4.工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制中，常用的坐標(biāo)系有笛卡爾坐標(biāo)系、圓柱坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系和______坐標(biāo)系。三、簡答題（每題10分，共20分）1.簡述工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制中運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的作用。2.說明機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制中速度控制的重要性及常用的速度控制方法。四、材料分析題（每題10分，共20分）材料：在工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制中，為了實(shí)現(xiàn)某一復(fù)雜任務(wù)，需要對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行精確規(guī)劃。已知機(jī)器人的工作空間為一個(gè)三維空間，其末端執(zhí)行器需要從初始位置P1(1,1,1)運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置P2(3,3,3)，且要求運(yùn)動(dòng)過程中速度和加速度連續(xù)變化。問題：1.請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一種可行的軌跡規(guī)劃方法，并說明其原理。2.根據(jù)你設(shè)計(jì)的軌跡規(guī)劃方法，計(jì)算機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中的最大速度和最大加速度。五、綜合應(yīng)用題（每題20分，共20分）材料：某工業(yè)機(jī)器人在進(jìn)行零件裝配任務(wù)時(shí)，需要將一個(gè)零件從傳送帶上抓取并安裝到指定位置。已知機(jī)器人的末端執(zhí)行器為夾爪，其運(yùn)動(dòng)控制由PLC控制。機(jī)器人的工作空間為一個(gè)二維平面，其初始位置為(0,0)，目標(biāo)位置為(5,5)。夾爪的抓取動(dòng)作需要在到達(dá)目標(biāo)位置之前完成，且抓取過程中需要保持一定的力度。問題：1.請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一套完整的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方案，包括運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃、速度控制、夾爪控制等。2.說明如何通過PLC程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制，并給出關(guān)鍵程序段。答案：一、1.B2.D3.B4.D5.C6.A7.D8.D二、1.關(guān)節(jié)角度2.積分3.運(yùn)動(dòng)學(xué)4.關(guān)節(jié)三、1.運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的作用是根據(jù)機(jī)器人末端執(zhí)行器的期望位置和姿態(tài)，計(jì)算出各個(gè)關(guān)節(jié)的角度，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制。它是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)，能夠?qū)⒌芽柨臻g的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為關(guān)節(jié)空間的運(yùn)動(dòng)。2.速度控制的重要性在于它直接影響機(jī)器人的工作效率和安全性。常用的速度控制方法有：通過調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制機(jī)器人的速度；采用速度反饋控制，根據(jù)實(shí)際速度與設(shè)定速度的偏差進(jìn)行調(diào)整；利用運(yùn)動(dòng)學(xué)模型計(jì)算合理的速度曲線，以保證機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。四、1.可以采用三次樣條插值法進(jìn)行軌跡規(guī)劃。原理是通過在起始點(diǎn)和終點(diǎn)之間插入若干個(gè)中間點(diǎn)，使得軌跡在各點(diǎn)處的位置、速度和加速度連續(xù)。首先根據(jù)起始點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)確定軌跡的大致形狀，然后利用樣條函數(shù)計(jì)算中間點(diǎn)的坐標(biāo)，從而生成平滑的運(yùn)動(dòng)軌跡。2.假設(shè)采用直線軌跡，根據(jù)速度和加速度連續(xù)變化的要求，最大速度可根據(jù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間和路程計(jì)算。假設(shè)運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t，路程為s=√((3-1)2+(3-1)2+(3-1)2)=2√3。若t=1s，則最大速度v=s/t=2√3m/s。最大加速度a可根據(jù)速度變化率計(jì)算，假設(shè)速度從0均勻增加到最大速度，再均勻減小到0，則最大加速度a=v/t=2√3m/s2。五、1.運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃：采用直線軌跡從(0,0)運(yùn)動(dòng)到(5,5)。速度控制：根據(jù)機(jī)器人性能設(shè)定合理的速度曲線，如先加速到一定速度，然后勻速運(yùn)動(dòng)，接近目標(biāo)位置時(shí)減速。夾爪控制：在到達(dá)目標(biāo)位置前一定距離啟動(dòng)夾爪抓取程序，抓取過程中通過力傳感器反饋調(diào)整夾爪力度。2.通過PLC程序?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制，關(guān)鍵程序段如下：首先設(shè)置機(jī)器人的初始位置和目標(biāo)位置，然后編寫速度控制程序，根據(jù)時(shí)間或距離逐步調(diào)整機(jī)器