工业机器人系统集成2025年系统集成原理试题及答案

工业机器人系统集成2025年系统集成原理试题及答案1单选题（每题1分，共20分）1工业机器人系统集成中，决定末端执行器可达工作空间的关键参数是A关节最大速度 B连杆长度 C减速比 D电机功率答案：B2在PLC与机器人采用EtherNet/IP通信时，负责定义数据结构的开放标准是AOPCUA BModbus CCIP DCANopen答案：C3某六轴机器人基坐标系下指令为Mat[x,y,z,0,0,0]，若用户坐标系相对基坐标系绕Z轴旋转30°，则新坐标系下同一位置指令为AMat[xcos30°ysin30°,xsin30°+ycos30°,z,0,0,0]BMat[x,y,z,30,0,0]CMat[x,y,z,0,0,30]DMat[x,y,z,0,30,0]答案：A4采用力控打磨时，最适合作为力传感器反馈滤波器的截止频率设置依据的是A机器人重复定位精度 B打磨头最大转速 C工件表面波纹度波长 D电机额定电流答案：C5在SafetyPLC中，实现Category3安全等级必须满足A单通道+自检 B双通道+比较 C双通道+冗余+诊断 D单通道+冗余答案：C6若机器人工具坐标系TCP标定误差为0.5mm，则弧焊摆动宽度设定5mm时，实际焊缝中心最大偏移为A0.5mm B1.0mm C0.25mm D2.0mm答案：B7采用离线编程时，将CAD模型三角面片数量从10000降至1000，会导致A路径精度提高 B计算时间增加 C碰撞检测漏检风险上升 D机器人速度自动降低答案：C8在视觉定位中，若相机像素坐标系u轴与机器人X轴夹角为θ，则像素坐标转换到机器人基坐标需首先A平移 B缩放 C旋转θ角 D透视变换答案：C9某工位节拍要求12s，机器人焊接用时8s，夹具旋转定位用时4s，可行的优化措施是A提高焊接速度20% B夹具与机器人并行动作 C降低焊接电流 D增加一台机器人答案：B10在RobotStudio中，将“SmartComponent”的“DigitalInput”与“LinearMover”连接，可实现A伺服电机力矩控制 B夹具气缸动作仿真 C传送带运动触发 D焊机电流调节答案：C11采用CCLinkIEField通信时，网络拓扑结构必须为A总线型 B星型 C环型 D树型答案：C12若六轴机器人第三关节减速机润滑脂更换周期为8000h，但实际每天运行20h、负荷率90%，则更换周期应修正为A8000h B7200h C8800h D10000h答案：B13在ROS2中，用于实时控制的最合适中间件是ADDS BZeroMQ CMQTT DHTTP答案：A14当机器人与外部轴协同运动时，若外部轴编码器反馈丢失，系统将A继续运行 B减速停止 C报警并切换至独立模式 D自动回零答案：C15采用激光位移传感器测焊缝，采样频率10kHz，机器人焊接速度1.2m/min，则相邻采样点间距为A0.12mm B0.2mm C1.2mm D2mm答案：B16在TIAPortal中，将GSDML文件导入后首先需设置AIP地址 B设备名称 C更新周期 D看门狗时间答案：B17若机器人控制柜24VDC电源跌落至22V，最可能导致的故障现象是A伺服电机过热 B示教器黑屏 C抱闸未释放 D编码器电池报警答案：C18在数字孪生系统中，实现虚实同步的关键技术是A高保真渲染 B实时数据驱动 C离线仿真 D逆向工程答案：B19当安全围栏安全门被打开时，Category4系统要求A单通道断开即可 B双通道交叉监控 C单通道+时间监控 D仅软件标志位答案：B20在RobotStudio“StationLogic”中，使用“WaitDI”语句等待输入信号时，默认超时时间为A10s B30s C60s D无超时答案：C2多选题（每题2分，共20分，少选得1分，错选0分）21下列属于工业机器人系统集成“机械接口”范畴的有A机器人法兰面螺栓孔距 B末端执行器质心位置 C电机抱闸电压 D工具IO针脚定义 E基座地脚螺栓尺寸答案：ABE22在PLCopenPart4规范中，机器人功能块MC_MoveLinear的输入参数包括APosition BVelocity CAcceleration DJerk EToolNumber答案：ABCD23关于伺服电机选型，下列说法正确的有A连续转矩必须大于负载连续转矩 B瞬时最大转矩可小于负载峰值转矩 C惯量比建议小于10∶1 D编码器分辨率越高系统刚性越高 E电机额定功率与减速比无关答案：ACD24在3D视觉引导拆垛中，影响点云精度的因素有A镜头畸变 B激光功率 C环境温度 D物体表面粗糙度 E机器人重复定位精度答案：ACD25下列属于ISO102181:2011规定的“安全功能”有A紧急停止 B保护性停止 C速度监控 D力监控 E示教模式答案：ABCD26在RobotStudio中，实现“机器人外部轴”协调运动需设置AMechanism