2025年工业机器人协作安全应用标准知识考核题目与答案解析

2025年工业机器人协作安全应用标准知识考核题目与答案解析一、单项选择题（每题2分，共20题，总分40分）1.根据2025年最新版《工业机器人协作安全应用标准》（以下简称“标准”），工业机器人与人类协作的四种模式中，“安全限速协作”模式的最大运行速度阈值为：A.0.2m/sB.0.5m/sC.1.0m/sD.1.5m/s答案：B解析：标准第3.2.1条明确规定，安全限速协作模式下，机器人末端执行器的最大线速度不得超过0.5m/s，以确保人员接近时碰撞能量在可接受范围内。2.协作机器人系统中，“手动引导”功能启用时，必须满足的核心安全条件是：A.机器人处于急停状态B.操作人员持续按压“使能装置”C.机器人工作空间无其他运动部件D.系统力矩限制值设为额定值的30%答案：B解析：标准第4.3.2条规定，手动引导（ManualGuiding）功能需通过操作人员持续激活使能装置（如双按钮或压力传感器）实现，若操作人员松开装置，机器人必须立即停止运动，防止非预期动作。3.协作机器人工作区边界的“安全防护围栏”与机器人运动范围的最小水平距离应满足：A.不小于0.5mB.基于风险评估确定，且不小于1.2mC.由机器人最大伸展半径加0.3mD.与机器人最大运行速度成反比，公式为S=K×T+C（K为人体反应速度系数，T为系统响应时间，C为安全裕量）答案：D解析：标准第5.1.3条指出，安全防护距离需通过公式S=K×T+C计算（K取1600mm/s，T为系统从检测到人员进入到停止的时间，C≥100mm），而非固定值，以适配不同场景的风险等级。4.协作机器人的“接触检测”功能需满足的最小检测力阈值为：A.20N（手部区域）B.150N（躯干部位）C.50N（手臂部位）D.80N（头部区域）答案：A解析：标准附录A.2规定，接触检测的力阈值需根据人体不同部位的耐受度设定：手部区域≤20N，手臂≤100N，躯干≤150N，头部为禁止接触区域（需通过其他防护措施避免）。5.当协作机器人系统采用“安全监控停止”模式时，系统从接收到人员进入信号到完全停止的最大允许时间为：A.0.1sB.0.5sC.1.0sD.1.5s答案：B解析：标准第3.2.3条明确，安全监控停止模式下，系统响应时间（从检测到人员进入到机器人停止）不得超过0.5s，以确保人员进入危险区域前机器人已停止。6.协作机器人的“急停装置”应满足的最严格要求是：A.安装在操作人员视线可及范围内B.采用红色蘑菇头设计，直径≥40mmC.触发后需手动复位，无法自动恢复D.与机器人控制系统采用冗余电路连接答案：C解析：标准第6.2.1条规定，急停装置触发后，系统必须通过手动操作（如旋转复位按钮）恢复运行，禁止自动复位，防止因误触或系统故障导致机器人意外启动。7.协作机器人的“安全PLC”（安全可编程逻辑控制器）必须满足的性能等级（PL）为：A.PLcB.PLdC.PLeD.PLf答案：C解析：根据ISO13849-1:2015，协作机器人涉及人员安全的控制回路需达到PLe（最高性能等级），以确保故障概率≤1×10⁻⁶/h，满足高风险场景的安全要求。8.协作机器人与操作人员共享工具时，“工具自动更换系统”的安全等级需至少达到：A.SIL1B.SIL2C.SIL3D.SIL4答案：B解析：标准第7.3.1条规定，工具自动更换系统涉及人机交互的关键动作（如夹持、释放）需满足SIL2（安全完整性等级2），确保故障检测覆盖率≥90%，降低工具意外脱落风险。9.协作机器人的“视觉防护系统”（如3D摄像头）的最小刷新频率应为：A.10HzB.25HzC.50HzD.100Hz答案：B解析：标准第5.2.2条要求，视觉防护系统的图像采集与处理频率不低于25Hz（即每0.04秒更新一次数据），以确保实时检测人员位置，避免因延迟导致防护失效。10.风险评估中，“残余风险”的定义是：A.采取安全措施后仍无法消除的风险B.初始风险评估中未识别的潜在风险C.由操作人员失误引发的额外风险D.机器人老化后新增的机械故障风险答案：A解析：标准第2.4.3条定义，残余风险指通过工程控制（如防护装置、安全功能）和管理措施（如培训、规程）后，仍无法完全消除的风险，需在操作手册中明确标注并要求操作人员知晓。