2024年工业机器人(三级高级)技能鉴定理论考试题库及答案

2024年工业机器人(三级高级)技能鉴定理论考试题库及答案一、工业机器人系统构成与工作原理1.【单选】在六关节工业机器人中，用于实现腕部俯仰运动的关节轴通常标记为：A.J3 B.J4 C.J5 D.J6答案：C解析：按ISO8373命名规则，J5为腕部俯仰轴，J4负责腕部回转，J6负责腕部翻转。2.【单选】下列关于交流伺服电机光电编码器A、B、Z信号的说法，正确的是：A.A超前B90°表示电机反转 B.Z信号每圈仅出现一次用于找零 C.A、B信号电压为24V差分 D.编码器线数即电机极对数答案：B解析：Z信号为单圈零位脉冲；A、B相位差90°，方向由超前关系判定；线数与极对数无关；差分电压多为5V。3.【单选】某机器人控制柜采用EtherCAT环网，站点数32，周期1ms，若每个从站处理延时为1μs，则理论最小同步抖动为：A.0 B.1μs C.32μs D.64μs答案：C解析：EtherCAT采用“onthefly”机制，帧经过全部从站后返回主站，总单程延时为32×1μs=32μs，主站据此补偿，抖动下限即单程累积。4.【多选】下列哪些总线支持分布式时钟同步精度<1μs？A.CANopen B.EtherCAT C.PROFINETIRT D.Powerlink答案：B、C、D解析：CANopen无硬件同步，精度约10μs；其余三者通过专用硬件同步。5.【判断】在RV减速机中，摆线轮齿廓采用短幅外摆线等距曲线，目的是实现多齿啮合，提高刚性。答案：正确解析：短幅外摆线使同时啮合齿数达20%以上，刚性提升30%。6.【填空】某型号机器人重复定位精度为±0.05mm，采用激光跟踪仪依据ISO9283进行测试，测量次数n=30，若样本标准差s=0.018mm，则其扩展不确定度U95（k=2）为________mm。答案：0.036解析：U95=k·s=2×0.018=0.036mm。7.【简答】说明协作机器人“功率与力限制”(PFL)功能中“动态力窗”算法的实现步骤。答案：1.实时读取关节电流→2.通过电机模型估算各轴输出力矩→3.利用雅可比矩阵映射到末端笛卡尔力→4.结合外力观测器滤除惯性力→5.将估计值与预设生物耐受曲线比较→6.若超限则按比例降低驱动级电流限幅→7.若持续>500ms仍超限则触发停机并记录黑匣子。二、运动学与动力学建模8.【单选】对6R机器人进行逆运动学求解时，若第3、5轴轴线平行，则最可能导致的数学问题是：A.退化导致秩亏 B.出现双解 C.奇异使雅可比行列式为零 D.无解答案：C解析：平行轴带来腕部奇异，使雅可比降秩。9.【计算】已知某6R机器人DH参数（mm，°）如下：|i|α|a|d|θ||1|90|0|400|θ1||2|0|600|0|θ2||3|90|200|0|θ3||4|−90|0|800|θ4||5|90|0|0|θ5||6|0|0|180|θ6|求：当θ=[0,−90,0,0,0,0]°时，基坐标系下工具坐标系原点的位置矢量。答案：[600,0,1200]mm解析：逐次相乘齐次变换矩阵，得p=0T6(1:3,4)。10.【多选】下列哪些方法可用于避免逆运动学数值解的奇异跳跃？A.阻尼最小二乘(DLS) B.梯度投影法 C.加权伪逆 D.增广任务空间答案：A、C、D解析：梯度投影用于冗余避障，不直接抑制奇异跳跃。11.【填空】若机器人末端受力F=[30,0,0]N，力矩M=[0,0,10]N·m，雅可比矩阵J已知，则关节力矩τ=________。答案：Jᵀ·[F;M]解析：依据虚功原理τ=Jᵀ·W。12.【简答】说明利用李群SE(3)进行机器人正运动学建模的优势。答案：1.避免万向锁；2.指数坐标可直接映射轴线twist；3.微分运动学可用伴随矩阵Ad_g实现坐标系间转换；4.数值积分无需重算三角函数，提高0.8倍速度；5.与ROS/Moveit插件兼容。三、编程与示教技术13.【单选】在FANUCTP程序中，指令“JP[1]100%FINE”里“FINE”含义为：A.