2025年工业机器人技术专业《工业机器人系统集成》专项训练试题及答案

2025年工业机器人技术专业《工业机器人系统集成》专项训练试题及答案一、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，决定末端执行器可达空间的关键参数是（）。A.关节速度B.连杆长度C.减速比D.电机功率答案：B2.下列总线中，实时性最高、常用于伺服轴同步控制的是（）。A.RS485B.CANopenC.EtherCATD.TCP/IP答案：C3.当6轴机器人处于奇异点时，其雅可比矩阵表现为（）。A.秩满B.行列式为零C.对角化D.对称正定答案：B4.在PLCopenPart4规范中，用于电子齿轮同步的功能块是（）。A.MC_MoveAbsoluteB.MC_GearInC.MC_CamInD.MC_Stop答案：B5.某工位要求机器人重复定位精度≤±0.05mm，应优先选用的定位方式是（）。A.关节绝对编码器B.外部激光跟踪仪C.视觉伺服D.机械挡块+伺服补偿答案：D6.在RobotStudio中，将虚拟控制器时钟与真实PLC同步的接口模块是（）。A.PCSDKB.RobotStudioOnlineC.OPCUAServerD.RAPIDClock答案：C7.当机器人与第七轴滑台进行联动时，为保证线性轨迹精度，应启用的坐标系是（）。A.关节坐标B.世界坐标C.用户坐标D.工件坐标答案：D8.下列哪种传感器最适合用于检测透明玻璃工件的有无（）。A.对射光电B.电容式C.超声波D.电感式答案：C9.在ISO102181:2011中，安全急停回路类别要求最低为（）。A.Cat.1B.Cat.2C.Cat.3D.Cat.4答案：C10.某伺服电机额定转矩10N·m，瞬时最大转矩30N·m，若负载惯量比为5，则理论上可提供的最大加速度约为额定值的（）。A.1倍B.2倍C.3倍D.5倍答案：B11.在ROS2中，用于实时发布关节轨迹且支持时间戳控制的话题类型是（）。A.sensor_msgs/JointStateB.trajectory_msgs/JointTrajectoryC.control_msgs/JointControllerStateD.std_msgs/Float64MultiArray答案：B12.当使用力控打磨时，为抑制Z轴抖动，应优先调整的参数是（）。A.位置环KpB.速度环KiC.力环KdD.加速度前馈答案：C13.在TIAPortal中，将GSDML文件导入后，机器人作为EtherNET/IP从站占用PLC的I/O地址类型为（）。A.过程映像输入B.过程映像输出C.外设输入D.外设输出答案：A14.某工位节拍要求≤7s，机器人搬运轨迹耗时5.2s，PLC逻辑扫描耗时80ms，剩余时间应主要优化（）。A.机器人加速度B.末端执行器换型C.传送带速度D.人机界面刷新答案：C15.在RobotStudio的SmartComponent中，用于模拟真空吸盘破真空延迟的是（）。A.LogicGateB.DelayC.PulseD.Attacher答案：B16.当机器人与激光切割头协同运动时，为防止切口锥度超标，应优先校准（）。A.TCP的X方向B.TCP的Z方向C.第四轴零点D.第五轴减速比答案：B17.在IEC611313标准中，下列语言最适合描述机器人顺序流程的是（）。A.LDB.FBDC.STD.SFC答案：D18.某型号机器人基座安装面平面度0.2mm，若超出该值，最可能导致的故障是（）。A.伺服过载B.轨迹偏移C.编码器漂移D.制动器失效答案：B19.在数字孪生系统中，实现虚实同步的核心技术是（）。A.高保真渲染B.反向动力学C.实时数据镜像D.碰撞检测答案：C20.当机器人与AGV协同作业时，若AGV停靠精度±10mm，为补偿该误差，机器人应启用的功能是（）。A.相对位移B.外部TCPC.视觉二次定位D.力控搜索答案：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机器人振动（）。A.降低路径滤波时间B.增加减速机背隙C.启用加速度前馈D.提高速度环比例增益E.使用输入整形技术答案：ACE22.在建立机器人DH模型时，必须测量的参数包括（）。A.连杆扭角B.连杆长度C.关节减速比D.连杆偏距E.关节角答案：ABDE23.关于安全围栏下列说法正确的是（）。A.高度≥1.4mB.底部离地≤180mmC.必须双回路安全链D.颜色建议RAL1023E.