11.协作机器人的“力矩限制”功能需在碰撞发生后多长时间内触发停止？A.≤50msB.≤100msC.≤200msD.≤500ms答案：A解析：标准第4.2.1条规定，力矩限制功能的响应时间需≤50ms，以确保碰撞能量未达到人体伤害阈值前机器人已停止，例如当末端速度为0.5m/s时，50ms内的移动距离仅25mm，可有效降低伤害。12.协作区域内的“状态指示灯”需采用的颜色与含义对应正确的是：A.绿色-待机，黄色-运行，红色-故障B.蓝色-手动模式，黄色-协作模式，红色-急停C.白色-调试，绿色-自动运行，红色-报警D.紫色-安全模式，橙色-警告，红色-停止答案：B解析：标准第6.3.1条规定，状态指示灯需符合ISO13850:2015，蓝色表示手动控制模式，黄色表示协作模式（机器人与人员共享空间），红色表示急停或故障状态，确保操作人员快速识别系统状态。13.协作机器人的“安全通信协议”应优先选择的类型是：A.ModbusRTUB.ProfibusDPC.PROFINETIOSafetyD.Ethernet/IP答案：C解析：标准第8.1.2条推荐使用PROFINETIOSafety等具备安全数据校验（如CRC校验、序列码验证）和冗余通信的协议，其可满足SIL3等级要求，相比Modbus等非安全协议，能有效防止通信数据篡改或丢失导致的安全功能失效。14.当协作机器人需要进入“自动模式”（无人员协作）时，必须执行的安全操作是：A.关闭所有接触检测功能B.启动物理防护围栏的互锁装置C.将运行速度提升至额定值D.重新进行风险评估答案：B解析：标准第3.1.2条规定，自动模式下机器人需在封闭的防护空间内运行，物理围栏的互锁装置（如门开关）必须启用，确保围栏未关闭时机器人无法启动，防止人员误入。15.协作机器人的“示教器”必须具备的安全功能是：A.防跌落保护（IP65等级）B.双按钮使能装置（需持续按压）C.无线通信距离限制（≤10m）D.操作记录存储（≥30天）答案：B解析：标准第4.3.1条明确，示教器必须配备双按钮使能装置（如“死手开关”），操作人员需持续按压两个按钮才能控制机器人运动，若松开任意一个，机器人立即停止，防止误操作。16.协作机器人的“能量限制”设计中，关节驱动单元的最大动能阈值为：A.2J（旋转关节），5J（直线关节）B.10J（旋转关节），20J（直线关节）C.5J（所有关节）D.20J（旋转关节），30J（直线关节）答案：A解析：标准附录B.1规定，为避免碰撞导致的骨折风险，旋转关节的最大动能需≤2J（对应转速≤60rpm，质量≤0.5kg），直线关节≤5J（对应速度≤0.5m/s，质量≤40kg）。17.协作机器人系统的“安全评估”应在哪个阶段进行？A.设计开发阶段B.安装调试阶段C.投入使用前D.以上全选答案：D解析：标准第2.3.1条要求，安全评估需贯穿全生命周期：设计阶段（确认设计符合标准）、安装阶段（验证现场配置）、使用前（最终验收）、以及每年一次的定期评估（因工况变化可能引入新风险）。18.协作机器人的“触觉传感器”覆盖区域需至少达到运动部件表面积的：A.30%B.50%C.80%D.100%答案：C解析：标准第5.2.3条规定，触觉传感器需覆盖机器人运动部件（如手臂、末端执行器）表面积的80%以上，确保90%的可能碰撞点能被检测到，避免因传感器盲区导致防护失效。19.当协作机器人检测到“非预期运动”（如程序错误导致的异常移动）时，系统应：A.降低运行速度并发出警报B.立即触发安全监控停止C.继续运行直至完成当前任务D.切换至手动引导模式答案：B解析：标准第4.1.3条规定，非预期运动属于危险状态，系统必须立即触发安全监控停止（SS1），即机器人停止所有运动并保持制动，防止伤害发生。20.依据标准，协作机器人的“操作手册”必须包含的关键信息是：A.维修人员联系方式B.每日维护记录表模板C.残余风险清单及应对措施D.机器人型号与出厂编号答案：C解析：标准第9.1.1条要求，操作手册需明确列出残余风险（如高速运动时的碰撞风险、工具尖锐部分的切割风险）及对应的操作人员防护措施（如佩戴护具、保持安全距离），确保用户知晓潜在危险。