2025年機(jī)器人技術(shù)考試題庫(kù)及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)中，描述末端執(zhí)行器位姿最常用的齊次變換矩陣維度是A.3×3??B.4×4??C.6×6??D.2×2答案：B2.下列傳感器中，最適合用于六自由度機(jī)械臂關(guān)節(jié)角度實(shí)時(shí)測(cè)量的是A.激光雷達(dá)??B.增量式光電編碼器??C.深度相機(jī)??D.慣性測(cè)量單元答案：B3.若某六軸工業(yè)機(jī)器人在基坐標(biāo)系下的雅可比矩陣J為6×6滿秩矩陣，則該機(jī)器人處于A.奇異位形??B.非奇異位形??C.冗余自由度??D.欠驅(qū)動(dòng)狀態(tài)答案：B4.在ROS2中，用于實(shí)時(shí)發(fā)布圖像流的標(biāo)準(zhǔn)消息類型為A.sensor_msgs/LaserScan??B.sensor_msgs/Image??C.std_msgs/String??D.geometry_msgs/Twist答案：B5.采用阻抗控制策略時(shí)，若目標(biāo)剛度矩陣K=diag[1000,1000,1000]N/m，阻尼矩陣D=diag[100,100,100]Ns/m，則系統(tǒng)臨界阻尼對(duì)應(yīng)的阻尼比約為A.0.1??B.0.5??C.1.0??D.2.0答案：C6.在移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃中，A算法與Dijkstra算法相比，其主要優(yōu)勢(shì)是A.保證最優(yōu)性??B.計(jì)算復(fù)雜度更低??C.引入啟發(fā)函數(shù)加速搜索??D.支持動(dòng)態(tài)障礙答案：C7.若某直流電機(jī)電樞電阻Ra=0.5Ω，空載電流I0=0.2A，額定電壓U=24V，忽略電感，則其空載功耗為A.0.02W??B.0.2W??C.2.4W??D.4.8W答案：C8.在機(jī)器視覺(jué)中，若相機(jī)內(nèi)參矩陣已知，采用PnP算法求解位姿所需最少空間點(diǎn)數(shù)是A.3??B.4??C.5??D.6答案：B9.下列關(guān)于機(jī)器人操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的描述，正確的是A.ROS1默認(rèn)內(nèi)核可滿足硬實(shí)時(shí)??B.ROS2基于DDS可配置硬實(shí)時(shí)??C.ROS2僅支持軟實(shí)時(shí)??D.實(shí)時(shí)性與中間件無(wú)關(guān)答案：B10.在力控打磨應(yīng)用中，若末端執(zhí)行器質(zhì)量m=5kg，重力補(bǔ)償力F=mg，g取9.81m/s2，則z軸方向補(bǔ)償力應(yīng)為A.5N??B.49.05N??C.98.1N??D.0N答案：B二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分，多選少選均不得分）11.下列哪些方法可用于解決機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的多解問(wèn)題A.關(guān)節(jié)限位濾波??B.最小行程準(zhǔn)則??C.加權(quán)偽逆法??D.主元分析降維答案：A、B、C12.關(guān)于SLAM后端優(yōu)化，下列說(shuō)法正確的是A.圖優(yōu)化將位姿與路標(biāo)表示為節(jié)點(diǎn)??B.協(xié)方差矩陣用于量化邊的不確定性??C.g2o框架僅支持高斯牛頓求解??D.回環(huán)檢測(cè)可減小累積誤差答案：A、B、D13.下列哪些屬于機(jī)器人柔順控制的典型實(shí)現(xiàn)方式A.導(dǎo)納控制??B.阻抗控制??C.力位混合控制??D.PID位置控制答案：A、B、C14.在基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的抓取策略中，為提高樣本效率，可采取A.