工业机器人系统集成考试2025年押题卷及答案

工业机器人系统集成考试2025年押题卷及答案一、单项选择题（每题2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项目中，下列哪一项最能直接决定末端执行器的选型？A.机器人品牌B.工件材质与几何特征C.控制柜防护等级D.示教器语言版本（答案：B）2.某六轴机器人基坐标系下X正方向指向生产线前方，若用户坐标系UF1通过“三点法”标定，其中X轴点取在机器人左侧，则UF1的X轴与基坐标系X轴的夹角约为：A.0°B.90°C.180°D.−90°（答案：B）3.在Profinet环网冗余设计中，若交换机支持IRT模式，其最主要目的是：A.降低电缆成本B.实现微秒级时钟同步C.增加节点数量D.减少IP地址占用（答案：B）4.使用PLCopenPart4规范对机器人进行运动控制时，下列哪种功能块用于触发直线插补？A.MC_MoveVelocityB.MC_MoveLinearC.MC_MoveCircularD.MC_Power（答案：B）5.在SafetyPLC与机器人安全I/O交互时，若采用双通道互锁+OSSD信号，下列哪项指标最能反映安全等级满足PLe？A.平均危险失效时间MTTFd>100年B.诊断覆盖率DC=90%C.共因失效因子CCF=55D.平均修复时间MTTR<10min（答案：A）6.某项目采用集中式控制架构，PLC与机器人通过EtherNet/IP实时通信，若机器人控制器扫描周期4ms，PLC扫描周期8ms，则理论上最大同步延迟约为：A.2msB.4msC.8msD.12ms（答案：D）7.在RobotStudio“StationLogic”中，若需将SmartComponent的Boolean信号与机器人系统信号crossconnected，应使用：A.SignalMapperB.PropertyEditorC.CodeSnippetD.CalibrationPendulum（答案：A）8.对同一型号机器人，若将负载惯量比从3:1降至1:1，则其路径绝对定位精度通常会：A.提高B.降低C.不变D.先降低后提高（答案：A）9.在3C行业螺丝锁付工站，若采用伺服批+浮动批杆方案，最主要解决的技术痛点是：A.批头磨损B.螺丝浮锁C.批杆径向跳动D.批头过热（答案：B）10.某AGV与机器人协同作业，AGV停靠位置重复精度±5mm，机器人抓取精度±0.1mm，为消除累积误差，最合理的补偿方式是：A.提高AGV速度B.机器人基座整体平移C.视觉二次定位D.增加机器人臂展（答案：C）二、多项选择题（每题3分，共15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）11.下列哪些措施可有效降低机器人集成线节拍时间？A.双抓手交替抓取B.机器人等待工位安装光幕C.伺服变位机与机器人联动D.采用高速SCARA替换六轴E.增加安全围栏高度（答案：A、C、D）12.在机器人电弧焊系统中，若出现“起弧失败”报警，可能原因包括：A.焊丝干伸长过大B.保护气流量不足C.TCP速度超出限制D.焊机水冷机未启动E.工件接地不良（答案：A、B、E）13.关于机器人协同作业（CoopMode），下列描述正确的是：A.需至少两台机器人共享同一工作空间B.必须采用同一品牌控制器C.需配置安全协同空间监控D.可通过EtherCAT实现<1ms同步E.任何模式下均可全速运行（答案：A、C、D）14.在视觉引导抓取纸箱场景中，若深度相机点云出现“黑洞”，可能由以下哪些因素导致？A.纸箱表面吸光材质B.环境红外过强C.相机曝光时间过短D.纸箱贴有高反光胶带E.触发信号延迟（答案：A、B、D）15.