2023年工業(yè)機器人系統(tǒng)操作員技術及理論知識競賽試題庫(附含答案)

2023年工業(yè)機器人系統(tǒng)操作員技術及理論知識競賽試題庫（附含答

案）

、單選題（在每小題列出的四個選項中，只有一個最符合題目要

求的選項）

1.GPS全球定位系統(tǒng)，只有同時接收到顆衛(wèi)星發(fā)射的信號，

才可以解算出接收器的位置。（C）

A2B3C4D6

2.在伺服電機的伺服控制器中，為了獲得高性能的控制效果，一

般具有3個反饋回路，分別是：（BDE）

A電壓環(huán)B電流環(huán)C功率環(huán)D速度環(huán)E位置環(huán)

F加速度環(huán)

3.操作機手持粉筆在黑板上寫字，在（C）方向只有力的約束而

無速度約束？

AX軸BY軸CZ軸DR軸

4.如果末端裝置、工具或周圍環(huán)境的剛性很高，那么機械手要執(zhí)

行與某個表面有接觸的操作作業(yè)將會變得相當困難。此時應該

考慮（A）。

A柔順控制BPID控制C模糊控制

D最優(yōu)控制

5.示教-再現控制為一種在線編程方式，它的最大問題是（B）。

A操作人員勞動強度大B占用生產時間

C操作人員安全問題D容易產生廢品

6.模擬通信系統(tǒng)與數字通信系統(tǒng)的主要區(qū)別是（B）。

第1頁共40頁

A載波頻率不一樣B信道傳送的信號不一樣

C調制方式不一樣D編碼方式不一樣

7.CCD（ChargeCoupled

Device）攝像頭輸出信號為（B）幀/秒。

A20B25C30D50

8.CCD攝像頭采用電視PAL標準，每幀圖像由（B）場構成。

AlB2C3D4

9.工作范圍是指機器人（

）或手腕中心所能到達的點的集合。（B）

A機械手B手臂末端C手臂D行走部分。

10.機器人的精度主要依存于（

）、控制算法誤差與分辨率系統(tǒng)誤差。（C）

A傳動誤差B關節(jié)間隙C機械誤差D

連桿機構的撓性

11.滾轉能實現360。無障礙旋轉的關節(jié)運動，通常用（

）來標記。（A）

ARBWCBDL

12.RRR型手腕是（）自由度手腕。（C）

A1B2C3D4

13.真空吸盤要求工件表面（

）、干燥清潔，同時氣密性好。（D）

A粗糙B凸凹不平C平緩突起D平整光滑

第2頁共40頁

14.同步帶傳動屬于（

）傳動，適合于在電動機和高速比減速器之間使用。（B）

A高慣性B低慣性C高速比D大轉矩

15.機器人外部傳感器不包括（）傳感器。（D）

A力或力矩B接近覺C觸覺D位置

16.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釋放D觸摸。

17.機器人的精度主要依存于（

）、控制算法誤差與分辨率系統(tǒng)誤差。（C）

A傳動誤差B關節(jié)間隙C機械誤差D

連桿機構的撓性

18.機器人的控制方式分為點位控制和（）。（C）

A點對點控制B點到點控制C連續(xù)軌跡控制D

任意位置控制

19.焊接機器人的焊接作業(yè)主要包括（）。（A）

A點焊和弧焊B間斷焊和連續(xù)焊C平焊和豎焊

D氣體保護焊和氫弧焊

20.作業(yè)路徑通常用（

）坐標系相對于工件坐標系的運動來描述。（D）

A手爪B固定C運動D工具

21.當代機器人主要源于以下兩個分支：（C）

第3頁共40頁

A計算機與數控機床B遙操作機與計算機

C遙操作機與數控機床D計算機與人工智能

22.對于轉動關節(jié)而言，關節(jié)變量是D-H參數中的(A)

A關節(jié)角B桿件長度C橫距D扭轉角

23.動力學的研究內容是將機器人的聯系起來。(A)

A運動與控制B傳感器與控制C結構與運動

D傳感系統(tǒng)與運動

24.所謂無姿態(tài)插補，即保持第一個示教點時的姿態(tài)，在大多數

情況下是機器人沿運動時出現。(B)

A平面圓弧B直線C平面曲線D空間曲線

25.應用通常的物理定律構成的傳感器稱之為()

A物性型B結構型C一次儀表D二次儀表

26.傳感器在整個測量范圍內所能辨別的被測量的最小變化量，

或者所能辨別的不同被測量的個數，被稱之為傳感器的

O()

A精度B重復性C分辨率D靈敏度

27.諧波傳動的缺點是()。(A)

A扭轉剛度低B傳動側隙小C慣量低D精度高

28.機器人三原則是由誰提出的。(D)

A森政弘B約瑟夫?英格伯格C托莫維奇D

阿西莫夫

29.當代機器人大軍中最主要的機器人為：(A)

第4頁共40頁

A工業(yè)機器人B軍用機器人C服務機器人D

特種機器人

30.手部的位姿是由哪兩部分變量構成的？（B）

A位置與速度B姿態(tài)與位置C位置與運行狀態(tài)

D姿態(tài)與速度

31.用于檢測物體接觸面之間相對運動大小和方向的傳感器是：

(C)