二、多项选择题（每题3分，共10题，总分30分，每题至少2个正确选项，错选、漏选均不得分）1.工业机器人协作安全的核心原则包括：A.风险最小化（通过设计消除或降低风险）B.安全功能冗余（关键功能需双重备份）C.人机交互透明化（状态可感知、操作可预测）D.人员培训（仅需培训操作人员，维护人员无需参与）答案：ABC解析：标准第1.2条明确核心原则为风险最小化（设计优先）、安全功能冗余（如双回路急停）、人机交互透明化（如状态指示灯、声音提示）；人员培训需覆盖操作人员、维护人员及管理人员，因此D错误。2.协作机器人的“安全功能”通常包括：A.速度与位置监控（SpeedandPositionMonitoring,SPM）B.力矩限制（Force/TorqueLimiting,FTL）C.安全监控停止（SafelyMonitoredStop,SMS）D.手动引导（ManualGuiding,MG）答案：ABCD解析：标准第4章规定，协作机器人需具备SPM（限制速度和位置）、FTL（碰撞检测）、SMS（人员进入时停止）、MG（手动控制）等安全功能，缺一不可。3.风险评估的主要步骤包括：A.识别危险（如碰撞、夹伤、能量释放）B.评估风险等级（严重性、可能性、暴露频率）C.选择安全措施（工程控制、管理措施）D.记录评估结果（形成文档并定期更新）答案：ABCD解析：标准第2.3.2条详细列出风险评估步骤：危险识别→风险分析→措施选择→结果记录，四者均为必要步骤。4.协作机器人工作区的“物理防护”需满足的要求有：A.围栏高度≥1.8m（防止人员攀爬）B.围栏网孔≤50mm×50mm（防止肢体伸入）C.围栏门与机器人控制系统互锁（开门时机器人停止）D.围栏材料需耐腐蚀、抗冲击（如不锈钢或强化塑料）答案：BCD解析：标准第5.1.1条规定，围栏高度需≥1.6m（非1.8m），网孔≤50mm×50mm（防止手掌伸入），门需互锁，材料需符合机械强度要求（如抗1000N冲击），因此A错误。5.协作机器人的“安全通信”需满足的条件包括：A.数据传输延迟≤100msB.具备错误检测与纠错功能（如CRC校验）C.安全数据与非安全数据隔离传输D.支持断点续传（避免通信中断导致系统失效）答案：BC解析：标准第8.1.1条规定，安全通信需满足延迟≤50ms（A错误），具备错误检测（如CRC）和纠错（如重传），安全与非安全数据隔离（避免干扰），不要求断点续传（因中断时系统应触发停止），因此D错误。6.协作机器人“接触检测”的技术手段包括：A.关节力矩传感器（检测电机电流变化）B.皮肤式触觉传感器（分布于机器人表面）C.视觉系统（通过图像识别接触动作）D.力控末端执行器（内置力传感器）答案：ABD解析：接触检测主要依赖物理传感器（关节力矩、表面触觉、末端力控），视觉系统属于非接触式检测（用于人员定位），无法直接检测接触力，因此C错误。7.协作机器人“紧急停止”后的恢复流程需包括：A.检查急停触发原因（如人员误触或故障）B.手动复位急停装置（禁止自动恢复）C.重新启动前确认协作区域无人员D.恢复后立即以最高速度运行答案：ABC解析：标准第6.2.2条规定，急停恢复需检查原因、手动复位、确认区域安全，恢复后应低速试运行（非最高速度），因此D错误。8.依据ISO13849-1:2015，安全控制系统的“性能等级（PL）”由以下哪些因素决定？A.危险事件的频率与持续时间B.系统故障的概率（PFH）C.人员暴露于危险的时间D.系统的诊断覆盖率（DC）答案：BD解析：PL由系统的平均危险故障概率（PFH）和诊断覆盖率（DC）决定，A、C属于风险评估中的因素，非PL计算参数，因此错误。9.协作机器人“非预期运动”的可能触发因素包括：A.控制程序错误（如逻辑漏洞）B.外部电磁干扰（EMI）导致信号误判C.操作人员正确使用示教器D.机械部件磨损（如齿轮间隙过大）答案：ABD解析：非预期运动通常由程序错误、电磁干扰、机械故障等引发，操作人员正确使用示教器（如持续按压使能装置）属于正常操作，不会触发非预期运动，因此C错误。10.协作机器人“维护与保养”的安全要求包括：A.维护前需执行“锁定/挂牌”（LOTO）程序B.