2023年工业机器人系统操作员技术及理论知识竞赛试题库(附含答案)

2023年工业机器人系统操作员技术及理论知识竞赛试题库（附含答

案）

、单选题（在每小题列出的四个选项中，只有一个最符合题目要

求的选项）

1.GPS全球定位系统，只有同时接收到颗卫星发射的信号，

才可以解算出接收器的位置。（C）

A2B3C4D6

2.在伺服电机的伺服控制器中，为了获得高性能的控制效果，一

般具有3个反馈回路，分别是：（BDE）

A电压环B电流环C功率环D速度环E位置环

F加速度环

3.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

4.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（A）。

A柔顺控制BPID控制C模糊控制

D最优控制

5.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

6.模拟通信系统与数字通信系统的主要区别是（B）。

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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

7.CCD（ChargeCoupled

Device）摄像头输出信号为（B）帧/秒。

A20B25C30D50

8.CCD摄像头采用电视PAL标准，每帧图像由（B）场构成。

AlB2C3D4

9.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。

10.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

11.滚转能实现360。无障碍旋转的关节运动，通常用（

）来标记。（A）

ARBWCBDL

12.RRR型手腕是（）自由度手腕。（C）

A1B2C3D4

13.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

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14.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

15.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

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释放D触摸。

17.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

18.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

19.焊接机器人的焊接作业主要包括（）。（A）

A点焊和弧焊B间断焊和连续焊C平焊和竖焊

D气体保护焊和氢弧焊

20.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

21.当代机器人主要源于以下两个分支：（C）

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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

22.对于转动关节而言，关节变量是D-H参数中的(A)

A关节角B杆件长度C横距D扭转角

23.动力学的研究内容是将机器人的联系起来。(A)

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

24.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

25.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

26.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

27.谐波传动的缺点是()。(A)

A扭转刚度低B传动侧隙小C惯量低D精度高

28.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

29.当代机器人大军中最主要的机器人为：(A)

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A工业机器人B军用机器人C服务机器人D

特种机器人

30.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

31.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

32.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

33.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

34.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训

C没有事先接受过专门的培训也可以

35.使用焊枪示教前，检查焊枪的均压装置是否良好，动作是否

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正常，同时对电极头的要求是(A)o

A更换新的电极头B使用磨耗量大的电极头C

新的或旧的都行

36.通常对机器人进行示教编程时，要求最初程序点与最终程序

点的位置(A),可提高工作效率。

A相同B不同C无所谓D分离越大越好

37.为了确保安全，用示教编程器手动运行机器人时，机器人的

最高速度限制为(B)。

A50mm/sB250mm/sC800mm/s

D1600mm/s

38.正常联动生产时，机器人示教编程器上安全模式不应该打到

(C)位置上。

A操作模式B编辑模式C管理模式

39.示教编程器上安全开关握紧为ON,松开为OFF

状态，作为进而追加的功能，当握紧力过大时，为(C)状态

O

A不变BONCOFF

40.对机器人进行示教时，模式旋钮打到示教模式后，在此模式

中，外部设备发出的启动信号(A)o

A无效B有效C延时后有效

41.位置等级是指机器人经过示教的位置时的接近程度，设定了

合适的位置等级时，可使机器人运行出与周围状况和工件相适

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应的轨迹，其中位置等（A）。

APL值越小，运行轨迹越精准BPL

值大小，与运行轨迹关系不大

CPL值越大，运行轨迹越精准

42.试运行是指在不改变示教模式的前提下执行模拟再现动作的

功能，机器人动作速度超过示教最高速度时，以（B）。

A程序给定的速度运行

B示教最高速度来限制运行

C示教最低速度来运行

43.机器人经常使用的程序可以设置为主程序，每台机器人可以

设置（C）主程序。

A3个B5个C1个

D无限制

44.机器人三原则是由（D）提出的。

A.森政弘B.约瑟夫•英格伯格C.

托莫维奇D.阿西莫夫

45.当代机器人大军中最主要的机器人为（A）。

A.工业机器人B.军用机器人C.

服务机器人D.特种机器人

46.手部的位姿是由（B）构成的。

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

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47.运动学主要是研究机器人的（B）。

A.动力源是什么B.运动和时间的关系C.

