2025年大学三年级（机器人工程）编程控制综合试题及答案.doc

2025年大学三年级（机器人工程）编程控制综合试题及答案

（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。请将正确答案填写在题目后面的括号内。

1. 以下哪种编程语言常用于机器人底层控制编程？（ ）
A. Python B. C++ C. Java D. JavaScript
2. 机器人运动控制中，用于描述机器人末端执行器位置和姿态的是（ ）
A. 关节空间 B. 笛卡尔空间 C. 工作空间 D. 任务空间
3. PID控制器中，I参数的作用是（ ）
A. 加快响应速度 B. 消除稳态误差 C. 减小超调量 D. 提高系统稳定性
4. 机器人路径规划中，A算法属于（ ）
A. 全局路径规划算法 B. 局部路径规划算法 C. 混合路径规划算法 D. 基于传感器的路径规划算法
5. 以下哪种传感器常用于机器人避障？（ ）
A. 激光雷达 B. 摄像头 C. 超声波传感器 D. 以上都是
6. 在机器人编程中，用于实现多线程并发控制的是（ ）
A. 信号量 B. 互斥锁 C. 条件变量 D. 以上都是

第II卷（非选择题，共70分）
7. （10分）简述机器人编程控制中常用的坐标系及其作用。
8. （15分）写出实现机器人关节角度控制的PID算法代码框架（以Python为例）。
9. （15分）阐述机器人路径规划的基本流程，并说明常用的路径规划算法及其优缺点。
10. （20分）材料：某机器人需要在一个复杂的室内环境中完成货物搬运任务。室内存在多个障碍物，且环境布局会不定期改变。
问题：请设计一个基于传感器的局部路径规划方案，以确保机器人能够安全、高效地完成货物搬运任务。
11. （10分）材料：在机器人运动控制实验中，发现机器人在执行直线运动时出现较大偏差。
问题：分析可能导致该偏差的原因，并提出相应的解决措施。

答案：
1. B
2. B
3. B
4. A
5. D
6. D
7. 机器人编程控制中常用的坐标系有笛卡尔坐标系、关节坐标系等。笛卡尔坐标系用于描述机器人末端执行器在空间中的位置和姿态，便于进行任务规划和轨迹控制。关节坐标系则以机器人的各个关节为坐标轴，用于控制关节的运动角度，实现机器人的具体动作。
8. ```python
def pid_control(target, current, kp, ki, kd):
error = target - current
integral += error
derivative = error - prev_error
output = kp error + ki integral + kd derivative
prev_error = error
return output
```
9. 机器人路径规划基本流程：首先进行环境建模，获取环境信息；然后根据任务要求确定起始点和目标点；接着选择合适的路径规划算法进行路径搜索；最后对搜索到的路径进行平滑处理。常用算法如Dijkstra算法，优点是能找到全局最优路径，缺点是计算复杂度高，不适用于大规模环境。A算法结合了启发式信息，搜索效率较高，是较为常用的全局路径规划算法。
10. 可采用激光雷达和超声波传感器结合的方案。激光雷达用于全局环境感知，构建地图。超声波传感器用于近距离避障。当机器人执行任务时，先根据激光雷达地图规划大致路径，在接近障碍物时，超声波传感器实时检测距离，若距离过近则调整路径，以安全高效完成货物搬运。
11. 可能原因：电机参数设置不当，如转速、扭矩等；传感器测量误差；运动控制算法参数不合适。解决措施：检查电机参数，根据机器人负载和任务要求进行调整；校准传感器，提高测量精度；优化运动控制算法参数，如PID参数，通过调试找到最佳值以减小偏差。