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2023最新工业机器人考试题库（含参考答案）一、选择题1 .工作范围是指机器人（）或手腕中心所能到达的点的集合。（B）A机械手B手臂末端C手臂D行走部分。2 .机器人的精度主要依存于（）、控制算法误差与分辨率系统误差。（C）A传动误差B关节间隙C机械误差D连杆机构的挠性3 .滚转能实现360°无障碍旋转的关节运动，通常用（）来标记。（八）ARBWCBD1.4 .RRR型手腕是（）自由度手腕。（C）A1B2C3D45 .真空吸盘要求工件表面（）、干燥清洁，同时气密性好。（D）A粗糙B凸凹不平C平缓突起D平整光滑6 .同步带传动属于（）传动，适合于在电动机和高速比减速器之间使用。（B）A高惯性B低惯性C高速比D大转矩7 .机器人外部传感器不包括（）传感器。（D）A力或力矩B接近觉C触觉D位置8 .手爪的主要功能是抓住工件、握持工件和（）工件。（C）A固定B定位C释放D触摸。9 .机器人的精度主要依存于（）、控制算法误差与分辨率系统误差。（C）A传动误差B关节间隙C机械误差D连杆机构的挠性10 .机器人的控制方式分为点位控制和（）。（C）A点对点控制B点到点控制C连续轨迹控制D任意位置控制11 .焊接机器人的焊接作业主要包括（）。（八）A点焊和弧焊B间断焊和连续焊C平焊和竖焊D气体保护焊和氮弧焊12 .作业路径通常用（）坐标系相对于工件坐标系的运动来描述。（D）A手爪B固定C运动D工具13 .当代机器人主要源于以下两个分支：（C）A计算机与数控机床B遥操作机与计算机C遥操作机与数控机床D计算机与人工智能A工业机器人B军用机器人C服务机器人D特种机器人22 .手部的位姿是由哪两部分变量构成的？(B)A位置与速度B姿态与位置C位置与运行状态D姿态与速度23 .用于检测物体接触面之间相对运动大小和方向的传感器是：(C)A接近觉传感器B接触觉传感器C滑动觉传感器D压觉传感器24 .示教-再现控制为一种在线编程方式，它的最大问题是：(B)A操作人员劳动强度大B占用生产时间C操作人员安全问题D容易产生废品25 .下面哪个国家被称为“机器人王国”？(C)A中国B英国C日本D美国26 .对机器人进行示教时，作为示教人员必须事先接受过专门的培训才行。与示教作业人员一起进行作业的监护人员，处在机器人可动范围外时，(B),可进行共同作业。A不需要事先接受过专门的培训B必须事先接受过专门的培C没有事先接受过专门的培训也可以14 .对于转动关节而言，关节变量是Df参数中的（八）A关节角B杆件长度C横距D扭转角15 .动力学的研究内容是将机器人的联系起来。（八）A运动与控制B传感器与控制C结构与运动D传感系统与运动16 .所谓无姿态插补，即保持第一个示教点时的姿态，在大多数情况下是机器人沿运动时出现。（B）A平面圆弧B直线C平面曲线D空间曲线17 .应用通常的物理定律构成的传感器称之为（）A物性型B结构型C一次仪表D二次仪表18 .传感器在整个测量范围内所能辨别的被测量的最小变化量，或者所能辨别的不同被测量的个数，被称之为传感器的o（）A精度B重复性C分辨率D灵敏度19 .谐波传动的缺点是（）。（八）A扭转刚度低B传动侧隙小C惯量低D精度高20 .机器人三原则是由谁提出的。（D）A森政弘B约瑟夫英格伯格C托莫维奇D阿西莫夫21 .当代机器人大军中最主要的机器人为：（八）A20B25C30D5078.CCD摄像头米用电视PA1.标准，每帧图像由（B）场构成。A1B2C3D4二、判断题1.机械手亦可称之为机器人。（Y）2,完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人称为冗余自由度机器人。（Y）3 .关节空间是由全部关节参数构成的。（Y）4 .任何复杂的运动都可以分解为由多个平移和绕轴转动的简单运动的合成。（Y）5 .关节/的坐标系放在/-1关节的末端。（N）6 .