动力的传递与转换D.运动的应用

48.动力学主要是研究机器人的（C）。

A.动力源是什么B.运动和时间的关系C.

动力的传递与转换D.动力的应用

49.传感器的输出信号达到稳定时，输出信号变化与输入信号变

化的比值代表传感器的（D）参数。

A.抗干扰能力B.精度C.线性度D.

灵敏度

50.六维力与力矩传感器主要用于（D）。

A.精密加工B.精密测量C.精密计算D.

精密装配

51.机器人轨迹控制过程需要通过求解（B）获得各个关节角的

位置控制系统的设定值。

A.运动学正问题B.运动学逆问题C.

动力学正问题D.动力学逆问题

52.日本日立公司研制的经验学习机器人装配系统采用触觉传感

器来有效地反映装配情况。其触觉传感器属于下列（C）传感

器。

A.接触觉B接近觉C力/力矩觉

D压觉

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53.机器人的定义中，突出强调的是（C）。

A具有人的形象B模仿人的功能C像人一样思维

D感知能力很强

54.当代机器人主要源于以下两个分支（C）o

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

55.一个刚体在空间运动具有（D）自由度。

A3个B4个C5个D6个

56.对于转动关节而言，关节变量是D-H参数中的（A）o

A关节角B杆件长度C横距D扭转角

57.对于移动（平动）关节而言，关节变量是D-

H参数中的（C）o

A关节角B杆件长度C横距D扭转角

58.运动正问题是实现如下变换（A）o

A从关节空间到操作空间的变换

B从操作空间到迪卡尔空间的变换

C从迪卡尔空间到关节空间的变换

D从操作空间到关节空间的变换

59.运动逆问题是实现如下变换（C）。

A从关节空间到操作空间的变换

B从操作空间到迪卡尔空间的变换

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C从迪卡尔空间到关节空间的变换

D从操作空间到任务空间的变换

60.动力学的研究内容是将机器人的（A）联系起来。

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

61.机器人终端效应器（手）的力量来自（D）。

A机器人的全部关节

B机器人手部的关节

C决定机器人手部位置的各关节

D决定机器人手部位姿的各个关节

62.在6—r操作机动力学方程中，其主要作用的是（D）。

A哥氏项和重力项B重力项和向心项C惯性项和哥氏项

D惯性项和重力项

63.对于有规律的轨迹，仅示教几个特征点，计算机就能利用（

D）获得中间点的坐标。

A优化算法B平滑算法C预测算法

D插补算法

64.机器人轨迹控制过程需要通过求解（B）获得各个关节角的

位置控制系统的设定值。

A运动学正问题B运动学逆问题C动力学正问题

D动力学逆问题

65.所谓无姿态插补，即保持第一个示教点时的姿态，在大多数

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情况下是机器人沿（B）运动时出现。

A平面圆弧B直线C平面曲线

D空间曲线

66.定时插补的时间间隔下限的主要决定因素是（B）o

A完成一次正向运动学计算的时间

B完成一次逆向运动学计算的时间

C完成一次正向动力学计算的时间

D完成一次逆向动力学计算的时间

67.为了获得非常平稳的加工过程，希望作业启动（位置为零）

时：（A）o

A速度为零，加速度为零

B速度为零，加速度恒定

C速度恒定，加速度为零

D速度恒定，加速度恒定

68.应用通常的物理定律构成的传感器称之为（B）。

A物性型B结构型C一次仪表

D二次仪表

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）

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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/T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£

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

O()

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。()

14.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。()

15.关节i的效应表现在i关节的末端。()

16.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。(

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)

