2025年機(jī)器人考試題+參考答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.某六自由度工業(yè)機(jī)器人的腕部關(guān)節(jié)采用球鉸結(jié)構(gòu)，其末端執(zhí)行器在空間中可實(shí)現(xiàn)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)不包括（）A.X軸平移B.Y軸旋轉(zhuǎn)C.Z軸平移D.歐拉角中的ψ角（繞Z軸旋轉(zhuǎn)）答案：B（球鉸結(jié)構(gòu)通常實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)自由度，腕部關(guān)節(jié)一般負(fù)責(zé)末端姿態(tài)調(diào)整，平移自由度由臂部關(guān)節(jié)提供，因此Y軸旋轉(zhuǎn)屬于姿態(tài)參數(shù)，而非獨(dú)立平移參數(shù)）2.以下傳感器中，在黑暗環(huán)境下仍能穩(wěn)定輸出三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的是（）A.單目攝像頭B.結(jié)構(gòu)光相機(jī)C.激光雷達(dá)（LIDAR）D.雙目立體視覺(jué)答案：C（激光雷達(dá)通過(guò)發(fā)射激光并接收反射信號(hào)工作，不受環(huán)境光照影響；其他選項(xiàng)依賴可見(jiàn)光或主動(dòng)投射光，黑暗環(huán)境下性能下降）3.某移動(dòng)機(jī)器人使用PID控制器進(jìn)行速度跟蹤，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)量過(guò)大時(shí)，最有效的調(diào)整方式是（）A.增大比例系數(shù)KpB.增大積分系數(shù)KiC.增大微分系數(shù)KdD.減小微分系數(shù)Kd答案：C（微分環(huán)節(jié)用于抑制系統(tǒng)震蕩，增大Kd可預(yù)測(cè)誤差變化趨勢(shì)，提前產(chǎn)生阻尼作用，降低超調(diào)）4.在機(jī)器人SLAM（同步定位與地圖構(gòu)建）中，回環(huán)檢測(cè)的核心目的是（）A.優(yōu)化局部地圖精度B.減少傳感器噪聲影響C.修正累積定位誤差D.提高建圖實(shí)時(shí)性答案：C（SLAM中因傳感器誤差會(huì)導(dǎo)致定位誤差隨時(shí)間累積，回環(huán)檢測(cè)通過(guò)識(shí)別已訪問(wèn)區(qū)域，利用歷史數(shù)據(jù)修正全局位姿，消除累積誤差）5.工業(yè)機(jī)器人常用的DH（Denavit-Hartenberg）參數(shù)法中，相鄰兩連桿的公共法線方向?qū)?yīng)（）A.關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸B.連桿長(zhǎng)度參數(shù)C.連桿偏距參數(shù)D.關(guān)節(jié)扭轉(zhuǎn)角參數(shù)答案：B（DH參數(shù)中，連桿長(zhǎng)度ai定義為相鄰兩關(guān)節(jié)軸公垂線的長(zhǎng)度，方向沿公法線）6.以下不屬于服務(wù)機(jī)器人情感計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)的是（）A.語(yǔ)音情感識(shí)別B.面部微表情分析C.力覺(jué)反饋控制D.對(duì)話語(yǔ)境理解答案：C（情感計(jì)算側(cè)重感知和理解人類情感，力覺(jué)反饋屬于物理交互控制技術(shù)，不直接涉及情感分析）7.協(xié)作機(jī)器人（Cobot）區(qū)別于傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的核心設(shè)計(jì)特征是（）A.更高的重復(fù)定位精度B.內(nèi)置力矩傳感器C.支持離線編程D.采用交流伺服電機(jī)答案：B（協(xié)作機(jī)器人需實(shí)現(xiàn)人機(jī)安全共融，內(nèi)置力矩傳感器可實(shí)時(shí)檢測(cè)碰撞力并觸發(fā)急停，是其區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)器人的關(guān)鍵安全設(shè)計(jì)）8.