手臂解有解的必要条件是串联关节链中的自由度数等于或小于6o（N）7 .对于具有外力作用的非保守机械系统，其拉格朗日动力函数1.可定义为系统总动能与系统总势能之和。（N）8 .由电阻应变片组成电桥可以构成测量重量的传感器。（Y）9 .激光测距仪可以进行散装物料重量的检测。（Y）10 .运动控制的电子齿轮模式是一种主动轴与从动轴保持一种灵活传动比的随动系统。（Y）11 .工业机器人工作站是由一台或两台机器人所构成的生产体系。（）72 .GPS全球定位系统，只有同时接收到（C）颗卫星发射的信号，才可以解算出接收器的位置。A2B3C4D673 .操作机手持粉笔在黑板上写字，在（C）方向只有力的约束而无速度约束？AX轴BY轴CZ轴DR轴74 .如果末端装置、工具或周围环境的刚性很高，那么机械手要执行与某个表面有接触的操作作业将会变得相当困难。此时应该考虑（八）oA柔顺控制BPID控制C模糊控制D最优控制75 .示教-再现控制为一种在线编程方式，它的最大问题是（B）。A操作人员劳动强度大B占用生产时间C操作人员安全问题D容易产生废品76 .模拟通信系统与数字通信系统的主要区别是（B）。A载波频率不一样B信道传送的信号不一样C调制方式不一样D编码方式不一样77 .CCD（ChargeCoup1.edDevice）摄像头输出信号为（B）帧/秒。12 .机器人分辨率分为编程分辨率与控制分辨率，统称为系统分辨率。（）13 .正交变换矩阵R为正交矩阵。O14 .复合运动齐次矩阵的建立是由全部简单运动齐次矩阵求和所形成的。O15 .关节i的效应表现在i关节的末端。O16 .并联关节机器人的正运动学问题求解易，逆运动学问题求解难。（）17 .机器人轨迹泛指工业机器人在运动过程中所走过的路径。O18 .空间直线插补是在已知该直线始点、末点和中点的位置和姿态的条件下，进而求出轨迹上各点（插补点）的位置和姿态。O19 .示教编程用于示教一再现型机器人中。（Y）20 .机器人轨迹泛指工业机器人在运动过程中的运动轨迹，即运动点的位移、速度和加速度。（Y）21 .关节型机器人主要由立柱、前臂和后臂组成。（N）22 .到目前为止，机器人已发展到第四代。（N）23 .磁力吸盘能够吸住所有金属材料制成的工件。（N）24 .谐波减速机的名称来源是因为刚轮齿圈上任一点的径向位移呈近似于余弦波形的变化。（N）25 .由电阻应变片组成电桥可以构成测量重量的传感器。（Y）26 .激光测距仪可以进行散装物料重量的检测。（Y）27 .机械手亦可称之为机器人。（Y）28 .谐波减速机的名称来源是因为刚轮齿圈上任一点的径向位移呈近似于余弦波形的变化。（N）29 .借助于电磁波和声波可以构成接触型传感器。O30 .增量式编码器比起绝对式编码器加工难、安装严、体积大、价格高。（）31 .计算机视觉学科中绝大多数问题为病态问题，既难以求解或解不唯一。O32 .示教-再现控制的给定方式中分直接示教和间接示教。直接示教便是操作人员通过手动控制盒上的按键，编制机器人的动作顺序，确定位置、设定速度或限时。O33 .东大牛机器人足球队是中国第一支夺得世界杯冠军的代表队，填补了国内空白。（）34 .图像恢复指是的光学镜头几何形变的矫正，补偿由于光学镜头所带来的图像畸变。O35 .变位机的运动数（自由度）主要取决于被加工件的大小。O36 .轨迹插补运算是伴随着轨迹控制过程一步步完成的，而不是在得到示教点之后，一次完成，再提交给再现过程的。（Y）37 .格林（格雷）码被大量用在相对光轴编码器中。（N）38 .图像二值化处理便是将图像中感兴趣的部分置1,背景部分置2。（N）39 .图像增强是调整图像的色度、亮度、饱和度、对比度和分辨率,合而变化，容易达到高精度。但是，它的操作范围小，手臂收缩的同时又向相反的方向伸出，即妨碍工作，且占地面积大，运动速度低，密封性不好。（2）圆柱坐标型（R3P）：圆柱坐标机器人由两个滑动关节和一个旋转关节来确定部件的位置，再附加一个旋转关节来确定部件的姿态。