2025年大学二年级（工业机器人技术）机器人运动学综合测试题及答案.doc

2025年大学二年级（工业机器人技术）机器人运动学综合测试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）
答题要求：本卷共6题，每题5分。每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案填涂在答题卡相应位置。

1. 机器人运动学中，描述刚体在空间位置和姿态的参数是（ ）
A. 关节角 B. 位姿矩阵 C. 速度 D. 加速度
2. 对于一个具有n个自由度的机器人，其运动学方程的解的个数通常（ ）
A. 唯一 B. 有限多个 C. 无穷多个 D. 不确定
3. 机器人运动学正问题是指（ ）
A. 已知关节变量求末端执行器位姿
B. 已知末端执行器位姿求关节变量
C. 研究机器人的动力学特性
D. 规划机器人的运动轨迹
4. 在机器人运动学中，常用的坐标变换有（ ）
A. 直角坐标变换 B. 圆柱坐标变换 C. 球坐标变换 D. 以上都是
5. 机器人运动学中，雅可比矩阵的作用是（ ）
A. 描述机器人的运动学方程
B. 计算机器人的速度和加速度
C. 进行坐标变换
D. 规划机器人的运动路径
6. 对于串联机器人，其运动学方程通常采用（ ）方法求解。
A. 解析法 B. 数值法 C. 几何法 D. 迭代法

第II卷（非选择题 共70分）
7. （10分）简述机器人运动学的研究内容。
8. （15分）已知一个二自由度平面关节机器人，关节1和关节2的转动角度分别为θ1和θ2，连杆长度分别为l1和l2。请建立该机器人的运动学方程，并用矩阵形式表示末端执行器的位姿。
9. （15分）机器人运动学逆问题求解方法有哪些？请简要介绍其中一种方法的原理和步骤。
10. （15分）阅读材料：在工业生产中，需要将一个工件从A点移动到B点，已知A点坐标为(10, 20, 30)，B点坐标为(50, 60, 70)。现有一个具有6个自由度的机器人，其运动学模型已知。请设计一种可行的运动方案，使机器人能够完成该任务。要求：说明采用的运动规划方法，以及每一步的具体操作。
11. （15分）阅读材料：某机器人在执行任务时，出现了运动精度下降的问题。经过分析，发现是运动学模型中的参数发生了变化。已知该机器人的运动学模型为T = [R p; 0 0 0 1]，其中R为旋转矩阵，p为平移向量。请设计一种方法来检测和修正这些参数的变化，以提高机器人的运动精度。要求：说明检测方法和修正步骤。

答案：
1. B
2. B
3. A
4. D
5. B
6. A
7. 机器人运动学主要研究机器人的位置、姿态、速度、加速度等运动参数之间的关系。包括运动学正问题，即已知关节变量求末端执行器位姿；运动学逆问题，即已知末端执行器位姿求关节变量。还研究坐标变换、雅可比矩阵等，用于描述机器人运动特性和进行运动分析与控制。
8. 运动学方程：x = l1cosθ1 + l2cos(θ1 + θ2)，y = l1sinθ1 + l2sin(θ1 + θ2)。末端执行器位姿矩阵：T = [cos(θ1 + θ2) -sin(θ1 + θ2) x; sin(θ1 + θ2) cos(θ1 + θ2) y; 0 0 1]。
9. 求解方法有解析法、数值法等。解析法原理：通过对运动学方程进行数学推导，直接求解关节变量。步骤：根据运动学方程列出方程组，利用三角函数关系等进行化简求解。
10. 可采用笛卡尔空间直线插补运动规划方法。首先确定从A点到B点的直线方程，计算每一步的微小位移。机器人按照直线方程逐步移动关节，使末端执行器沿着直线从A点到达B点。在移动过程中实时计算并调整关节角度，确保运动的准确性。
11. 检测方法：可以通过多次测量机器人末端执行器在已知位置的实际位姿，与理论位姿对比，计算偏差。修正步骤：根据偏差数据，利用最小二乘法等方法对运动学模型中的参数进行调整，重新计算旋转矩阵R和平移向量p，直到偏差在允许范围内，提高机器人运动精度。