A接近覺傳感器B接觸覺傳感器C滑動覺傳感器

D壓覺傳感器

32.示教-

再現控制為一種在線編程方式，它的最大問題是：（B）

A操作人員勞動強度大B占用生產時間

C操作人員安全問題D容易產生廢品

33.下面哪個國家被稱為“機器人王國”？（C）

A中國B英國C日本D美國

34.對機器人進行示教時，作為示教人員必須事先接受過專門的

培訓才行。與示教作業(yè)人員一起進行作業(yè)的監(jiān)護人員，處在機

器人可動范圍外時，（B）,可進行共同作業(yè)。

A不需要事先接受過專門的培訓B

必須事先接受過專門的培訓

C沒有事先接受過專門的培訓也可以

35.使用焊槍示教前，檢查焊槍的均壓裝置是否良好，動作是否

第5頁共40頁

正常，同時對電極頭的要求是(A)o

A更換新的電極頭B使用磨耗量大的電極頭C

新的或舊的都行

36.通常對機器人進行示教編程時，要求最初程序點與最終程序

點的位置(A),可提高工作效率。

A相同B不同C無所謂D分離越大越好

37.為了確保安全，用示教編程器手動運行機器人時，機器人的

最高速度限制為(B)。

A50mm/sB250mm/sC800mm/s

D1600mm/s

38.正常聯動生產時，機器人示教編程器上安全模式不應該打到

(C)位置上。

A操作模式B編輯模式C管理模式

39.示教編程器上安全開關握緊為ON,松開為OFF

狀態(tài)，作為進而追加的功能，當握緊力過大時，為(C)狀態(tài)

O

A不變BONCOFF

40.對機器人進行示教時，模式旋鈕打到示教模式后，在此模式

中，外部設備發(fā)出的啟動信號(A)o

A無效B有效C延時后有效

41.位置等級是指機器人經過示教的位置時的接近程度，設定了

合適的位置等級時，可使機器人運行出與周圍狀況和工件相適

第6頁共40頁

應的軌跡，其中位置等（A）。

APL值越小，運行軌跡越精準BPL

值大小，與運行軌跡關系不大

CPL值越大，運行軌跡越精準

42.試運行是指在不改變示教模式的前提下執(zhí)行模擬再現動作的

功能，機器人動作速度超過示教最高速度時，以（B）。

A程序給定的速度運行

B示教最高速度來限制運行

C示教最低速度來運行

43.機器人經常使用的程序可以設置為主程序，每臺機器人可以

設置（C）主程序。

A3個B5個C1個

D無限制

44.機器人三原則是由（D）提出的。

A.森政弘B.約瑟夫?英格伯格C.

托莫維奇D.阿西莫夫

45.當代機器人大軍中最主要的機器人為（A）。

A.工業(yè)機器人B.軍用機器人C.

服務機器人D.特種機器人

46.手部的位姿是由（B）構成的。

A.位置與速度B.姿態(tài)與位置C.

位置與運行狀態(tài)D.姿態(tài)與速度

第7頁共40頁

47.運動學主要是研究機器人的（B）。

A.動力源是什么B.運動和時間的關系C.

動力的傳遞與轉換D.運動的應用

48.動力學主要是研究機器人的（C）。

A.動力源是什么B.運動和時間的關系C.

動力的傳遞與轉換D.動力的應用

49.傳感器的輸出信號達到穩(wěn)定時，輸出信號變化與輸入信號變

化的比值代表傳感器的（D）參數。

A.抗干擾能力B.精度C.線性度D.

靈敏度

50.六維力與力矩傳感器主要用于（D）。

A.精密加工B.精密測量C.精密計算D.

精密裝配

51.機器人軌跡控制過程需要通過求解（B）獲得各個關節(jié)角的

位置控制系統(tǒng)的設定值。

A.運動學正問題B.運動學逆問題C.

動力學正問題D.動力學逆問題

52.日本日立公司研制的經驗學習機器人裝配系統(tǒng)采用觸覺傳感

器來有效地反映裝配情況。其觸覺傳感器屬于下列（C）傳感

器。

A.接觸覺B接近覺C力/力矩覺

D壓覺

第8頁共40頁

53.機器人的定義中，突出強調的是（C）。

A具有人的形象B模仿人的功能C像人一樣思維

D感知能力很強

54.當代機器人主要源于以下兩個分支（C）o

A計算機與數控機床B遙操作機與計算機

C遙操作機與數控機床D計算機與人工智能

55.一個剛體在空間運動具有（D）自由度。

A3個B4個C5個D6個

56.對于轉動關節(jié)而言，關節(jié)變量是D-H參數中的（A）o

A關節(jié)角B桿件長度C橫距D扭轉角

57.對于移動（平動）關節(jié)而言，關節(jié)變量是D-

H參數中的（C）o

A關節(jié)角B桿件長度C橫距D扭轉角

58.運動正問題是實現如下變換（A）o

A從關節(jié)空間到操作空間的變換

B從操作空間到迪卡爾空間的變換

C從迪卡爾空間到關節(jié)空間的變換

D從操作空間到關節(jié)空間的變換

59.運動逆問題是實現如下變換（C）。

A從關節(jié)空間到操作空間的變換

B從操作空間到迪卡爾空間的變換

第9頁共40頁

C從迪卡爾空間到關節(jié)空間的變換

D從操作空間到任務空間的變換

60.動力學的研究內容是將機器人的（A）聯系起來。

A運動與控制B傳感器與控制

C結構與運動D傳感系統(tǒng)與運動

61.機器人終端效應器（手）的力量來自（D）。

A機器人的全部關節(jié)

B機器人手部的關節(jié)

C決定機器人手部位置的各關節(jié)

D決定機器人手部位姿的各個關節(jié)

62.在6—r操作機動力學方程中，其主要作用的是（D）。

A哥氏項和重力項B重力項和向心項C慣性項和哥氏項

D慣性項和重力項

63.對于有規(guī)律的軌跡，僅示教幾個特征點，計算機就能利用（

D）獲得中間點的坐標。

A優(yōu)化算法B平滑算法C預測算法

D插補算法

64.機器人軌跡控制過程需要通過求解（B）獲得各個關節(jié)角的

位置控制系統(tǒng)的設定值。

A運動學正問題B運動學逆問題C動力學正問題

D動力學逆問題

65.所謂無姿態(tài)插補，即保持第一個示教點時的姿態(tài)，在大多數

第10頁共40頁

情況下是機器人沿（B）運動時出現。

A平面圓弧B直線C平面曲線

D空間曲線

66.定時插補的時間間隔下限的主要決定因素是（B）o

A完成一次正向運動學計算的時間

B完成一次逆向運動學計算的時間

C完成一次正向動力學計算的時間

D完成一次逆向動力學計算的時間

67.為了獲得非常平穩(wěn)的加工過程，希望作業(yè)啟動（位置為零）

時：（A）o

A速度為零，加速度為零

B速度為零，加速度恒定

C速度恒定，加速度為零

D速度恒定，加速度恒定

68.應用通常的物理定律構成的傳感器稱之為（B）。

A物性型B結構型C一次儀表

D二次儀表

二、判斷題

1.機械手亦可稱之為機器人。（Y）

2.完成某一特定作業(yè)時具有多余自由度的機器人稱為冗余自由度

機器人。（Y）

3.關節(jié)空間是由全部關節(jié)參數構成的。（Y）

第11頁共40頁

4.任何復雜的運動都可以分解為由多個平移和繞軸轉動的簡單運

動的合成。(Y)

