广东开放大学机器人传感系统（专）期末考试试卷与参考答案

广东开放大学机器人传感系统（专科）期末复习笔记

（试卷与参考答案参考框架）

一、课程核心知识点梳理

1. 传感器类型与原理

- 光电传感器：光敏电阻、光电二极管、光电编码器等，用于光强、距离、位置检测。

- 温度传感器：热电偶、热敏电阻、红外温度传感器，用于温度测量与控制。

- 压力传感器：压电传感器、电阻应变片，用于力/压力检测（如机器人触觉反馈）。

- 位移传感器：电位器、霍尔传感器、激光测距仪，用于位置与位移测量。

- 视觉传感器：CCD/CMOS摄像头、图像处理算法（如边缘检测、目标识别）。

- 听觉传感器：麦克风阵列，用于声源定位或语音识别。

2. 传感系统组成与集成

- 硬件层：传感器、信号调理电路（放大、滤波）、模数转换（ADC）。

- 通信协议：I2C、RS-485、CAN总线，用于传感器与主控模块的数据传输。

- 数据处理：信号滤波（如卡尔曼滤波）、校准、数据融合（多传感器信息整合）。

3. 典型应用案例

- 工业机器人：装配线中的位置检测、力控抓取、视觉引导定位。

- 服务机器人：避障系统（超声波/红外传感器）、环境温度监测、语音交互。

二、期末考试典型题型与参考答案

1. 单选题（示例）

题目1：以下哪种传感器最适合用于测量机器人末端执行器的微小位移？

A. 热电偶

B. 光电编码器

C. 压电传感器

D. 红外温度传感器

答案：B

解析：光电编码器通过光电转换原理，可高精度测量旋转或直线位移。

题目2：机器人视觉系统的核心功能不包括以下哪项？

A. 目标识别

B. 声源定位

C. 图像处理

D. 环境建模

答案：B

解析：声源定位属于听觉传感器的功能，视觉系统主要处理图像信息。

2. 填空题（示例）

题目1：机器人传感系统中，______用于将模拟信号转换为数字信号，以便主控模块处理。

答案：模数转换器（ADC）

题目2：多传感器数据融合技术的主要目的是提高系统的______和______。

答案：可靠性、鲁棒性

3. 简答题（示例）

题目：简述光电传感器的工作原理及其在机器人中的典型应用。

参考答案：

- 工作原理：光电传感器通过光的发射与接收（或反射）来检测目标。例如，光电开关利用光束被遮断或反射强度变化产生电信号。

- 应用：

1. 工业机器人中用于工件位置检测（如装配线定位）。

2. 服务机器人避障系统中的距离测量。

3. 光电编码器用于电机旋转角度或直线位移测量。

4. 分析题（示例）

题目：某工业机器人在抓取易碎物品时频繁出现力度过大导致损坏的问题，请分析可能的传感系统故障原因并提出解决方案。

参考答案：

- 可能原因：

1. 压力传感器故障：传感器信号异常导致主控模块无法准确感知接触力。

2. 信号传输干扰：电磁干扰导致压力数据丢失或失真。

3. 控制算法缺陷：未设置力控阈值或PID参数调节不当。

- 解决方案：

1. 检查压力传感器的硬件连接与校准。

2. 采用屏蔽电缆或增加滤波电路减少干扰。

3. 优化控制算法，加入力反馈闭环调节。

5. 案例题（示例）

题目：某仓库物流机器人需通过视觉系统识别货架上的条形码，请设计该传感系统的硬件组成与数据处理流程。

参考答案：

- 硬件组成：

1. 视觉传感器：高分辨率摄像头（如CCD相机）。

2. 光源系统：LED补光灯（确保条形码清晰可见）。

3. 信号处理模块：图像采集卡、DSP或FPGA芯片。

- 数据处理流程：

1. 摄像头采集货架图像。

2. 图像预处理（二值化、去噪）。

3. 条形码定位与解码（如使用OpenCV库）。

4. 将解码结果传输至主控模块，指导机器人移动或抓取。

三、高频考点总结

1. 传感器分类与选型原则：根据测量目标（温度、力、位移等）选择传感器类型。

2. 信号处理技术：滤波（低通、高通）、校准、数据融合（如卡尔曼滤波）。

3. 通信协议与系统集成：I2C、RS-485的通信距离与速率特点。

4. 实际应用问题分析：故障排查（如传感器信号异常、数据延迟）。

四、复习建议

1. 重点记忆传感器类型与应用场景，结合教材案例理解其工作原理。

2. 掌握典型题型的解题思路，如简答题需分点回答，分析题需结合理论与实际。

3. 模拟考试训练：通过往年试题或教材习题强化知识点。

祝考试顺利！