18.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。

（）

19.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。（）

30.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。（）

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32.不教-

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。（）

33.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。（）

35.变位机的运动数（自由度）主要取决于被加工件的大小。（

）

36.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，使得图像效果清晰和颜色分明。（Y）

三、填空题

1.按坐标形式分类，机器人可分为直角坐标型、

圆柱坐标型、球坐标型和关节坐标型四种基本类型。

2.作为一个机器人，一般由三个部分组成，分别是控制系统

、传感系统和机械系统。

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3.机器人主要技术参数一般有自由度、定位精度、

工作范围、重复定位精度、分辨率

、承载能力及最大速度等。

4.自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的

的数目，不包括末端操作器的开合自由度。

5.机器人分辨率分为编程分辨率和控制分辨率

,统称为系统分辨率。

6.重复定位精度是关于精度的统计数据。

7.根据真空产生的原理真空式吸盘可分为真空吸盘、

气流负压吸盘和挤气负压吸盘等三种基本类型。

8.8、机器人运动轨迹的生成方式有示教再现运动_____、

关节空间运动、空间直线运动和空间曲线运动。

9.9、机器人传感器的主要性能指标有灵敏度、线性度

、测量范围、重复性、精度

、分辨率、响应时间和抗干扰能力等。

10.自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目。

11.机器人的重复定位精度是指

在同一环境、同一条件、同一目标动作、同一命令下，机器人

连续重复运动若干次时，其位置分散情况。

12.机器人的驱动方式主要有液压驱、气压驱动

和电气驱动三种。

13.机器人上常用的可以测量转速的传感器有测速发电机

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和增量式码盘。

14.机器人控制系统按其控制方式可以分为力控制方式、

轨迹控制方式和示教控制方式。

15.按几何结构分划分机器人分为：串联机器人、

并联机器人O

16.机器人是指代替原来由人直接或间接作业的自动化机械

O

17.在机器人的正面作业与机器人保持300mm以上的距离。

18.手动速度分为：微动、低速、中速、高速

O

19.机器人的三种动作模式分为：示教模式、再现模式

、远程模式。

20.机器人的坐标系的种类为：

关节坐标系、直角坐标系、圆柱坐标系、工具坐标系、用户坐

标系。

21.设定关节坐标系时，机器人的S、L、U、R、B、T各轴

分别运动。

22.设定为直角坐标系时，机器人控制点沿X、Y、Z轴平行

移动。

23.用关节插补示教机器人轴时，移动命令为M0VJ

o经过以示教点为圆心、以75mm

为半径的圆内的任一点即视为达到。

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24.机器人的腕部轴为R,B,T,本体轴为S,L,U

25.机器人示教是指：将工作内容告知产业用机器人的作业

O

26.机器人轨迹支持四种插补方式，分别是关节插补，

直线插补，圆弧插补，自由曲线插补，插补命令分

别是MOVJ,MOVL,MOVC

27.机器人按机构特性可以划分为关节机器人和

非关节机器人两大类。

28.机器人系统大致由驱动系统、机械系统、

人机交互系统和控制系统、感知系统、机器-

环境交互系统等部分组成。

29.机器人的重复定位精度是指

机器人末端执行器为重复到达同一目标位置而实际到达位置之

间的接近程度。

30.机器人的运动学是研究机器人末端执行器位姿和运动

与关节空间之间的关系。

31.常用的建立机器人动力学方程的方法有牛顿和

拉格朗日。

32.6自由度机器人有解析逆解的条件是

机器人操作手的独立关节变量多于末端执行器的运动自由度数

O

33.机器人的驱动方式主要有液压、气动和电动

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三种。

34.机器人上常用的可以测量转源的传感器有测速发电机

和增量式码盘。

35.机器人控制系统按其控制方式可以分为程序控制方式、

适应性控制方式和人工智能控制方式。

四、综合题

1.机器人分为几类？

答：首先，机器人按应用分类可分为工业机器人、极限机器人、

娱乐机器人。

（1）工业机器人有搬运、焊接、装配、喷漆、检验机器人，主要

用于现代化的工厂和柔性加工系统中。（2）极限机器人主要是指

用在人们难以进入的核电站、海底、宇宙空间进行作业的机器人

,包括建筑、农业机器人。（3）娱乐机器人包括弹奏机器人、舞

蹈机器人、玩具机器人等。也有根据环境而改变动作的机器人。

其次，按照控制方式机器人可分为操作机器人、程序机器人、示

教机器人、智能机器人和综合机器人。

2.机器人由哪几部分组成？

答：机器人由三大部分六个子系统组成。三大部分是机械部分、

传感部分和控制部分。六个子系统是驱动系统、机械结构系统、

感受系统、机器人一环境交换系统、人机交换系统和控制系统。

3.什么是自由度？

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答：人们把构建相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为自

