2025年機(jī)器人四級(jí)考試題目及答案一、單項(xiàng)選擇題（共15題，每題2分，共30分）1.工業(yè)機(jī)器人的“自由度”通常指（）A.機(jī)器人末端執(zhí)行器可到達(dá)的空間范圍B.機(jī)器人各關(guān)節(jié)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)量C.機(jī)器人能夠完成的基本動(dòng)作類型D.機(jī)器人控制系統(tǒng)的編程靈活度2.以下哪種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)常用于工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)，具有高傳動(dòng)比、小體積特點(diǎn)？（）A.齒輪齒條傳動(dòng)B.諧波減速器C.帶傳動(dòng)D.絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)3.光電編碼器的主要功能是（）A.檢測(cè)機(jī)器人關(guān)節(jié)的角度或轉(zhuǎn)速B.測(cè)量環(huán)境溫度C.識(shí)別物體顏色D.檢測(cè)障礙物距離4.在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)中，DH參數(shù)法用于（）A.計(jì)算機(jī)器人的工作空間B.建立關(guān)節(jié)坐標(biāo)系與末端執(zhí)行器的位姿關(guān)系C.分析機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)特性D.優(yōu)化軌跡規(guī)劃算法5.以下哪種傳感器屬于接觸式傳感器？（）A.激光雷達(dá)B.力傳感器C.超聲波傳感器D.視覺(jué)攝像頭6.步進(jìn)電機(jī)的步距角為1.8°，驅(qū)動(dòng)頻率為1000Hz時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速約為（）A.300r/minB.500r/minC.1000r/minD.1500r/min（注：轉(zhuǎn)速公式：n=60f/(kθ)，k為細(xì)分倍數(shù)，此處k=1）7.機(jī)器人軌跡規(guī)劃中的“直線插補(bǔ)”是指（）A.末端執(zhí)行器沿直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，各關(guān)節(jié)按比例同步運(yùn)動(dòng)B.僅控制末端執(zhí)行器起點(diǎn)和終點(diǎn)，中間路徑自由C.關(guān)節(jié)空間內(nèi)各關(guān)節(jié)沿直線運(yùn)動(dòng)D.采用二次多項(xiàng)式規(guī)劃速度曲線8.以下哪種通信協(xié)議常用于機(jī)器人多傳感器數(shù)據(jù)的高速同步傳輸？（）A.RS232B.CAN總線C.藍(lán)牙D.WiFi9.機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程中的慣性力項(xiàng)主要與（）相關(guān)A.關(guān)節(jié)加速度B.關(guān)節(jié)速度C.關(guān)節(jié)位置D.外部負(fù)載重量10.服務(wù)機(jī)器人常用的SLAM（同步定位與地圖構(gòu)建）技術(shù)中，激光SLAM與視覺(jué)SLAM的主要區(qū)別在于（）A.激光SLAM依賴點(diǎn)云數(shù)據(jù)，視覺(jué)SLAM依賴圖像特征B.激光SLAM僅用于室內(nèi)，視覺(jué)SLAM僅用于室外C.激光SLAM成本更低，視覺(jué)SLAM精度更高D.激光SLAM實(shí)時(shí)性差，視覺(jué)SLAM實(shí)時(shí)性好11.工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)定位精度是指（）A.多次到達(dá)同一目標(biāo)點(diǎn)的位置誤差的最大值B.單次運(yùn)動(dòng)中末端執(zhí)行器的最大位置偏差C.機(jī)器人工作空間的最大范圍D.關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的最小分辨角度12.以下哪種電機(jī)適合作為機(jī)器人關(guān)節(jié)的伺服驅(qū)動(dòng)？（）A.直流有刷電機(jī)（低功率）B.交流永磁同步電機(jī)C.