2026年自動化技術(shù)（機器人案例）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）答題要求：本卷共6題，每題5分。每題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。1.以下關(guān)于機器人運動學的說法，正確的是（）A.機器人運動學主要研究機器人的動力學問題B.運動學只關(guān)注機器人末端執(zhí)行器的位置，不考慮其姿態(tài)C.運動學是研究機器人運動的幾何關(guān)系和運動特性的學科D.機器人運動學與機器人的控制算法無關(guān)答案：C2.機器人在笛卡爾空間中的運動可以通過以下哪種方式描述（）A.關(guān)節(jié)角度B.齊次坐標變換C.電機轉(zhuǎn)速D.傳感器數(shù)據(jù)答案：B3.機器人運動軌跡規(guī)劃中，常用的方法不包括（）A.關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃B.笛卡爾空間軌跡規(guī)劃C.遺傳算法軌跡規(guī)劃D.隨機搜索軌跡規(guī)劃答案：D4.以下哪種傳感器常用于機器人的位置檢測（）A.視覺傳感器B.力傳感器C.超聲波傳感器D.編碼器答案：D5.機器人運動控制中，PID控制算法的作用是（）A.提高機器人的運動速度B.實現(xiàn)機器人的精確位置控制C.增強機器人的環(huán)境感知能力D.優(yōu)化機器人的運動軌跡答案：B6.機器人動力學研究的內(nèi)容是（）A.機器人的運動學模型B.機器人在力作用下的運動規(guī)律C.機器人的運動軌跡規(guī)劃D.機器人的傳感器數(shù)據(jù)處理答案：B第II卷（非選擇題共70分）二、填空題（共20分）答題要求：本大題共5空，每空4分。請將答案填寫在題中的橫線上。1.機器人運動學中的正運動學是已知____________求末端執(zhí)行器的位姿。答案：關(guān)節(jié)變量2.機器人在笛卡爾空間中的運動可以分解為____________、____________和____________三個方向的運動。答案：X軸、Y軸、Z軸3.機器人軌跡規(guī)劃的目標是生成一條滿足____________和____________要求的運動軌跡。答案：運動學、動力學4.機器人運動控制中，反饋控制的基本原理是將____________與____________進行比較，根據(jù)偏差調(diào)整控制量。答案：實際輸出、期望輸出5.機器人動力學方程描述了機器人____________與____________之間的關(guān)系。答案：關(guān)節(jié)力、關(guān)節(jié)運動三、簡答題（共15分）答題要求：本大題共3題，每題5分。簡要回答問題。1.簡述機器人運動學中逆運動學的概念。答案：逆運動學是已知機器人末端執(zhí)行器的位姿，求解關(guān)節(jié)變量的過程。它在機器人運動控制、軌跡規(guī)劃以及操作任務中起著關(guān)鍵作用，能夠根據(jù)期望的末端位置和姿態(tài)確定各個關(guān)節(jié)應如何運動。2.機器人運動軌跡規(guī)劃的主要步驟有哪些？答案：首先要確定起始點和目標點，然后根據(jù)機器人的運動學模型和約束條件，選擇合適的軌跡類型，如直線、圓弧等。接著進行軌跡的離散化，將連續(xù)軌跡轉(zhuǎn)化為離散的點序列。最后對離散點進行平滑處理，以滿足機器人運動的動力學要求，使運動更加平穩(wěn)。3.說明PID控制算法中比例、積分、微分環(huán)節(jié)的作用。答案：比例環(huán)節(jié)根據(jù)偏差的大小成比例地調(diào)整控制量，能快速響應偏差，但可能存在穩(wěn)態(tài)誤差。積分環(huán)節(jié)對偏差進行積分，消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。微分環(huán)節(jié)根據(jù)偏差的變化率調(diào)整控制量，能改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，抑制超調(diào)，使系統(tǒng)響應更加平穩(wěn)。四、分析題（共15分）答題要求：閱讀以下材料，回答問題。材料：某工業(yè)機器人在進行零件裝配任務時，出現(xiàn)了定位不準確的問題。經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)機器人的運動學參數(shù)存在偏差，同時傳感器數(shù)據(jù)也有一定的波動。1.請分析機器人運動學參數(shù)偏差對定位準確性的影響。答案：機器人運動學參數(shù)偏差會導致其實際運動與理論運動不一致。比如關(guān)節(jié)角度的偏差會使末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)出現(xiàn)偏差，無法準確到達預定位置，從而影響零件裝配的定位準確性，可能導致裝配失誤，影響產(chǎn)品質(zhì)量。2.針對傳感器數(shù)據(jù)波動的問題，提出可能的解決措施。答案：首先檢查傳感器是否正常工作，如清潔或更換損壞的部件。對傳感器進行校準，提高其測量精度。增加數(shù)據(jù)濾波處理，去除噪聲干擾，平滑傳感器數(shù)據(jù)。優(yōu)化傳感器的安裝位置和環(huán)境，減少外界因素對其數(shù)據(jù)的影響，以提高傳感器數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，進而保證機器人定位的準確性。五、設計題（共20分）答題要求：設計一個簡單的機器人運動控制系統(tǒng)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)從初始位置到目標位置的直線運動。答案：首先選擇合適的電機作為動力源，通過減速器與機器人關(guān)節(jié)相連。采用編碼器實時反饋關(guān)節(jié)角度信息，構(gòu)成位置閉環(huán)控制系統(tǒng)。基于PID控制算法，根據(jù)編碼器反饋的當前位置與目標位置的偏差，計算出控制量來驅(qū)動電機