由度。

4.机器人技术参数有哪些？各参数的意义是什么？

答：机器人技术参数有：自由度、精度、工作范围、速度、承载

能力。（1）自由度：是指机器人所具有的独立坐标轴的数目，不

包括手爪（末端操作器）的开合自由度。在三维空间里描述一个

物体的位置和姿态需要六个自由度。但是，工业机器人的自由度

是根据其用途而设计的，也可能小于六个自由度，也可能大于六

个自由度。（2）精度：工业机器人的精度是指定位精度和重复定

位精度。定位精度是指机器人手部实际到达位置与目标位置之间

的差异。重复定位精度是指机器人重复定位其手部于同一目标位

置的能力，可以用标准偏差这个统计量来表示，它是衡量一列误

差值的密集度（即重复度）。（3）工作范围：是指机器人手臂末

端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也叫工作区域。（4）速

度；速度和加速度是表明机器人运动特性的主要指标。（5）承载

能力：是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质

量。承载能力不仅取决于负载的质量，而且还与机器人运行的速

度和加速度的大小和方向有关。为了安全起见，承载能力这一技

术指标是指高速运行时的承载能力。通常，承载能力不仅指负载

,而且还包括机器人末端操作器的质量。

5.机器人手腕有几种？试述每种手腕结构。

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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。

6.机器人机座有几种？试述每种机座结构。

答：机器人几座有固定式和行走时2种。（1）固定式机器人的级

左右直接接地地面基础上，也可以固定在机身上。（2）移动式机

器人有可分为轮车机器人，有3组轮子组成的轮系四轮机器人三角

论系统，全方位移动机器人，2足步行式机器人，履带行走机器人

O

7.PWM调速特点有哪些？

答：简单，便于计算机实现，节能，调速范围大；非线性严重，

引入高频干扰和损耗。

8.试述机器人视觉的结构及工作原理

答：机器人视觉由视觉传感器摄像机和光源控制计算器和图像处

理机组成原理：由视觉传感器讲景物的光信号转换成电信号经过A

/D转换成数字信号传递给图像处理器，同时光源控制器和32

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摄像机控制器把把光线，距离颜色光源方向等等参数传递给图像

处理器，图像处理器对图像数据做一些简单的处理将数据传递给

计算机最后由计算器存储和处理。

9.工业机器人控制方式有几种？

答：工业机器人的控制方式多种多样，根据作业任务的不同，主

要分为点位控制方式、连续轨迹控制方式、力（力矩）控制方式

和智能控制方式。（1）点位控制方式（PTP）：这种控制方式的

特点是只控制工业机器人末端执行器在作业空间中某些规定的离

散点上的位姿。控制时只要求工业机器人快速、准确地实现相邻

各点之间的运动，而对达到目标点的运动轨迹则不作任何规定。

这种控制方式的主要技术指标是定位精度和运动所需的时间。（2

）连续轨迹控制方式（CP）：这种控制方式的特点是连续的控制

工业机器人末端执行器在作业空间的位姿，要求其严格按照预定

的轨迹和速度在一定的精度范围内运动，而且速度可控，轨迹光

滑，运动平稳，以完成工作任务。（3）力（力矩）控制方式：在

完成装配、抓放物体等工作时，除要准确定位外，还要求使用适

度的力或力矩进行工作，这时就要利用力（力矩）伺服方式。这

种方式的控制原理与位置伺服控制原理基本相同，只不过输入量

和反馈量不是位置信号，而是力（力矩）信号，因此系统中必须

有力（力矩）传感器。有时也利用接近、滑动等传感功能进行自

适应式控制。（4）智能控制方式：机器人的智能控制时通过传感

器获得周围环境的知识，并根据自身内部的知识库做出相应的决

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策。采用智能控制技术，使机器人具有了较强的适应性及自学习

功能。智能控制技术的发展有赖于近年来人工神经网络、基因算

法、遗传算法、专家系统等人工智能的迅速发展。

10.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、Y、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，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

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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

o（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：（1）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：（1）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。

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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：（1）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结构。（6）控制系统的软件，实现对

