2025年机器人系统集成系统集成技术竞赛题库试卷及答案

2025年机器人系统集成系统集成技术竞赛题库试卷及答案一、单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填入括号内）1.在机器人系统集成中，决定末端执行器可达工作空间的关键参数是（）。A.关节速度B.连杆长度C.减速比D.电机扭矩答案：B2.下列总线中，实时性最高且广泛用于工业机器人IO扩展的是（）。A.RS232B.CANopenC.USB2.0D.EthernetAPL答案：B3.某六轴机器人采用绝对式多圈编码器，断电后位置信息保存在（）。A.控制器RAMB.编码器FRAMC.伺服驱动缓存D.示教器Flash答案：B4.在PLCopenPart4规范中，用于六轴关节运动的函数块名称是（）。A.MC_MoveLinearB.MC_MoveJointC.MC_MoveDirectD.MC_MoveCircular答案：B5.当机器人与外部轴协同作业时，为保证二者同时到达轨迹点，应优先使用的同步模式是（）。A.速度同步B.位置同步C.力矩同步D.电流同步答案：B6.下列哪种传感器最适合用于焊缝实时跟踪（）。A.光电开关B.激光结构光视觉C.霍尔开关D.微动开关答案：B7.在ROS2中，负责节点发现与通信管理的底层中间件是（）。A.ROSMasterB.DDSC.ZeroMQD.gRPC答案：B8.某SCARA机器人在XY平面重复定位精度±0.02mm，其精度主要受（）影响最大。A.减速器背隙B.基座材质C.控制柜颜色D.示教器分辨率答案：A9.工业机器人力控打磨中，常用的柔顺控制框架是（）。A.PID+前馈B.阻抗控制C.滑模控制D.模糊控制答案：B10.下列哪种文件格式用于描述机器人三维碰撞体并支持运动学参数（）。A.STLB.STEPC.URDFD.Gcode答案：C11.在EtherCAT网络中，从站同步抖动通常要求小于（）。A.1msB.100μsC.1μsD.10ns答案：C12.机器人安装工具后，必须进行的坐标系标定是（）。A.世界坐标系B.工具坐标系C.用户坐标系D.关节坐标系答案：B13.若机器人TCP速度设为v，降低减速比后，同一轨迹下电机转速将（）。A.降低B.不变C.升高D.先升后降答案：C14.在ISO102181:2011中，紧急停止类别为（）。A.0类B.1类C.2类D.3类答案：A15.下列哪种语言可直接在KUKAKRC5控制器上运行（）。A.RAPIDB.KRLC.URScriptD.VAL3答案：B16.机器人视觉抓取中，手眼标定的实质是求解（）。A.内参矩阵B.外参矩阵C.基础矩阵D.单应矩阵答案：B17.在MATLAB机器人工具箱中，创建串联机构的函数是（）。A.robotB.seriallinkC.rigidBodyTreeD.robotics.RigidBody答案：B18.某协作机器人功率150W，其安全接触力阈值通常设置为（）。A.50NB.150NC.300ND.500N答案：B19.下列哪项不是数字孪生系统的核心特征（）。A.实时性B.双向数据流C.物理实体与虚拟模型共存D.离线仿真一次即可答案：D20.在机器人搬运工作站中，决定节拍时间T的最主要因素是（）。A.机器人最大加速度B.传送带颜色C.光幕高度D.控制柜重量答案：A二、多项选择题（每题2分，共20分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）21.下列哪些属于机器人系统集成项目机械设计阶段必须输出的文档（）。A.三维布置图B.气路原理图C.节拍计算表D.软件流程图E.地基载荷图答案：ABE22.关于协作机器人安全，ISO/TS15066中规定的功率与力限制措施包括（）。A.皮肤压强限值B.