經(jīng)驗(yàn)回放??B.分布式采集??C.域隨機(jī)化??D.稀疏獎(jiǎng)勵(lì)塑形答案：A、B、C、D15.下列關(guān)于URDF模型的描述，正確的是A.可描述連續(xù)型機(jī)器人??B.支持關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)參數(shù)??C.可嵌入碰撞幾何??D.支持閉合運(yùn)動(dòng)鏈答案：B、C三、填空題（每空2分，共20分）16.某SCARA機(jī)器人第一、二關(guān)節(jié)長(zhǎng)度分別為200mm與150mm，當(dāng)θ1=0°、θ2=90°時(shí)，末端在xy平面內(nèi)的x坐標(biāo)為_(kāi)_______mm，y坐標(biāo)為_(kāi)_______mm。答案：x=150，y=20017.若某伺服電機(jī)減速比為50:1，編碼器分辨率16bits，則電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)0.1°時(shí)，編碼器輸出約________個(gè)計(jì)數(shù)。答案：18（計(jì)算：2^16/3600.150≈18.2，取整）18.在ROS2中，節(jié)點(diǎn)A以10Hz發(fā)布話題/cmd_vel，節(jié)點(diǎn)B以30Hz訂閱，若采用KeepLast(1)緩存策略，節(jié)點(diǎn)B每秒最多丟棄________條消息。答案：2019.某激光雷達(dá)掃描頻率為10Hz，每幀掃描點(diǎn)數(shù)為1080，若采用2Doccupancygrid建圖，柵格分辨率0.05m，則每幀數(shù)據(jù)在100m×100m地圖中理論最大更新柵格數(shù)為_(kāi)_______。答案：108020.若六維力傳感器測(cè)量值W=[0,0,10,0,0,0]T，坐標(biāo)系原點(diǎn)位于傳感器中心，則該讀數(shù)表示沿________軸方向受到________N的力。答案：z，1021.在MoveIt中，用于碰撞檢測(cè)的默認(rèn)庫(kù)是________，其采用________模型進(jìn)行包絡(luò)。答案：FCL，凸包22.若某移動(dòng)機(jī)器人兩輪間距L=0.4m，右輪速度vr=0.3m/s，左輪速度vl=0.1m/s，則機(jī)器人角速度ω=________rad/s。答案：0.5（計(jì)算：(vrvl)/L）23.在眼在手外標(biāo)定中，若相機(jī)坐標(biāo)系到基坐標(biāo)變換為T(mén)cb，末端到基坐標(biāo)為T(mén)tb，則末端到相機(jī)變換Ttc=________。答案：inv(Tcb)Ttb24.若深度相機(jī)焦距fx=fy=600pixel，主點(diǎn)cx=320，cy=240，某點(diǎn)深度z=1.2m，圖像坐標(biāo)(u,v)=(360,240)，則該點(diǎn)X=________m，Y=________m。答案：X=0.08，Y=0（計(jì)算：X=(ucx)z/fx）25.在力控插孔任務(wù)中，若孔徑公差±0.1mm，機(jī)器人重復(fù)定位精度±0.05mm，則系統(tǒng)需額外引入________自由度的柔順機(jī)構(gòu)才能確保裝配成功。答案：2（平面平移）四、簡(jiǎn)答題（共25分）26.（封閉型，6分）寫(xiě)出PUMA560機(jī)器人第3關(guān)節(jié)的DH參數(shù)表（僅列出θ、d、a、α四元組），并說(shuō)明其零位定義。答案：關(guān)節(jié)3：θ3=0°（零位時(shí)與關(guān)節(jié)2軸線平行），d3=0mm，a3=431.8mm，α3=?90°。零位定義為關(guān)節(jié)2、3軸線共面且大臂水平。27.（開(kāi)放型，7分）簡(jiǎn)述視覺(jué)SLAM中直接法與特征點(diǎn)法在光照變化場(chǎng)景下的性能差異，并給出一種改進(jìn)策略。