2025年工业机器人系统集成电气控制培训试题及答案

2025年工业机器人系统集成电气控制培训试题及答案一、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.在工业机器人系统集成中，用于实现伺服电机位置闭环反馈的元件通常是（）。A.光电开关  B.增量式编码器  C.温度传感器  D.霍尔开关答案：B2.当PLC的Q0.0输出点驱动24VDC继电器线圈时，若继电器额定电流为50mA，PLC输出点最大持续电流为0.5A，则下列说法正确的是（）。A.必须加装浪涌吸收二极管  B.必须串联1kΩ电阻  C.可直接驱动  D.必须并联续流二极管答案：D3.在EtherCAT网络中，分布时钟（DC）同步精度通常可达（）。A.±1ms  B.±100µs  C.±1µs  D.±10ns答案：C4.六轴工业机器人第三轴电机在停机抱闸释放瞬间出现“点头”现象，最优先排查的参数是（）。A.伺服刚性增益  B.抱闸释放延时  C.编码器线数  D.电机极对数答案：B5.当安全PLC通过TÜV认证的双通道急停回路检测差异时间超过500ms时，系统应触发（）。A.警告复位  B.安全停车类别1  C.安全停车类别2  D.安全停车类别0答案：D6.在RS485总线中，终端匹配电阻最佳阻值应为（）。A.60Ω  B.120Ω  C.220Ω  D.330Ω答案：B7.使用ModbusTCP读取机器人关节角度时，功能码0x03表示（）。A.写单个寄存器  B.读保持寄存器  C.写多个线圈  D.读输入线圈答案：B8.当伺服驱动器面板显示“Enc21”报警时，故障指向（）。A.主电源欠压  B.编码器电池低  C.电机过载  D.制动电阻过热答案：B9.在ISO102181:2011中，协作机器人最大动态功率限制为（）。A.80W  B.150W  C.260W  D.400W答案：B10.若机器人控制柜24V逻辑电源实测22.4V，下列最可能造成随机IO误动作的原因是（）。A.开关电源老化  B.接地电阻过大  C.编码器干扰  D.示教器电缆过长答案：A11.当采用CANopen控制多轴伺服时，PDO1的传输类型0xFF表示（）。A.同步循环  B.异步制造商特定  C.事件驱动定时  D.远程帧请求答案：B12.在ProfinetIRT拓扑中，为了保证数据帧在切换边界到达，交换机需支持（）。A.存储转发  B.直通转发  C.动态帧封装  D.时间门控答案：D13.机器人工具坐标系标定时，若四点法示教点共面，则系统会提示（）。A.计算成功  B.奇异报警  C.数据不足  D.精度超限答案：C14.当安全门双通道开关出现“短接交叉”故障时，安全继电器应进入（）。A.自动复位  B.手动复位  C.可监控复位  D.不可复位答案：C15.在伺服驱动器速度环PI调节中，若Kp过大而Ki过小，系统易出现（）。A.零速抖动  B.积分饱和  C.高频啸叫  D.低速爬行答案：C16.当使用绝对值编码器时，电池电压低于2.5V后，最先丢失的数据是（）。A.单圈位置  B.多圈计数值  C.电机温度  D.电压采样值答案：B17.在工业现场，若示教器与主控之间采用100BASETX电缆，其最大段长为（）。A.10m  B.50m  C.100m  D.150m答案：C18.当机器人处于T1手动模式时，安全限速参数为（）。A.250mm/s  B.150mm/s  C.100mm/s  D.50mm/s答案：A19.若PLC通过模拟量输出±10V控制伺服速度，其分辨率12bit时，最小电压增量为（）。A.0.83mV  B.4.88mV  C.2.44mV  D.1.22mV答案：B20.在机器人打磨工作站中，力控传感器采样频率一般不低于（）。A.100Hz  B.500Hz  C.1kHz  D.4kHz答案：C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.下列哪些措施可有效降低伺服电机电磁干扰（）。A.屏蔽层双端接地  B.动力线与编码器线分槽布线  C.在驱动器输出端加dV/dt滤波器  D.降低PWM载波频率  E.采用陶瓷制动电阻答案：ABC22.关于ProfinetMRP环网冗余，下列说法正确的是（）。A.切换时间小于200ms  B.需管理交换机支持  C.环网中可存在HUB  D.断点恢复后自动回切  E.支持无线链路答案：ABD23.机器人控制柜日常点检应包含（）。A.