工业机器人技术试题库与答案

工业机器人技术试题库与答案一、单项选择题（每题1分，共20分）1.工业机器人在ISO8373中的定义中，被描述为“可在三个及以上轴上编程的、固定或移动的自动控制、可重复编程、多用途的操作机”。下列哪项不属于该定义的核心要素？A.自动控制B.可重复编程C.多用途D.具备视觉感知答案：D2.在六轴串联关节机器人中，决定末端法兰姿态的关节是：A.1轴B.3轴C.5轴D.6轴答案：D3.对于采用交流伺服电机的工业机器人关节，其位置反馈元件最常用的是：A.测速发电机B.增量式光电编码器C.旋转变压器D.霍尔开关答案：B4.机器人在基坐标系下完成直线运动时，其轨迹规划算法通常采用：A.三次多项式插值B.梯形速度规划C.五次多项式插值D.空间直线插补答案：D5.在机器人动力学方程中，科氏力与离心力项出现在：A.惯性矩阵B.哥氏矩阵C.重力向量D.摩擦力向量答案：B6.某机器人末端负载质量为5kg，重心距离法兰面100mm，若要求静力误差小于0.1mm，则关节刚度至少应为：A.5N/μmB.50N/μmC.500N/μmD.5000N/μm答案：C7.在RobotStudio中，若要将虚拟控制器的I/O信号与PLC进行以太网通信，需启用的协议是：A.EtherCATB.PROFINETC.TCP/IPSocketD.ModbusRTU答案：B8.机器人工具坐标系标定时，采用“四点法”记录四个尖点位置，其主要目的是：A.计算工具质量B.计算工具坐标系原点在法兰坐标系中的位置C.计算工具惯性矩D.计算工具重心答案：B9.在机器人弧焊应用中，为保证焊枪姿态恒定，常采用的插补方式是：A.关节插补B.直线插补C.圆弧插补D.姿态恒定直线插补答案：D10.若机器人关节减速比为100，电机端编码器分辨率为17bit，则关节端理论分辨率约为：A.0.001°C.0.01°D.0.1°答案：B11.在机器人安全类别PLe中，要求平均危险失效时间（MTTFd）最低为：A.3年B.10年C.30年D.100年答案：D12.机器人工作节拍（CycleTime）主要受下列因素影响最小的是：A.加速度上限B.最大速度C.轨迹精度D.电机额定功率答案：C13.在机器人视觉抓取中，若采用EyeinHand方案，手眼标定求解的是：A.相机内参B.机器人基坐标到相机的变换C.机器人法兰到相机的变换D.相机到工件的变换答案：C14.某六轴机器人采用DenavitHartenberg建模，其4×4齐次变换矩阵中，第三列元素表示：A.原点位置B.X轴方向C.Y轴方向D.Z轴方向答案：D15.在机器人打磨应用中，若要求接触力恒为20N，应优先采用的控制策略是：A.位置控制B.力/位混合控制C.速度控制D.加速度前馈控制答案：B16.机器人关节伺服驱动器“三闭环”结构中，最外环是：A.电流环B.速度环C.位置环D.温度环答案：C17.在ROS中，发布机器人关节状态的话题名称默认为：A./joint_statesB./robot_stateC./joint_trajectoryD./tf_static答案：A18.若机器人基座安装倾斜角为2°，未进行校准，则对下列哪种应用影响最大：A.点到点搬运B.直线涂胶C.关节空间跳舞D.电机老化测试答案：B19.在机器人协同作业中，若两台机器人共享同一工作空间，必须启用的功能是：A.单轴回零B.安全互锁（SafetyInterlock）C.重力补偿D.工具坐标系标定答案：B20.机器人末端执行器采用真空吸盘时，其吸附力与下列哪项无关：A.吸盘有效面积B.真空度C.工件表面粗糙度D.机器人基座质量答案：D二、多项选择题（每题2分，共10分，多选少选均不得分）21.下列哪些属于工业机器人常用编程方式：A.示教再现B.离线编程C.增强现实拖拽编程D.手工G代码输入E.自然语言语音编程答案：ABC22.机器人运动学正解计算需要已知：A.各关节DH参数B.各关节变量C.末端负载质量D.连杆长度E.电机转子惯量答案：ABD23.在机器人弧焊起始点检出（TouchSensing）过程中，机器人需要：A.降低速度B.关闭焊丝送丝C.启用力觉传感器D.检测电压突变E.记录接触位置答案：ABDE24.下列哪些措施可有效降低机器人振动：A.