2025年工业机器人安全知识及末端执行器操作考核试题含答案

2025年工业机器人安全知识及末端执行器操作考核试题含答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.2025版ISO10218-2对协作机器人末端执行器最大动态压力的新限值是A.120N/cm² B.150N/cm² C.180N/cm² D.200N/cm²答案：B2.在末端执行器快换装置中，二次机械锁止机构的作用是A.降低重量 B.提高重复定位精度 C.防止气压骤降导致工具脱落 D.加快换盘速度答案：C3.当使用真空吸盘搬运多孔铝合金件时，优先选择的真空泵类型为A.叶片式 B.水环式 C.文丘里式 D.旋涡风机答案：C4.2025年新版GB/T12642中，对协作模式下机器人末端力的持续监测采样频率最低要求为A.50Hz B.100Hz C.250Hz D.1000Hz答案：B5.伺服电抓手中“电流-力”曲线出现非线性突变最可能的原因是A.电机磁钢退磁 B.减速机背隙增大 C.手指连杆机构进入机械死点 D.编码器零位漂移答案：C6.在末端执行器风险评估矩阵中，发生概率等级“P5”对应的年度发生次数范围是A.<1×10⁻⁶ B.1×10⁻⁶~1×10⁻⁴ C.1×10⁻⁴~1×10⁻² D.>1×10⁻²答案：D7.采用“安全限速”(SLS)功能时，机器人末端线速度超过阈值后，驱动器应在A.50ms内切断电机电源 B.100ms内触发安全抱闸 C.500ms内减速至零 D.1s内发出警告但不减速答案：B8.末端执行器IP65防护等级中，“5”表示A.完全防尘 B.防护直径1.0mm固体异物 C.防护喷水 D.防护低压水射流答案：C9.当机器人末端执行器进入“safelimitedtorque”模式时，关节扭矩限制值通常由A.用户程序设定 B.安全PLC硬接线 C.安全编码器反馈 D.安全驱动器参数固化答案：D10.在激光视觉焊缝跟踪系统中，末端执行器抖动导致图像模糊，应优先调整A.激光器功率 B.工业相机增益 C.机器人加速度段平滑系数 D.保护气体流量答案：C11.2025年《工业机器人末端执行器安全认证实施规则》首次把“生物相容性”纳入A.食品分拣抓手 B.医疗协作机器人末端 C.防爆喷涂手爪 D.铸造去毛刺工具答案：B12.末端执行器使用“安全扭矩关闭”(STO)后，下列哪项仍能维持A.伺服电机位置环 B.制动器抱闸力矩 C.编码器供电 D.驱动器散热风扇答案：D13.在“安全软轴”功能中，若末端执行器超出设定球面区域，机器人将A.降速至10%额定速度 B.立即触安全停止2 C.反向退回20mm D.仅在上位机弹窗提示答案：B14.末端执行器快换盘信号针脚“E-STOPLoop”断开时，机器人系统进入A.防护停止 B.紧急停止 C.安全待机 D.自动复位答案：B15.当协作机器人末端执行器与人接触力超过150N时，最新安全规范要求A.立即断电 B.0.5s内减至<50N C.1s内减至<80N D.2s内减至<120N答案：B二、多项选择题（每题3分，共30分；多选少选均不得分）16.下列哪些属于末端执行器“本质安全设计”措施A.采用24V直流无刷电机 B.手指边缘倒角R≥2mm C.外壳使用导电POM材料 D.内置力矩限制弹簧 E.设置黄色警示灯答案：ABD17.在末端执行器安全电路中，满足PLe/SIL3的元件有A.双通道安全继电器 B.单通道普通PLC C.冗余OSSD输出光幕 D.带自诊断的安全编码器 E.普通24V继电器答案：ACD18.关于“安全触摸”(SafeTouch)皮肤传感器，下列说法正确的是A.电容式可实现1mm厚度 B.光纤式抗电磁干扰强 C.电阻式响应时间<5ms D.可布置在手指内侧与外侧 E.需每12个月校准一次答案：ABDE19.末端执行器进行“负载跌落测试”时，需记录A.跌落高度 B.跌落角度 C.地面材质硬度 D.残余变形量 E.声音分贝值答案：ABCD20.下列哪些情况会触发末端执行器“安全保护停止”A.