怀化学院2026专升本考试《机器人技术基础》课程考试大纲

一、考试目的

机器人技术基础考试旨在考核机器人工程专业专升本学生对机器人基础的相关核心知识、基本理论和关键技术的掌握程度，检验学生运用机器人技术基础理论分析和解决简单工程问题的初步能力，评估学生是否具备升入本科阶段继续学习机器人相关专业课程的知识储备和学习潜力，为本科阶段专业课程学习奠定坚实的基础。同时，兼顾考查学生对机器人领域发展现状、应用场景的了解程度，培养学生的专业认知和行业关注度。

二、考试要求

考生在完成本课程学习后，应达到以下知识和技能两方面的要求：

知识要求：

1.掌握机器人技术的核心概念、基本原理和关键技术，包括机器人的基本组成、机械结构、感觉系统、驱动系统、控制系统等核心模块的工作机制。

2.理解机器人技术相关知识之间的内在关联，能够构建完整的机器人技术知识框架，明确机器人各系统之间的协同工作关系。

3.掌握机器人编程语言的基本要求、类型及常用编程方法，了解离线编程技术的基本思路。

4. 了解机器人的发展历程、分类方式、应用场景及行业发展趋势，熟悉我国机器人发展战略，具备基本的专业行业认知。

技能要求：

1 .能够准确记忆机器人技术的核心概念、基本原理、分类标准、关键参数及典型结构特点。

2.能够深刻理解机器人各系统的组成、工作原理及设计原则，明确不同技术方案的特点和适用场景。

3.  能够运用所学知识分析简单的机器人技术问题，如传感器选型、驱动方式选择、控制策略应用等，具备初步的工程应用思维。

4.  能够结合各章节知识，分析机器人系统的整体工作逻辑，初步具备综合运用知识解决实际问题的能力。

三、考核知识范围及考核要求

(一) 机器人基础知识

【考试要求】

识记： 机器人的定义、机器人学三原则(三定律)、机器人的基本组成部分名称及功能。

理解： 不同分类标准下机器人的典型类型及其特点;工业机器人与智能机器人的主要区别;发展机器人技术对国家战略的意义。

应用： 能根据给定的简单任务场景(如装配、焊接、探测)，判断其适用机器人的主要类型和应具备的基本组成部分。

【主要考点】

1.   机器人的发展历程;

2.   机器人的定义;

3.   机器人系统的基本组成部分;

4.   机器人的主要分类;

5.   我国机器人发展的现状、战略与未来趋势。

(二)机器人的机械结构

【考试要求】

识记： 四种基本坐标型式机器人的名称及其结构特点;常见末端执行器的类型。

理解： 不同坐标型式与其工作空间形状的关系;手腕结构如何实现末端姿态调整;轮式与步行式移动机构各自的优劣势。

应用： 能分析一个简单机器人模型(图示或描述)的机械结构属于何种坐标型式，并描述其可能的工作空间特征。

【主要考点】

1.  机器人机械系统的总体构成;

2.  机身和臂部的主要结构形式(直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节型)及其工作空间特点;

3.  手腕的常见构型(如 RRR、BRR 等)与自由度实现;

4.  手部(末端执行器)的典型类型(夹持式、吸附式、专用工具);

5.  机器人的移动机构(轮式、履带式、步行式)的特点与应用。

(三)机器人的感觉系统

【考试要求】

识记： 内部传感器与外部传感器的定义、主要类别及代表性传感器名称。

理解： 光电编码器测量位置和速度的基本原理;视觉系统在机器人作业中的基本作用;力觉与触觉传感器在实现精细或安全操作中的重要性。

应用： 能针对一个具体的机器人作业任务(如精密装配、易碎物品抓取)，指出所需的主要传感器类型及其作用。

【主要考点】

1.   机器人传感器的一般要求与选用原则;

2.   机器人传感器的分类(内部传感器/外部传感器);

3.   典型内部传感器(如编码器、电位器)用于检测位置与位移的原理;

4.   力/力矩传感器的基本作用与应用;

5.   视觉、接近觉、触觉(接触觉、压觉、滑觉)等外部传感器的工作原理与典型应用场景。

(四)机器人的驱动系统

【考试要求】

识记： 三种驱动方式的优缺点比较;步进电机与伺服电机的主要区别。

理解： 伺服驱动系统的基本构成(驱动器、电机、反馈装置)及其闭环控制原理;气压驱动系统为什么适用于轻载、高速、对精度要求不高的场合。

应用： 能根据机器人的负载、精度、速度及工作环境要求，初步判断和选择合适的驱动方式。

【主要考点】

1.   三种主要驱动方式(液压、气压、电气)的特点、优缺点及适用场合;

2.   电液伺服驱动系统的基本组成与工作原理;

3.   气压驱动系统的组成、特点及典型元件(气缸、气阀);