BJoint CTCP DPath EWorkObject答案：ABE27关于EtherCAT通信，下列描述正确的有A采用主从结构 B支持分布式时钟 C帧结构采用IEEE802.3 D支持热连接 E最小周期125μs答案：ABCD28在弧焊系统中，下列参数与焊缝成形宽度直接相关的有A电弧电压 B焊接速度 C焊丝干伸长 D脉冲频率 E保护气流量答案：ABC29当机器人与AGV协同作业时，需定义的接口信息有AAGV导航坐标系 B机器人TCP坐标 C物料交接高度 D握手信号时序 E安全围栏高度答案：ABCD30在数字孪生调试阶段，可发现的潜在问题有A路径奇点 B节拍瓶颈 C电缆干涉 D控制柜散热不足 E电机编码器断线答案：ABC3填空题（每空1分，共20分）31机器人基坐标系默认符合________定则，即拇指指向________轴正方向。答案：右，X32在PLC中，将机器人状态字“StatusWord”第0位定义为“Ready”，则该位为1时表示________。答案：机器人处于待机且可接收启动命令33某减速机减速比为1:100，电机端增量式编码器分辨率为2048p/r，则输出轴每转对应脉冲数为________。答案：20480034在RobotStudio“CreateMechanism”向导中，若关节类型为“Rotational”，需输入的“Axis”向量表示________。答案：关节旋转轴方向向量35当安全等级为PLe时，平均危险失效时间需大于________年。答案：10036在TIG焊中，若钨极直径为1.6mm，则推荐焊接电流范围为________A至________A。答案：80，12037若机器人路径速度为v，加速度为a，则最小转弯半径r=________。答案：v²/a38在ROS中，发布频率为1kHz的话题，若消息大小为1kB，则网络带宽占用约为________Mbps。答案：839当采用双机热备PLC时，切换时间必须小于ProcessSafetyTime的________%。答案：1040在视觉手眼标定中，若相机安装于机器人法兰，则称为________眼________手。答案：手，在41若六轴机器人关节角为[0,90°,0,0,90°,0]，则机器人姿态为________。答案：腕部垂直向下42在RobotStudio中，将“Part”设置为“Movable”后，需添加________行为才能被机器人推动。答案：Physics43当使用ModbusTCP读取保持寄存器，功能码为________。答案：0344在ISO9283中，测量位姿重复精度需连续运行________次。答案：3045若机器人控制柜采用IP54防护，则第一位数字5表示________。答案：防尘46在激光焊缝跟踪中，常用的激光波长为________nm。答案：65047当机器人与外部轴协同运动时，外部轴的坐标系需与机器人________坐标系标定。答案：基48在PLC程序中，使用________指令可实现机器人程序号自动切换。答案：CASE49若机器人末端负载质量为m，重力加速度g=9.81m/s²，则静力矩平衡条件为________。答案：关节输出转矩≥mgl50在数字孪生中，将虚拟模型与实际设备数据差值称为________。答案：漂移4简答题（共6题，共40分）51（封闭型，6分）列举工业机器人系统集成“电气接口”必须包含的5项技术参数，并给出典型值示例。答案：1.电源电压：三相AC380V±10%；2.电源频率：50Hz±1Hz；3.功耗：最大15kVA；4.接地方式：TNS，PE线截面积≥6mm²；5.信号电平：24VDC±10%，高电平≥15V，低电平≤5V。52（开放型，7分）说明在机器人弧焊工作站中，如何利用“双机位+变位机”实现12s节拍，并给出动作时序图文字描述。答案：机器人A负责正面焊缝，机器人B负责背面焊缝，变位机180°翻转。T0：变位机装载工件并夹紧；T2s：变位机翻转到位；T3s：机器人A启动；T7s：机器人A完成；T7.5s：变位机翻转180°；T8.5s：机器人B启动；T11.5s：机器人B完成；T12s：变位机回零，人工卸件。通过并行装卸与翻转，实现12s节拍。53（封闭型，6分）写出机器人工具坐标系四点标定法的数学步骤，并给出误差评价公式。答案：步骤：1.记录4个不同姿态下同一参考点P在基坐标系中的坐标Pi(xi,yi,zi)；2.计算4点重心G；3.建立协方差矩阵C=Σ(PiG)(PiG)T；4.求C最小特征值对应特征向量n，即为工具方向；5.以G为原点，n为Z轴，建立工具坐标系。误差评价：e=max‖PiG(Pi·n)n‖，要求e≤0.5mm。54（开放型，7分）分析在3C行业手机中框螺丝锁付中，视觉+力控融合方案的硬件架构与通信流程。答案：硬件：1.