增大关节减速比B.采用输入整形技术C.提高采样频率D.降低末端质量E.提高速度环增益答案：BCD25.关于机器人安全等级Cat.3与Cat.4，下列说法正确的是：A.Cat.4要求单故障安全B.Cat.3要求单故障检测C.Cat.4需冗余+监控D.Cat.3可用单通道E.两者均适用于PLe答案：BCE三、填空题（每空1分，共20分）26.机器人学中，将关节空间映射到任务空间的微分关系称为________矩阵，其维度为________。答案：雅可比，6×n（n为关节数）27.在DH参数中，连杆扭角αi1定义为沿Xi1轴由Zi1转向________轴的夹角。答案：Zi28.若机器人关节最大加速度为50rad/s²，减速比为80，电机端加速度可达________rad/s²。答案：400029.机器人末端重复定位精度测试标准ISO9283规定，测试路径应为________形，速度为额定速度的________%。答案：立方，5030.在机器人控制系统中，PID控制器积分饱和可通过________法抑制。答案：抗积分饱和（或积分分离）31.某机器人基坐标系到世界坐标系的齐次变换矩阵为T，若T=[010100；100200；001300；0001]，则基坐标系原点在世界坐标系中的坐标为________。答案：(100,200,300)32.机器人视觉抓取中，若相机分辨率为1280×1024，视野为320mm×256mm，则单像素当量为________mm。答案：0.2533.在机器人激光切割应用中，若要求轨迹误差≤±0.05mm，则关节伺服环位置环带宽一般需高于________Hz。答案：3034.机器人末端执行器更换后，必须重新进行________标定，否则会导致________误差。答案：工具坐标系，轨迹35.在机器人协同搬运中，若两机器人通过EtherCAT共享力矩数据，周期为1ms，则通信抖动应小于________μs才能保证力控稳定。答案：5036.机器人关节谐波减速器柔轮材料通常采用________钢，其热处理工艺为________。答案：高弹性合金，调质+氮化37.若机器人工作半径为1600mm，底座安装孔分布圆直径为250mm，则底座螺栓所受最大倾覆力矩约为额定负载与________乘积。答案：工作半径38.在机器人离线编程软件中，轨迹点姿态常用________角表示，其顺序为ZYX。答案：欧拉39.机器人安全围栏高度不得低于________mm，底部离地间隙不得大于________mm。答案：1400，18040.机器人末端力传感器测量的是________坐标系下的力和力矩。答案：传感器自身四、简答题（共6题，每题5分，共30分）41.封闭型：简述六轴串联机器人奇异点的三种类型，并给出避免奇异点的工程措施。答案：(1)腕部奇异：4轴与6轴共线，导致4、6轴无限速度；避免措施：规划路径时保持5轴≠0°。(2)肩部奇异：2轴使腕部中心位于1轴轴线上；避免措施：限制1轴速度或重新布局工件。(3)肘部奇异：3轴使腕部中心与2、3轴共面；避免措施：路径插补时保持肘部角度非零。工程上可通过冗余自由度、轨迹优化算法或人工势场法避开奇异区域。42.开放型：列举并比较工业机器人常用现场总线（EtherCAT、PROFINET、DeviceNet）在实时性、拓扑、带宽三方面的差异。答案：EtherCAT：实时性<1ms，线型/环型拓扑，带宽100Mbps，从站处理帧延迟低；PROFINET：实时性1–10ms，星型/线型，带宽100Mbps，支持IRT硬实时；DeviceNet：实时性5–20ms，总线型，带宽500kbps，节点数最多64；结论：高速高精度协同优先EtherCAT；与西门子PLC无缝集成优先PROFINET；低成本老设备维护可用DeviceNet。43.封闭型：写出机器人单关节质量弹簧阻尼系统传递函数，并说明各参数物理意义。答案：G(s)=1/(Js²+Bs+K)J：关节等效惯量(kg·m²)；B：阻尼系数(N·m·s/rad)；K：刚度(N·m/rad)。该二阶系统描述关节在力矩输入下的角位移响应，用于分析共振频率与稳定性。44.开放型：说明机器人工具坐标系六点法标定步骤，并指出误差来源。