下列哪些属于机器人系统“数字孪生”必须满足的核心要素？A.实时数据驱动B.物理模型与虚拟模型双向映射C.必须采用5G通信D.支持离线调试E.具备AI自学习算法（答案：A、B、D）三、填空题（每空2分，共20分）16.在机器人运动学中，若第3关节转角θ3=30°，连杆长度a2=400mm，则对应的连杆末端在基坐标系X方向增量为________mm。（答案：400×cos30°≈346.4）17.某伺服焊钳最大静压力为4500N，若杠杆比为1:8，则伺服电机侧所需扭矩约为________Nm。（忽略摩擦，答案：4500/8×0.01=5.625）18.在ISO102181:2011中，规定协作机器人最大动态功率限值为________W。（答案：80）19.若机器人末端线速度恒定为v=1000mm/s，转弯半径r=250mm，则向心加速度为________m/s²。（答案：4）20.在PLC与机器人Socket通信中，若采用TCP/IP，机器人作为Server，其默认端口号为________。（答案：80）21.某项目使用G代码控制机器人铣削，若G64表示连续路径模式，则G60表示________模式。（答案：精确定位）22.在机器人激光切割中，若喷嘴孔径1.2mm，辅助气体压力设定1.0MPa，则气体体积流量近似计算可采用________方程。（答案：ISO6358）23.若机器人第六轴减速机减速比i=100，电机编码器分辨率17bit，则单圈角度分辨率为________角秒。（答案：360×60×60/2^17≈9.9）24.在SafetyBusp网络中，若使用RSSD报文，其最大数据长度为________字节。（答案：256）25.某机器人工作站在冬季出现“零点丢失”频繁，最可能的环境诱因是________。（答案：温度梯度大导致热胀冷缩）四、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）26.机器人绝对精度仅与编码器分辨率有关，与连杆几何误差无关。（×）27.在STO（SafeTorqueOff）激活后，机器人轴仍可手动推动。（√）28.采用离线编程时，若未考虑真实夹具刚度，会导致虚拟调试与现场节拍差异大。（√）29.对于同一型号机器人，其重复定位精度一定高于绝对定位精度。（√）30.在机器人打磨中，若接触力恒定，则材料去除率与TCP速度成反比。（×）31.机器人控制器IP地址与示教器IP地址必须处于同一网段才能升级固件。（×）32.当机器人处于T2手动全速模式时，安全围栏门被打开会立即触发Category0停机。（√）33.在RSLogix5000中，若要将机器人UDT结构体导入，需使用L5K格式。（√）34.机器人第七轴（导轨）的伺服驱动器可直接使用机器人本体驱动器，无需额外放大器。（×）35.在视觉系统中，若采用EyeinHand方案，则相机坐标系与机器人法兰坐标系之间的齐次变换矩阵需通过手眼标定获得。（√）五、简答题（封闭型，每题5分，共15分）36.简述机器人系统集成项目中“机械接口”设计必须包含的五个要素。答案：1.法兰规格（ISO9409150、63、80等）；2.最大允许静载与弯矩；3.重复定位精度要求；4.安装面粗糙度与平面度；5.防呆销孔或键槽尺寸及公差。37.列举造成机器人“振动”的三类电气原因并给出对应排查方法。答案：1.伺服增益过高——使用示波器观察转矩波动，降低速度环增益；2.编码器干扰——检查屏蔽层接地，测量信号抖动；3.电源谐波——用电能质量分析仪检测THD，加装滤波器。38.在协作机器人应用中，如何仅用“功率与力限值”实现PLd以上安全等级？答案：采用双通道扭矩传感器+双CPU交叉校验，满足ISO138491Category3，DC≥99%，MTTFd高，CCF≥65，通过冗余及诊断实现PLd。