2025年大學大三（機器人工程）機器人系統(tǒng)設計綜合測試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題共40分）答題要求：本卷共20小題，每小題2分，共40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.機器人系統(tǒng)的核心組成部分不包括以下哪一項？A.機器人本體B.控制系統(tǒng)C.傳感器D.外部環(huán)境2.以下哪種編程語言常用于機器人運動控制編程？A.PythonB.C++C.MATLABD.Arduino3.機器人的運動學主要研究的是？A.機器人的動力學原理B.機器人的運動規(guī)劃C.機器人各關節(jié)的運動關系D.機器人的能量消耗4.機器人的位姿通常用什么來表示？A.角度B.坐標C.速度D.加速度5.以下哪種傳感器不屬于機器人常用的位置傳感器？A.編碼器B.陀螺儀C.激光雷達D.電位器6.機器人控制系統(tǒng)中的PID控制器，其中I代表的是？A.比例B.積分C.微分D.增益7.機器人的路徑規(guī)劃算法中，A算法屬于？A.全局路徑規(guī)劃算法B.局部路徑規(guī)劃算法C.混合路徑規(guī)劃算法D.參數(shù)化路徑規(guī)劃算法8.用于機器人視覺識別的常用算法是？A.卡爾曼濾波算法B.霍夫變換算法C.支持向量機算法D.卷積神經(jīng)網(wǎng)絡算法9.機器人的動力學主要研究的是？A.機器人的運動學原理B.機器人在受力情況下的運動C.機器人的運動規(guī)劃D.機器人的能量轉換10.以下哪種通信方式常用于機器人與上位機之間的數(shù)據(jù)傳輸？A.USBB.Wi-FiC.藍牙D.以上都是11.機器人的機械結構設計中，以下哪種結構常用于提高機器人的剛性？A.框架結構B.連桿結構C.桁架結構D.以上都不是12.機器人的傳感器數(shù)據(jù)融合方法中，加權平均法屬于？A.直接融合法B.間接融合法C.混合融合法D.以上都不是13.機器人的編程語言中，ROS系統(tǒng)常用的編程語言是？A.PythonB.C++C.LispD.Java14.機器人的運動控制中，關節(jié)空間控制和笛卡爾空間控制的區(qū)別在于？A.控制的坐標系不同B.控制的精度不同C.控制的速度不同D.控制的算法不同15.以下哪種機器人應用場景不屬于工業(yè)機器人的范疇？A.汽車制造B.物流分揀C.醫(yī)療手術D.電子裝配16.機器人的人工智能算法中，強化學習主要用于？A.機器人的決策與控制B.機器人的視覺識別C.機器人的運動規(guī)劃D.機器人的故障診斷17.機器人的人機協(xié)作安全技術中，常用的安全傳感器是？A.激光傳感器B.力傳感器C.紅外傳感器D.超聲波傳感器18.機器人的軟件系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)的作用不包括以下哪一項？A.管理硬件資源B.提供用戶接口C.運行應用程序D.設計機器人外形19.機器人的運動規(guī)劃算法中，Dijkstra算法屬于？A.全局路徑規(guī)劃算法B.局部路徑規(guī)劃算法C.混合路徑規(guī)劃算法D.參數(shù)化路徑規(guī)劃算法20.機器人的傳感器中，用于檢測機器人與物體之間距離的傳感器是？A.視覺傳感器B.觸覺傳感器C.距離傳感器D.聽覺傳感器第II卷（非選擇題共60分）答題要求：本卷共5小題，共60分。請根據(jù)題目要求，在答題區(qū)域內(nèi)作答，解答應寫出文字說明、證明過程或演算步驟。21.（10分）簡述機器人系統(tǒng)設計中，運動學和動力學的區(qū)別與聯(lián)系。22.（12分）請說明機器人常用的傳感器類型及其作用，并舉例說明一種傳感器在機器人中的具體應用。23.（12分）描述機器人控制系統(tǒng)的組成部分及其功能，并說明PID控制器在機器人控制中的工作原理。24.（13分）材料：在工業(yè)生產(chǎn)中，機器人需要完成復雜的裝配任務。例如，將一個小零件準確地安裝到一個較大的部件上。問題：請設計一個機器人的局部路徑規(guī)劃算法，使其能夠在裝配過程中避開障礙物，準確地到達目標位置。25.（13分）材料：隨著機器人技術的發(fā)展，人機協(xié)作越來越普遍。在一個人機協(xié)作的場景中，機器人與操作人員共同完成一項任務。問題：闡述人機協(xié)作安全技術的重要性，并說明至少兩種常用的人機協(xié)作安全技術及其原理。答案：1.D2.B3.C4.B5.C6.B7.A8.D9.B10.D11.C12.A13.B14.A15.C16.A17.B18.D19.A20.C21.運動學主要研究機器人各關節(jié)的運動關系，關注機器人的位置、姿態(tài)和運動軌跡等運動學參數(shù)，不考慮力的作用。動力學則研究機器人在受力情況下的運動，涉及機器人的慣性、力、力矩等動力學參數(shù)。運動學是動力學的基礎，為動力學分析提供運動狀態(tài)信息；動力學是運動學的深入，考慮了力對運動的影響，二者相互關聯(lián)，共同為機器人系統(tǒng)設計提供理論支持。22.機器人常用傳感器類型及作用：視覺傳感器用于獲取圖像信息，可識別物體、場景等；力傳感器檢測機器人與物體間的力，用于力反饋控制等；距離傳感器測量機器人與物體的距離，避障等。如激光雷達，通過發(fā)射激光束并接收反射光來測量距離，構建環(huán)境地圖，幫助機器人在未知環(huán)境中導航和避障。23.機器人控制系統(tǒng)組成及功能：控制器，控制機器人各關節(jié)運動；驅(qū)動器，驅(qū)動關節(jié)執(zhí)行動作；傳感器接口，連接傳感器獲取反饋信息；電源模塊，提供動力。PID控制器工作原理：根據(jù)設定值與實際值的偏差，比例環(huán)節(jié)產(chǎn)生與偏差成正比的控制作用，積分環(huán)節(jié)消除穩(wěn)態(tài)誤差，微分環(huán)節(jié)根據(jù)偏差變化率提前調(diào)整控制量，三者結合使機器人快速、穩(wěn)定地跟蹤目標運動。24.可采用改進的A算法。首先對裝配場景進行地圖構建，標記出障礙物位置。然后從起始點開始，根據(jù)啟發(fā)函數(shù)和代價函數(shù)計算節(jié)點的優(yōu)先級。在擴展節(jié)點時，檢查是否會與障礙物碰撞，若可能則不擴展該節(jié)點。通過不斷更新節(jié)點優(yōu)先級，逐步找到到達目標位置的路徑，同時在路徑搜索過程中實時檢測新出現(xiàn)的障礙物，動態(tài)調(diào)整路徑，確保能避開障礙物準確到達目標。25.人機協(xié)作安全技術重要性：保障操作人員安