这种机器人可以绕中心轴旋转一个角，工作范围可以扩大,且计算简单；直线部分可采用液压驱动，可输出较大的动力；能够伸入型腔式机器内部。但是，它的手臂可以到达的空间受到限制，不能到达近立柱或近地面的空间；直线驱动器部分难以密封、防尘；后臂工作时，手臂后端会碰到工作范围内的其它物体。（3）球坐标型（2RP）：球坐标机器人采用球坐标系，它用一个滑动关节和两个旋转关节来确定部件的位置，再用一个附加的旋转关节确定部件的姿态。这种机器人可以绕中心轴旋转，中心支架附近的工作范围大，两个转动驱动装置容易密封，覆盖工作空间较大。但该坐标复杂，难于控制,且直线驱动装置仍存在密封及工作死区的问题。（4）关节坐标型/拟人型（3R）：关节机器人的关节全都是旋转的，类似于人的手臂，是工业机器人中最常见的结构。（5）平面关节型：这种机器人可看作是关节坐标式机器人的特例，它只有平行的肩关节和肘关节，关节轴线共面。11.机器人学主要包含哪些研究内容？答：机器人研究的基础内容有以下几方面：（D空间机构学；（2）机器人运动学；（3）机器人静力学；（4）机器人动力学；（5）机器人控制技术；（6）机器人传感器；（7）机器人语言。12 .机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？答：目前常用的有如下几种形式：（D横梁式。机身设计成横梁式，用于悬挂手臂部件，具有占地面积小，能有效地利用空间，直观等优点。（2）立柱式。多采用回转型、俯仰型或屈伸型的运动型式，一般臂部都可在水平面内回转，具有占地面积小而工作范围大的特点。（3）机座式。可以是独立的、自成系统的完整装置，可随意安放和搬动。也可以具有行走机构，如沿地面上的专用轨道移动，以扩大其活动范围。（4）屈伸式。臂部由大小臂组成，大小臂间有相对运动，称为屈伸臂，可以实现平面运动，也可以作空间运动。13 .机器人控制系统的基本单元有哪些？答：构成机器人控制系统的基本要素包括：（D电动机，提供驱动机器人运动的驱动力。（2）减速器，为了增加驱动力矩、降低运动速度。（3）驱动电路，由于直流伺服电动机或交流伺服电动机的流经电流较大，机器人常采用脉冲宽度调制（PWM）方式进行驱动。（4）运动特性检测传感器，用于检测机器人运动的位置、速度、加速度等参数。（5）控制系统的硬件，以计算机为基础，采用协调级与执行级的二级半径时其直线分辨率是变化的，因此造成了机器人的精度难以确定。由于精度一般较难测定，通常工业机器人只给出重复精度。21 .试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。答：静力学指在机器人的手爪接触环境时，在静止状态下处理手爪力F与驱动力的关系。动力学研究机器人各关节变量对时间的一阶导数、二阶导数与各执行器驱动力或力矩之间的关系，即机器人机械系统的运动方程。而运动学研究从几何学的观点来处理手指位置与关节变量的关系。在考虑控制时，就要考虑在机器人的动作中，关节驱动力会产生怎样的关节位置6、关节速度夕、关节加速度J处理这种关系称为动力学(dynamics)o对于动力学来说，除了与连杆长度有关之外，还与各连杆的质量，绕质量中心的惯性矩，连杆的质量中心与关节轴的距离有关。运动学、静力学和动力学中各变量的关系如下图所示。图中用虚线表示的关系可通过实线关系的组合表示，这些也可作为动力学的问题来处理。22 .机器人手腕有几种？试述每种手腕结构。答：机器人的手臂按结构形式分可分为单臂式，双臂式及悬挂式按手臂的运动形式区分，手臂有直线运动的。如手臂的伸缩，升降及横向人由外部信号进行操作，可以接通伺服电源、启动、调出主程序、设定循环等与开始运行有关的操作，数据传输功能有效，此时示教盘上的启动按钮无效。20.度、重复精度与分辨率之间的关系。答：精度、重复精度和分辨率用来定义机器人手部的定位能力。（1）是一个位置量相对于其参照系的绝对度量，指机器人手部实际到达位置与所需要到达的理想位置之间的差距。