动量限值C.能量限值D.噪声限值E.温度限值答案：ABC23.在机器人弧焊系统中，以下哪些设备需要通过工业以太网与机器人控制器交互（）。A.焊接电源B.激光焊缝跟踪器C.清枪站D.换枪盘E.伺服变位机答案：ABE24.下列哪些情况会导致机器人绝对零点丢失（）。A.更换伺服电机B.拆卸编码器C.更换减速器D.电池电压低E.控制柜断电5分钟答案：ABD25.机器人打磨工作站中，恒力浮动磨头需要采集的实时信号有（）。A.六维力传感器B.主轴电流C.浮动位移D.砂带速度E.环境温度答案：ABCD26.在ROS2launch文件中，以下哪些标签可用于参数传递（）。A.paramB.argC.remapD.nodeE.group答案：ABC27.下列哪些属于机器人数字孪生系统部署前的验证项（）。A.模型精度B.通信延迟C.数据采样频率D.用户培训手册E.虚实一致性指标答案：ABCE28.关于EtherCAT热连接特性，正确的描述有（）。A.支持从站在线插拔B.无需重新组态C.需使用分布式时钟D.支持环网冗余E.仅适用于星型拓扑答案：ABCD29.在机器人视觉定位中，影响像素当量的因素有（）。A.相机分辨率B.工作距离C.镜头焦距D.光源颜色E.被测物材质答案：ABC30.下列哪些做法可降低机器人系统EMC风险（）。A.动力线与信号线分开布线B.屏蔽层单端接地C.使用铁氧体磁环D.降低开关频率E.采用屏蔽电缆答案：ACE三、填空题（每空1分，共20分）31.机器人DH参数中，连杆扭角α的定义是：绕____轴旋转，使____轴与____轴平行。答案：X；Z；Z+132.在KUKA系统中，变量类型E6POS包含的三维姿态信息用____角表示。答案：ABC（欧拉角）33.某机器人减速比i=100，电机额定转速3000r/min，则输出轴转速为____r/min。答案：3034.工业相机芯片尺寸1英寸，对应感光面对角线长度为____mm。答案：1635.在PLCopen中，MC_ReadStatus函数块输出Done信号为TRUE时，表示____。答案：功能块执行成功且数据有效36.机器人工具坐标系标定常用的五点法，其中第五点用于确定____。答案：工具坐标系方向37.若六维力传感器量程Fx=±300N，分辨率0.1N，则其16位ADC的最小可分辨电压约为____mV（假设满量程对应10V）。答案：0.30538.在ROS2中，节点间默认使用____进行进程间通信，底层协议为____。答案：DDS；UDP39.机器人弧焊电流200A，电弧电压28V，则理论电弧功率为____kW。答案：5.640.某伺服电机转子惯量Jm=2×10^4kg·m^2，负载惯量JL=8×10^4kg·m^2，则总惯量比为____。答案：5四、简答题（共30分）41.（封闭型，6分）列举并简要说明机器人系统集成项目机械设计阶段必须遵守的三项国家强制性标准。答案：1.GB11291.12011工业机器人安全要求：规定机械、电气、安全防护等最低要求。2.GB5226.12019机械电气安全：对控制柜防护等级、接地、绝缘、急停回路作出强制要求。3.GB/T157062012机械安全设计通则：提出风险评价、风险减小三步法，必须集成到设计方案。42.（开放型，8分）某企业需将传统人工打磨升级为机器人打磨，请给出完整的系统集成技术路线，并说明关键风险点。答案：技术路线：1.工艺试验：确定砂带粒度、接触轮硬度、线速度、进给量、压紧力。2.设备选型：六维力控机器人+恒力浮动磨头+自动换砂库+除尘系统。3.数字孪生：建立工件CAD→打磨轨迹规划→力控仿真→节拍验证。4.标定与编程：TCP标定、用户坐标系标定、离线生成URDF+MoveIt轨迹。5.安全集成：协作围栏+激光扫描仪+力超限保护+急停回路Category3。6.