2025年大学工业机器人系统操作员模拟试题及答案

2025年大学工业机器人系统操作员模拟试题及答案一、单项选择题（每题1分，共20分）1.工业机器人示教盒上“DEADMAN”开关的作用是A.启动伺服电机 B.切断伺服电源 C.记录示教点 D.切换坐标系答案：B2.在六轴串联机器人中，若第3轴突然失电抱闸，则末端法兰将A.仅绕J3轴自由下落 B.绕J2、J3轴复合下落 C.保持原位 D.仅绕J2轴下落答案：B3.下列哪种总线最适合实时同步控制8轴以上机器人与外部轴A.ModbusRTU B.EtherCAT C.CANopen D.DeviceNet答案：B4.某机器人TCP标定采用“4点+Z向偏移”法，若第4点与第1点重合，则标定结果A.TCP精度提高 B.系统报警无法计算 C.仅X、Y有效 D.仅Z有效答案：B5.在Mat环境下，机器人雅可比矩阵J(q)的维度为A.3×n B.6×n C.n×6 D.n×3答案：B6.当机器人处于奇异位形时，其最小奇异值σ6等于A.1 B.0 C.∞ D.任意正数答案：B7.使用离线编程软件PQArt时，后置处理器生成的目标文件扩展名通常为A..prg B..ls C..src D..job答案：C8.在机器人弧焊应用中，摆焊频率10Hz、摆幅2mm，则机器人每秒钟应发出的摆动指令数为A.10 B.20 C.40 D.80答案：B9.若机器人基坐标系与大地坐标系夹角30°，则齐次变换矩阵Rot(z,30°)中第三行第三列元素为A.0 B.0.5 C.1 D.0.866答案：C10.机器人安全围栏高度按ISO10218规定不得低于A.1.2m B.1.5m C.1.8m D.2.0m答案：C11.在力控打磨中，采用导纳控制时，增大虚拟阻尼系数将导致A.响应加快 B.稳态误差减小 C.系统振荡抑制增强 D.刚度增加答案：C12.某伺服电机编码器为23位单圈+16位多圈，其单圈分辨率为A.8388608 B.65536 C.131072 D.524288答案：A13.机器人工具坐标系中“X+”方向由A.基坐标系决定 B.用户自定义 C.厂家固定 D.世界坐标系决定答案：B14.在RobotStudio中，将“SmartComponent”的“DigitalInput”属性与“LogicGate”连接，应使用A.Signal B.Property C.Connection D.EventManager答案：C15.若机器人末端速度v=[200,0,0]T(mm/s)，雅可比矩阵第1列为[0.5,0,0,0,0.1,0]T，则J1轴角速度为A.400°/s B.200°/s C.100°/s D.0.5rad/s答案：D16.在机器人搬运工作站中，真空吸盘安全裕度一般取A.1.5倍 B.2倍 C.3倍 D.5倍答案：C17.当机器人与PLC采用ProfinetIO通信时，机器人通常作为A.IOController B.IODevice C.IOSupervisor D.IOViewer答案：B18.在Mat中，机器人工具箱函数ikine()默认使用的算法是A.解析法 B.数值迭代 C.神经网络 D.查表法答案：B19.若机器人末端执行器质量增加，其惯性矩阵I将A.不变 B.线性增大 C.非线性增大 D.减小答案：C20.机器人运行中触发“SoftLimit”报警，最可能原因是A.伺服过载 B.超出关节软限位 C.编码器断线 D.急停按下答案：B二、多项选择题（每题2分，共20分，多选少选均不得分）21.下列哪些属于机器人常用减速器A.RV B.谐波 C.行星 D.蜗轮蜗杆答案：ABC22.在机器人视觉定位中，手眼标定需要求解的未知量包括A.相机内参 B.相机与机器人基坐标系关系 C.相机与工具坐标系关系 D.机器人DH参数答案：BC23.关于机器人动力学方程M(q)q¨+C(q,q˙)+G(q)=τ，下列说法正确的是A.M(q)为对称正定矩阵 B.C(q,q˙)包含科氏力 C.G(q)与重力加速度无关 D.τ为关节驱动力矩答案：ABD24.机器人弧焊工作站中，下列哪些信号必须接入安全继电器A.围栏门开关 B.光栅 C.伺服就绪 D.焊机起弧答案：AB25.在Mat中，下列哪些函数可用于轨迹规划A.jtraj B.ctraj C.mstraj D.lspb答案：ABCD26.下列哪些措施可降低机器人路径绝对定位误差A.激光跟踪仪标定 B.提高减速器刚度 C.增大伺服增益 D.采用绝对值编码器答案：ABD27.机器人碰撞检测算法可采用A.力矩观测器 B.电流微分 C.加速度阈值 D.视觉背景差分答案：ABC28.在PLCopenPart4规范中，机器人功能块包括A.MC_MoveLinear B.MC_MoveCircular C.MC_Power D.MC_ReadStatus答案：ABCD29.下列哪些属于工业机器人常用末端执行器快换装置标准接口A.ISO9409150 B.ISO9409131.5 C.GB/T1446880 D.DIN65063答案：ABC30.机器人协同作业时，需满足的安全条件有A.速度与分离距离监控 B.动态安全区域 C.力限值监控 D.