散热风扇转速  B.24V电源电压  C.柜门密封条完整性  D.示教器触摸屏亮度  E.机械零位标记答案：ABCD24.在协作机器人功率与力限制（PFL）模式下，必须实时监测的物理量有（）。A.关节电流  B.基座惯性传感器  C.末端六维力  D.电机温度  E.皮肤电容答案：ACD25.下列哪些属于安全PLC的故障静默行为（）。A.双通道不一致时切断输出  B.看门狗超时进入安全态  C.冗余CPU同步失败停机  D.强制引导模式刷新固件  E.检测到I/O短路保持导通答案：ABC26.关于EtherCAT电缆选型，下列说法正确的是（）。A.超五类非屏蔽可用于固定敷设  B.超六类屏蔽可用于拖链  C.星型拓扑需使用交换机  D.线间电容需≤60pF/m  E.工业级电缆耐油等级需≥IP65答案：BD27.机器人工具坐标系标定失败可能的原因有（）。A.示教点距离过近  B.法兰与工具刚性不足  C.编码器电池掉电  D.环境光照变化  E.四点法仅示教三点答案：ABE28.在伺服驱动器制动单元设计中，必须计算（）。A.减速时最大回馈能量  B.制动电阻平均功率  C.制动管IGBT峰值电流  D.电机绕组温升  E.直流母线电容纹波答案：ABC29.下列哪些情况会触发机器人安全围栏的光栅OSSD强制断开（）。A.光轴被>30mm不透明物体遮挡  B.光栅供电电压19V  C.光栅内部双通道输出不一致  D.光栅自检发现LED衰减>25%  E.光栅与复位按钮同时动作答案：ACD30.关于工业机器人接地系统，下列做法正确的是（）。A.控制柜PE与厂房星型接地排单点连接  B.屏蔽层在电机侧浮空  C.信号地与功率地分设后单点桥接  D.接地电阻≤4Ω  E.采用35mm²黄绿线作PE干线答案：ACDE三、填空题（每空1分，共20分）31.在伺服驱动器速度环传递函数中，积分时间常数Ti增大时，系统稳态误差将________，超调量将________。答案：增大，减小32.当使用增量式编码器2500线/转，四倍频后，电机每转脉冲数为________。答案：1000033.若机器人控制柜采用三相380V供电，实测线电压为400V，频率50Hz，则整流后直流母线理论空载电压约为________V。答案：54034.在ISO138491中，若某安全回路的PLe要求，单通道MTTFd需≥________年，DC需≥________%。答案：100，9935.当安全继电器输出触点熔焊时，下一个自检周期应能检测到差异并进入________状态。答案：故障锁定36.若1mm的钢丝以2m/s速度垂直进入光栅保护区域，光栅响应时间≤15ms，则光栅最小安全距离为________mm。答案：6537.在CANopen心跳报文中，节点ID为0x06，状态为Operational，则数据字节0的值为________。答案：0x0538.当机器人第六轴减速比为120:1，电机额定转速3000r/min，则关节端最大转速为________r/min。答案：2539.若制动电阻阻值22Ω，直流母线电压700V，则瞬时最大制动电流为________A。答案：31.840.在Profinet中，GSDML文件用于描述设备的________与________。答案：通信特征，参数配置41.当PLC模拟量输入量程0–10V，12bit无符号，采样值0x4B0对应的电压为________V。答案：2.9342.若机器人TCP最大加速度限定为3000mm/s²，速度从0加速到1500mm/s所需最短时间为________ms。答案：50043.在EtherCAT状态机中，从站必须依次经过Init→________→SafeOp→Op。答案：PreOp44.当使用双绞线传输RS485信号时，特性阻抗应保持在________Ω左右。答案：12045.若机器人控制柜散热风扇额定风量120m³/h，柜内总功耗800W，则理论温升为________K。（空气比热容1.2kJ/(m³·K)）答案：2046.在伺服驱动器参数中，Pn100通常表示________环比例增益。答案：位置47.当安全等级达到SIL3时，PFH需≤________/h。答案：1×10⁻⁷48.若机器人基坐标系与大地坐标系夹角为30°，则旋转矩阵Rz的元素sinθ为________。答案：0.549.在工业现场，若示教器急停回路采用双通道常闭触点，其触点最小开关能力需≥________mA@24VDC。答案：1050.当机器人末端执行器质量增加时，为保持相同轨迹精度，应适当________伺服速度前馈增益。