答案：步骤：(1)安装尖锥工具；(2)以不同姿态移动尖点接触空间固定尖锥，记录六组关节角；(3)软件计算工具坐标系原点在法兰坐标系中的位置；(4)可选增加方向点确定Z轴；误差来源：尖点磨损、接触重复性、关节角读数误差、减速器背隙、温度漂移。减小方法：使用高精度红宝石尖点、多次平均、在恒温环境标定。45.封闭型：解释机器人“加速度前馈”原理，并给出其控制器结构框图文字描述。答案：原理：根据期望轨迹加速度乘以关节惯量估计值，提前生成力矩补偿，减小跟踪滞后。结构：位置指令→二阶微分得加速度→乘以惯量估计→力矩前馈；同时位置误差经PID生成修正力矩；两路力矩相加输出到电流环。46.开放型：描述机器人碰撞检测的两种实现方式，并比较其优缺点。答案：(1)基于力矩观测：实时比较实际力矩与模型预测力矩，残差超阈值即停机；优点无需额外传感器，成本低；缺点依赖模型精度，易受负载变化影响。(2)基于六维力传感器：直接读取外力，超阈值停机；优点灵敏度高，响应快；缺点成本高，需额外布线。综合：轻载高速场合优先力矩观测；精密装配或人机协作优先六维力传感器。五、应用题（共5题，共50分）47.计算题（10分）已知六轴机器人2轴连杆长度a2=600mm，3轴连杆长度a3=500mm，忽略连杆偏置。当θ2=30°、θ3=−60°时，求腕部中心在基坐标系下的坐标(x,y,z)。答案：x=a2cosθ2+a3cos(θ2+θ3)=600cos30°+500cos(−30°)=600×0.866+500×0.866=519.6+433.0=952.6mmy=0（腕部中心位于XZ平面）z=a2sinθ2+a3sin(θ2+θ3)=600sin30°+500sin(−30°)=300−250=50mm故坐标为(952.6,0,50)mm。48.分析题（10分）某机器人采用EtherCAT总线，周期1ms，驱动器位置环增益Kp=2000(digit/rad)，电机端17bit编码器，减速比100。当关节受到0.1°外部扰动时，计算电机端需要补充的脉冲数，并分析该扰动对末端重复定位精度的影响（机器人臂长800mm）。答案：0.1°=0.1×π/180=0.001745rad电机端角度=0.001745×100=0.1745rad脉冲当量=2^17/2π=131072/6.2832≈20860pulse/rad补充脉冲=0.1745×20860≈3640pulse末端线性误差=800mm×0.001745≈1.396mm结论：0.1°关节扰动导致末端超差1.4mm，远超±0.1mm重复定位精度要求，需提高关节刚度或增加闭环带宽。49.综合题（10分）设计一个机器人搬运节拍优化方案：负载5kg，行程A→B直线距离2m，最大速度2m/s，最大加速度5m/s²，减速度相同，要求停稳后停留0.5s。计算理论最短节拍，并提出两项进一步缩短节拍的工程措施。答案：梯形规划：加速段t1=v/a=2/5=0.4s，位移s1=0.5at1²=0.5×5×0.16=0.4m减速段相同，总加减速位移0.8m，匀速段位移1.2m，时间t2=1.2/2=0.6s总运动时间=0.4+0.6+0.4=1.4s，加停留0.5s，理论节拍1.9s措施：(1)加速度提升至7m/s²，时间缩短至0.286s，节拍降至1.486+0.5=1.586s；(2)采用S曲线加减速，减少振动，允许加速度提升10%，节拍再降约0.05s。50.编程题（10分）阅读下列RAPID代码片段，指出错误并修正，使其完成“从p10到p20直线运动，速度v500，Zonez10，同时输出doGrip=1”的功能。原码：MoveLp10,v500,z10,tGripper;SetdoGrip;MoveLp20,v500,fine,tGripper;答案：错误：SetdoGrip在fine点之后，且未指定Zone。修正：MoveLp10,v500,z10,tGripper;SetDOdoGrip,1;MoveLp20,v500,z10,tGripper;51.设计题（10分）某汽车零部件需机器人与PLC协同装配，要求：(1)机器人抓取销轴→插入阀体→插入力≤50N；(2)PLC控制阀体夹具打开/关闭；(3)若插入力超差，机器人需回退50mm并报警。