六轴机器人+精密螺丝刀；2.200万像素工业相机+环形光源；3.六维力传感器；4.PCbased控制器。通信：相机通过千兆网发坐标(x,y,θ)到PC；PC将偏移量通过EtherCAT发机器人；力传感器4kHz采样，通过UDP发PC；PC运行阻抗控制，实时修正Z轴下压深度±0.05mm；锁付扭矩0.18N·m，达到后机器人上抬。整体节拍1.8s/颗，良率99.7%。55（封闭型，6分）给出安全PLC实现“保护性停止”双通道电路的接线图文字描述，并说明故障测试脉冲的作用。答案：通道1：安全门开关常闭触点→PLCDI1+；通道2：同一开关另一副常闭触点→PLCDI2+；两通道分别串2.2kΩ终端电阻；PLC输出测试脉冲T1ms到DI1+，检测回读电压，若低于阈值判定短路；故障测试脉冲可检测触点熔焊、线路短路，满足Category4要求。56（开放型，8分）阐述在新能源汽车电池模组搬运中，如何利用数字孪生预测600kg重物对机器人关节寿命的影响，并给出预测模型公式。答案：建立孪生模型：1.导入机器人URDF，设置各关节减速机刚度；2.输入搬运轨迹，加速度1m/s²；3.实时读取实际电流，计算关节力矩τi；4.采用Miner法则，寿命L=Σ(ni/Ni)，其中ni为第i级负载循环次数，Ni=Ki(τi/τr)^d，Ki=10^7，d=3.3；5.仿真显示第2关节累计损伤最快，预测寿命降为标称65%，建议加速度降至0.7m/s²，寿命恢复至90%。5应用题（共4题，共50分）57（计算类，12分）某六轴机器人需将20kg箱体从A(400,0,600)mm搬运至B(800,600,400)mm，要求节拍3s，其中加速、减速时间各占25%，匀速段最大速度限定1m/s，加速度恒定。求：(1)加速段加速度a；(2)减速段减速度d；(3)电机所需最大转矩（忽略摩擦，连杆长度l=0.8m，减速比1:120，效率95%）。答案：(1)总位移s=√[(800400)²+(6000)²+(400600)²]=√(160000+360000+40000)=√560000=748.3mm=0.748m；加速时间t1=0.25×3=0.75s；由s=0.5at1²+vmt2+0.5dt3²，vm=1m/s，t1=t3=0.75s，t2=1.5s；代入得0.748=0.5a(0.75)²+1×1.5+0.5d(0.75)²；令a=d，则0.748=0.5a×0.5625+1.5+0.5a×0.5625=0.5625a+1.5；解得a=(0.7481.5)/0.5625=1.336m/s²，取绝对值，a=1.336m/s²；(2)d=1.336m/s²；(3)最大转矩出现在加速段，τ=Iα+mgl，I=ml²=20×0.8²=12.8kg·m²，α=a/l=1.336/0.8=1.67rad/s²，τ=12.8×1.67+20×9.81×0.8=21.4+157=178.4N·m；电机端转矩=178.4/(120×0.95)=1.56N·m。58（分析类，12分）某弧焊工作站采用“激光跟踪+摆动电弧”方案，发现焊缝根部出现未熔透。已知：板厚3mm，I型坡口，间隙0.8mm，焊接速度0.8m/min，摆动频率3Hz，摆幅3mm，电弧电压19V，送丝速度6m/min，焊丝直径1.0mm，保护气80%Ar+20%CO₂，流量18L/min。分析可能原因并提出3项改进措施。答案：原因：1.热输入不足，计算线能量E=UI/v=19×80/0.8=1.9kJ/mm，低于3mm钢推荐2.2kJ/mm；2.摆动频率过高，熔池冷却快；3.间隙0.8mm导致热量散失。改进：1.电压提至21V，送丝速度提至7m/min，线能量升至2.3kJ/mm；2.摆动频率降至2Hz，增加熔池停留时间；3.根部采用1.2mm焊丝，增大熔深。验证后熔透合格。59（综合类，13分）设计一套“机器人+AGV+立体库”协同的刹车盘柔性制造单元，要求：(1)给出系统拓扑图文字描述；(2)列出关键接口信号表（≥8个）；(3)计算立体库需多少个货位才能满足日产4000件，每天20h，AGV单次运输20件，往返时间6min，机器人上下料节拍45s。答案：(1)拓扑：立体库←以太网→WMS服务器←WiFi6→AGV调度系统←5G→机器人PLC；机器人←EtherCAT→末端夹具；AGV←CAN→驱动单元；立体库堆垛机←Profinet→库PLC。(2)接口信号：①AGV到达请求(robot→AGV)；②允许卸料(AGV→robot)；③料框定位完成(AGV→robot)；④机器人抓料完成(robot→AGV)；⑤空框请求(robot→AGV)；⑥立体库出库完成(WMS→AGV)；⑦AGV充电请求(AGV→调度)；⑧故障互锁(all→HMI)。(3)计算：机器人产能=20h×3600/45=1600件/台，需机器