答案：增大四、简答题（共30分）51.（封闭型，6分）说明伺服驱动器“惯量辨识”步骤，并给出判定辨识成功的量化指标。答案：步骤：1.断开机械制动，电机空载；2.设定安全转速（<100r/min）；3.注入伪随机二进制序列转矩；4.采集速度与电流；5.采用最小二乘拟合J=ΔT/(dω/dt)。成功指标：拟合残差<2%，重复三次误差<3%，与铭牌值偏差<10%。52.（开放型，6分）某打磨机器人出现周期性波纹，请列出三种电气方面排查思路。答案：1.检测伺服速度环采样周期是否与打磨频率成整数倍，若同步则调整PWM载波；2.用示波器观察直流母线电压是否存在与波纹同频的±5V以上纹波，必要时加大母线电容；3.检查力控传感器采样是否与机器人插补周期存在差拍，通过EtherCAT分布式时钟重新对齐。53.（封闭型，6分）解释“安全类别3”对双通道输入的监控要求，并给出故障检测时间上限。答案：类别3要求双通道冗余且实时监控差异，任何单故障必须在下次需求前检测到；若差异超过最大允许值（通常500ms），系统进入安全状态，检测时间上限≤100ms。54.（开放型，6分）某新产线采用ProfinetIRT通信，机器人与视觉系统时钟偏差>1ms导致拍照位置漂移，请提出两种同步方案。答案：方案一：启用IRT的拓扑识别功能，将视觉交换机设为同步主站，机器人作为同步从站，通过IEEE1588边界时钟实现<1µs同步；方案二：在机器人PLC开放GPIO输出1µs脉冲作为视觉外触发，同时通过MRP环网保证数据帧时隙，软件侧记录触发偏差并补偿。55.（封闭型，6分）写出制动电阻能量计算公式，并说明当制动电阻平均功率超过额定50%时的处理措施。答案：E=0.5×J×(ω₁²−ω₂²)×10⁻³−P_loss×t；若P_avg>0.5P_rated，应：1.加大电阻功率等级；2.并联同阻值电阻；3.降低减速斜率；4.增加外部制动单元。五、应用题（共60分）56.（计算类，15分）某六轴机器人负载惯量J_L=0.12kg·m²，电机侧惯量J_M=0.02kg·m²，减速比n=100，伺服电机额定转矩T_N=6N·m，瞬时最大转矩T_max=18N·m。要求关节在0.3s内从0加速到1500°/s，忽略摩擦。(1)计算电机轴总惯量；(2)计算所需最大加速度；(3)判断电机转矩是否足够，若不足给出解决措施。答案：(1)J_total=J_M+J_L/n²=0.02+0.12/10000=0.020012kg·m²；(2)α=1500°/s÷0.3s=5000°/s²=87.3rad/s²；(3)T=J_total×α=1.75N·m<18N·m，满足。57.（分析类，15分）某搬运机器人集成中，PLC通过EtherNet/IP与四台伺服驱动器通信，周期8ms。现场出现偶发通信超时（丢包率0.3%），导致随机停机。给出完整排查流程，包含：物理层、交换机配置、PLC扫描列表、驱动器参数、接地屏蔽。答案：1.物理层：用Fluke测试仪测电缆NEXT、FEXT，要求余量>6dB；2.交换机：关闭节能以太网EEE，开启QoS将EtherNet/IP设为最高优先级，流控关闭；3.PLC：将RPI设为4ms，超时重试3次，使用UCMM连接数≤8；4.驱动器：将CIP连接超时由500ms改为100ms，心跳16ms；5.接地：柜内星形接地电阻≤1Ω，屏蔽层在交换机侧单端接地，动力线分槽；6.结果：丢包率降至<0.01%，连续运行7×24h无超时。58.（综合类，15分）设计一套安全回路，实现“安全门+双手按钮+模式选择”控制机器人，要求满足PLe。请给出：双通道元件型号、逻辑图、故障检测方法、验证步骤。答案：元件：安全门开关TZ1RE024SR11，双手按钮3SU18033NB100AA0，模式选择PNOZs4，安全继电器PNOZmB0。逻辑：双通道常闭门开关→AND双手同步（≤0.5s）→AND自动模式→EN使能；任一通道故障→OSSD断开。检测：继电器反馈触点交叉监控，差异>500ms锁定；门开关短接测试脉冲10ms。验证：1.单故障模拟：短接门开关通道1，系统应在100ms内停机且无法复位；2.双按钮时差600ms，应拒绝输出；3.用TÜV认证仪测PFH=2×10⁻⁸/h，满足PLe。59.（编程类，15分）根据以下工艺要求，用ST语言编写PLCopen功能块，实现机器人输送链跟踪。已知：编码器线数2000，四倍频，链轮直径200mm，机器人接收编码器值DINTEncPos，输送速度恒定500mm/s，机器人插补周期8ms，触