机器人的精度决定于机械精度与电气精度。（2）重复精度指在相同的运动位置命令下，机器人连续若干次运动轨迹之间的误差度量。如果机器人重复执行某位置给定指令，它每次走过的距离并不相同，而是在一平均值附近变化，该平均值代表精度，而变化的幅度代表重复精度。（3）分辨率是指机器人每根轴能够实现的最小移动距离或最小转动角度。精度和分辨率不一定相关。一台设备的运动精度是指命令设定的运动位置与该设备执行此命令后能够达到的运动位置之间的差距，分辨率则反映了实际需要的运动位置和命令所能够设定的位置之间的差距。工业机器人的精度、重复精度和分辨率要求是根据其使用要求确定的。机器人本身所能达到的精度取决于机器人结构的刚度、运动速度控制和驱动方式、定位和缓冲等因素。由于机器人有转动关节，不同回转不能到达近立柱或近地面的空间；直线驱动器部分难以密封、防尘；后臂工作时，手臂后端会碰到工作范围内的其它物体。（3）球坐标型（2RP）24 .什么是机器人的内部传感器和外部传感器？举例说明之。答：内部传感器是用来检测机器人自身状态（内部信息）的机器人传感器，如检测关节位置、速度的光轴编码器等。是机器人自身运动与正常工作所必需的；外部传感器是用来感知外部世界、检测作业对象与作业环境状态（外部信息）的机器人传感器。如视觉、听觉、触觉等。是适应特定环境，完成特定任务所必需的。25 .人手爪有哪些种类，各有什么特点？答：（1）机械手爪：依靠传动机构来抓持工件；（2）磁力吸盘：通过磁场吸力抓持铁磁类工件，要求工件表面清洁、平整、干燥，以保证可靠地吸附，不适宜高温条件；（3）真空式吸盘：利用真空原理来抓持工件，要求工件表面平整光滑、干燥清洁，同时气密性要好。26 .编码器有哪两种基本形式？各自特点是什么？答：两种基本形式：增量式、绝对式。增量式：用来测量角位置和直线位置的变化，但不能直接记录或指示位置的实际值。在所有利用增量式编码器进行位置跟踪的系统中，都必须在系统开始运行时进行复位。绝对式：每个位置都对应着透光与不透光弧段的惟一确定组合，这种确定组合有惟一的特征。通过这特征，在任意时刻都可以确定码盘的精确位置。移动，有回转运动的如手臂的左右回转上下摆动有复合运动如直线运动和回转运动的组合。2直线运动的组合2回转运动的组合。手臂回转运动机构，实现机器人手臂回转运动的机构形式是多种多样的，常用的有叶片是回转缸，齿轮转动机构，链轮传动和连杆机构手臂俯仰运动机构，一般采用活塞油（气）缸与连杆机构联用来实现手臂复合运动机构，多数用于动作程度固定不变的专用机器人。23.机器人参数坐标系有哪些？各参数坐标系有何作用？答：工业机器人的坐标形式有直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐标型和平面关节型。（1）直角坐标/笛卡儿坐标/台架型（3P）：这种机器人由三个线性关节组成，这三个关节用来确定末端操作器的位置，通常还带有附加道德旋转关节，用来确定末端操作器的姿态。这种机器人在X、丫、Z轴上的运动是独立的，运动方程可独立处理，且方程是线性的，因此，很容易通过计算机实现；它可以两端支撑，对于给定的结构长度，刚性最大：它的精度和位置分辨率不随工作场合而变化，容易达到高精度。但是，它的操作范围小，手臂收缩的同时又向相反的方向伸出，即妨碍工作，且占地面积大，运动速度低，密封性不好。（2）圆柱坐标型（R3P）：圆柱坐标机器人由两个滑动关节和一个旋转关节来确定部件的位置，再附加一个旋转关节来确定部件的姿态。这种机器人可以绕中心轴旋转一个角，工作范围可以扩大，且计算简单；直线部分可采用液压驱动，可输出较大的动力；能够伸入型腔式机器内部。但是，它的手臂可以到达的空间受到限制，答：齿轮传动，蜗杆传动，滚珠丝杆出传动，同步齿形带传动，链传动和行星齿轮传动。31 .在机器人系统中为什么往往需要一个传动（减速）系统？答：因为现在的电机一般速度较高，力矩较小，需要通过传动系统降低转速、提高力矩。