某四足機(jī)器人在復(fù)雜地形行走時(shí)，采用“三角步態(tài)”，其穩(wěn)定支撐多邊形的最小頂點(diǎn)數(shù)為（）A.2B.3C.4D.5答案：B（三角步態(tài)中，四足機(jī)器人同時(shí)抬起1足，支撐3足，3個(gè)支撐點(diǎn)構(gòu)成的三角形為最小穩(wěn)定支撐多邊形）9.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)中，“逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題”指的是（）A.已知關(guān)節(jié)角求末端位姿B.已知末端位姿求關(guān)節(jié)角C.已知外力求關(guān)節(jié)力矩D.已知軌跡求關(guān)節(jié)速度答案：B（正運(yùn)動(dòng)學(xué)是關(guān)節(jié)空間到任務(wù)空間的映射，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)是其逆過(guò)程，即由末端位姿反推關(guān)節(jié)角）10.在機(jī)器人倫理規(guī)范中，“價(jià)值對(duì)齊”原則要求（）A.機(jī)器人行為符合人類道德準(zhǔn)則B.傳感器數(shù)據(jù)與物理世界對(duì)齊C.多機(jī)器人系統(tǒng)目標(biāo)一致D.控制算法與硬件性能匹配答案：A（價(jià)值對(duì)齊指機(jī)器人的決策邏輯需與人類社會(huì)的道德價(jià)值觀保持一致，避免倫理沖突）二、填空題（每空1分，共20分）1.工業(yè)機(jī)器人的三大核心部件是（伺服電機(jī)）、（減速器）和（控制器）。2.激光雷達(dá)按掃描方式可分為（機(jī)械旋轉(zhuǎn)式）、（半固態(tài)）和（固態(tài)）三種，其中（固態(tài)）雷達(dá)因無(wú)運(yùn)動(dòng)部件更適用于車(chē)規(guī)級(jí)應(yīng)用。3.ROS（機(jī)器人操作系統(tǒng)）的核心通信機(jī)制包括（話題通信）、（服務(wù)通信）和（動(dòng)作通信），其中（動(dòng)作通信）適用于需要反饋執(zhí)行進(jìn)度的長(zhǎng)時(shí)任務(wù)。4.機(jī)械臂的工作空間可分為（可達(dá)工作空間）和（靈活工作空間），前者指末端能到達(dá)的所有點(diǎn)，后者指末端能以任意姿態(tài)到達(dá)的點(diǎn)。5.多傳感器融合常用方法包括（卡爾曼濾波）、（粒子濾波）和（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)），其中（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）在非高斯噪聲場(chǎng)景下表現(xiàn)更優(yōu)。6.機(jī)器人觸覺(jué)傳感器的主要測(cè)量參數(shù)有（接觸力）、（接觸位置）和（表面紋理），其核心元件多采用（壓阻式）或（電容式）敏感材料。7.智能機(jī)器人的“具身認(rèn)知”強(qiáng)調(diào)（物理實(shí)體與環(huán)境交互）對(duì)認(rèn)知能力的影響，區(qū)別于傳統(tǒng)純算法驅(qū)動(dòng)的智能。三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述串聯(lián)機(jī)器人與并聯(lián)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及典型應(yīng)用場(chǎng)景。參考答案：串聯(lián)機(jī)器人采用開(kāi)鏈結(jié)構(gòu)，各關(guān)節(jié)首尾相連，末端執(zhí)行器通過(guò)多個(gè)關(guān)節(jié)的累積運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)大范圍作業(yè)，優(yōu)點(diǎn)是工作空間大、靈活性高，缺點(diǎn)是剛度低、誤差累積明顯，典型應(yīng)用如工業(yè)機(jī)械臂（焊接、噴涂）。