安全门打开 B.光栅被遮挡 C.系统进入T2调试模式 D.用户按下示教器使能键 E.安全PLC丢失心跳信号答案：ABE21.在食品级末端执行器中，符合FDA21CFR177.1520的材料有A.PEEK B.PTFE C.304不锈钢 D.硅胶SIL60 E.聚丙烯PP答案：ABDE22.末端执行器“安全限速”功能激活后，机器人控制系统应A.关闭伺服使能 B.限制关节加速度 C.降低路径速度至设定百分比 D.屏蔽外部I/O E.保持位置反馈答案：BCE23.采用“安全总线”(FSoE)通信时，安全数据帧包含A.CRC32校验 B.时间戳 C.状态字 D.生命计数器 E.非安全IO数据答案：ABCD24.末端执行器“静电消散”设计要点包括A.表面电阻10⁶~10⁹Ω B.接地电阻<1Ω C.使用导电毛刷 D.避免绝缘涂层 E.增加湿度至80%RH答案：ABCD25.在“安全参数锁”(SafetyLock)机制中，防止非授权修改的参数有A.安全速度阈值 B.安全力阈值 C.工具坐标系质量 D.用户程序注释 E.安全PLC源码答案：ABCE三、判断题（每题1分，共15分；正确打“√”，错误打“×”）26.末端执行器使用“安全扭矩关闭”后，制动器仍保持失电制动状态。答案：√27.2025年起，所有协作机器人末端执行器必须内置六维力传感器才能通过CR认证。答案：×28.末端执行器手指镀镍层厚度≥8μm即可满足盐雾试验72h无锈斑。答案：√29.在防爆区域使用的末端执行器，其静电消散时间常数τ应小于1s。答案：√30.末端执行器安全电路的MTTFD值越大，PFH值越小。答案：√31.安全PLC与末端执行器之间使用标准以太网IP即可满足SIL3通信要求。答案：×32.末端执行器“安全软轴”功能可在三维空间内设定任意形状限制区域。答案：√33.末端执行器进行“生物相容性”测试时，细胞毒性评级需≤2级。答案：√34.末端执行器快换装置的安全销只要使用不锈钢材料就无需再做疲劳测试。答案：×35.末端执行器“安全限速”触发后，机器人可在200ms内自动恢复运行。答案：×四、填空题（每空2分，共30分）36.2025年ISO/TS15066将协作机器人末端执行器与人接触的最大允许__________力定为150N，最大允许__________压强定为150N/cm²。答案：瞬态；静态37.末端执行器“安全扭矩关闭”(STO)功能触发后，驱动器内部__________桥被关闭，但__________供电仍保持。答案：PWM逆变；控制电源38.在末端执行器风险评估中，严重度等级S4表示人员受到__________伤害，需__________才能恢复。答案：不可逆；手术39.末端执行器使用“安全编码器”时，其自诊断覆盖率DC≥__________%，以满足PLe要求。答案：9940.末端执行器手指表面粗糙度Ra≤__________μm，可降低皮肤划伤风险。答案：0.841.末端执行器快换装置的安全销需进行__________万次插拔疲劳测试，残余间隙≤__________mm。答案：10；0.0542.末端执行器“安全软轴”功能基于__________坐标系，若超出设定球面半径，机器人进入__________停止。答案：工具；安全保护43.末端执行器“生物相容性”测试中，皮肤刺激性试验采用__________兔，观察__________小时。答案：新西兰白；7244.末端执行器防爆标志ExdbibIICT6中，“db”表示__________防爆型式，“T6”表示最高表面温度≤__________℃。答案：隔爆；8545.末端执行器“安全总线”FSoE周期时间≤__________μs，抖动≤__________μs，可满足SIL3实时性。答案：1000；10五、简答题（每题10分，共40分）46.简述2025年新版协作机器人末端执行器“安全力监测”功能的硬件架构与信号链路。答案：硬件架构包括六维力传感器、安全模拟量模块、安全PLC、安全驱动器。