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2025年机器人技术与应用专业试题及答案

一、单项选择题（每题2分，共20分）

1.以下关于机器人DH参数（Denavit-Hartenberg参数）的描述中，正确的是（）。

A.用于描述机器人连杆长度与关节角度的映射关系

B.每个连杆需要4个独立参数定义其相对于前一连杆的位姿

C.仅适用于串联机器人，不适用于并联机器人

D.齐次变换矩阵中仅包含旋转信息，平移信息由附加参数表示

答案：B

2.工业机器人雅可比矩阵的物理意义是（）。

A.关节空间速度与操作空间速度的线性映射关系

B.末端执行器位姿与关节角度的非线性关系

C.机器人动力学模型中惯性矩阵的简化形式

D.传感器数据与控制指令的转换矩阵

答案：A

3.激光雷达（LiDAR）在机器人导航中主要用于（）。

A.测量目标物体的颜色与纹理

B.获取环境的三维点云数据以构建地图

C.检测机器人关节的力矩变化

D.实现高精度的力控制反馈

答案：B

4.以下哪种控制模式适用于机器人与环境接触的作业场景（如装配、打磨）？（）

A.位置控制模式

B.速度控制模式

C.力/位混合控制模式

D.轨迹跟踪控制模式

答案：C

5.机器人运动学逆解的主要难点在于（）。

A.计算关节空间到操作空间的线性映射

B.解决多解性问题及奇异性规避

C.优化机器人动力学参数

D.实现传感器数据的实时融合

答案：B

6.以下哪种传感器常用于机器人触觉感知？（）

A.惯性测量单元（IMU）

B.压电薄膜阵列传感器

C.双目视觉相机

D.超声波测距仪

答案：B

7.服务机器人的SLAM（同步定位与地图构建）技术中，回环检测的主要作用是（）。

A.提高激光雷达的扫描频率

B.修正长期运行中累积的定位误差

C.优化机器人路径规划的平滑性

D.增强机器人对动态障碍物的识别能力

答案：B

8.工业机器人的重复定位精度通常指（）。

A.多次运动后末端执行器回到同一位置的最大偏差

B.单次运动中末端执行器到达目标位置的绝对误差

C.机器人关节角度的最小分辨精度

D.机器人负载变化对定位精度的影响程度

答案：A

9.以下关于并联机器人的描述中，错误的是（）。

A.通常具有较高的刚度和承载能力

B.运动学正解比逆解更复杂

C.工作空间相对于串联机器人更大

D.适用于需要高精度、高速度的作业场景（如3D打印）

答案：C

10.机器人操作系统（ROS）中，节点（Node）的核心功能是（）。

A.管理传感器数据的存储与调用

B.实现不同模块间的通信与协作

C.优化机器人控制算法的计算效率

D.提供人机交互的图形界面

答案：B

二、填空题（每空2分，共20分）

1.机器人齐次变换矩阵的维度为______，其同时包含______和______信息。

答案：4×4；旋转；平移

2.PID控制算法中的三个参数分别是______、______和______。

答案：比例系数（Kp）；积分系数（Ki）；微分系数（Kd）

3.工业机器人的典型驱动方式包括______、______和______（至少写出三种）。

答案：电机驱动；液压驱动；气动驱动

4.SLAM技术的全称是______，其核心任务是______。

答案：同步定位与地图构建；在未知环境中实时估计机器人位置并构建环境地图

三、简答题（每题8分，共40分）

1.简述串联机器人与并联机器人的结构特点及典型应用场景。

答案：串联机器人由一系列连杆通过关节首尾相连构成，结构开放，工作空间大但刚度较低，适用于焊接、搬运等需要大作业范围的场景（如工业机械臂）。并联机器人通过多个分支连杆将动平台与静平台连接，结构封闭，刚度高、精度高但工作空间小，适用于需要高精度、高速度的场景（如Delta机器人分拣、医疗手术机器人）。

2.比较机器人位置控制与力控制的区别，并说明二者在实际应用中的结合方式。

答案：位置控制以跟踪目标轨迹为目标，通过反馈末端位置误差调整关节驱动；力控制以跟踪目标接触力为目标，通过反馈接触力误差调整控制指令。实际中，力/位混合控制通过分解操作空间为位置控制方向（如自由运动方向）和力控制方向（如接触约束方向），分别设计控制器，适用于装配、打磨等需要同时控制位置和力的场景。

3.解释机器人轨迹规划中“多项式插值”与“样条插值”的优缺点。

答案：多项式插值通过