32 .机器人上常用的距离与接近觉传感器有哪些？。答：超声波，激光、红外，霍尔传感器33 .按机器人的用途分类，可以将机器人分为哪几大类？试简述之。答：（1）工业机器人或产业机器人：应用于工农业生产中，主要用在制造业，进行焊接、喷漆、装配、搬运、检验、农产品的加工等产业。（2）探索机器人：用于进行太空和海洋探索，也可用于地面和地下探索。（3）服务机器人：一种半自主或全自主的机器人，其所从事的服务工作可使人类生存的更好，使制造业以外的设备工作的更好。（4）军用机器人：用于军事目的，或进攻性的，或防御性的。34 .什么是示教再现式机器人？答：先由人驱动操作机，再以示教动作作业，将示教作业程序、位置及其他信息存储起来，然后让机器人重现这些动作。35 .编码器有哪两种基本形式？各自特点是什么？答：两种基本形式：增量式、绝对式。（1）增量式：用来测量角位置和直线位置的变化，但不能直接记录或指示位置的实际值。在所有利27 .工业机器人常用的驱动器有那些类型，并简要说明其特点。答：（1）电动驱动器的能源简单，速度变化范围大，效率高，转动惯性小，速度和位置精度都很高，但它们多与减速装置相联，直接驱动比较困难。（2）液压驱动器的优点是功率大，可省去减速装置而直接与被驱动的杆件相连，结构紧凑，刚度好，响应快，伺服驱动具有较高的精度。但需要增设液压源，易产生液体泄漏，不适合高、低温及有洁净要求的场合。故液压驱动器目前多用于特大功率的操作机器人系统或机器人化工程机械。（3）气动驱动器的结构简单，清洁，动作灵敏，具有缓冲作用。但也需要增设气压源，且与液压驱动器相比，功率较小，刚度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高、但有洁净、防爆等要求的点位控制机器人。28 .变位机对于焊接机器人的作用是什么？答：变位机作为机器人焊接生产线及焊接柔性加工单元的重要组成部分，其作用是将被焊工件旋转（平移）到最佳的焊接位置。即使机器人相对于工件处于最佳的作业角度，把工件各处的焊缝位置均能变换到最有利于机器人焊枪找位和焊接的地方。29 .足球机器人六步推理模型的内容是什么？答：（D输入信息预处理，计算有关实体速度、相对距离、角度等；（2）态势分析与策略选择；（3）队形确定与角色分配；（4）目标位置确定；（5）运动轨迹规划；（6）左右轮速确定。30 .常用的工业机器人的传动系统有那些?-1OO412'1 -/yr-7O1.o37t=Trans(4,-3,7)w=00173OOO1.16-41012 .如图所示为具有三个旋转关节的3R机械手，求末端机械手在基坐标系,y下的运动学方程。解：建立如图1的参考坐标系，则0T3=0T1.iT22T3=c123S12300-5123C1230000101.IC1.+cI21.yS+Z2,1201其中：c123=COS(G+),s1.23=Sin(G+2+q)用增量式编码器进行位置跟踪的系统中，都必须在系统开始运行时进行复位。(2)绝对式：每个位置都对应着透光与不透光弧段的惟一确定组合，这种确定组合有惟一的特征。通过这特征，在任意时刻都可以确定码盘的精确位置。五、计算题1.已知点u的坐标为7,3,2T,对点u依次进行如下的变换：(1)绕Z轴旋转90°得到点V；(2)绕y轴旋转90°得到点w；(3)沿X轴平移4个单位，再沿y轴平移-3个单位，最后沿Z轴平移7个单位得到点t。求U,V,W,t各点的齐次坐标。0-100V=Rot(z,90o)u=100000100001w=Rot(y,90o)V=解：点U的齐次坐标为：7,3,2，71-3'372=211(1)式平方加(2)式平方得2“2V+J=片+丘+21.11.2cos2=>&-arccosi=arctan-arctan1.2sin21.1+1.2cos2第二组解：由余弦定理,-(÷)÷÷1.a=arccos-21.11.202=11+a,F+arctan1生成A和TBo5.