5.關節(jié)/的坐標系放在/T關節(jié)的末端。(N)

6.手臂解有解的必要條件是串聯關節(jié)鏈中的自由度數等于或小于

6o(N)

7.對于具有外力作用的非保守機械系統(tǒng)，其拉格朗日動力函數￡

可定義為系統(tǒng)總動能與系統(tǒng)總勢能之和。(N)

8.由電阻應變片組成電橋可以構成測量重量的傳感器。(Y)

9.激光測距儀可以進行散裝物料重量的檢測。(Y)

10.運動控制的電子齒輪模式是一種主動軸與從動軸保持一種靈

活傳動比的隨動系統(tǒng)。(Y)

11.工業(yè)機器人工作站是由一臺或兩臺機器人所構成的生產體系

O()

12.機器人分辨率分為編程分辨率與控制分辨率，統(tǒng)稱為系統(tǒng)分

辨率。()

13.正交變換矩陣R為正交矩陣。()

14.復合運動齊次矩陣的建立是由全部簡單運動齊次矩陣求和所

形成的。()

15.關節(jié)i的效應表現在i關節(jié)的末端。()

16.并聯關節(jié)機器人的正運動學問題求解易，逆運動學問題求解

難。()

17.機器人軌跡泛指工業(yè)機器人在運動過程中所走過的路徑。(

第12頁共40頁

)

18.空間直線插補是在已知該直線始點、末點和中點的位置和姿

態(tài)的條件下，進而求出軌跡上各點（插補點）的位置和姿態(tài)。

（）

19.示教編程用于示教一再現型機器人中。（Y）

20.機器人軌跡泛指工業(yè)機器人在運動過程中的運動軌跡，即運

動點的位移、速度和加速度。（Y）

21.關節(jié)型機器人主要由立柱、前臂和后臂組成。（N）

22.到目前為止，機器人已發(fā)展到第四代。（N）

23.磁力吸盤能夠吸住所有金屬材料制成的工件。（N）

24.諧波減速機的名稱來源是因為剛輪齒圈上任一點的徑向位移

呈近似于余弦波形的變化。（N）

25.由電阻應變片組成電橋可以構成測量重量的傳感器。（Y）

26.激光測距儀可以進行散裝物料重量的檢測。（Y）

27.機械手亦可稱之為機器人。（Y）

28.諧波減速機的名稱來源是因為剛輪齒圈上任一點的徑向位移

呈近似于余弦波形的變化。（N）

29.借助于電磁波和聲波可以構成接觸型傳感器。（）

30.增量式編碼器比起絕對式編碼器加工難、安裝嚴、體積大、

價格高。（）

31.計算機視覺學科中絕大多數問題為病態(tài)問題，既難以求解或

解不唯一。（）

第13頁共40頁

32.不教-

再現控制的給定方式中分直接示教和間接示教。直接示教便是

操作人員通過手動控制盒上的按鍵，編制機器人的動作順序，

確定位置、設定速度或限時。（）

33.東大牛機器人足球隊是中國第一支奪得世界杯冠軍的代表隊

,填補了國內空白。（）

34.圖像恢復指是的光學鏡頭幾何形變的矯正，補償由于光學鏡

頭所帶來的圖像畸變。（）

35.變位機的運動數（自由度）主要取決于被加工件的大小。（

）

36.軌跡插補運算是伴隨著軌跡控制過程一步步完成的，而不是

在得到示教點之后，一次完成，再提交給再現過程的。（Y）

37.格林（格雷）碼被大量用在相對光軸編碼器中。（N）

38.圖像二值化處理便是將圖像中感興趣的部分置1,背景部分

置2。（N）

39.圖像增強是調整圖像的色度、亮度、飽和度、對比度和分辨

率，使得圖像效果清晰和顏色分明。（Y）

三、填空題

1.按坐標形式分類，機器人可分為直角坐標型、

圓柱坐標型、球坐標型和關節(jié)坐標型四種基本類型。

2.作為一個機器人，一般由三個部分組成，分別是控制系統(tǒng)