答案：直接法基于灰度一致性假設(shè)，光照變化導(dǎo)致光度誤差增大，易跟蹤丟失；特征點(diǎn)法通過(guò)描述子匹配對(duì)光照具有一定魯棒性，但特征缺失時(shí)性能下降。改進(jìn)策略：采用光度標(biāo)定模型，在線估計(jì)仿射光照參數(shù)，結(jié)合直接法與特征點(diǎn)法混合跟蹤，如DSO+ORB雙線程，光照變化時(shí)自動(dòng)切換主導(dǎo)方法。28.（封閉型，6分）某六軸機(jī)器人采用梯形速度規(guī)劃，單關(guān)節(jié)最大加速度α=3rad/s2，最大速度ωmax=2rad/s，關(guān)節(jié)需轉(zhuǎn)動(dòng)Δθ=10rad，求最短運(yùn)動(dòng)時(shí)間tmin。答案：加速段t1=ωmax/α=0.667s，加速角θ1=0.5αt12=0.667rad；減速段同加速段；勻速段θ2=Δθ?2θ1=8.666rad，t2=θ2/ωmax=4.333s；tmin=2t1+t2=5.667s。29.（開(kāi)放型，6分）分析為何協(xié)作機(jī)器人需采用雙編碼器+扭矩傳感器架構(gòu)，而非單編碼器方案。答案：?jiǎn)尉幋a器僅測(cè)轉(zhuǎn)子位置，無(wú)法檢測(cè)外部碰撞；雙編碼器可計(jì)算關(guān)節(jié)柔性變形，實(shí)現(xiàn)軟關(guān)節(jié)狀態(tài)觀測(cè)；扭矩傳感器直接測(cè)量連桿側(cè)力矩，實(shí)現(xiàn)零力示教與碰撞檢測(cè)；三者融合可提高力控帶寬與安全性，滿足ISO/TS15066協(xié)作速度/力閾值要求。五、計(jì)算分析題（共40分）30.（運(yùn)動(dòng)學(xué)綜合，12分）已知某3R平面機(jī)械臂連桿長(zhǎng)L1=300mm，L2=250mm，L3=200mm，關(guān)節(jié)角θ1=30°，θ2=?45°，θ3=60°。(1)用幾何法求末端位姿(x,y,φ)；(2)若要求末端沿x軸正向以v=50mm/s勻速運(yùn)動(dòng)，求瞬時(shí)關(guān)節(jié)速度向量θ˙（僅考慮x方向速度雅可比）。答案：(1)x=L1cosθ1+L2cos(θ1+θ2)+L3cos(θ1+θ2+θ3)=300cos30°+250cos(?15°)+200cos45°≈300×0.866+250×0.966+200×0.707≈259.8+241.5+141.4=642.7mmy=L1sinθ1+L2sin(θ1+θ2)+L3sin(θ1+θ2+θ3)≈300×0.5+250×(?0.259)+200×0.707≈150?64.75+141.4=226.65mmφ=θ1+θ2+θ3=45°(2)僅考慮x方向，雅可比行Jx=[?x/?θ1,?x/?θ2,?x/?θ3]=[?L1sinθ1?L2sin(θ1+θ2)?L3sin(θ1+θ2+θ3),?L2sin(θ1+θ2)?L3sin(θ1+θ2+θ3),?L3sin(θ1+θ2+θ3)]代入得Jx≈[?150+64.75?141.4,64.75?141.4,?141.4]=[?226.65,?76.65,?141.4]mm/rad令Jx·θ˙=50，取最小范數(shù)解θ˙=JxT(JxJxT)^?1·50≈[?0.138,?0.047,?0.086]rad/s31.（動(dòng)力學(xué)計(jì)算，14分）某單關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)參數(shù)：轉(zhuǎn)子慣量Jm=0.02kg·m2，減速比n=100，連桿側(cè)慣量JL=0.8kg·m2，電機(jī)扭矩常數(shù)Kt=0.6Nm/A，反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)Ke=0.6V·s/rad，電樞電阻Ra=1Ω，忽略電感。(1)求折算到電機(jī)軸的總慣量Jeq；(2)寫(xiě)出電機(jī)角加速度θ¨m與電樞電流I之間的動(dòng)力學(xué)方程；(3)若要求連桿端在0.1s內(nèi)從靜止加速到π/2rad/s，求所需峰值電流Ip；(4)計(jì)算該電流下的穩(wěn)態(tài)電壓Ua。