六、简答题（开放型，每题10分，共20分）39.某汽车零部件厂计划将人工焊缝打磨工位改为机器人自动化。工件为1.2mm厚高强度钢焊缝，长度80300mm不等，打磨余量0.20.4mm，表面粗糙度要求Ra≤6.3µm，节拍≤45s。请给出完整的系统架构图（文字描述），并说明力控、视觉、除尘、砂带磨损补偿四大子系统的实现思路。答案：系统架构：1.设备层：六轴机器人（负载20kg，臂展1.7m）+浮动打磨头（伺服旋转+主动法向力控0100N）+双砂带机（粗、精双工位）+激光轮廓仪（KeyenceLJX800）+干式除尘柜（风量4000m³/h）+快换夹具库（8套）。2.控制层：机器人柜与力控柜通过EtherCAT环网<1ms；PLC（S71500T）负责砂带机启停、除尘风机变频、快换盘气压；安全PLC（S71500F）监控光栅、围栏、力超限。3.信息层：WinCCOA记录每条焊缝实际打磨深度、砂带寿命、力曲线；与MES接口获取车型二维码，自动调用工艺配方。力控：采用六维力传感器（ATIMini45）+机器人ForceControlPackage，恒力模式目标力25N，浮动头行程±10mm，通过PI算法实时修正Z向偏移。视觉：打磨前激光轮廓仪扫描获取焊缝高度图，生成打磨轨迹并分段规划速度；打磨后再次扫描，若余量>0.05mm则二次精修。除尘：打磨头周边环形吸口风速>25m/s，变频风机根据机器人DO信号调速，节省能耗30%；滤芯采用PTFE覆膜，离线脉冲反吹。砂带磨损补偿：激光轮廓仪每完成5件测量砂带厚度，若磨损量>0.1mm则PLC自动进给补偿，同时机器人调用新砂带机；当厚度低于极限，自动呼叫换料提示。结果：节拍38s，Ra=4.2µm，良品率99.5%，粉尘浓度<1mg/m³。40.某3C电子厂需对手机中框进行四面螺丝锁付，共16颗M1.4×3mm螺丝，扭矩0.12Nm，深度3.0±0.05mm，节拍需求25s。现有单台SCARA无法满足，请设计一套“一机双锁”协同方案，含机器人布局、视觉定位、伺服批控制、故障处理、数据追溯，并给出关键计算过程。答案：布局：采用两台SCARA（臂展400mm）镜像布置，中间为视觉定位工位+双层载具回流线；每台SCARA带双伺服批（共4批），一次同时锁2颗，单台完成8颗，理论节拍=锁付时间+视觉时间+移动时间。视觉：2MP相机+四向穹顶光源，拍照时间0.15s，视觉处理0.08s，采用EyetoHand，两台机器人共享坐标系，标定精度±0.02mm。伺服批：采用JANOMEJCC3201，扭矩分辨率0.001Nm，角度编码器18bit，支持“扭矩+角度+深度”三要素监控；锁付单颗1.2s（含下压0.3s、旋入0.7s、确认0.2s）。节拍计算：视觉0.23s；机器人移动路径总长度约600mm，合成速度1200mm/s，移动时间0.5s；锁付8颗分4次，每次1.2s，共4.8s；载具交换与压紧2s；总节拍≈0.23+0.5+4.8+2=7.53s，双机并行，瓶颈7.53s<25s，满足。故障处理：1.滑牙——伺服批检测到扭矩突变>0.18Nm，立即反转退丝，呼叫人工；2.浮锁——深度<2.95mm且扭矩达标，标记NG，下料位自动分拣；3.缺丝——真空吸嘴压力开关<−45kPa，自动补吸两次，仍失败停机。数据追溯：每台螺丝绑定UID，锁付结果（扭矩曲线、深度、角度）以JSON格式经MQTT上传工厂云平台，保存15年；若客户端出现螺丝松动，可反向追溯到批头编号、操作员工、环境温湿度。七、计算题（共25分）41.（8分）某六轴机器人需将20kg箱体从A点搬运到B点，水平距离2m，垂直提升0.6m，旋转90°，要求节拍3s。已知机器人额定负载25kg，最大合成加速度5m/s²，减速度等于加速度，最大速度1.5m/s，旋转轴最大角速度90°/s。