更换部件后需重新校准安全功能（如力矩限制）C.允许在机器人运行时清洁表面灰尘D.维护记录需保存至少3年答案：ABD解析：标准第7.2.1条规定，维护时需锁定能源（LOTO），更换部件后校准安全功能，维护记录保存≥3年；禁止运行中清洁（属于危险操作），因此C错误。三、判断题（每题1分，共10题，总分10分，正确填“√”，错误填“×”）1.协作机器人的“安全监控停止”模式下，机器人可以保持通电但无运动，允许操作人员进入工作区。（）答案：√解析：安全监控停止（SMS）模式下，机器人停止运动但保持控制系统通电，允许人员进入协作区进行装配等操作（标准第3.2.3条）。2.协作机器人的“力矩限制”功能仅需在机器人手臂末端设置传感器即可。（）答案：×解析：力矩限制需在每个关节设置传感器，因为碰撞可能发生在手臂任意位置，仅末端传感器无法检测关节处的力矩变化（标准第4.2.2条）。3.风险评估只需在机器人首次投入使用时进行，后续无需更新。（）答案：×解析：风险评估需定期（至少每年一次）或在工况变化（如更换工具、调整工艺）后重新进行（标准第2.3.3条）。4.协作机器人的“示教器”可以使用无线连接，无需物理线缆。（）答案：√解析：标准第4.3.1条允许示教器采用无线通信（如蓝牙5.0以上），但需满足延迟≤20ms且抗干扰能力（如2.4GHz跳频技术），确保控制指令实时性。5.协作区域的“声音报警”应采用高频短音（如1000Hz，0.5s间隔），以便操作人员快速识别。（）答案：×解析：标准第6.3.2条规定，声音报警需采用低频长音（如500Hz，1s间隔），因其在工业环境中传播更远且更易被识别（高频音易被机器噪音掩盖）。6.协作机器人的“视觉防护系统”无需校准，可直接使用出厂设置。（）答案：×解析：视觉系统需在安装后及环境变化（如光线、背景）时重新校准，确保人员定位精度（标准第5.2.2条）。7.协作机器人的“工具自动更换”可以在操作人员手部未离开更换区域时启动。（）答案：×解析：工具更换需通过传感器确认人员手部已离开危险区域（如通过视觉或触觉检测），否则禁止启动（标准第7.3.2条）。8.协作机器人的“急停装置”可以与其他设备（如机床）共享同一套电路。（）答案：×解析：急停装置需独立于其他设备的控制电路，避免因其他设备故障导致急停功能失效（标准第6.2.1条）。9.协作机器人的“接触检测”功能在自动模式（无人员协作）下可以关闭。（）答案：√解析：自动模式下人员不在协作区，接触检测功能可关闭以提高效率，但物理防护围栏必须启用（标准第3.1.2条）。10.协作机器人的“操作手册”可以仅提供电子版本，无需纸质版。（）答案：×解析：标准第9.1.1条要求，操作手册需同时提供纸质版和电子版，确保无电子设备时操作人员仍可查阅。四、案例分析题（共2题，总分20分）案例1：某汽车总装线协作机器人安全改造项目（10分）某汽车厂计划在总装线引入5台协作机器人，与工人共同完成车门安装任务（机器人负责取件，工人负责定位）。已知机器人最大负载10kg，末端速度0.8m/s（原自动模式），工作区为开放式（无围栏），工人需频繁进入机器人运动范围。问题1：根据标准，该场景存在哪些安全隐患？（4分）问题2：应采取哪些针对性安全措施？（6分）答案：问题1安全隐患：①末端速度0.8m/s超过安全限速协作模式的0.5m/s阈值（标准3.2.1）；②开放式工作区无物理防护或人员检测系统，无法防止工人意外进入（标准5.1.1）；③未配置接触检测功能（机器人原用于自动模式，可能未安装力矩/触觉传感器）（标准4.2.1）；④未进行风险评估，无法识别车门取件时的夹伤风险（如机器人与车门边缘的挤压）（标准2.3.1）。问题2安全措施：①限制机器人末端速度≤0.5m/s（安全限速模式），或切换为“手动引导”模式（需工人持续控制）（标准3.2.1）；②安装3D视觉防护系统（刷新频率≥25Hz），检测工人位置，进入危险区时触发安全监控停止（标准5.2.2）；③在机器人手臂和末端安装触觉传感器（覆盖表面积≥80%），设置接触力阈值≤20N（手部区域）（标准5.2.3）；④开展风险评估，识别车门取件时的挤压风险，增加末端执行器的圆角设计（半径≥5mm）以降低伤害（标