工业机器人系统集成2025年模拟试题及解析

工业机器人系统集成2025年模拟试题及解析1.单项选择题（每题1分，共20分）1.1在工业机器人系统集成项目中，最先完成的里程碑节点是A.机械臂选型B.末端执行器设计C.工艺节拍计算D.需求规格书确认答案：D1.2某六轴关节机器人采用绝对值编码器，断电重启后无需回零，其位置记忆依赖的部件是A.伺服电机抱闸B.电池供电的多圈计数器C.PLC掉电保持寄存器D.示教器SD卡答案：B1.3在Ethernet/IP网络拓扑中，负责分配网络时间同步的节点角色是A.ScannerB.AdapterC.OriginatorD.Target答案：A1.4当使用激光位移传感器做焊缝跟踪时，若钢板表面反射率突变，系统应优先调节A.激光功率B.曝光时间C.传感器安装角D.模拟量滤波深度答案：C1.5下列关于协作机器人“功率与力限制”模式的描述，正确的是A.瞬时力超限立即断电B.力阈值由示教器旋钮实时可调C.无需额外外部监控PLCD.碰撞后必须人工复位编码器答案：B1.6在RobotStudio中，用于将真实I/O映射到虚拟信号的功能模块是A.RAPID中断B.I/OSimulatorC.StationLogicD.MultiMove答案：B1.7某码垛节拍要求900箱/时，抓放行程1.2m，最大加速度5m/s²，采用“门型”轨迹，理论最短行程时间约为A.0.45sB.0.69sC.0.82sD.1.00s答案：B1.8在ISO102181:2011中，紧急停止回路Category3要求的安全等级是A.PLaB.PLbC.PLcD.PLd答案：D1.9当使用PCBased控制器通过EtherCAT控制伺服，周期抖动大于200µs时，最可能的原因是A.交换机缓存溢出B.Windows非实时内核C.编码器线干扰D.分布式时钟未同步答案：B1.10下列哪种总线天生支持冗余环网且切换时间小于20msA.PROFINETRTB.EtherNet/IPC.EtherCATD.POWERLINK答案：C1.11在视觉定位中，若标定板放置倾斜15°，仍采用2D平面标定，则产生的误差属于A.镜头径向畸变B.透视投影误差C.量化误差D.光源角度误差答案：B1.12某项目采用5kg负载机器人，末端惯量0.15kg·m²，厂家给出最大允许惯量0.25kg·m²，若更换工具后惯量0.30kg·m²，则首要措施是A.降低加速度30%B.提高伺服增益C.更换更大减速机D.加装平衡缸答案：A1.13在PLCopenPart4协同运动功能块中，用于实现机器人与外部轴直线插补的功能块是A.MC_MoveVelocityB.MC_MoveLinearAbsoluteC.MC_CamInD.MC_GearIn答案：B1.14当机器人与第七轴协同运动时，若第七轴伺服报警7401（编码器电池低），系统应A.继续运行并标记位置无效B.立即断开机器人伺服使能C.切换至独立模式D.忽略报警仅记录日志答案：B1.15在打磨应用中，若接触力恒定30N，砂带线速度15m/s，电机功率1.2kW，则效率约为A.55%B.65%C.75%D.85%答案：C1.16下列关于FunctionBlock的EN和ENO端描述，正确的是A.ENO仅反映逻辑运算结果B.EN为False时，FB内部状态清零C.ENO可作为下游FB的END.EN与ENO必须成对出现答案：C1.17在OPCUA信息模型中，用于描述机器人关节实时位置的节点类是A.AnalogItemTypeB.MotionDeviceSystemTypeC.StateMachineTypeD.FolderType答案：B1.18若安全围栏高度1.4m，机器人最大工作高度2.2m，依据ISO13857，防止上肢触及危险区的最小安全距离为A.500mmB.700mmC.900mmD.1100mm答案：C1.19在离线编程中，若轨迹点姿态采用ZYX欧拉角(90,0,90)表示，其等效四元数q的实部为A.0B.0.5C.0.707D.1答案：C1.20某搬运系统使用双吸盘阵列，若任一吸盘真空度低于55kPa即需停机，应选用的逻辑元件是A.与门B.或门C.非门D.异或门答案：B2.多项选择题（每题2分，共20分；多选少选均不得分）2.1下列哪些措施可降低机器人TCP重复定位误差A.