机器人运动特性的计算、机器人的智能控制和机器人与人的信息

交换等功能。

14.常见的机器人外部传感器有哪些？

答：常见的外部传感器包括触觉传感器，分为接触觉传感器、压

觉传感器、滑觉传感器和力觉传感器。距离传感器，包括超声波

传感器，接近觉传感器，以及视觉传感器、听觉传感器、嗅觉传

感器、味觉传感器等。

15.机器人视觉的硬件系统由哪些部分组成？

答：（1）景物和距离传感器，常用的有摄像机、CCD图像传感器

、超声波传感器和结构光设备等；（2）视频信号数字化设备，其

任务是把摄像机或者CCD输出的信号转换成方便计算和分析的数字

信号；（3）视频信号处理器，视频信号实时、快速、并行算法的

硬件实现设备：如DSP系统；（4）计算机及其设备，根据系统的

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需要可以选用不同的计算机及其外设来满足机器人视觉信息处理

及其机器人控制的需要；（5）机器人或机械手及其控制器。

16.从描述操作命令的角度看，机器人编程语言可分为哪几类？

答：机器人编程语言可分为：（1）动作级：以机器人末端执行器

的动作为中心来描述各种操作，要在程序中说明每个动作。（2）

对象级：允许较粗略地描述操作对象的动作、操作对象之间的关

系等，特别适用于组装作业。（3）任务级：只要直接指定操作内

容就可以了，为此，机器人必须一边思考一边工作。

17.什么是位置运动学、正向运动学和逆向运动学？

答：位置运动学仅考虑运动中的几何学问题，即不考虑运动与时

间的关系。已知关节空间的关节变量，计算操作机在操作空间的

手部位姿，称之为运动学正问题。反之，已知操作机在操作空间

的手部位姿，求各关节变量的反变换，称之为运动学逆问题，也

叫求手臂解。

18.MOTOMAN

机器人示教盘模式旋钮上有三种模式，分别是哪三种，并写出

三种模式各自的特点。

答案：示教模式：人教机器人称作示教。再现模式：执行程序，

机器人自动运行。远程模式：通过外部信号进行的操作，相当于

遥控。

19.MOTOMAN

机器人上有三种安全模式，分别是哪三种，并写出三种模式各

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自的特点。

答案：三种模式分别是：PLAY再现模式、TEACH示教模式、REMOTE

远程模式。91再现模式可以用来对示教完的程序进行再现运行以

及各种条件文件的设定、修改或删除，在此模式下外部设备发出

的启动信号无效。（2）示教模式可以用示教编程器进行轴操作和

编辑，编辑、示教程序，修改已登录的程序，以及各种特性文件

和参数的设定，在此模式下外部设备发出的启动信号。（3）无效

远程模式下机器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

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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

爪力方与驱动力「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

生怎样的关节位置夕、关节速度入关节加速度K处理这种关系

称为动力学(dynamics)□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。

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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、Y、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

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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）

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

O

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？

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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。

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

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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：（1）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？

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

O

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

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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[7,3,2]T,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。

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解：点U的齐次坐标为：［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｛x0,y0｝下的运动学方程。

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%

()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）o

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答：|X

日

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{x,y},试求其关节旋转变量明和92。

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

x=L、cosq+Z2cos（^+%）（1）

y-Lxsin仇+L2sin（4+劣）（2）

（1）式平方加（2）式平方得

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YY

22

x+y£；+£；+2L】Licos&=>02=arccos

、2L1L2

4=arctanf—1Lsin0

-arctan22

、A+4cos02,

-（x2+力+£；+丘

第二组解：由余弦定理,a=arccos

2L-

0=7i+a,O'=（、口）+arctan（上）

5.

如图所示两自由度机械手在如图位置时（。1=0,02=n/2）,生

T

成手爪力FA=[40]或FB=[04

T

]O求对应的驱动力tA和TBO

解：由关节角给出如下姿态:

LL

-Lxsin4-L2sin（4+2）-L2sin+%）~2~2

J=

乙cosa+Lcos（4+2）£,0

2L2COS+a）

由静力学公式T=/b

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-4f-也

TA=J'F产x

—L?00—Lf

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