双通道急停答案：ABCD三、填空题（每空1分，共30分）31.某六轴机器人DH参数中，若θ5=90°、d5=80mm，则第5轴变换矩阵中(2,4)元素值为________。答案：8032.在Mat中，机器人工具箱创建PUMA560模型命令为________。答案：mdl_puma56033.机器人重复定位精度测试标准ISO9283规定，负载为额定负载的________%。答案：5034.某伺服驱动器额定电流10Arms，峰值电流3倍，则其最大瞬时电流为________Arms。答案：3035.在机器人控制柜中，三相整流后直流母线电压为400V×________×√2≈________V。答案：1.35；76436.若机器人末端受力F=[0,0,10]TN，作用点相对TCP偏移r=[100,0,0]Tmm，则对TCP产生的力矩为________TN·mm。答案：[0,1000,0]37.机器人工具箱函数tr2delta(T0,T1)返回________维微分向量。答案：638.在RobotStudio中，将“Mechanism”设为“ExternalAxis”时，其“BaseFrame”必须隶属于________坐标系。答案：World39.某机器人基坐标系与大地坐标系齐次变换为trans(500,0,800)·rot(z,45°)，则大地原点在基坐标系中的坐标为________。答案：[353.55,353.55,800]40.在力控打磨中，导纳控制公式Mdx¨+Bdx˙+Kdx=Fe，若Md=1kg、Bd=100N·s/m、Kd=2500N/m，则系统阻尼比ζ=________。答案：141.机器人安全类别PLe对应平均危险失效时间MTTFd=________年。答案：10042.在Mat中，计算机器人逆动力学使用函数________。答案：rne43.某机器人关节最大角速度180°/s，减速比1:100，则电机侧最大转速为________rpm。答案：300044.若机器人TCP速度为1m/s，转弯半径20mm，则向心加速度为________m/s²。答案：5045.在视觉伺服中，若图像雅可比维度为2×6，则控制律需要求广义逆，其维度为________。答案：6×246.机器人工具箱函数ctraj(T0,T1,50)返回________个齐次矩阵。答案：5047.某机器人采用双闭环控制，外环周期4ms，内环周期0.5ms，则内环频率为________kHz。答案：248.在机器人搬运中，吸盘真空度60kPa，吸盘直径40mm，则理论吸力为________N。答案：75.449.若机器人路径长度2000mm，速度500mm/s，加速度2500mm/s²，则梯形规划加速段时间为________s。答案：0.250.机器人工具箱函数q=ikine6s(T)仅适用于________构型机器人。答案：sphericalwrist四、简答题（每题6分，共30分）51.简述工业机器人“零点丢失”后的恢复流程，并说明如何避免。答案：1)恢复流程：a)进入维护模式，解除伺服；b)使用机械刻度或激光跟踪仪将各轴移至机械零点；c)在示教盒执行“零位校准”功能，记录编码器绝对值；d)重启控制器，验证零位误差<0.01°；e)更新SMB电池，清除报警。2)避免措施：a)每2年更换SMB电池；b)断电前记录关节角；c)采用绝对值编码器；d)定期备份零位文件。52.说明机器人“拖动示教”功能的力矩传感器安装位置及重力补偿算法要点。答案：安装位置：关节输出端或末端法兰六维力传感器。重力补偿：1)建立机器人连杆质量、质心数据库；2)实时读取关节角q，计算重力矩G(q)；3)将G(q)前馈至电流环，实现零力拖动；4)增加摩擦补偿项τf=fc·sign(q˙)+fv·q˙；5)采用低通滤波抑制传感器噪声。53.列举三种机器人与PLC实时通信的典型方案，并给出最高刷新频率。答案：1)EtherCAT：1000Hz；2)ProfinetIRT：4ms周期，250Hz；3)Ethernet/IPwithCIPSync：1ms周期，1000Hz。54.解释机器人“奇异”对轨迹规划的影响，并给出两种规避策略。答案：影响：雅可比矩阵降秩，逆运动学无解或速度突变，导致路径偏离、振动。规避：1)在关节空间规划，避开奇异位形；2)采用阻尼最小二乘求逆J=J^T(JJ^T+λ²I)^1，限制速度突变。55.写出机器人末端圆弧轨迹的Mat实现关键代码（三点法，含插补）。答案：p1=[300,0,400];p2=[250,50,400];p3=[200,0,400];c=ctrans(p1,p2,p3);r=norm(p1c);n=cross(p2p1,p3p1);n=n/norm(n);theta=linspace(0,pi/2,100);fori=1:100p=c+r(cos(theta(i))unit(p1c)+sin(theta(i))cross(n,unit(p1c)));T=transl(p)rpy2tr(0,0,0);q(i,:)=ikine(robot,T);end五、应用题（共50分）56.