并聯(lián)機(jī)器人采用閉鏈結(jié)構(gòu)，末端由多條支鏈共同支撐，優(yōu)點(diǎn)是剛度大、承載能力強(qiáng)、精度高，缺點(diǎn)是工作空間小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，典型應(yīng)用如醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人、六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。2.說(shuō)明視覺(jué)伺服控制的基本原理，并比較位置式與圖像式視覺(jué)伺服的差異。參考答案：視覺(jué)伺服通過(guò)相機(jī)獲取目標(biāo)圖像信息，計(jì)算當(dāng)前位姿與期望位姿的誤差，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)以減小誤差。位置式視覺(jué)伺服將圖像特征轉(zhuǎn)換為三維空間位姿（需相機(jī)標(biāo)定和深度信息），直接在任務(wù)空間設(shè)計(jì)控制器；圖像式視覺(jué)伺服直接在圖像空間定義誤差（如特征點(diǎn)坐標(biāo)偏差），避免三維重建，但可能受圖像非線性畸變影響，且需保證特征點(diǎn)始終在視場(chǎng)內(nèi)。3.分析多機(jī)器人協(xié)作中“通信延遲”對(duì)系統(tǒng)性能的影響，并提出兩種緩解策略。參考答案：通信延遲會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人狀態(tài)信息不同步，可能引發(fā)協(xié)作動(dòng)作不協(xié)調(diào)（如搬運(yùn)時(shí)力分配失衡）、路徑規(guī)劃沖突（如避障決策滯后），甚至系統(tǒng)不穩(wěn)定（延遲超過(guò)控制周期時(shí)可能觸發(fā)震蕩）。緩解策略：（1）采用分布式控制，局部決策減少對(duì)全局通信的依賴；（2）引入狀態(tài)預(yù)測(cè)算法（如卡爾曼濾波預(yù)測(cè)鄰居機(jī)器人下一時(shí)刻位姿）；（3）優(yōu)化通信協(xié)議（如5G低延遲切片或?qū)Ｓ枚叹嗤ㄐ臘SRC），降低傳輸時(shí)延。4.列舉工業(yè)機(jī)器人軌跡規(guī)劃的主要方法，并說(shuō)明“時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃”的約束條件。參考答案：軌跡規(guī)劃方法包括：（1）關(guān)節(jié)空間規(guī)劃（通過(guò)多項(xiàng)式插值或樣條曲線規(guī)劃關(guān)節(jié)角度序列）；（2）笛卡爾空間規(guī)劃（規(guī)劃末端位姿軌跡并通過(guò)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)軌跡）；（3）基于動(dòng)力學(xué)的規(guī)劃（考慮慣性力、摩擦力等物理約束）。時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃需滿足：（1）關(guān)節(jié)速度、加速度不超過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)極限；（2）末端執(zhí)行器在任務(wù)空間的速度、加速度符合工藝要求（如焊接時(shí)需恒速）；（3）避免奇異位形（如機(jī)械臂進(jìn)入不可控姿態(tài)）。5.討論機(jī)器人倫理中“數(shù)據(jù)隱私風(fēng)險(xiǎn)”的主要來(lái)源及應(yīng)對(duì)措施。參考答案：風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源：（1）感知數(shù)據(jù)采集（攝像頭、麥克風(fēng)可能泄露用戶行為、語(yǔ)音等隱私）；（2）數(shù)據(jù)傳輸（云端存儲(chǔ)時(shí)可能被黑客攻擊竊取）；（3）數(shù)據(jù)濫用（廠商過(guò)度分析用戶習(xí)慣用于商業(yè)推廣）。應(yīng)對(duì)措施：（1）本地化處理（敏感數(shù)據(jù)在邊緣端處理，減少上傳）；（2）加密傳輸（采用端到端加密協(xié)議如TLS1.3）；（3）匿名化處理（對(duì)人臉、聲紋等生物特征進(jìn)行脫敏）；（4）倫理設(shè)計(jì)（通過(guò)“隱私-by-design”原則，在機(jī)器人系統(tǒng)開(kāi)發(fā)階段嵌入隱私保護(hù)功能）。