2025年工业机器人技术试题及答案

2025年工业机器人技术试题及答案1.单项选择题（每题2分，共20分）1.1工业六轴串联机器人第三关节通常实现的运动轴为A.大臂旋转B.小臂俯仰C.手腕旋转D.基座回转答案：B1.2在示教器上完成“工具坐标系四点法”标定时，第四点姿态必须A.与第一点相同B.绕X轴旋转一定角度C.绕Z轴旋转一定角度D.与第三点共线答案：B1.3某伺服电机额定转速3000r/min，减速比1:80，输出轴角速度为A.3.14rad/sB.3.93rad/sC.6.28rad/sD.7.85rad/s答案：B1.4下列总线中实时性最好的是A.ModbusRTUB.CANopenC.EtherCATD.TCP/IP答案：C1.5机器人动力学方程中Coriolis力与下列哪项成正比A.关节加速度B.关节速度平方C.关节位置D.负载质量答案：B1.6在PLCopen标准中，MC_MoveRelative属于A.单轴指令B.多轴协调指令C.同步指令D.停止指令答案：A1.7若机器人重复定位精度±0.02mm，其ISO9283测试路径长度应为A.100mmB.300mmC.500mmD.1000mm答案：C1.8采用增量式编码器时，掉电后需要重新A.回零B.更新固件C.校准减速比D.更换电池答案：A1.9在视觉抓取中，若像素当量0.1mm/pix，图像中目标中心偏移20pix，机器人应补偿A.0.5mmB.1mmC.2mmD.4mm答案：C1.10下列哪种传感器最适合检测透明玻璃工件有无A.电感式接近开关B.电容式接近开关C.光电槽型开关D.超声波传感器答案：D2.多项选择题（每题3分，共15分；多选少选均不得分）2.1下列哪些属于工业机器人常用防爆措施A.正压防爆B.隔爆外壳C.增安型接线D.本安型传感器E.水冷电机答案：ABCD2.2关于SCARA机器人，下列说法正确的是A.具有4自由度B.第一、二轴平行C.适用于平面快速装配D.动力学模型可忽略重力项E.关节4通常为移动副答案：ABCD2.3在机器人弧焊起始点寻位过程中，可能用到的传感器包括A.激光位移B.接触式探针C.视觉CCDD.霍尔开关E.电弧传感器答案：ABCE2.4下列哪些情况会导致伺服驱动器报“跟随误差超差”A.编码器线断B.增益设置过低C.负载惯量比过大D.机械卡滞E.制动器未打开答案：BCDE2.5关于机器人与AGV协同作业，下列通信方式可行的是A.OPCUAB.MQTTC.共享内存D.Ethernet/IPE.USB2.0答案：ABD3.填空题（每空2分，共20分）3.1机器人基坐标系默认符合________定则，当面对机器人正面时，________方向指向机器人右侧。答案：右手，X3.2某伺服电机额定扭矩2.4N·m，减速比1:100，减速后理论输出扭矩________N·m，考虑效率92%，实际输出________N·m。答案：240，220.83.3在ISO102181中，机器人协作模式分为________、________、________和手动引导四种。答案：安全监控停止、速度与分离监控、功率与力限制3.4若机器人末端线速度恒定为v，加速度为零，则此时关节空间加速度________（为零/不为零）。答案：不为零3.5视觉手眼标定中，若相机安装在机器人第六轴，称为________眼在手；若相机固定于工作台上，称为________眼在外。答案：EyeinHand，EyetoHand3.6某焊接任务要求摆焊频率2Hz，摆幅4mm，采用三角波，则机器人最大侧向加速度为________mm/s²。答案：32π²≈315.84.判断改错题（每题2分，共10分；先判断对错，若错则给出正确表述）4.1机器人绝对精度一定高于重复精度。答案：错；绝对精度通常低于重复精度。4.2在EtherCAT网络中，从站越多，总线周期一定越长。答案：错；周期由主站配置，与从站数量无必然关系。4.3机器人末端执行器质量越大，其固有频率越高。答案：错；质量越大固有频率越低。4.4采用力控打磨时，若接触力突然消失，系统应立即增大进给速度以维持效率。答案：错；应立即停止或回退，防止工件损坏。4.5在PLC梯形图中，TON定时器预设值PT的数据类型为TIME，单位为ms。答案：对。5.简答题（封闭型，每题6分，共18分）5.1说明机器人运动学正解与逆解的定义，并指出哪一类解具有多义性。答案：正解为已知各关节变量求末端位姿；逆解为已知末端位姿求关节变量。逆解具有多义性，同一末端位姿可能对应多组关节角。5.2列举三种降低机器人振动的方法并简述原理。答案：①提高关节刚度，减小弹性变形；②采用输入整形，在指令层面抑制激发频率；③增加阻尼材料或主动阻尼控制，耗散振动能量。5.3解释“奇异点”对机器人运动控制的影响，并给出避免措施。答案：奇异点处Jacobian矩阵降秩，导致某些方向速度不可控或关节速度无限大；避免措施包括路径规划时绕开奇异区域、采用阻尼最小二乘求逆、增加冗余自由度。6.简答题（开放型，每题8分，共16分）6.1某工厂需将现有人工打磨工位改造为机器人自动打磨，请从安全、工艺、通信三方面提出完整技术方案。答案：安全：采用功率与力限制协作模式，配置激光扫描仪实现区域监控，急停回路双回路冗余；工艺：选用六轴机器人+力控法兰+浮动打磨头，通过离线编程生成轨迹，力控实现恒压打磨，配置自动换砂纸库；通信：机器人与PLC采用Ethernet/IP交互，PLC通过ModbusTCP读取打磨电流作为负载监控，MES系统下发型号配方，整体符合ISO138491PL=e。