忽略抓放时间，仅考虑运动，请用梯形速度规划计算是否满足节拍，并给出总耗时。答案：分解运动：1.直线运动：水平2m，垂直0.6m，合成位移s=√(2²+0.6²)=2.088m。设加速段t1，匀速段t2，减速段t3，a=5m/s²，vmax=1.5m/s。加速时间t1=vmax/a=0.3s，加速距离s1=0.5at1²=0.225m；减速同加速，总加减速距离0.45m；匀速距离=2.088−0.45=1.638m，t2=1.638/1.5=1.092s；直线总时间T1=2t1+t2=1.692s。2.旋转运动：90°=π/2rad，角加速度α=90°/s÷0.3s=300°/s²；角速度梯形规划：加速0.3s，减速0.3s，匀速段角速度90°/s，匀速角度=90°−2×0.5×αt1²=90−27=63°，时间t2=63/90=0.7s；旋转总时间T2=0.3+0.7+0.3=1.3s。3.并行执行：直线与旋转可重叠，取max(T1,T2)=1.692s<3s，满足节拍，余量1.3s可用于抓放与缓冲。42.（7分）某变位机采用伺服电机+齿轮箱驱动，负载惯量JL=0.8kg·m²，齿轮箱惯量JG=0.05kg·m²，减速比i=50，电机转子惯量JM=0.002kg·m²，要求角加速度α=300rad/s²。请计算电机所需峰值扭矩（忽略摩擦）。答案：折算到电机轴总惯量J=JM+JG+JL/i²=0.002+0.05+0.8/2500=0.05232kg·m²；峰值扭矩T=Jα=0.05232×300=15.7Nm。43.（10分）某机器人打磨工站采用恒力控制，法向力设定值Fref=30N，砂带线速度vs=20m/s，机器人进给速度vf=100mm/s，砂带宽度b=50mm，材料为铝合金，比磨削能u=6J/mm³。请估算：(1)材料去除率Q（mm³/s）；(2)所需砂带电机功率P（kW）；(3)若砂带切削系数k=0.3×10⁻³mm³/(N·mm)，验证Q是否与理论模型Q=kFvf一致。答案：(1)理论模型Q=kFvf=0.3×10⁻³×30×100=0.9mm³/s；(2)功率P=uQ=6×0.9=5.4W（忽略传动损耗，实际选电机≥50W）；(3)结果一致，说明在给定k值下，恒力30N即可实现0.9mm³/s去除率；若需提高去除率，可线性增加F或vf。八、综合分析题（共25分）44.（15分）某白车身补焊线需集成8台机器人，完成门槛梁、侧围、底板共63个焊点。工厂要求：a.单台机器人故障时，产线可降速不停产；b.焊点位置精度±0.5mm；c.切换新车型时间≤3min；d.安全等级PLd。请给出整体网络拓扑、机器人布局、夹具快换、安全分区、故障降级策略，并说明如何满足±0.5mm精度。答案：网络拓扑：千兆环网冗余（MRP），采用ProfinetIRT，8台机器人+4台伺服夹具+2台涂胶机+1台安全PLC+1台主PLC，所有设备通过SCALANCE交换机串联，环网恢复时间<200ms。布局：采用“背靠背”双岛，每岛4台机器人，岛间预留1m维修通道；岛外侧布置可升降夹具库，共12副夹具，伺服横移切换；机器人底座加装±10mm机械微调+激光跟踪仪闭环补偿。夹具快换：采用H型导轨+零点定位系统（±0.005mm），气路、电路、总线模块集成在夹具端面，一次插拔<30s；车型信息通过RFID写入夹具，主PLC自动调用工艺包。安全分区：每岛分3个安全区，光栅+安全地毯+PSDI模式；安全PLC执行“ZoneCombination”，任一机器人进入维修模式，该区速度降为250mm/s，其余区保持500mm/s，实现降速不停产。故障降级：单台故障，主PLC重算焊点分配，将63点按距离最近原则分给7台，