、傳感系統(tǒng)和機械系統(tǒng)。

第14頁共40頁

3.機器人主要技術參數一般有自由度、定位精度、

工作范圍、重復定位精度、分辨率

、承載能力及最大速度等。

4.自由度是指機器人所具有的獨立坐標軸運動的

的數目，不包括末端操作器的開合自由度。

5.機器人分辨率分為編程分辨率和控制分辨率

,統(tǒng)稱為系統(tǒng)分辨率。

6.重復定位精度是關于精度的統(tǒng)計數據。

7.根據真空產生的原理真空式吸盤可分為真空吸盤、

氣流負壓吸盤和擠氣負壓吸盤等三種基本類型。

8.8、機器人運動軌跡的生成方式有示教再現運動_____、

關節(jié)空間運動、空間直線運動和空間曲線運動。

9.9、機器人傳感器的主要性能指標有靈敏度、線性度

、測量范圍、重復性、精度

、分辨率、響應時間和抗干擾能力等。

10.自由度是指機器人所具有的獨立坐標軸運動的數目。

11.機器人的重復定位精度是指

在同一環(huán)境、同一條件、同一目標動作、同一命令下，機器人

連續(xù)重復運動若干次時，其位置分散情況。

12.機器人的驅動方式主要有液壓驅、氣壓驅動

和電氣驅動三種。

13.機器人上常用的可以測量轉速的傳感器有測速發(fā)電機

第15頁共40頁

和增量式碼盤。

14.機器人控制系統(tǒng)按其控制方式可以分為力控制方式、

軌跡控制方式和示教控制方式。

15.按幾何結構分劃分機器人分為：串聯機器人、

并聯機器人O

16.機器人是指代替原來由人直接或間接作業(yè)的自動化機械

O

17.在機器人的正面作業(yè)與機器人保持300mm以上的距離。

18.手動速度分為：微動、低速、中速、高速

O

19.機器人的三種動作模式分為：示教模式、再現模式

、遠程模式。

20.機器人的坐標系的種類為：

關節(jié)坐標系、直角坐標系、圓柱坐標系、工具坐標系、用戶坐

標系。

21.設定關節(jié)坐標系時，機器人的S、L、U、R、B、T各軸

分別運動。

22.設定為直角坐標系時，機器人控制點沿X、Y、Z軸平行

移動。

23.用關節(jié)插補示教機器人軸時，移動命令為M0VJ

o經過以示教點為圓心、以75mm

為半徑的圓內的任一點即視為達到。

第16頁共40頁

24.機器人的腕部軸為R,B,T,本體軸為S,L,U

25.機器人示教是指：將工作內容告知產業(yè)用機器人的作業(yè)

O

26.機器人軌跡支持四種插補方式，分別是關節(jié)插補，

直線插補，圓弧插補，自由曲線插補，插補命令分

別是MOVJ,MOVL,MOVC

27.機器人按機構特性可以劃分為關節(jié)機器人和

非關節(jié)機器人兩大類。

28.機器人系統(tǒng)大致由驅動系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、

人機交互系統(tǒng)和控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、機器-

環(huán)境交互系統(tǒng)等部分組成。

29.機器人的重復定位精度是指

機器人末端執(zhí)行器為重復到達同一目標位置而實際到達位置之

間的接近程度。

30.機器人的運動學是研究機器人末端執(zhí)行器位姿和運動

與關節(jié)空間之間的關系。

31.常用的建立機器人動力學方程的方法有牛頓和

拉格朗日。

32.6自由度機器人有解析逆解的條件是

機器人操作手的獨立關節(jié)變量多于末端執(zhí)行器的運動自由度數

O

33.機器人的驅動方式主要有液壓、氣動和電動

第17頁共40頁

三種。

34.機器人上常用的可以測量轉源的傳感器有測速發(fā)電機

和增量式碼盤。

35.機器人控制系統(tǒng)按其控制方式可以分為程序控制方式、

適應性控制方式和人工智能控制方式。

四、綜合題

1.機器人分為幾類？

答：首先，機器人按應用分類可分為工業(yè)機器人、極限機器人、

娛樂機器人。

（1）工業(yè)機器人有搬運、焊接、裝配、噴漆、檢驗機器人，主要

用于現代化的工廠和柔性加工系統(tǒng)中。（2）極限機器人主要是指

用在人們難以進入的核電站、海底、宇宙空間進行作業(yè)的機器人

,包括建筑、農業(yè)機器人。（3）娛樂機器人包括彈奏機器人、舞

蹈機器人、玩具機器人等。也有根據環(huán)境而改變動作的機器人。

其次，按照控制方式機器人可分為操作機器人、程序機器人、示

教機器人、智能機器人和綜合機器人。

2.機器人由哪幾部分組成？

答：機器人由三大部分六個子系統(tǒng)組成。三大部分是機械部分、

傳感部分和控制部分。六個子系統(tǒng)是驅動系統(tǒng)、機械結構系統(tǒng)、

感受系統(tǒng)、機器人一環(huán)境交換系統(tǒng)、人機交換系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