提高编码器分辨率B.减小减速机背隙C.增加工具重量D.采用绝对值编码器E.提高伺服速度环带宽答案：ABDE2.2在SafetyBusp网络中，实现Category4安全通信需满足A.冗余通道B.循环冗余校验C.时间戳监控D.地址码匹配E.双通道交叉比较答案：ABCE2.3关于机器人静态柔顺控制，正确的有A.依赖六维力传感器B.需要实时逆运动学C.可实现零力示教D.不需加速度前馈E.适用于精密装配答案：ACE2.4下列哪些属于典型的MES与机器人系统交互数据A.工单号B.扭矩曲线C.能耗统计D.零件序列号E.伺服报警代码答案：ACDE2.5在视觉引导抓取中，若采用EyeinHand方案，标定需获得A.相机内参B.机器人基坐标系到法兰坐标系C.法兰到相机坐标系D.相机到工件坐标系E.机器人基到工件答案：AC2.6下列哪些情况会触发协作机器人强制降级至监测停止A.人体躯干进入保护停止区B.工具尖端速度超过150mm/sC.外力矩瞬态超限20%D.安全门被打开E.示教器急停按下答案：ABD2.7在伺服电机选型时，需同时校核A.额定转矩B.峰值扭矩C.转子惯量D.绕组绝缘等级E.编码器线数答案：ABCD2.8下列哪些总线支持基于IEEE1588的分布式时钟同步A.EtherCATB.SercosIIIC.PROFINETIRTD.CANopenE.POWERLINK答案：ABCE2.9在机器人打磨工作站中，属于强制安全联锁信号的有A.砂带破带检测B.除尘风压低位C.工具库在位D.工件夹紧压力E.防爆照明开关答案：ABD2.10若机器人程序采用RAPID多任务，下列哪些变量类型可在任务间共享A.PERSB.VARC.CONSTD.TASKPERSE.ALIAS答案：AD3.填空题（每空2分，共20分）3.1在机器人DH参数中，连杆扭角αi定义为沿______轴旋转到______轴的角度，符合右手定则。答案：Xi1；Zi3.2若某伺服驱动器电子齿轮比设为128:1，电机编码器23bit，则电机单圈对应指令脉冲数为______。答案：8388608/128=655363.3在PLC程序中，TON定时器的输入端IN由1变0时，当前值ET立即______，输出Q状态______。答案：清零；复位为03.4当机器人采用MoveL指令时，若转弯半径Zone设为z50，则TCP在距离目标点______mm处开始过渡。答案：503.5在EtherCAT帧中，用于存储同步管理器通道数据的头部字段称为______。答案：WorkingCounter3.6若六维力传感器坐标系与法兰坐标系存在45°绕Z轴旋转，则力控坐标变换需乘以旋转矩阵R，其中R第三行第三列元素为______。答案：13.7某项目使用两台机器人共享一个转台，转台伺服周期4ms，机器人插补周期8ms，为实现协同，转台应设置为______模式。答案：电子齿轮同步3.8在ISO9283性能测试中，若测得位姿重复性RP为0.02mm，则其计算结果取______倍标准差。答案：33.9若安全PLC采用双通道冗余输入，单个通道发生短路到24V时，应被诊断为______故障。答案：差异3.10在OPCUA客户端订阅中，若采样间隔100ms，发布间隔200ms，队列长度2，则服务器最多缓存______个样本。答案：24.判断题（每题1分，共10分；正确打“√”，错误打“×”）4.1机器人工具坐标系标定时，4点法与6点法相比，后者可估算工具重心位置。答案：√4.2在PROFINET中，RT通信的抖动一般小于IRT通信。答案：×4.3当采用力位混合控制时，若环境刚度突然增大，系统需降低位置环增益以避免震荡。答案：√4.4视觉模板匹配时，若金字塔层数增加，则匹配精度必然提高。答案：×4.5协作机器人若进入功率限制模式，其最大TCP速度可超过250mm/s。答案：×4.6在RAPID中，中断优先级数字越大，优先级越高。答案：√4.7安全等级PLe要求平均危险失效时间大于100年。答案：√4.8当机器人基坐标系倾斜安装时，无需重新校准基坐标系即可保证绝对精度。答案：×4.9在伺服驱动器中，自动增益整定功能通常需要负载惯量比已知。答案：√4.10采用双机热备的PLC系统，切换时间一定小于10ms。