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机器人工程师面试题(某大型央企)必刷题解析
面试问答题(共20题)
第一题
假设你正在为一个用于大型仓储拣选的六轴工业机器人设计一个举升任务。该任务的目标是将堆放在地面托盘上的包裹(重量范围:5kg-20kg,外形不规则)稳定地举升至离地1米的高度,放置到指定的工作台面上。请设计这个举升任务的完整动作流程,并说明你在设计时需要重点考虑的至少三个关键技术点及其原因。
答案:
动作流程设计:
粗略接近与探测(PositioningSensing-CoarseApproach):
机器人根据预设路径点,初步移动到包裹大致上方。
激活视觉系统(如2D相机或深度相机)或力控传感器。
视觉系统初步识别包裹的大致位置和大小;力控传感器在接触前感知地面轮廓或包裹边缘,避免碰撞。
精确定位与零点校准(PrecisePositioningZeroCalibration-FineApproach):
基于视觉探测或力控反馈,机器人微调位置,确保末端执行器(如吸盘、夹爪或平行夹爪)与包裹的接触点位于包裹的中心区域或重心附近。
接触后,通过力控传感器施加轻微的压力,使执行器完全稳定地吸附/抱紧包裹。此时,force/torque(F/T)传感器读数稳定。
关键点1:坐标系对齐与校准-此刻需要精确记录或校准末端执行器上的坐标系原点,确保后续举升和放置位置的准确性(相对于包裹本身)。
安全举升(SafeLifting):
以一个已知且平稳的速度(例如V=5mm/s),开始垂直向上举升包裹,确保速度足够慢以应对包裹在接触点可能发生微小位移,同时避免冲击。
关键点2:力控与平稳性-在举升过程中持续监控F/T传感器的垂直分量力。如果检测到异常大的反作用力或力矩(可能表示包裹不稳或接触点丢失),应立即停止并可能需要回退。
安全性考量:举升过程中保持机器人远离其他设备或人员,必要时发出安全警示信号。
路径规划与过渡(PathPlanningTransition):
包裹被举升至接近1米高度后,机器人开始沿规划好的路径(可能需要避开障碍物)移动至目标工作台。
关键点3:动态稳定与负载适应性-结合TCP(工具中心点)姿态与实时负载数据,确保在运动过程中包裹始终处于稳定状态。尤其是当需要沿曲线或非水平面移动时,要估算并补偿负载对机器人本体和末端执行器姿态的影响。
精确定位与放置(PrecisePlacementPlacement):
到达目标工作台上方预定位置时,再次使用视觉系统或预先设定的精细路径点进行定位。
在下降前,再次通过产生轻微的静摩擦力(可控力)来稳定包裹。
然后,以极低速(例如V=2mm/s)垂直向下放置包裹在工作台面的指定区域。
确认接触稳定后,短暂保持位置,可发出“放置完成”信号。
任务结束与复位(TaskCompletionReset):
机器人松开末端执行器(如停止吸力、释放夹爪)。
机器人沿原路径或新规划路径返回初始位置或待命状态。
解析:
动作流程的完整性:答案提供了一个从接近、探测、定位、举升、移动、放置到结束的完整闭环控制逻辑,涵盖了机器人应用中常见的编程步骤和安全考虑。它分解了复杂任务为若干子步骤,便于程序实现。
关键技术点的阐述:答案正确地指出了影响任务成功和安全性的三个关键点:
坐标系对齐与校准(坐标系对齐与校准):对于六轴机器人处理不确定的、非刚性的负载(如不规则形状、重量范围内的包裹)至关重要。准确的末端执行器相对包裹的坐标系是保证最终放置精度的基础。没有这个校准,直接使用固定路径可能导致放置位置偏差或根本无法处理不同大小的包裹。
力控与平稳性(力控与平稳性):机器人举升不规则、重量变化的负载时,直接应用关节扭矩指令难以保证平稳和稳定。力控(特别是在接触和举升阶段)能实时感知包裹的反作用力、力矩,实现柔顺接触、动态调整和异常检测(如接触点丢失、包裹滑动),显著提高成功率和安全性,避免损坏负载或机器人。
动态稳定与负载适应性(动态稳定与负载适应性):机器人路径规划不能仅仅考虑自身TCP轨迹,还需要考虑负载数据(质量、重心)。在举升和移动过程中,负载的惯性、重力以及TCP姿态的变化(尤其是在非直线路径、变负载条件下)都会影响机器人的动态性能和稳定性。需要通过控制策略(如预先补偿、自适应控制)来保证移动过程中的平稳,防止失稳。
回答的深度与相关性:关键技术点不仅被列出,还解释了其应用原因(“为什么重要”),使其超越了简单的列举,更接近实际工程设计的考量。这与大型央企项目中对技术深度和系统稳定性的要求相符。
语言的专业性:使用了机器人领域常用的术语(如TCP,force/torquesensor,柔顺控制等),表达清晰规范,符合工程
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