3.什么是自由度？

第18頁共40頁

答：人們把構建相對于參考系具有的獨立運動參數的數目稱為自

由度。

4.機器人技術參數有哪些？各參數的意義是什么？

答：機器人技術參數有：自由度、精度、工作范圍、速度、承載

能力。（1）自由度：是指機器人所具有的獨立坐標軸的數目，不

包括手爪（末端操作器）的開合自由度。在三維空間里描述一個

物體的位置和姿態(tài)需要六個自由度。但是，工業(yè)機器人的自由度

是根據其用途而設計的，也可能小于六個自由度，也可能大于六

個自由度。（2）精度：工業(yè)機器人的精度是指定位精度和重復定

位精度。定位精度是指機器人手部實際到達位置與目標位置之間

的差異。重復定位精度是指機器人重復定位其手部于同一目標位

置的能力，可以用標準偏差這個統(tǒng)計量來表示，它是衡量一列誤

差值的密集度（即重復度）。（3）工作范圍：是指機器人手臂末

端或手腕中心所能到達的所有點的集合，也叫工作區(qū)域。（4）速

度；速度和加速度是表明機器人運動特性的主要指標。（5）承載

能力：是指機器人在工作范圍內的任何位姿上所能承受的最大質

量。承載能力不僅取決于負載的質量，而且還與機器人運行的速

度和加速度的大小和方向有關。為了安全起見，承載能力這一技

術指標是指高速運行時的承載能力。通常，承載能力不僅指負載

,而且還包括機器人末端操作器的質量。

5.機器人手腕有幾種？試述每種手腕結構。

第19頁共40頁

答：機器人的手臂按結構形式分可分為單臂式，雙臂式及懸掛式

按手臂的運動形式區(qū)分，手臂有直線運動的。如手臂的伸縮，升

降及橫向移動，有回轉運動的如手臂的左右回轉上下擺動有復合

運動如直線運動和回轉運動的組合。2直線運動的組合2回轉運動

的組合。手臂回轉運動機構，實現機器人手臂回轉運動的機構形

式是多種多樣的，常用的有葉片是回轉缸，齒輪轉動機構，鏈輪

傳動和連桿機構手臂俯仰運動機構，一般采用活塞油（氣）缸與

連桿機構聯用來實現手臂復合運動機構，多數用于動作程度固定

不變的專用機器人。

6.機器人機座有幾種？試述每種機座結構。

答：機器人幾座有固定式和行走時2種。（1）固定式機器人的級

左右直接接地地面基礎上，也可以固定在機身上。（2）移動式機

器人有可分為輪車機器人，有3組輪子組成的輪系四輪機器人三角

論系統(tǒng)，全方位移動機器人，2足步行式機器人，履帶行走機器人

O

7.PWM調速特點有哪些？

答：簡單，便于計算機實現，節(jié)能，調速范圍大；非線性嚴重，

引入高頻干擾和損耗。

8.試述機器人視覺的結構及工作原理

答：機器人視覺由視覺傳感器攝像機和光源控制計算器和圖像處

理機組成原理：由視覺傳感器講景物的光信號轉換成電信號經過A

/D轉換成數字信號傳遞給圖像處理器，同時光源控制器和32

第20頁共40頁

攝像機控制器把把光線，距離顏色光源方向等等參數傳遞給圖像

處理器，圖像處理器對圖像數據做一些簡單的處理將數據傳遞給

計算機最后由計算器存儲和處理。

9.工業(yè)機器人控制方式有幾種？

答：工業(yè)機器人的控制方式多種多樣，根據作業(yè)任務的不同，主

要分為點位控制方式、連續(xù)軌跡控制方式、力（力矩）控制方式

和智能控制方式。（1）點位控制方式（PTP）：這種控制方式的

特點是只控制工業(yè)機器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間中某些規(guī)定的離

散點上的位姿。控制時只要求工業(yè)機器人快速、準確地實現相鄰

各點之間的運動，而對達到目標點的運動軌跡則不作任何規(guī)定。

這種控制方式的主要技術指標是定位精度和運動所需的時間。（2

）連續(xù)軌跡控制方式（CP）：這種控制方式的特點是連續(xù)的控制

工業(yè)機器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間的位姿，要求其嚴格按照預定

的軌跡和速度在一定的精度范圍內運動，而且速度可控，軌跡光

滑，運動平穩(wěn)，以完成工作任務。（3）力（力矩）控制方式：在

完成裝配、抓放物體等工作時，除要準確定位外，還要求使用適

度的力或力矩進行工作，這時就要利用力（力矩）伺服方式。這

種方式的控制原理與位置伺服控制原理基本相同，只不過輸入量

和反饋量不是位置信號，而是力（力矩）信號，因此系統(tǒng)中必須

有力（力矩）傳感器。有時也利用接近、滑動等傳感功能進行自

適應式控制。（4）智能控制方式：機器人的智能控制時通過傳感

器獲得周圍環(huán)境的知識，并根據自身內部的知識庫做出相應的決

第21頁共40頁

策。采用智能控制技術，使機器人具有了較強的適應性及自學習

功能。智能控制技術的發(fā)展有賴于近年來人工神經網絡、基因算

法、遺傳算法、專家系統(tǒng)等人工智能的迅速發(fā)展。

10.機器人參數坐標系有哪些？各參數坐標系有何作用？

答：工業(yè)機器人的坐標形式有直角坐標型、圓柱坐標型、球坐標

型、關節(jié)坐標型和平面關節(jié)型。（1）直角坐標/笛卡兒坐標/臺架

型（3P）：這種機器人由三個線性關節(jié)組成，這三個關節(jié)用來確

定末端操作器的位置，通常還帶有附加道德旋轉關節(jié)，用來確定

末端操作器的姿態(tài)。這種機器人在X、Y、Z軸上的運動是獨立的，

運動方程可獨立處理，且方程是線性的，因此，很容易通過計算

機實現；它可以兩端支撐，對于給定的結構長度，剛性最大：它

的精度和位置分辨率不隨工作場合而變化，容易達到高精度。但

是，它的操作范圍小，手臂收縮的同時又向相反的方向伸出，即

妨礙工作，且占地面積大，運動速度低，密封性不好。（2）圓柱

坐標型（R3P）：圓柱坐標機器人由兩個滑動關節(jié)和一個旋轉關節(jié)

來確定部件的位置，再附加一個旋轉關節(jié)來確定部件的姿態(tài)。這

種機器人可以繞中心軸旋轉一個角，工作范圍可以擴大，且計算

簡單；直線部分可采用液壓驅動，可輸出較大的動力；能夠伸入

型腔式機器內部。但是，它的手臂可以到達的空間受到限制，不

能到達近立柱或近地面的空間；直線驅動器部分難以密封、防塵

;后臂工作時，手臂后端會碰到工作范圍內的其它物體。（3）球

坐標型（2RP）：球坐標機器人采用球坐標系，它用一個滑動關節(jié)

第22頁共40頁

和兩個旋轉關節(jié)來確定部件的位置，再用一個附加的旋轉關節(jié)確

定部件的姿態(tài)。這種機器人可以繞中心軸旋轉，中心支架附近的

工作范圍大，兩個轉動驅動裝置容易密封，覆蓋工作空間較大。

但該坐標復雜，難于控制，且直線驅動裝置仍存在密封及工作死

區(qū)的問題。（4）關節(jié)坐標型/擬人型（3R）：關節(jié)機器人的關節(jié)