产线对接：AGV上下料+RFID识别+MES报工。关键风险：1.工件毛坯一致性差导致力控失效；2.砂带磨损后力矩下降引发过切；3.铝镁粉尘爆炸；4.六维力传感器高温漂移；5.节拍未达预期导致产线瓶颈。43.（封闭型，6分）说明EtherCAT分布式时钟（DC）同步原理，并给出主站同步误差测试步骤。答案：原理：主站发送广播写寄存器0x910，携带系统时间；各从站本地时钟锁相环（PLL）调整本地时钟，使抖动<1μs。测试步骤：1.主站连接分布式示波器，探针接从站SYNC0输出；2.配置主站发送周期1ms；3.连续采集1000个SYNC0脉冲上升沿；4.计算标准差σ，要求σ<100ns；5.若超标，检查电缆等长、晶振温漂、PLL参数。44.（开放型，10分）某视觉抓取项目采用EyeinHand方案，相机安装于机器人末端，已完成内参标定。请给出外参标定完整流程，并说明如何评价标定精度。答案：流程：1.准备标定板：12×9圆点阵列，点距15mm，玻璃材质。2.采集位姿：机器人带动相机在20个不同位姿拍摄标定板，保证圆点完整、倾角>30°。3.提取圆心：使用HalconBlobAnalysis提取亚像素圆心坐标。4.手眼标定：采用TsaiLenz算法，求解AX=XB，其中A为机器人末端相对运动，B为相机相对运动。5.结果验证：将标定结果代入robot.cameraPose，重投影误差均值<0.3pixel，最大<0.6pixel；6.抓取测试：在固定位置放置工件，机器人按视觉定位抓取，连续30次，统计TCP与工件中心距离偏差，σ<0.5mm视为合格。五、应用题（共60分）45.（计算类，15分）某六轴机器人需搬运2kg零件，最大加速度5m/s²，减速比i=80，电机最大转速4500r/min，关节1连杆长度L=0.4m，忽略连杆质量，求：（1）关节1电机所需最大扭矩；（2）若电机额定扭矩3N·m，是否满足要求？（3）若减速器效率η=0.9，求电机实际输出扭矩裕量百分比。答案：（1）T_load=m·a·L=2×5×0.4=4N·m；T_motor=T_load/(i·η)=4/(80×0.9)=0.0556N·m；考虑惯量：J_total=2×0.4²=0.32kg·m²；α=a/L=12.5rad/s²；T_inertia=J_total·α=4N·m；T_motor_total=(4+4)/(80×0.9)=0.111N·m；（2）0.111N·m<3N·m，满足；（3）裕量=(3−0.111)/3×100%=96.3%。46.（分析类，15分）某弧焊工作站使用伺服变位机，焊接速度0.3m/min，焊缝长度1.2m，机器人单道空程时间3s，变位机180°翻转时间8s，清枪时间15s，每道焊缝需翻转两次，求：（1）纯焊接时间；（2）单件总辅助时间；（3）若要求节拍≤4min，是否满足？给出优化建议。答案：（1）t_weld=1.2/0.3×60=240s；（2）t_aux=3+2×8+15=34s；（3）t_total=240+34=274s≈4.57min>4min，不满足；优化：提高焊接速度至0.35m/min，则t_weld=206s，总节拍240s=4min，满足；或采用双工位，机器人焊接与翻转并行，节拍降至206/2+17=120s。47.（综合类，30分）某3C工厂需对手机中框进行全自动螺丝锁付，产能要求UPH≥600，螺丝规格M1.4×3mm，共12颗，现场允许布置空间2m×1.5m，预算≤80万元。请完成：1.系统架构图（文字描述）；2.关键设备选型表（含品牌、型号、数量、单价、总价）；3.节拍计算与产能验证；4.风险评估与对策；5.项目里程碑计划（甘特表文字版）。答案：1.架构：上料皮带→视觉定位SCARA→螺丝供料器→锁付模块→下料皮带→NG分选；中央控制：PLC+触摸屏+MES接口。2.选