答案：×5.简答题（封闭型，每题6分，共30分）5.1说明机器人系统中“精度”与“重复精度”的区别，并给出ISO9283规定的测试方法要点。答案：精度（Accuracy）指指令位姿与实际位姿的偏差，重复精度（Repeatability）指多次到达同一指令位姿的一致性。ISO9283要求：负载100%额定，速度100%额定，测量30次，计算位姿准确性和位姿重复性，取3倍标准差。5.2列举三种常见的机器人与PLC实时通信方式，并比较其确定性等级。答案：1.PROFINETIRT：抖动<1µs，确定性最高；2.EtherCAT：抖动<1µs，分布式时钟；3.Ethernet/IPwithCIPSync：抖动100µs级，确定性中等。5.3简述EyetoHand视觉系统的手眼标定步骤。答案：1.固定相机拍摄标定板多姿态；2.机器人法兰携带标定板，记录法兰位姿；3.求解相机到机器人基的变换矩阵；4.验证重投影误差<0.5pixel。5.4说明协作机器人“监测停止”与“保护停止”触发条件的差异。答案：监测停止：人体进入协同空间但无接触，速度/力阈值未超，机器人保持伺服并监测；保护停止：安全门打开或急停按下，机器人断开伺服，需手动复位。5.5解释伺服驱动器中“前馈控制”如何提高轨迹跟踪精度。答案：前馈根据速度、加速度指令直接计算所需转矩，补偿惯性力，减小位置滞后，使跟踪误差降低50%以上，且不放大噪声。6.简答题（开放型，每题10分，共20分）6.1某工厂计划将传统人工打磨工位改造为机器人自动打磨，请从系统集成角度列出关键风险评估清单，并给出对应缓解措施。答案：风险1：铝粉尘爆炸—采用防爆伺服、除尘风量>0.5m/s、隔爆阀；风险2：砂带断裂飞溅—加装透明防护罩、断裂检测传感器联锁；风险3：工件装夹误差—配置六维力控、浮动主轴；风险4：人工干预频繁—设置安全光栅、协同模式；风险5：工艺一致性—在线激光测厚、闭环补偿；风险6：维护停机—采用快换工具库、远程OPCUA诊断。6.2论述5G与TSN融合对机器人远程控制的影响，并给出一种可行的网络架构。答案：5G提供无线大带宽，TSN提供确定性时延；融合后空口抖动<1ms，可满足远程运动控制。架构：现场机器人→TSN桥→5GuRLLC终端→5G核心网UPF下沉→边缘TSN网关→远端控制器，时钟同步采用gPTP，冗余路径采用FRER，实测往返8ms，丢包率0.001%。7.计算题（共30分）7.1（8分）某SCARA机器人大臂长400mm，小臂长300mm，需将TCP从(600,0)mm直线移动到(300,400)mm，速度500mm/s，加速度2500mm/s²，采用S曲线加减速，加加速度限制50000mm/s³，求最短行程时间。答案：总位移500mm；加加速段t1=2500/50000=0.05s；匀加速段t2=(500/2500)–0.05=0.15s；减速对称；匀速段0.5s；总时间2(0.05+0.15)+0.5=0.9s。7.2（10分）六轴机器人腕部关节采用谐波减速机，减速比120:1，额定转矩200N·m，瞬时最大400N·m，负载惯量0.8kg·m²，电机转子惯量0.02kg·m²，计算电机轴等效惯量及加速到3000r/min所需最短时间（电机峰值扭矩60N·m）。答案：等效惯量J=0.02+0.8/120²=0.02+0.000056=0.020056kg·m²；角加速度α=60/0.020056≈2992rad/s²；Δω=3000×2π/60=314rad/s；t=314/2992≈0.105s。7.3（12分）某码垛线要求1200箱/时，箱质量15kg，吸盘最大负载20kg，提升行程1.5m，水平行程2m，门型轨迹，加速度限制5m/s²，允许减速度6m/m²，求最小电机功率（忽略摩擦，重力加速度取10m/s²）。答案：单箱周期3600/1200=3s；提升时间t1=sqrt(2×1.5/5)=0.775s；水平时间t2=sqrt(2×2/5)=0.894s；重叠设计，总运动时间1.2s；峰值功率提升段P=mgv+mav=15×10×3.87+15×5×3.87=580+290=870W；水平段P=mav=15×5×5=375W；综合选1.5kW伺服。8.综合分析题（共30分）8.1项