六维力传感器输出0~10V差分信号，经屏蔽双绞线接入安全模拟量模块，模块采样频率1kHz，16位分辨率，内部二取一冗余比较，偏差>2%触发诊断报警。安全PLC通过FSoE总线读取力值，与预设阈值比较，若超出150N立即发送STO信号给安全驱动器，驱动器在50ms内关闭PWM，同时触发抱闸。整个链路MTTFD=250年，DC=99%，满足PLe。47.末端执行器快换装置在意外掉压时如何防止工具坠落？答案：采用三级保护：1.主锁由弹簧加压的圆锥面锁紧，气压消失后弹簧仍保持≥5kN锁紧力；2.二次机械锁为钢球+棘轮结构，需气压>0.4MPa才能解锁，失压时钢球卡入凹槽；3.安全销为最后一级，插入φ8mm不锈钢销，需手动拔出。三级独立动作，任意一级有效即可防止坠落，通过10万次疲劳测试，残余间隙<0.05mm。48.描述末端执行器“安全触摸”皮肤传感器的校准流程。答案：1.预热30min，恒温23℃±2℃；2.使用标准力锤施加10N、50N、100N三级力，每级重复5次，记录传感器输出电压；3.计算线性度误差，要求≤±2%FS；4.用ShoreA20硅胶头模拟人体皮肤，以5mm/s速度压入，记录触发时间，要求<5ms；5.调整放大器增益，使100N对应10V；6.写入校准参数到传感器EEPROM，CRC校验；7.出具校准证书，有效期12个月。49.说明末端执行器“安全限速”(SLS)与“安全限位”(SLP)在协作模式下的区别及应用场景。答案：SLS限制速度，当末端线速度>250mm/s时触发安全保护停止，适用于人手可能进入工作区域但需保持连续运行的场景，如协作装配。SLP限制空间，当末端超出设定三维区域时触发停止，适用于固定防护栏开口、需要严格空间隔离的场景，如机床上下料。SLS通过安全驱动器实时监测关节转速实现，响应时间<50ms；SLP通过安全PLC读取绝对编码器位置，与预设区域比较，响应时间<100ms。两者可叠加使用，形成“速度+空间”双冗余。六、计算题（每题15分，共30分）50.某协作机器人末端执行器质量m=3kg，重心距离法兰盘L=80mm，以a=2m/s²减速时，计算惯性力对六维力传感器Y轴产生的附加力矩，并判断是否超出传感器额定力矩±30N·m。答案：惯性力F=ma=3kg×2m/s²=6N；附加力矩M=F×L=6N×0.08m=0.48N·m；0.48N·m<30N·m，故未超出。51.末端执行器手指采用碳纤维复合材料，宽度b=20mm，厚度h=3mm，跨距l=60mm，受到集中载荷F=200N时，计算最大弯曲应力σ，并校核是否低于材料许用应力800MPa。答案：截面惯性矩I=bh³/12=20×3³/12=45mm⁴；最大弯矩M=Fl/4=200×60/4=3000N·mm；σ=M·y/I=3000×1.5/45=100MPa；100MPa<800MPa，安全裕度8倍，满足要求。七、案例分析题（每题20分，共40分）52.某工厂协作机器人末端执行器在调试时，人员右手被夹，造成掌骨骨折。调查发现：1.安全PLC程序中力阈值设为300N；2.六维力传感器未校准，偏差+25%；3.安全门被短接。请分析直接原因、间接原因、整改措施。答案：直接原因：力阈值300N远超150N限值，传感器偏差导致实际力达375N未触发停止。间接原因：安全门被短接，失去防护；调试人员未佩戴示教器使能键。整改措施：1.将力阈值改为120N，保留20%裕量；2.每6个月校准传感器，偏差>2%立即更换；3.拆除安全门短接线，加装FSoE光栅；4.调试时必须双手使能，启用“安全缩减速度”模式，速度<150mm/s；5.开展安全培训并考核，记录存档。53.末端执行器快换装置在运行中突然报警“ToolDropImminent”，机器人急停。现场检查：气压0.5MPa正常，安全销未插，主锁磨损0.2mm。请分析故障链并提出预防措施。答案：故障链：主锁磨损→圆锥面锁紧力下降→振动冲击下产生微动→二次锁钢球部分退出→传感器检测到间隙>0.1mm→系统报警→急停。预防措施：1.每月检查主锁磨损，极限值0