單相異步電機(jī)D.開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)13.機(jī)器人觸覺(jué)傳感器的主要作用是（）A.檢測(cè)物體表面的壓力分布B.測(cè)量環(huán)境光照強(qiáng)度C.識(shí)別物體材質(zhì)D.定位聲源方向14.在機(jī)器人控制中，開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制的根本區(qū)別是（）A.是否有反饋環(huán)節(jié)B.是否需要編程C.控制精度高低D.執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型15.以下哪項(xiàng)是協(xié)作機(jī)器人（Cobot）的典型特征？（）A.負(fù)載能力超過(guò)100kgB.具備力反饋安全機(jī)制C.僅支持示教編程D.工作空間完全封閉二、多項(xiàng)選擇題（共10題，每題3分，共30分。每題至少2個(gè)正確選項(xiàng)，錯(cuò)選、漏選均不得分）1.工業(yè)機(jī)器人的組成部分包括（）A.機(jī)械本體B.控制系統(tǒng)C.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)D.傳感器系統(tǒng)2.以下屬于機(jī)器人軌跡規(guī)劃內(nèi)容的有（）A.確定各關(guān)節(jié)的位置、速度、加速度曲線B.計(jì)算末端執(zhí)行器的路徑形狀（如直線、圓?。〤.優(yōu)化運(yùn)動(dòng)時(shí)間以提高效率D.分析機(jī)器人的靜力學(xué)平衡3.步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)包括（）A.控制精度高（與步距角相關(guān)）B.無(wú)需編碼器即可實(shí)現(xiàn)位置控制C.高速時(shí)扭矩下降明顯D.適合大慣量負(fù)載的快速啟停4.機(jī)器人傳感器按測(cè)量對(duì)象分類，包括（）A.內(nèi)部傳感器（如編碼器）B.外部傳感器（如視覺(jué)傳感器）C.數(shù)字傳感器D.模擬傳感器5.PID控制器中的三個(gè)參數(shù)分別對(duì)應(yīng)（）A.比例（P）：消除穩(wěn)態(tài)誤差B.積分（I）：減小動(dòng)態(tài)誤差C.微分（D）：抑制超調(diào)D.比例（P）：快速響應(yīng)偏差6.諧波減速器的組成部分包括（）A.剛輪B.柔輪C.波發(fā)生器D.行星輪7.服務(wù)機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)中，常用的定位方法有（）A.慣性導(dǎo)航（IMU）B.視覺(jué)定位（基于特征點(diǎn)匹配）C.GPS（室外環(huán)境）D.磁導(dǎo)航（沿預(yù)埋磁條）8.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分為（）A.正向運(yùn)動(dòng)學(xué)（已知關(guān)節(jié)角度求末端位姿）B.逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)（已知末端位姿求關(guān)節(jié)角度）C.動(dòng)力學(xué)（力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系）D.靜力學(xué)（平衡狀態(tài)下的力分析）9.以下哪些場(chǎng)景適合使用并聯(lián)機(jī)器人？（）A.高速分揀（如食品包裝線）B.大負(fù)載搬運(yùn)（如汽車焊接）C.高精度裝配（如3C電子）D.復(fù)雜曲面加工（如模具雕刻）10.機(jī)器人安全標(biāo)準(zhǔn)（如ISO10218）對(duì)工業(yè)機(jī)器人的要求包括（）A.急停功能B.防護(hù)圍欄（非協(xié)作模式下）C.負(fù)載能力無(wú)限制D.故障自檢與報(bào)警三、填空題（共10題，每題2分，共20分）1.工業(yè)機(jī)器人按結(jié)構(gòu)形式分類，常見(jiàn)的有直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型和________型。2.編碼器分為增量式和絕對(duì)式，其中________編碼器在斷電后仍能保存位置信息。3.