精确到位且速度100% B.减速到零后执行下条 C.提前段预读 D.使用关节插补答案：B解析：FINE要求到位检测，Inpos窗口满足后才继续。14.【单选】ABBRAPID中，若要实现中断优先级高于普通运动任务，应使用：A.TRAP B.PROC C.FUNC D.RECORD答案：A解析：TRAP可嵌套并抢占运动任务。15.【多选】下列哪些指令可用于KUKAKRL实现样条曲线(Spline)连续轨迹？A.SPL B.SLIN C.SCIRC D.PTP答案：A、B、C解析：PTP为点对点，不保证路径连续。16.【填空】在YaskawaINFORM中，若需将通用输出端口5置ON并延时300ms，再置OFF，应写指令：________。答案：DOUTOT(5)ON;TIMERT=30;DOUTOT(5)OFF解析：TIMER单位0.01s，30×10ms=300ms。17.【综合】阅读下列StaubliVAL3代码段，指出错误并修正：```val3movej(pApproach,t=20,r=10)waitEndMove()if(dio.get("Grip")==1)thenmovej(pPlace,t=15)endIf```答案：waitEndMove()会阻塞直到运动结束，但检测Grip信号应在运动途中完成；应改用事件中断或monitor。修正：```val3movej(pApproach,t=20,r=10,monitor="GripCheck")...monitorGripCheck()if(dio.get("Grip")==1)thenstopMove()movej(pPlace,t=15)endIfendMonitor```18.【简答】说明利用ROS2MoveIt2进行在线碰撞检测时，为何需要“bullet3”作为后端，并给出参数配置示例。答案：bullet3支持连续碰撞检测(CCD)，避免离散步长漏检。参数：```yamlplanning_scene_monitor:collision_detector:bullet3collision_detector_config:contact_distance:0.05ccd_max_iterations:50ccdswept_fraction:0.9```四、视觉与力控集成19.【单选】在EyeinHand系统中，若相机安装法兰误差导致平移偏移[2,1,0]mm，旋转误差0.3°绕Y轴，则对视觉伺服稳定性的主要影响是：A.图像雅可比矩阵奇异 B.特征点深度估计偏差 C.控制律增益失配 D.手眼标定外参漂移答案：C解析：偏移使实际图像速度≠期望值，导致增益失配，系统振荡。20.【单选】基于六维力传感器的导纳控制，若质量矩阵M=diag([10,10,10]),阻尼D=diag([100,100,100]),刚度K=diag([500,500,500])，则临界阻尼比ζ为：A.0.5 B.1 C.2 D.5答案：B解析：ζ=D/(2√(MK))=100/(2√(10×500))=1。21.【多选】下列哪些算法可用于在线估计工件坐标系(Wobj)？A.三点法 B.最小二乘平面拟合 C.Handeye标定 D.IterativeClosestPoint(ICP)答案：A、B、D解析：Handeye标定用于相机机器人，不直接标工件。22.【填空】若视觉检测得到圆孔中心像素坐标(640,512)，相机内参fx=fy=1000pixel，主点(640,512)，孔实际深度Z=400mm，则圆孔在相机坐标系下的X坐标为________mm。答案：0解析：X=(uu0)·Z/fx=(640640)·400/1000=0。23.【综合】某打磨工作站需恒力80N垂直于曲面，已知机器人末端质量8kg，重力加速度9.81m/s²，传感器读数Fz=0N，此时应如何补偿重力并设定力控目标？答案：1.读取当前姿态R，将重力矢量g=[0,0,−8×9.81]转换到传感器坐标系g′=Rᵀ·g；2.