2025年大學(xué)工業(yè)機(jī)器人（機(jī)器人動(dòng)力學(xué)）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）本大題共10小題，每小題3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.機(jī)器人動(dòng)力學(xué)中，描述剛體平移運(yùn)動(dòng)的基本物理量不包括以下哪個(gè)？A.位移B.速度C.角速度D.加速度2.關(guān)于牛頓第二定律在機(jī)器人動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用，下列說(shuō)法正確的是？A.僅適用于低速運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人B.可以直接用于計(jì)算機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力矩C.需要考慮機(jī)器人各部件的慣性、重力等因素D.與機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)無(wú)關(guān)3.機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程的建立主要基于以下哪種原理？A.能量守恒原理B.動(dòng)量定理C.牛頓運(yùn)動(dòng)定律D.胡克定律4.對(duì)于一個(gè)具有n個(gè)自由度的機(jī)器人，其動(dòng)力學(xué)方程的數(shù)量通常為？A.n個(gè)B.2n個(gè)C.n(n+1)/2個(gè)D.n2個(gè)5.在機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析中，慣性張量主要用于描述？A.機(jī)器人的質(zhì)量分布B.機(jī)器人的速度變化C.機(jī)器人的受力情況D.機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡6.機(jī)器人動(dòng)力學(xué)中，科里奧利力和離心力產(chǎn)生的原因是？A.機(jī)器人的加速度變化B.機(jī)器人的質(zhì)量分布不均勻C.機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)參考系選擇不當(dāng)D.機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)具有角速度7.當(dāng)機(jī)器人在平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，其向心力主要由以下哪種力提供？A.重力B.摩擦力C.關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力D.科里奧利力和離心力的合力8.機(jī)器人動(dòng)力學(xué)仿真的主要目的不包括以下哪項(xiàng)？A.驗(yàn)證機(jī)器人設(shè)計(jì)的合理性B.預(yù)測(cè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能C.優(yōu)化機(jī)器人的控制算法D.改變機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形狀9.對(duì)于一個(gè)質(zhì)量為m的剛體，其動(dòng)能表達(dá)式為？A.1/2mv2B.1/2mω2C.1/2Iω2D.1/2mv2+1/2Iω2（其中I為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，v為質(zhì)心速度，ω為角速度）10.在機(jī)器人動(dòng)力學(xué)中，勢(shì)能的計(jì)算通常與以下哪個(gè)因素有關(guān)？A.機(jī)器人的速度B.機(jī)器人的位置C.機(jī)器人的加速度D.機(jī)器人的質(zhì)量分布第II卷（非選擇題共70分）11.（10分）簡(jiǎn)述機(jī)器人動(dòng)力學(xué)的研究?jī)?nèi)容以及它在機(jī)器人設(shè)計(jì)和控制中的重要性。12.（15分）已知一個(gè)簡(jiǎn)單的單自由度機(jī)器人手臂，其質(zhì)量為m，長(zhǎng)度為l，繞關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為I。當(dāng)手臂以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，求其動(dòng)能表達(dá)式，并說(shuō)明各參數(shù)的物理意義。13.（15分）在機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析中，如何考慮重力對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的影響？請(qǐng)舉例說(shuō)明一個(gè)具有多個(gè)關(guān)節(jié)的機(jī)器人在重力作用下的動(dòng)力學(xué)分析過程。14.（15分）材料：某工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，需要從初始位置快速移動(dòng)到目標(biāo)位置。已知機(jī)器人各關(guān)節(jié)的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及運(yùn)動(dòng)軌跡。要求：分析該機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中可能受到的動(dòng)力學(xué)因素影響，如慣性力、重力、摩擦力等，并說(shuō)明如何通過動(dòng)力學(xué)分析優(yōu)化其運(yùn)動(dòng)路徑和速度控制，以提高工作效率和穩(wěn)定性。15.（15分）材料：現(xiàn)有一款新型工業(yè)機(jī)器人，其設(shè)計(jì)采用了新的材料和結(jié)構(gòu)，旨在提高機(jī)器人的負(fù)載能力和運(yùn)動(dòng)精度。要求：基于機(jī)器人動(dòng)力學(xué)原理，分析該新型機(jī)器人在負(fù)載增加和運(yùn)動(dòng)精度要求提高的情況下，其動(dòng)力學(xué)模型會(huì)發(fā)生哪些變化？如何通過調(diào)整控制算法和參數(shù)來(lái)適應(yīng)這些變化，確保機(jī)器人的良好性能？答案：1.C2.C3.C4.C5.A6.D7.D8.D9.D10.B11.機(jī)器人動(dòng)力學(xué)研究機(jī)器人各部件的受力情況以及它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化之間的關(guān)系。在機(jī)器人設(shè)計(jì)中，通過動(dòng)力學(xué)分析可合理確定機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和材料，確保其能承受工作時(shí)的各種力。在控制方面，動(dòng)力學(xué)模型為精確控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)提供基礎(chǔ)，能根據(jù)動(dòng)力學(xué)特性設(shè)計(jì)合適的控制算法，使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)。12.動(dòng)能表達(dá)式為1/2Iω2+1/2m(lω/2)2=1/2Iω2+1/8ml2ω2。其中m是手臂質(zhì)量，l是長(zhǎng)度，I是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ω是角速度。質(zhì)量m決定了手臂的慣性大小，長(zhǎng)度l影響其轉(zhuǎn)動(dòng)的半徑，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I反映了手臂繞關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的慣性特性，角速度ω描述了手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢。13.重力對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)影響很大。在動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，需考慮各部件重力產(chǎn)生的力矩。例如一個(gè)二關(guān)節(jié)機(jī)器人，設(shè)關(guān)節(jié)1和關(guān)節(jié)2處連桿質(zhì)量分別為m1、m2，長(zhǎng)度分別為l1、l2。關(guān)節(jié)1處重力矩為m1g(l1/2)sinθ1（θ1為關(guān)節(jié)1角度），關(guān)節(jié)2處重力矩為m2g(l1cosθ1+l2/2)sinθ2（θ2為關(guān)節(jié)2角度）。分析時(shí)要將這些重力矩納入動(dòng)力學(xué)方程求解。14.該機(jī)器人運(yùn)動(dòng)中，慣性力會(huì)使機(jī)器人在啟動(dòng)、停止和加速減速時(shí)產(chǎn)生較大沖擊。重力會(huì)影響機(jī)器人各關(guān)節(jié)受力。摩擦力會(huì)消耗能量并影響運(yùn)動(dòng)精度。通過動(dòng)力學(xué)分析，可計(jì)算出各關(guān)節(jié)在不同階段的受力和力矩，據(jù)此優(yōu)化運(yùn)動(dòng)路徑，避開受力較大區(qū)域。調(diào)整速度控制參數(shù)，使機(jī)器人在保證穩(wěn)定性前提下快速到達(dá)目標(biāo)位置，提高工作效率。15.負(fù)載增加會(huì)使機(jī)器人各關(guān)節(jié)受力增大，動(dòng)力學(xué)模型中慣性項(xiàng)和重力項(xiàng)會(huì)相應(yīng)變化。運(yùn)動(dòng)