機(jī)器人關(guān)節(jié)的傳動(dòng)比是輸入軸轉(zhuǎn)速與輸出軸轉(zhuǎn)速的比值，若電機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min，關(guān)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速為100r/min，則傳動(dòng)比為_(kāi)_______。4.激光雷達(dá)通過(guò)發(fā)射________并接收反射信號(hào)來(lái)測(cè)量距離。5.在機(jī)器人控制系統(tǒng)中，通常將控制周期分為采樣、計(jì)算和________三個(gè)階段。6.逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解時(shí)可能出現(xiàn)的問(wèn)題包括多解性、________和奇異位形。7.伺服電機(jī)的“扭矩速度曲線”顯示，隨著轉(zhuǎn)速升高，電機(jī)的最大輸出扭矩會(huì)________（填“增大”或“減小”）。8.機(jī)器人觸覺(jué)傳感器的核心指標(biāo)包括空間分辨率、________和動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍。9.RS485通信協(xié)議支持________（填“單工”“半雙工”或“全雙工”）通信，最遠(yuǎn)傳輸距離約為1200米。10.協(xié)作機(jī)器人的安全功能通常包括力反饋停止、________和速度限制。四、簡(jiǎn)答題（共5題，每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述差分驅(qū)動(dòng)機(jī)器人（兩輪差速）的運(yùn)動(dòng)原理，并說(shuō)明其轉(zhuǎn)向方式。2.諧波減速器相比傳統(tǒng)齒輪減速器有哪些優(yōu)勢(shì)？（至少列出3點(diǎn)）3.解釋機(jī)器人“工作空間”與“可達(dá)空間”的區(qū)別，并舉例說(shuō)明。4.激光雷達(dá)與視覺(jué)攝像頭在環(huán)境感知中的優(yōu)缺點(diǎn)分別是什么？（各列2點(diǎn)）5.簡(jiǎn)述PID控制器中積分飽和現(xiàn)象的成因及解決方法。五、應(yīng)用題（共4題，共40分）1.自由度計(jì)算（10分）某串聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)如圖所示（假設(shè)結(jié)構(gòu)為：基座→旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（繞Z軸）→移動(dòng)關(guān)節(jié)（沿Y軸）→旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（繞X軸）→末端執(zhí)行器）。（1）根據(jù)自由度計(jì)算公式（歐拉公式：F=6n5j14j23j32j4j5，其中n為活動(dòng)構(gòu)件數(shù)，j1~j5為1~5自由度的關(guān)節(jié)數(shù)），計(jì)算該機(jī)器人的自由度。（2）說(shuō)明該機(jī)器人是否具備空間任意位姿的調(diào)整能力（即是否為6自由度機(jī)器人）。2.步進(jìn)電機(jī)控制計(jì)算（10分）某機(jī)器人關(guān)節(jié)使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，參數(shù)如下：步距角1.8°，細(xì)分?jǐn)?shù)為8，驅(qū)動(dòng)脈沖頻率為5000Hz。（1）計(jì)算電機(jī)的實(shí)際步距角（細(xì)分后）。（2）計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速（單位：r/min）。3.PID參數(shù)調(diào)整分析（10分）某機(jī)器人伺服系統(tǒng)在階躍輸入下的響應(yīng)曲線出現(xiàn)以下問(wèn)題：初始階段超調(diào)量過(guò)大（>30%）穩(wěn)態(tài)誤差為5%（未消除）調(diào)整時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（>2s）根據(jù)PID控制原理，分析應(yīng)如何調(diào)整P、I、D參數(shù)以改善性能（需說(shuō)明各參數(shù)調(diào)整對(duì)問(wèn)題的具體影響）。4.