2025年高職（工業(yè)機器人技術(shù)）機器人軌跡規(guī)劃綜合測試試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題，共30分）本卷共10小題，每小題3分。在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。1.機器人軌跡規(guī)劃中，以下哪種方法常用于生成平滑的軌跡？A.關(guān)節(jié)空間規(guī)劃法B.笛卡爾空間規(guī)劃法C.樣條曲線法D.以上都是2.對于工業(yè)機器人的軌跡規(guī)劃，考慮機器人的動力學(xué)特性主要是為了：A.提高軌跡的精度B.減少能耗C.避免機器人在運動中出現(xiàn)抖動或失穩(wěn)D.降低編程難度3.在笛卡爾空間軌跡規(guī)劃中，通過給定機器人末端執(zhí)行器的：A.關(guān)節(jié)角度B.位置和姿態(tài)C.速度D.加速度4.機器人軌跡規(guī)劃時，路徑約束通常不包括以下哪一項？A.避免碰撞B.可達性C.運動速度限制D.機器人的品牌型號5.以下哪種算法常用于解決機器人軌跡規(guī)劃中的避障問題？A.A算法B.Dijkstra算法C.人工勢場法D.以上都可以6.軌跡規(guī)劃中的時間最優(yōu)問題，主要是通過優(yōu)化：A.軌跡的形狀B.各點的速度和加速度C.機器人的關(guān)節(jié)配置D.規(guī)劃的起始點7.工業(yè)機器人在進行復(fù)雜軌跡規(guī)劃時，通常需要對軌跡進行：A.離散化處理B.平滑處理C.分段處理D.以上都有8.對于機器人軌跡規(guī)劃中的插值方法，其目的是：A.增加軌跡的點數(shù)B.使軌跡更符合實際需求C.在已知點之間生成平滑的軌跡段D.提高機器人的運動效率9.機器人軌跡規(guī)劃中，運動學(xué)逆解的作用是：A.根據(jù)末端執(zhí)行器的目標(biāo)位置和姿態(tài)計算關(guān)節(jié)角度B.優(yōu)化軌跡規(guī)劃的結(jié)果C.確定機器人的運動速度D.檢查軌跡是否可行10.在考慮機器人軌跡規(guī)劃的精度時，以下因素中影響最小的是：A.機器人的機械結(jié)構(gòu)精度B.傳感器的精度C.規(guī)劃算法的復(fù)雜度D.機器人的顏色第II卷（非選擇題，共70分）11.（10分）簡述機器人軌跡規(guī)劃的基本概念和主要步驟。12.（共15分）（1）（5分）比較關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃和笛卡爾空間軌跡規(guī)劃的優(yōu)缺點。（2）（10分）分別說明在什么情況下更適合采用關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃和笛卡爾空間軌跡規(guī)劃。13.（15分）假設(shè)要讓工業(yè)機器人完成一個從點A到點B再到點C的復(fù)雜軌跡任務(wù)，點A、B、C在笛卡爾空間中的坐標(biāo)已知。請描述一種可行的軌跡規(guī)劃方法，并說明該方法的主要步驟和關(guān)鍵參數(shù)。14.（15分）閱讀以下材料：在工業(yè)生產(chǎn)中，機器人需要在一個有多個障礙物的工作空間內(nèi)完成特定的軌跡任務(wù)。為了確保機器人的安全運行，必須進行有效的軌跡規(guī)劃以避開障礙物?，F(xiàn)有一些簡單的障礙物分布在工作空間中，并且已知機器人的初始位置和目標(biāo)位置。問題：請設(shè)計一種基于人工勢場法的避障軌跡規(guī)劃方案，說明如何構(gòu)建勢場以及如何根據(jù)勢場引導(dǎo)機器人運動。15.（15分）閱讀以下材料：隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，機器人軌跡規(guī)劃的精度和效率變得越來越重要。某企業(yè)在生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)機器人在執(zhí)行一些復(fù)雜軌跡任務(wù)時，出現(xiàn)了軌跡偏差較大的問題，影響了產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)機器人的運動學(xué)模型存在一定的誤差，并且軌跡規(guī)劃算法在處理復(fù)雜形狀軌跡時不夠優(yōu)化。問題：針對該企業(yè)的情況，提出至少兩種改進機器人軌跡規(guī)劃精度和效率的措施，并簡要說明理由。答案：1.C2.C3.B4.D5.D6.B7.D8.C9.A10.D11.機器人軌跡規(guī)劃是指根據(jù)機器人的任務(wù)要求，在其工作空間中生成一條從起始點到目標(biāo)點的平滑、無碰撞的運動路徑。主要步驟包括：確定機器人的任務(wù)和目標(biāo)；描述機器人的工作空間和環(huán)境；選擇合適的軌跡規(guī)劃方法；根據(jù)所選方法進行軌跡計算；對軌跡進行優(yōu)化和驗證，確保其滿足要求。12.（1）關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃優(yōu)點：直接對關(guān)節(jié)變量進行操作，計算簡單，易于實現(xiàn)。缺點：物理意義不直觀，規(guī)劃結(jié)果可能導(dǎo)致機器人末端執(zhí)行器運動不自然。笛卡爾空間軌跡規(guī)劃優(yōu)點：物理意義直觀，可以直接控制機器人末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)。缺點：計算復(fù)雜，需要求解運動學(xué)逆解。（2）關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃適合已知機器人關(guān)節(jié)角度要求的任務(wù)，如一些簡單的重復(fù)運動任務(wù)。笛卡爾空間軌跡規(guī)劃適合對機器人末端執(zhí)行器位置和姿態(tài)要求明確的任務(wù)，如在進行裝配、焊接等操作時。13.可以采用樣條曲線法。步驟：首先根據(jù)點A、B、C的坐標(biāo)確定樣條曲線的控制點。然后選擇合適的樣條曲線類型，如三次樣條曲線。關(guān)鍵參數(shù)包括樣條曲線的階數(shù)、控制點的位置等。通過調(diào)整這些參數(shù)來生成平滑的軌跡，使其滿足從點A到點B再到點C的要求，并且要考慮機器人的運動學(xué)和動力學(xué)約束。14.構(gòu)建勢場：將目標(biāo)點視為引力源，產(chǎn)生吸引勢場；將障礙物視為斥力源，產(chǎn)生排斥勢場。引力勢場的強度與目標(biāo)點距離成正比，斥力勢場的強度與障礙物距離成反比。根據(jù)勢場引導(dǎo)機器人運動：計算機器人所在位置處的總勢場力，力的方向指向合力最小的方向。機器人根據(jù)此合力方向移動，在接近目標(biāo)點時受引力影響增大，接近障礙物時受斥力影響增大，從而實現(xiàn)避障并到達目標(biāo)點。15.措施一：對機器人的運動學(xué)模型進行精確校準和優(yōu)化，減少模型誤差