将力控目标Ftarget=[0,0,80]转换到传感器坐标系；3.总设定值Fset=Ftarget+g′；4.在机器人力控框架中输入Fset；5.启用导纳控制，质量阻尼参数按临界阻尼设置。24.【简答】说明在Yolov8+RealsenseD435深度相机方案中，如何利用“深度对齐”解决抓取点偏移问题，并给出OpenCV代码片段。答案：Realsense提供cess，将深度帧对齐到彩色帧坐标系，保证检测框像素与深度像素一一对应。代码：```pythonalign_to=rs.stream.coloralign=rs.align(align_to)frames=pipeline.wait_for_frames()aligned_frames=cess(frames)depth=aligned_frames.get_depth_frame()color=aligned_frames.get_color_frame()x,y=bbox_centerz=depth.get_distance(x,y)```五、故障诊断与维护25.【单选】某机器人在自动运行中报“SV0452:Encoderbatterylow”，现场最优先操作是：A.更换电池并复位零点 B.重启控制柜 C.加载备份镜像 D.切换至手动T1答案：A解析：电池欠压会导致多圈数据丢失，必须立即更换并重新建立原点。26.【单选】若示教器显示“MOTN017Limiterror”，且关节未达软限，则最可能原因是：A.加速度过大 B.奇异点 C.坐标系设置错误 D.编码器反馈断线答案：C解析：坐标系误设使目标点位于不可达空间，触发限位报警。27.【多选】下列哪些方法可用于判断伺服电机退磁？A.反电动势测试 B.电流环阶跃响应 C.红外热像对比 D.振动频谱谐波分析答案：A、B解析：退磁导致磁链下降，反电动势降低，电流环增益需提高；谐波分析对退磁不敏感。28.【填空】若控制柜24VDC电源实测23.1V，允许范围±5%，则最低允许电压为________V。答案：22.8解析：24×0.95=22.8V，23.1V仍在范围内。29.【综合】某用户报告机器人在冬季冷启动时偶发“3701:Servonotready”，但重启后正常，请给出系统性排查流程。答案：1.读取历史报警日志，确认是否伴随低温代码；2.检查环境温度是否低于0℃；3.测量主电源压降，冷启动瞬间是否<−10%；4.检测伺服母线充电时间，若>3s则预充电路老化；5.检查制动器释放电压是否因低温降至18V以下；6.更换低温润滑脂型号至ISOVG68；7.在控制柜内加装PTC加热器，保持>5℃；8.更新伺服固件至支持低温补偿版本；9.记录连续30天MTBF，验证措施有效性。30.【简答】说明如何利用“电流电压椭圆法”在线监测减速机磨损，并给出阈值设定公式。答案：采集电机电流I与电压U，计算瞬时阻抗Z=U/I；建立椭圆方程(Z−Z0)ᵀ·M·(Z−Z0)=1，其中M为健康基线协方差矩阵；当椭圆偏离度χ²>9.21（置信99%）时报警；阈值公式：χ²=(Z−Z0)ᵀ·M⁻¹·(Z−Z0)M由前100h正常运行数据估计。六、安全与标准31.【单选】ISO102181:2011中，对于“协作空间”最大允许机器人速度为：A.250mm/s B.150mm/s C.由风险评估确定 D.500mm/s答案：C解析：标准不规定具体值，由集成商风险评估确定。32.【单选】若采用Cat3PLd安全等级，则安全继电器平均危险失效时间(MTTFd)需满足：A.10年≤MTTFd<30年 B.30年≤MTTFd<100年 C.100年≤MTTFd D.无要求答案：B解析：ISO138491表8，PLd对应高可靠性区间30–100年。33.【多选】下列哪些属于ISO/TS15066规定的“瞬态接触”情形？A.传递工件 B.碰撞反弹 C.紧急撤回 D.润滑涂敷答案：B、C解析：瞬态接触指<1s的意外碰撞或反弹。34.【填空】若协作机器人末端最大动态功率为80W，