全都是旋轉的，類似于人的手臂，是工業(yè)機器人中最常見的結構

o（5）平面關節(jié)型：這種機器人可看作是關節(jié)坐標式機器人的特

例，它只有平行的肩關節(jié)和肘關節(jié)，關節(jié)軸線共面。

11.機器人學主要包含哪些研究內容？

答：機器人研究的基礎內容有以下幾方面：（1）空間機構學；（2）

機器人運動學；（3）機器人靜力學；（4）機器人動力學；（5）

機器人控制技術；（6）機器人傳感器；（7）機器人語言。

12.機器人常用的機身和臂部的配置型式有哪些？

答：目前常用的有如下幾種形式：（1）橫梁式。機身設計成橫梁

式，用于懸掛手臂部件，具有占地面積小，能有效地利用空間，

直觀等優(yōu)點。（2）立柱式。多采用回轉型、俯仰型或屈伸型的運

動型式，一般臂部都可在水平面內回轉，具有占地面積小而工作

范圍大的特點。（3）機座式?？梢允仟毩⒌摹⒆猿上到y(tǒng)的完整裝

置，可隨意安放和搬動。也可以具有行走機構，如沿地面上的專

用軌道移動，以擴大其活動范圍。（4）屈伸式。臂部由大小臂組

成，大小臂間有相對運動，稱為屈伸臂，可以實現平面運動，也

可以作空間運動。

第23頁共40頁

13.機器人控制系統(tǒng)的基本單元有哪些？

答：構成機器人控制系統(tǒng)的基本要素包括：（1）電動機，提供驅

動機器人運動的驅動力。（2）減速器，為了增加驅動力矩、降低

運動速度。（3）驅動電路，由于直流伺服電動機或交流伺服電動

機的流經電流較大，機器人常采用脈沖寬度調制（PWM）方式進行

驅動。（4）運動特性檢測傳感器，用于檢測機器人運動的位置、

速度、加速度等參數。（5）控制系統(tǒng)的硬件，以計算機為基礎，

采用協(xié)調級與執(zhí)行級的二級結構。（6）控制系統(tǒng)的軟件，實現對

機器人運動特性的計算、機器人的智能控制和機器人與人的信息

交換等功能。

14.常見的機器人外部傳感器有哪些？

答：常見的外部傳感器包括觸覺傳感器，分為接觸覺傳感器、壓

覺傳感器、滑覺傳感器和力覺傳感器。距離傳感器，包括超聲波

傳感器，接近覺傳感器，以及視覺傳感器、聽覺傳感器、嗅覺傳

感器、味覺傳感器等。

15.機器人視覺的硬件系統(tǒng)由哪些部分組成？

答：（1）景物和距離傳感器，常用的有攝像機、CCD圖像傳感器

、超聲波傳感器和結構光設備等；（2）視頻信號數字化設備，其

任務是把攝像機或者CCD輸出的信號轉換成方便計算和分析的數字

信號；（3）視頻信號處理器，視頻信號實時、快速、并行算法的

硬件實現設備：如DSP系統(tǒng)；（4）計算機及其設備，根據系統(tǒng)的

第24頁共40頁

需要可以選用不同的計算機及其外設來滿足機器人視覺信息處理

及其機器人控制的需要；（5）機器人或機械手及其控制器。

16.從描述操作命令的角度看，機器人編程語言可分為哪幾類？

答：機器人編程語言可分為：（1）動作級：以機器人末端執(zhí)行器

的動作為中心來描述各種操作，要在程序中說明每個動作。（2）

對象級：允許較粗略地描述操作對象的動作、操作對象之間的關

系等，特別適用于組裝作業(yè)。（3）任務級：只要直接指定操作內

容就可以了，為此，機器人必須一邊思考一邊工作。

17.什么是位置運動學、正向運動學和逆向運動學？

答：位置運動學僅考慮運動中的幾何學問題，即不考慮運動與時

間的關系。已知關節(jié)空間的關節(jié)變量，計算操作機在操作空間的

手部位姿，稱之為運動學正問題。反之，已知操作機在操作空間

的手部位姿，求各關節(jié)變量的反變換，稱之為運動學逆問題，也

叫求手臂解。

18.MOTOMAN

機器人示教盤模式旋鈕上有三種模式，分別是哪三種，并寫出

三種模式各自的特點。

答案：示教模式：人教機器人稱作示教。再現模式：執(zhí)行程序，

機器人自動運行。遠程模式：通過外部信號進行的操作，相當于

遙控。

19.MOTOMAN

機器人上有三種安全模式，分別是哪三種，并寫出三種模式各

第25頁共40頁

自的特點。

答案：三種模式分別是：PLAY再現模式、TEACH示教模式、REMOTE

遠程模式。91再現模式可以用來對示教完的程序進行再現運行以

及各種條件文件的設定、修改或刪除，在此模式下外部設備發(fā)出