计算题（10分）某六轴机器人搬运5kg箱体，箱体尺寸200×150×100mm，质心几何中心，工具质量0.8kg，工具质心距法兰80mm。已知法兰中心到J6轴距离60mm，求J6轴额外力矩。答案：箱体质心到法兰距离=100/2+60=110mm；总质量=5+0.8=5.8kg；力矩=5.8×9.8×0.11=6.25N·m。57.分析题（15分）机器人弧焊工作站出现“焊缝偏移2mm”故障，列出5种可能原因及对应检测方法。答案：1)TCP标定误差：用尖锥+激光跟踪仪复测，误差>0.5mm则重标定；2)工件夹具偏移：三坐标测量夹具定位销，超差±0.2mm则调整；3)焊丝干伸长变化：卡尺测量，标准15mm，超差检查送丝管磨损；4)关节减速器背隙增大：激光干涉仪测J2/J3重复定位，>0.05°更换减速器；5)视觉识别误差：拍摄30次标定板，图像偏差>0.1pixel则重新手眼标定。58.综合题（25分）设计一套“机器人+AGV+立体库”柔性搬运系统，要求：a)布局简图（文字描述）；b)通信架构；c)节拍计算：AGV最大速度1.5m/s，站点间距30m，装卸各15s，机器人搬运周期25s，立体库堆垛机单循环90s，求小时产量；d)安全方案；e)关键PLC变量表（≥10个）。答案：a)布局：立体库位于北侧，6层2列，共12库位；AGV路径为环形，周长90m；机器人站在路径南侧，2m安全围栏；上料辊筒线在西，下料辊筒线在东。b)通信：AGV←→PLC采用WLAN(Profinet)，机器人←→PLC采用EtherNet/IP，堆垛机←→PLC采用ProfibusDP，PLC←→MES采用OPCUA。c)节拍：AGV单圈时间=90/1.5+15×2=90s；机器人25s<90s，不瓶颈；堆垛机90s同步；单托盘综合节拍90s；小时产量=3600/90=40托盘。d)安全：围栏+安全门+PSDI光栅；AGV激光扫描仪PLd；机器人与AGV互锁区，采用RFID+安全PLC；急停双通道；防火门联动。e)变量表：AGV_Ready BOOL I0.0Robot_Busy BOOL I0.1Stocker_Done BOOL I0.2Load_Request BOOL Q0.0Unload_Request BOOL Q0.1Robot_JobID INT MW10AGV_Pos_X REAL ID20Stocker_Cmd WORD QW30Safety_ZoneClear BOOL I0.7HMI_CycleReset BOOL M50.0六、编程题（共30分）59.封闭型（10分）用RAPID语言编写机器人“矩形轨迹+IO控制”程序：从P0(400,0,300)出发，沿X+200mm、Y+150mm、X200mm、Y150mm矩形，速度v500，转角用z10，焊枪在第一条边起弧，第三条边收弧。答案：MODULERectWeld()CONSTrobtargetp0:=[[400,0,300],[1,0,0,0],[0,0,0,0],[9E9,9E9,9E9,9E9,9E9,9E9]];CONSTrobtargetp1:=[[600,0,300],[1,0,0,0],[0,0,0,0],[9E9,9E9,9E9,9E9,9E9,9E9]];CONSTrobtargetp2:=[[600,150,300],[1,0,0,0],[0,0,0,0],[9E9,9E9,9E9,9E9,9E9,9E9]];CONSTrobtargetp3:=[[400,150,300],[1,0,0,0],[0,0,0,0],[9E9,9E9,9E9,9E9,9E9,9E9]];PROCPath()MoveJp0,v500,z10,tGun;SetDOdoArcOn,1;MoveLp1,v500,z10,tGun;MoveLp2,v500,z10,tGun;SetDOdoArcOn,0;MoveLp3,v500,z10,tGun;MoveLp0,v500,z10,tGun;ENDPROCENDMODULE60.开放型（20分）在Mat环境下，编写函数functionqout=blendTraj(q0,q1,q2,T1,T2,Tbl)，实现“点到点+混合+点到点”轨迹，要求：1)使用5次多项式；2)混合区Tbl≤min(T1,T2)/2；3)输出50×n矩阵；4)绘图展示关节1角度、角速度、角加速度。答案：functionqout=blendTraj(q0,q1,q2,T1,T2,Tbl)n=length(q0);t1=linspace(0,T1,25);t2=linspace(T1Tbl,T1+T2Tbl,25);forj=1:na=q0(j);b=q1(j);c=q2(j);%第一段5次多项式A1=[0,0,0,0,0,1;T1^5,T1^4,T1^3,T1^2,T1,1;0,0,0,0,1,0;5T1^4,4T1^3,3T1^2,2T1,1,0;0,0,0,2,0,0;20T1^3,12T1^2,6T1,2,0,0];y1=[a;b;0;0;0;0];coef1=A1\y1;q1_seg=polyval(coef1,t1);%第二段5次多项式A2=[(T1