答案：(1)Jeq=Jm+JL/n2=0.02+0.8/10000=0.02008kg·m2(2)Jeq·θ¨m=Kt·I?(Ke·θ˙m+Td/n)，忽略擾動(dòng)Td，簡(jiǎn)化為Jeqθ¨m=KtI(3)連桿目標(biāo)速度ωL=π/2rad/s，電機(jī)軸θ˙m=nωL=50πrad/s，加速度α=θ˙m/0.1=500πrad/s2Ip=Jeqα/Kt=0.02008×500π/0.6≈52.6A(4)穩(wěn)態(tài)電壓Ua=RaIp+Keθ˙m=1×52.6+0.6×50π≈52.6+94.25=146.85V32.（SLAM綜合，14分）某2D激光SLAM系統(tǒng)采用掃描匹配+圖優(yōu)化后端，關(guān)鍵幀間距0.5m，回環(huán)檢測(cè)距離閾值5m。(1)若機(jī)器人以1m/s速度運(yùn)行100m，計(jì)算關(guān)鍵幀數(shù)量Nkf；(2)假設(shè)每關(guān)鍵幀與前后各5幀產(chǎn)生里程計(jì)邊，與回環(huán)候選幀平均產(chǎn)生2條閉環(huán)邊，求總邊數(shù)E；(3)若采用稀疏喬里斯基求解器，節(jié)點(diǎn)維度3，邊信息矩陣為3×3對(duì)角陣，估算一次優(yōu)化浮點(diǎn)運(yùn)算量（給出表達(dá)式即可）；(4)分析當(dāng)關(guān)鍵幀間距縮小到0.2m時(shí)，計(jì)算復(fù)雜度變化趨勢(shì)。答案：(1)Nkf=100/0.5+1=201(2)里程計(jì)邊：首末各5幀，中間每幀連10幀，共約201×10?2×(1+2+3+4+5)=2010?30=1980；閉環(huán)邊：平均每幀2條，共201×2=402；總邊E=1980+402=2382(3)圖拉普拉斯維度3Nkf×3Nkf，稀疏模式由E決定，一次迭代浮點(diǎn)運(yùn)算≈2×(3E)+O(Nkf)(4)間距縮至0.2m，Nkf增至501，E隨Nkf線性增長(zhǎng)，實(shí)際因閉環(huán)候選增多，E增速略高于線性，復(fù)雜度O(Nkf^1.2)左右，內(nèi)存與CPU負(fù)載顯著增加。六、設(shè)計(jì)應(yīng)用題（共20分）33.（開(kāi)放綜合，20分）某工廠需部署一臺(tái)七軸協(xié)作機(jī)器人完成精密齒輪箱裝配，齒輪軸與殼體配合間隙10μm，裝配深度30mm，要求一次成功率≥99.9%，節(jié)拍≤15s。請(qǐng)給出完整技術(shù)方案，包括：a)機(jī)器人選型與末端配置（含傳感器、執(zhí)行器）；b)力控策略與參數(shù)整定方法；c)視覺(jué)引導(dǎo)與誤差補(bǔ)償流程；d)可靠性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；e)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與安全合規(guī)措施。答案：a)選型：七軸力控協(xié)作臂（如FrankaEmika），重復(fù)定位±0.1mm，內(nèi)置關(guān)節(jié)扭矩傳感器；末端加裝六維力傳感器(ATINano17，分辨率0.003N)，微伺服滑臺(tái)(行程10mm，分辨率0.5μm)用于精調(diào)；氣動(dòng)精密夾指(夾持重復(fù)±2μm)；同軸視覺(jué)(遠(yuǎn)心鏡頭+2000萬(wàn)像素相機(jī))用于軸孔對(duì)準(zhǔn)。b)策略：采用導(dǎo)納控制，目標(biāo)質(zhì)量M=1kg，阻尼D=200Ns/m，剛度K=500N/m；參數(shù)整定：離線用F/T標(biāo)定臺(tái)測(cè)實(shí)際接觸剛度，采用ZieglerNichols臨界振蕩法在線微調(diào)D，使階躍響應(yīng)超調(diào)<5%。c)流程：粗定位由臂基視覺(jué)完成，精度±0.2mm；精調(diào)階段滑臺(tái)攜帶相機(jī)