的啟動信號無效。（2）示教模式可以用示教編程器進行軸操作和

編輯，編輯、示教程序，修改已登錄的程序，以及各種特性文件

和參數的設定，在此模式下外部設備發(fā)出的啟動信號。（3）無效

遠程模式下機器人由外部信號進行操作，可以接通伺服電源、啟

動、調出主程序、設定循環(huán)等與開始運行有關的操作，數據傳輸

功能有效，此時示教盤上的啟動按鈕無效。

20.度、重復精度與分辨率之間的關系。

答：精度、重復精度和分辨率用來定義機器人手部的定位能力。

（1）是一個位置量相對于其參照系的絕對度量，指機器人手部實

際到達位置與所需要到達的理想位置之間的差距。機器人的精度

決定于機械精度與電氣精度。（2）重復精度指在相同的運動位置

命令下，機器人連續(xù)若干次運動軌跡之間的誤差度量。如果機器

人重復執(zhí)行某位置給定指令，它每次走過的距離并不相同，而是

在一平均值附近變化，該平均值代表精度，而變化的幅度代表重

復精度。（3）分辨率是指機器人每根軸能夠實現的最小移動距離

或最小轉動角度。精度和分辨率不一定相關。一臺設備的運動精

度是指命令設定的運動位置與該設備執(zhí)行此命令后能夠達到的運

第26頁共40頁

動位置之間的差距，分辨率則反映了實際需要的運動位置和命令

所能夠設定的位置之間的差距。

工業(yè)機器人的精度、重復精度和分辨率要求是根據其使用要求確

定的。機器人本身所能達到的精度取決于機器人結構的剛度、運

動速度控制和驅動方式、定位和緩沖等因素。由于機器人有轉動

關節(jié)，不同回轉半徑時其直線分辨率是變化的，因此造成了機器

人的精度難以確定。由于精度一般較難測定，通常工業(yè)機器人只

給出重復精度。

21.試論述機器人靜力學、動力學、運動學的關系。

答：靜力學指在機器人的手爪接觸環(huán)境時，在靜止狀態(tài)下處理手

爪力方與驅動力「的關系。動力學研究機器人各關節(jié)變量對時間的

一階導數、二階導數與各執(zhí)行器驅動力或力矩之間的關系，即機

器人機械系統(tǒng)的運動方程。而運動學研究從幾何學的觀點來處理

手指位置與關節(jié)變量的關系。

在考慮控制時，就要考慮在機器人的動作中，關節(jié)驅動力「會產

生怎樣的關節(jié)位置夕、關節(jié)速度入關節(jié)加速度K處理這種關系

稱為動力學(dynamics)□對于動力學來說，除了與連桿長度有

關之外，還與各連桿的質量，繞質量中心的慣性矩，連桿的質量

中心與關節(jié)軸的距離有關。

運動學、靜力學和動力學中各變量的關系如下圖所示。圖中用虛

線表示的關系可通過實線關系的組合表示，這些也可作為動力學

的問題來處理。

第27頁共40頁

22.機器人手腕有幾種？試述每種手腕結構。

答：機器人的手臂按結構形式分可分為單臂式，雙臂式及懸掛式

按手臂的運動形式區(qū)分，手臂有直線運動的。如手臂的伸縮，升

降及橫向移動，有回轉運動的如手臂的左右回轉上下擺動有復合

運動如直線運動和回轉運動的組合。2直線運動的組合2回轉運動

的組合。手臂回轉運動機構，實現機器人手臂回轉運動的機構形

式是多種多樣的，常用的有葉片是回轉缸，齒輪轉動機構，鏈輪

傳動和連桿機構手臂俯仰運動機構，一般采用活塞油（氣）缸與

連桿機構聯用來實現手臂復合運動機構，多數用于動作程度固定

不變的專用機器人。

23.機器人參數坐標系有哪些？各參數坐標系有何作用？

答：工業(yè)機器人的坐標形式有直角坐標型、圓柱坐標型、球坐標

型、關節(jié)坐標型和平面關節(jié)型。（1）直角坐標/笛卡兒坐標/臺架

型（3P）：這種機器人由三個線性關節(jié)組成，這三個關節(jié)用來確

定末端操作器的位置，通常還帶有附加道德旋轉關節(jié)，用來確定

末端操作器的姿態(tài)。這種機器人在X、Y、Z軸上的運動是獨立的，

運動方程可獨立處理，且方程是線性的，因此，很容易通過計算

機實現；它可以兩端支撐，對于給定的結構長度，剛性最大：它

的精度和位置分辨率不隨工作場合而變化，容易達到高精度。但

是，它的操作范圍小，手臂收縮的同時又向相反的方向伸出，即

妨礙工作，且占地面積大，運動速度低，密封性不好。（2）圓柱

坐標型（R3P）：圓柱坐標機器人由兩個滑動關節(jié)和一個旋轉關節(jié)