軌跡規(guī)劃插補(bǔ)計(jì)算（10分）機(jī)器人末端執(zhí)行器需從點(diǎn)A（0,0,0）直線插補(bǔ)到點(diǎn)B（200mm,150mm,100mm），總運(yùn)動(dòng)時(shí)間為2s，采用三次多項(xiàng)式規(guī)劃速度曲線（起始和終止速度均為0）。（1）寫(xiě)出X軸方向的位置函數(shù)x(t)（t∈[0,2]）。（2）計(jì)算t=1s時(shí)末端在X軸的位置和速度。參考答案一、單項(xiàng)選擇題1.B2.B3.A4.B5.B6.A（計(jì)算：n=60×1000/(1×360/1.8)=60000/200=300r/min）7.A8.B9.A10.A11.A12.B13.A14.A15.B二、多項(xiàng)選擇題1.ABCD2.ABC3.ABC4.AB5.CD（注：I消除穩(wěn)態(tài)誤差，P快速響應(yīng)，D抑制超調(diào)）6.ABC7.ABCD8.AB9.AC10.ABD三、填空題1.關(guān)節(jié)2.絕對(duì)式3.30:14.激光（或紅外光）5.輸出6.無(wú)解7.減小8.力分辨率（或靈敏度）9.半雙工10.碰撞檢測(cè)四、簡(jiǎn)答題1.差分驅(qū)動(dòng)原理：通過(guò)左右兩輪的轉(zhuǎn)速差實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，直行時(shí)兩輪同速，左轉(zhuǎn)時(shí)左輪轉(zhuǎn)慢（或反轉(zhuǎn)）、右輪轉(zhuǎn)快，右轉(zhuǎn)反之。轉(zhuǎn)向方式為差速轉(zhuǎn)向，無(wú)獨(dú)立轉(zhuǎn)向輪，轉(zhuǎn)彎半徑與兩輪速度差成反比。2.優(yōu)勢(shì)：①傳動(dòng)比大（通常50~300）；②體積小、重量輕；③傳動(dòng)精度高（回差小）；④傳動(dòng)效率高（可達(dá)90%以上）；⑤運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)（柔輪彈性變形均勻）。3.工作空間：機(jī)器人末端執(zhí)行器能到達(dá)的所有點(diǎn)的集合（僅位置）；可達(dá)空間：末端能以任意姿態(tài)到達(dá)的點(diǎn)的集合（位置+姿態(tài)）。例如，6自由度機(jī)器人的工作空間包含可達(dá)空間，而4自由度機(jī)器人（如SCARA）的工作空間大，但部分點(diǎn)無(wú)法調(diào)整姿態(tài)（如繞Z軸旋轉(zhuǎn)自由度缺失）。4.激光雷達(dá)優(yōu)點(diǎn)：測(cè)距精度高（±m(xù)m級(jí)）、受光照影響??；缺點(diǎn)：成本高、無(wú)法獲取顏色/紋理信息。視覺(jué)攝像頭優(yōu)點(diǎn)：信息豐富（顏色、紋理）、成本低；缺點(diǎn)：受光照/遮擋影響大、測(cè)距精度低（需雙目或結(jié)構(gòu)光輔助）。5.積分飽和成因：系統(tǒng)誤差長(zhǎng)時(shí)間存在時(shí)，積分項(xiàng)累積過(guò)大，即使誤差反向，積分項(xiàng)仍需較長(zhǎng)時(shí)間釋放，導(dǎo)致超調(diào)。解決方法：①積分分離（誤差大時(shí)關(guān)閉積分）；②抗飽和積分（限制積分項(xiàng)輸出范圍）；③遇限削弱積分（達(dá)到輸出限幅時(shí)停止積分）。五、應(yīng)用題1.（1）活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=3（基座固定，3個(gè)活動(dòng)關(guān)節(jié)連接的構(gòu)件）；關(guān)節(jié)均為1自由度（旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)），j1=3。自由度F=6×35×3=1815=3。（2）不具備，6自由度機(jī)器人需至少6個(gè)獨(dú)立關(guān)節(jié)，該機(jī)器人僅3自由度，只能調(diào)整位置（X/Y/Z中的部分）或部分姿態(tài)。2.（1）細(xì)分后步距角=1.8°/8=0.225°。（2）轉(zhuǎn)速n=60×f/(360/θ細(xì)分)=60×5000/(360/0.225)=60×5000/1600=187.5r/min。3.調(diào)整建議：①增大D參數(shù)：抑制超調(diào)（微分環(huán)節(jié)對(duì)誤差變化率敏感，可提前產(chǎn)生阻尼）；②增大I參數(shù)：消除穩(wěn)態(tài)誤差（積分環(huán)節(jié)累積誤差，提高積分系數(shù)可加快誤差消除）