四、綜合題（每題10分，共20分）1.設(shè)計(jì)一個(gè)家庭服務(wù)機(jī)器人的導(dǎo)航系統(tǒng)，要求適應(yīng)客廳（開(kāi)闊）、臥室（狹窄）、廚房（動(dòng)態(tài)障礙）等多場(chǎng)景，需說(shuō)明傳感器配置、定位算法選擇及避障策略。參考答案：（1）傳感器配置：主傳感器為16線激光雷達(dá)（覆蓋360°，探測(cè)距離10m，用于建圖和定位）；輔助傳感器包括雙目攝像頭（獲取RGB-D數(shù)據(jù)，識(shí)別動(dòng)態(tài)障礙如移動(dòng)的人）、慣性測(cè)量單元（IMU，補(bǔ)償雷達(dá)幀率不足時(shí)的位姿估計(jì)）、超聲波傳感器（探測(cè)透明/低反射率物體如玻璃）。（2）定位算法：采用多傳感器融合的SLAM方案。在開(kāi)闊客廳，以激光雷達(dá)為主，通過(guò)LOAM（LidarOdometryandMapping）實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位；在狹窄臥室（特征少），融合IMU的預(yù)積分結(jié)果和攝像頭的視覺(jué)里程計(jì)（ORB-SLAM3），避免定位丟失；廚房場(chǎng)景中，利用攝像頭檢測(cè)動(dòng)態(tài)區(qū)域（如移動(dòng)的人），在激光雷達(dá)點(diǎn)云中標(biāo)記為動(dòng)態(tài)障礙，更新全局地圖時(shí)排除動(dòng)態(tài)點(diǎn)，保證靜態(tài)地圖的準(zhǔn)確性。（3）避障策略：局部路徑規(guī)劃采用DWA（動(dòng)態(tài)窗口法），結(jié)合激光雷達(dá)的實(shí)時(shí)點(diǎn)云和攝像頭的動(dòng)態(tài)障礙速度估計(jì)，預(yù)測(cè)障礙物運(yùn)動(dòng)軌跡，提供安全速度窗口；在狹窄區(qū)域（如臥室doorway），切換為人工勢(shì)場(chǎng)法（APF），通過(guò)調(diào)整斥力場(chǎng)參數(shù)（增大近距離障礙物的斥力系數(shù)）提高小空間通過(guò)能力；遇到突發(fā)障礙（如廚房掉落的物品），觸發(fā)緊急避障：通過(guò)超聲波傳感器快速檢測(cè)近距離障礙，輸出急停指令并規(guī)劃最短繞道路徑。2.某工業(yè)機(jī)械臂需完成“從A點(diǎn)（0,0,0）到B點(diǎn)（500,300,200）mm”的直線插補(bǔ)任務(wù)，末端姿態(tài)保持不變（繞X軸旋轉(zhuǎn)90°）。已知機(jī)械臂為六自由度串聯(lián)結(jié)構(gòu)，最大關(guān)節(jié)速度為100°/s，重復(fù)定位精度±0.05mm。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)軌跡規(guī)劃方案，包括：（1）軌跡提供方法；（2）關(guān)節(jié)空間與笛卡爾空間規(guī)劃的選擇依據(jù)；（3）誤差補(bǔ)償措施。參考答案：（1）軌跡提供方法：采用笛卡爾空間直線插補(bǔ)，將A到B的直線離散為多個(gè)中間點(diǎn)（如每5mm一個(gè)點(diǎn)），通過(guò)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)角序列；速度規(guī)劃采用梯形速度曲線（加速-勻速-減速），確保關(guān)節(jié)速度不超過(guò)100°/s的限制，同時(shí)末端線速度保持恒定（如50mm/s）。（2）選擇依據(jù)：任務(wù)要求末端沿直線運(yùn)動(dòng)且姿態(tài)不變，笛卡爾空間規(guī)劃能直接保證末端軌跡的直線性和姿態(tài)穩(wěn)定性；若采用關(guān)節(jié)空間規(guī)劃，雖可避免逆運(yùn)動(dòng)學(xué)奇異性，但無(wú)法保證末端路徑為直線，可能導(dǎo)致與工件碰撞（如焊接時(shí)偏離焊縫）。（3）誤差補(bǔ)償措施：①運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定：通過(guò)激光跟蹤儀測(cè)量機(jī)械臂末端實(shí)際位姿與理論值的偏差，修正DH參數(shù)（如連