第28頁共40頁

來確定部件的位置，再附加一個旋轉關節(jié)來確定部件的姿態(tài)。這

種機器人可以繞中心軸旋轉一個角，工作范圍可以擴大，且計算

簡單；直線部分可采用液壓驅動，可輸出較大的動力；能夠伸入

型腔式機器內部。但是，它的手臂可以到達的空間受到限制，不

能到達近立柱或近地面的空間；直線驅動器部分難以密封、防塵

;后臂工作時，手臂后端會碰到工作范圍內的其它物體。（3）球

坐標型（2RP）

24.什么是機器人的內部傳感器和外部傳感器？舉例說明之。

答：內部傳感器是用來檢測機器人自身狀態(tài)（內部信息）的機器

人傳感器，如檢測關節(jié)位置、速度的光軸編碼器等。是機器人自

身運動與正常工作所必需的；外部傳感器是用來感知外部世界、

檢測作業(yè)對象與作業(yè)環(huán)境狀態(tài)（外部信息）的機器人傳感器。如

視覺、聽覺、觸覺等。是適應特定環(huán)境，完成特定任務所必需的

O

25.人手爪有哪些種類，各有什么特點？

答：（1）機械手爪：依靠傳動機構來抓持工件；（2）磁力吸盤

：通過磁場吸力抓持鐵磁類工件，要求工件表面清潔、平整、干

燥，以保證可靠地吸附，不適宜高溫條件；（3）真空式吸盤：利

用真空原理來抓持工件，要求工件表面平整光滑、干燥清潔，同

時氣密性要好。

26.編碼器有哪兩種基本形式？各自特點是什么？

第29頁共40頁

答：兩種基本形式：增量式、絕對式。增量式：用來測量角位置

和直線位置的變化，但不能直接記錄或指示位置的實際值。在所

有利用增量式編碼器進行位置跟蹤的系統(tǒng)中，都必須在系統(tǒng)開始

運行時進行復位。絕對式：每個位置都對應著透光與不透光弧段

的惟一確定組合，這種確定組合有惟一的特征。通過這特征，在

任意時刻都可以確定碼盤的精確位置。

27.工業(yè)機器人常用的驅動器有那些類型，并簡要說明其特點。

答：（1）電動驅動器的能源簡單，速度變化范圍大，效率高，轉

動慣性小，速度和位置精度都很高，但它們多與減速裝置相聯，

直接驅動比較困難。（2）液壓驅動器的優(yōu)點是功率大，可省去減

速裝置而直接與被驅動的桿件相連，結構緊湊，剛度好，響應快

,伺服驅動具有較高的精度。但需要增設液壓源，易產生液體泄

漏，不適合高、低溫及有潔凈要求的場合。故液壓驅動器目前多

用于特大功率的操作機器人系統(tǒng)或機器人化工程機械。（3）氣動

驅動器的結構簡單，清潔，動作靈敏，具有緩沖作用。但也需要

增設氣壓源，且與液壓驅動器相比，功率較小，剛度差，噪音大

,速度不易控制，所以多用于精度不高、但有潔凈、防爆等要求

的點位控制機器人。

28.變位機對于焊接機器人的作用是什么？

答：變位機作為機器人焊接生產線及焊接柔性加工單元的重要組

成部分，其作用是將被焊工件旋轉（平移）到最佳的焊接位置。即

第30頁共40頁

使機器人相對于工件處于最佳的作業(yè)角度，把工件各處的焊縫位

置均能變換到最有利于機器人焊槍找位和焊接的地方。

29.足球機器人六步推理模型的內容是什么？

答：（1）輸入信息預處理，計算有關實體速度、相對距離、角度

等；（2）態(tài)勢分析與策略選擇；（3）隊形確定與角色分配；（4

）目標位置確定；（5）運動軌跡規(guī)劃；（6）左右輪速確定。

30.常用的工業(yè)機器人的傳動系統(tǒng)有那些？

答：齒輪傳動，蝸桿傳動，滾珠絲桿出傳動，同步齒形帶傳動，

鏈傳動和行星齒輪傳動。

31.在機器人系統(tǒng)中為什么往往需要一個傳動（減速）系統(tǒng)？

答：因為現在的電機一般速度較高，力矩較小，需要通過傳動系

統(tǒng)降低轉速、提高力矩。

32.機器人上常用的距離與接近覺傳感器有哪些？。

答：超聲波，激光、紅外，霍爾傳感器

33.

按機器人的用途分類，可以將機器人分為哪幾大類？試簡述之

O

答：（1）工業(yè)機器人或產業(yè)機器人：應用于工農業(yè)生產中，主要

用在制造業(yè)，進行焊接、噴漆、裝配、搬運、檢驗、農產品的加

工等產業(yè)。（2）探索機器人：用于進行太空和海洋探索，也可用

于地面和地下探索。（3）服務機器人：一種半自主或全自主的機

器人，其所從事的服務工作可使人類生存的更好，使制造業(yè)以外

第31頁共40頁

的設備工作的更好。（4）軍用機器人：用于軍事目的，或進攻性

的，或防御性的。

34.什么是示教再現式機器人？

答：先由人驅動操作機，再以示教動作作業(yè)，將示教作業(yè)程序、

位置及其他信息存儲起來，然后讓機器人重現這些動作。

35.編碼器有哪兩種基本形式？各自特點是什么？

答：兩種基本形式：增量式、絕對式。（1）增量式：用來測量角

位置和直線位置的變化，但不能直接記錄或指示位置的實際值。

在所有利用增量式編碼器進行位置跟蹤的系統(tǒng)中，都必須在系統(tǒng)

開始運行時進行復位。（2）絕對式：每個位置都對應著透光與不

透光弧段的惟一確定組合，這種確定組合有惟一的特征。通過這

特征，在任意時刻都可以確定碼盤的精確位置。

五、計算題

1.

已知點u的坐標為[7,3,2]T,對點u依次進行如下的變換：（1）

繞z軸旋轉90°得到點v；（2）繞y軸旋轉90°得到點w；（3）沿x

軸平移4個單位，再沿y軸平移-

3個單位，最后沿z軸平移7個單位得到點t。求u,v,w,t各點的

齊次坐標。

第32頁共40頁

解：點U的齊次坐標為：［7,3,2,1了

-3

7

v=Rot(z,90°)u=W二

2

1

Rot(y,90°)v

t=Trans(4,-3,7)w

2.

如圖所示為具有三個旋轉關節(jié)的3R機械手，求末端機械手在基坐

標系｛x0,y0｝下的運動學方程。

第33頁共40頁

%

()一

C1-5i0C2一§20LC3F0A

S|G00SG00S3C00

°7]=,工二23

001000100010

000100010001

“I+Z/2G2

。123-S|230

C1230

0T-（）丁s⑵L[S]+L2s12

T2、:

2T0010

0001

其中：%3=C0S（4+。2+Q）,■|23=sin(^+6>2+^).

3.

用齊次矩陣表示如下順序的運動：（1）繞Z軸轉動90度；（2）繞

X軸轉動-90度；（3）移動（3,7,9）o

第34頁共40頁

答：|X

日

如圖所示為平面內的兩旋轉關節(jié)機械手，已知機器人末端的坐標

值{x,y},試求其關節(jié)旋轉變量明和92。

解：如圖所示，逆運動學有兩組可能的解。第一組解：由幾何關

系得

x=L、cosq+Z2cos（^+%）（1）

y-Lxsin仇+L2sin（4+劣）（2）

（1）式平方加（2）式平方得

第35頁共40頁

YY

22

x+y￡；+￡；+2L】Licos&=>02=arccos

、2L1L2

4=arctanf—1Lsin0

-arctan22

、A+4cos02,

-（x2+力+￡；+丘

第二組解：由余弦定理,a=arccos

2L-

0=7i+a,O'=（、口）+arctan（上）

5.

如圖所示兩自由度機械手在如圖位置時（。1=0,02=n/2）,生

T

成手爪力FA=[40]或FB=[04

T

]O求對應的驅動力tA和TBO

解：由關節(jié)角給出如下姿態(tài):

LL

-Lxsin4-L2sin（4+2）-L2sin+%）~2~2

J=

乙cosa+Lcos（4+2）￡,0

2L2COS+a）

由靜力學公式T=/b

第36頁共40頁

-4f-也

TA=J'F產x

—L?00—Lf

6.試對直流伺服方案和交流伺服方案進行比較。

答：直流伺服方案采用直流伺服電機，交流伺服方案采用交流伺

服電機。由于變頻技術的迅速發(fā)展，交流調速的可靠性與經濟性

不斷提高，因此交