6.2结合工业4.0背景，论述数字孪生在机器人产线中的实施步骤与关键指标。答案：步骤：①建立产线三维模型并导入物理属性；②部署边缘网关实时采集机器人、PLC、视觉数据；③在孪生体中同步驱动模型，实现虚实同步；④利用历史数据训练故障预测模型；⑤通过孪生体下发优化参数闭环控制。关键指标：同步延迟<50ms，模型精度误差<1mm，故障预测准确率>95%，产线OEE提升>8%。7.计算题（共30分）7.1（8分）某2自由度平面机器人连杆长l1=300mm，l2=250mm，关节角θ1=30°，θ2=45°，求末端位置(x,y)。答案：x=l1cosθ1+l2cos(θ1+θ2)=300×0.866+250×0.259=259.8+64.75=324.55mmy=l1sinθ1+l2sin(θ1+θ2)=300×0.5+250×0.966=150+241.5=391.5mm故(x,y)=(324.6mm,391.5mm)7.2（10分）已知机器人关节1减速比1:120，电机转子惯量Jm=0.8×10⁻⁴kg·m²，负载惯量折算到电机轴JL=1.2×10⁻⁴kg·m²，电机额定扭矩3N·m，求：(1)总惯量；(2)理论最大加速度（rad/s²）；(3)若要求关节1在0.2s内从0加速到1rad/s，是否满足？答案：(1)Jtotal=Jm+JL=2.0×10⁻⁴kg·m²(2)αmax=T/J=3/(2.0×10⁻⁴)=15000rad/s²(3)需求加速度α=1/0.2=5rad/s²<15000，满足。7.3（12分）某搬运机器人负载20kg，末端速度1.5m/s，减速度2m/s²，路径为直线，摩擦系数μ=0.05，求：(1)惯性力；(2)摩擦力；(3)若要求停止距离≤0.04m，验证减速度是否足够；(4)计算所需电机扭矩（滚珠丝杠导程10mm，效率90%，减速比1:2）。答案：(1)F惯=ma=20×2=40N(2)F摩=μmg=0.05×20×9.81=9.81N(3)由v²=2as，s=v²/(2a)=1.5²/(2×2)=0.5625m>0.04m，不满足；需增大减速度至a≥1.5²/(2×0.04)=28.125m/s²(4)折算到丝杠扭矩：T=(F惯+F摩)×导程/(2π×效率×减速比)=(40+9.81)×0.01/(2π×0.9×2)=49.81×0.01/11.31=0.044N·m8.综合分析题（共21分）8.1（11分）某汽车焊装线需实现车门搬运点焊检测一体化，节拍55s/门，现有机器人A负责搬运（最大速度2m/s），机器人B负责点焊（每点2s，共24点），视觉C检测耗时4s。已知：(1)搬运路径总长7m，加减速各占20%，匀速60%；(2)点焊工位可同时双枪作业，但路径顺序不可调；(3)检测与搬运可并行。问：a.计算搬运纯时间；b.计算焊接纯时间；c.给出双机协同甘特图；d.判断是否满足节拍并提出优化措施。答案：a.加减速段各1.4m，由v²=2as，取a=4m/s²，t1=√(2×1.4/4)=0.836s，匀速段t2=4.2/2=2.1s，总搬运T=2t1+t2=3.77sb.24点×2s=48s，双枪并行仍需48s（点数不可分）c.甘特图：03.77sA搬运；048sB焊接；4852sC检测；A在3.7748s期间可执行其他门搬运，形成重叠。d.单门总时间48+4=52s<55s，满足；但B为瓶颈，优化：增加一台焊接机器人分担12点，焊接时间降至24s，总时间24+4=28s，节拍可降至30s。8.2（10分）某七轴协作机器人采用力矩传感器+电流环双重力控，任务为装配齿轮箱（齿轮啮合需20N轴向力，允许误差±2N）。已知：关节力矩分辨率0.1N·m，电流环力分辨率0.5N；齿轮箱轴向进给丝杠导程5mm，效率85%，减速比1:10；系统采样周期1kHz。要求：a.计算力控分辨率折算到末端是否满足精度；b.设计模糊PID力控框图；c.给出防卡死安全策略。答案：a.力矩分辨率折算：T=Fr×导程/(2π×效率×减速比)=20×0.005/(2π×0.85×10)=0.00187N·m<<0.1N·m，电流环0.5N<2N，满足。b.框图：给定20N与反馈力比较得e，e输入模糊推理输出ΔKp、ΔKi、ΔKd，在线修正PID参数，再经电流环驱动电机。c.策略：①力超30N立即回退2mm；②连续200ms未达到目标位置触发回退；③记录回退次数，3次报警人工干预；④实时监测电流突变，斜率超限即停。9.设计题（共20分）9.1基于ROS2设计一套移动操作机器人（AGV+六轴）系统，实现从仓库取料到机床上下料的完整流程。要求：(1)给出系统架构图（文字描述）；(2)列出关键topic、service及数据类型；(3)说明导航+抓取的安全互锁机制；(4)给出故障降级模式。答案：(1)架构：AGV底盘运行ROS2Navigation2，六轴机械臂运行MoveIt2，两者通过ros2_control接入同一DDS域；上层任务调度节点TaskManager以生命周期节点管理，状态机：IDLE→NAV→PICK→NAV→PLACE→DONE；感知层：2DLiDAR+深度相机，数据融合节点Fusion。(2)关键topic：/scan(sensor_msgs/LaserScan)，/camera/depth(image/DepthImage)，/joint_states(sensor_msgs/JointState)，/agv/odom(nav_msgs/Odometry)；service：/compute_fk(moveit_msgs/GetP