如图所示两自由度机械手在如图位置时(=0,2=112),手爪力Fa="Or或Fb=0弋o求对应的驱动力1.11.2"21.10解：由关节角给出如下姿态:-1.1sini-1.2Si1.1.(4+2)-1.2SinM1.+<92)1.1cos<91+1.2cos(q+<92)1.2cos(6>1+<92)3 .用齐次矩阵表示如下顺序的运动：(1)绕Z轴转动90度；(2)绕X轴转动-90度；(3)移动(3,7,9)o0答：r(z,90o)=0-1000000100011000Rot(x,-90)=000001000011003Trans(379)二4 .如图所示为平面内的两旋转关节机械手，已知机器人末端的坐标值,y,试求其关节旋转变量仇和巴。解：如图所示，逆运动学有两组可能的解。第一组解：由几何关系得(2)x=Z1cos+1.2cos+)(1)y=Z1sin4+4sin(4+2)A-1.2fx1.2fxTB=JTFB=-1.21.1Z20hsn，2。12因此，逆雅可比矩阵为：J1由静力学公式.厂方6 .试对直流伺服方案和交流伺服方案进行比较。答：直流伺服方案采用直流伺服电机，交流伺服方案采用交流伺服电机。由于变频技术的迅速发展，交流调速的可靠性与经济性不断提高,因此交流伺服大有取代直流伺服的趋势。直流电机由于整流子的存在,导致其制造、维护的困难，除在特殊场合很少使用。交流伺服电动机除了不具有直流伺服电动机的缺点外，还具有转动惯量小，动态响应好，能在较宽的速度范围内保持理想的转矩，结构简单，运行可靠等优点。一般同样体积下，交流电动机的输出功率可比直流电动机高出10%70%o另外，交流电动机的容量可做得比直流电动机大，达到更高的转速和电压。目前在机器人系统中，90%的系统采用交流伺服电动机。7 .如图所示的两自由度机械手，手部沿固定坐标系在手上X。轴正向以1.0ms的速度移动，杆长/尸AR.5m。设在某时刻8尸30。，2=-60°,求该时刻的关节速度。已知两自由度机械手速度雅可比矩阵为j_-/1附1.2sn-1.2snIICeI+Z2C12，2。12解：因为：/=口吧一了2+212，2。122S1212521.Ci2121.S1.22因为，=J1v,且匕1，0,即KF1.ms,F,因此4_，2。12"12I212.v2-1.ici-1.2c1.2-1.1.s25i2J1.J=rads=-2rads1.is20.52=-=4rads1.2s21.1s2因此，在该瞬时两关节的位置分别为，6尸30。，仇二-60。；速度分别为4二-2rads,¾=4rad/s；手部瞬时速度为Im/s。s1=sin1式中：s12=sin(1+2)8 .如图所示的三自由度机械手（两个旋转关节加一个平移关节，简称RPR机械手），求末端机械手的运动学方程。三连杆操作臂的逆运动学方程:第一组解：由几何关系得X=1.2cos2+1.3COS(O2+。3)(1)y=1.2sm2+1.3sin(+3)(2)将(1)式平方加(2)式平方得：x2+y2=1.i+Ii+21.21.3cos由此式可推出2=arctan-arctan小一名x)1.2+1.3cosJ第二组解:由余弦定理V+/=丘4-ZZCOSd,得arcco$-(2÷y2宴3=11+1=We+arctan)-1.2解：建立如图的坐标系，则各连杆的DH参数为:连杆转角内偏距Z扭角明杆长明11.1.OO2Od290°O3%1.2OO由连杆齐力一避F=SeiCan1.SeiSaj_OCe1.-s60j>_sCe1.1-00_007=7/7=1坐标变换递推公式si0%CaCaiT-sai-disaicisaiCandicai001«001.0000100-1-1001Jo00cc3-cis3sis6SaCe3-SaSe3-c-c(s3c3OOOO，有：O一-2O'31_1.2+Sad291.1.2-Ce1.d2A，1c3-s3s3c3OO_OOsi式中：cOO-。，故11.2,O1=sini=COSa