4.   电气驱动的主要类型(步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机)及其特点。

(五)工业机器人的控制系统

【考试要求】

识记： 点位控制(PTP)与连续路径控制(CP)的定义与区别;控制系统的基本组成模块。

理解： 单关节位置伺服控制的基本思想与流程;示教编程与轨迹再现之间的关系;智能控制技术对于提高机器人适应能力的作用。

应用： 能分析一项典型作业(如点焊、喷漆)对机器人控制方式(点位或连续路径)的要求。

【主要考点】

1.   机器人控制系统的基本功能、组成与结构层次;

2.   工业机器人控制的分类(点位控制、连续轨迹控制;力控制、速度控制、位置控制等);

3.   位置控制的基本原理与实现(单关节位置伺服控制模型);

4.   运动轨迹控制的基本概念与过程(示教、存储、再现);

5.   智能控制技术(模糊控制、神经网络等)在机器人中的应用概念。

(六)机器人编程语言

【考试要求】

识记： 机器人三种编程语言级别的特点;离线编程的定义及其相对于在线示教的主要优点。

理解： 机器人编程语言与通用计算机语言的异同点;工业机器人编程的基本逻辑和常用指令类型。

应用： 能根据生产节拍、产品复杂度、设备占用率等因素，初步判断在线示教与离线编程哪种方式更合适。

【主要考点】

1.   机器人编程的基本要求与特点;

2.   机器人编程语言的类型(动作级、对象级、任务级);

3.   机器人语言系统的组成和基本功能(运动、环境、程序控制等);

4.   常用机器人编程语言(如 RAPID 、VAL 、AL 等)的特点，RAPID 离线编程的定义、语法逻辑。

(七)机器人的应用与发展

识记： 机器人在工业领域几个最广泛的应用方向。

理解： 在典型应用(如弧焊工作站)中，机器人如何与周边设备(变位机、导轨、焊机)协同工作;智能化、柔性化是现代机器人应用发展的核心趋势。

应用： 能结合一个实际应用案例，简述机器人是如何提高生产效率、稳定产品质量或替代人进行危险作业的。

【主要考点】

1.   机器人应用的主要领域(工业、特种、服务等);

2.   工业机器人在焊接、搬运、装配、喷涂等环节的典型应用方案与系统组成;

3.   特种机器人(如空间、水下、军用机器人)的特点;

4.   服务机器人的发展趋势;

5.   机器人技术应用的发展方向(智能化、网络化、人机协作等)。

四、考试形式与试卷结构

1、满分为 200 分，考试时间为 150 分钟 2、答题方式为闭卷、笔试。

五、主要参考书目

1 、《机器人技术基础》，杨立云著， 2018 年(第一版)，机械工业出版社。

六、题型举例

1．单项选择题举例

(1) 以下关于机器人内部传感器与外部传感器的描述中，正确的是 (    )

A. 光电编码器属于外部传感器，用于检测机器人末端与外部物体的距离。

B. 力/力矩传感器通常安装在机器人关节内部，用于测量关节的输出扭矩，属于内部传感器。

C. 视觉传感器通过获取外部环境图像信息来引导机器人作业，属于外部传感器。

D. 接触觉和滑觉传感器主要用于检测机器人各关节的内部位移，属于内部传感器。

(2) 由连杆、关节和其他结构零部件所构成的机器人主体称为(    )。

A、操作臂        B、末端执行器          C、夹具          D、传感器

2．多项选择题举例

(1)机器人的动力学方程可以用来(          )。

A、设计机器人的控制器            B、计算机器人的运动轨迹

C、计算机器人的运动范围          D、计算机器人的关节力矩

(2)机器人的编程方法常见有(          )。

A、示教编程       B、图形编程     C、离线编程    D、语言编程

3．判断题举例

(1)机器人轨迹控制过程中，需要通过求解动力学逆问题获得各个关节角的位置  (         )

(2)机器人的连杆坐标系是建立在连杆上，与连杆固定连接的坐标系  (         )

4．问答题举例

(1)试比较工业机器人液压驱动、气压驱动和电气驱动三种方式的主要特点(从输出力/力矩、控制精度、响应速度、维护复杂性、适用场合等方面)，并说明为什么现代工业机器人普遍采用电气驱动方式。

(2)工业机器人在小型零件搬运作业中，舵机是实现关节精准运动的核心执行元件。请结合工程应用场景，回答以下问题：

① 简述机器人舵机的核心工作原理及关键组成部分;

② 若该搬运机器人在作业中出现定位偏差增大、舵机运行抖动的现象，结合舵机工作原理分析可能的工程原因，并提出对应的解决措施。

5．计算题举例

(1)工业机器人单关节小臂可简化为均质细长杆结构，用于实现零件搬运时的俯仰转动。已知该小臂长度 L=0.8m ，质量 m=4kg ，关节转动角加速度 α=5rad/s² , 当小臂与水平方向成 30 °夹角匀速转动(角速度 ω=0)时，忽略摩擦阻力，试计算：①该小臂的转动惯量(已知均质细长杆绕一端转动的转动惯量公式为 J=½mL² ) ; ② 关节电机需要提供的驱动力矩(驱动力矩需克服惯性力矩和重力矩，重力加速度 g取 10m/s² ) 。

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