门开关须Cat.3以上答案：ABE24.下列哪些通信方式可用于机器人与MES交互（）。A.OPCUAB.MQTTC.ModbusTCPD.USB2.0E.HTTPS答案：ABCE25.在机器人弧焊系统中，影响焊缝成形的主要工艺参数有（）。A.干伸长B.行走角C.电弧电压D.送丝速度E.机器人品牌答案：ABCD26.当使用力觉传感器进行轴孔装配时，可采用的策略包括（）。A.螺旋搜索B.交叉耦合控制C.阻抗控制D.位置/力混合控制E.PID位置控制答案：ACD27.下列哪些情况必须重新标定机器人TCP（）。A.更换焊枪导电嘴B.更换夹具定位销C.更换伺服电机D.更换末端摄像头E.更换第七轴电缆答案：ABD28.在RobotStudio中，可用于减少节拍时间的虚拟调试手段有（）。A.路径优化器B.碰撞检测C.多线程I/OD.速度前瞻E.外部轴同步答案：ADE29.关于协作机器人安全参数，下列描述正确的是（）。A.功率限制≤80WB.力限制≤150NC.速度≤250mm/sD.须满足ISO/TS15066E.手持引导时须力矩监控答案：BDE30.在伺服驱动器调试中，导致电机啸叫的原因可能有（）。A.速度环积分过大B.编码器干扰C.PWM载波过低D.惯量比不匹配E.制动器未打开答案：ABCD三、填空题（每空1分，共20分）31.在机器人运动学中，若第i关节为旋转关节，则θi表示__________，di表示__________。答案：关节角；连杆偏距32.某六轴机器人腕部奇异点对应的关节5角度为__________度。答案：033.在PLC中，将机器人Ready信号映射到%IX0.3，其数据类型应定义为__________。答案：BOOL34.当使用EtherCAT分布式时钟时，主站发送的第一个同步帧称为__________帧。答案：SYNC035.在RobotStudio中，测量两点间距离使用的工具是__________。答案：Ruler36.若机器人基坐标系与大地坐标系夹角为30°，则用户坐标系旋转矩阵Rz=__________（填写数值矩阵，保留两位小数）。答案：0.870.5000.500.87000137.在弧焊工艺中，保护气流量单位常用__________。答案：L/min38.当机器人与外部轴协同运动时，若外部轴减速比为10，电机编码器分辨率为17位，则外部轴每转一圈的脉冲数为__________。答案：131072039.在ISO9283标准中，测量位姿重复精度时，机器人应连续运行__________次。答案：3040.若机器人TCP最大速度为2m/s，加速度限幅为10m/s²，则最短加速时间为__________s。答案：0.241.在ROS2中，启动节点时若需实时调度策略，应使用的命令行参数为__________。答案：rosargspriority9042.当使用视觉定位时，若相机分辨率为2048×1536，视野为400mm×300mm，则单像素当量约为__________mm。答案：0.19543.在力控打磨中，若期望接触力为10N，力传感器量程为100N，则建议选用__________位ADC可获得0.01N分辨率。答案：1444.在TIAPortal中，创建机器人工艺对象时，轴数量参数应填写__________。答案：645.若机器人控制柜防护等级为IP54，则第二位数字“4”表示防溅水角度为__________。答案：任意方向46.在RobotStudio的PythonAPI中，获取当前机器人控制器实例的函数为__________。答案：get_controller()47.当使用ModbusTCP读取机器人寄存器，功能码为__________。答案：0348.若机器人末端负载惯量增大，则速度环带宽将__________（升高/降低）。答案：降低49.在协作模式下，若机器人表面温度超过__________℃，必须停机。答案：4850.在数字孪生系统中，将虚拟模型更新频率设置为1000Hz，则仿真步长为__________ms。答案：1四、简答题（共6题，每题8分，共48分）51.封闭型：说明机器人DH建模的四个参数含义，并给出相邻连杆变换矩阵的一般形式（无需LaTeX，用Mat形式写出矩阵）。答案：θi：关节角，绕Zi1轴旋转；di：连杆偏距，沿Zi1轴平移；ai：连杆长度，沿Xi轴平移；αi：连杆扭角，绕Xi轴旋转。变换矩阵i1Ti=cosθisinθicosαisinθisinαiaicosθisinθicosθicosαicosθisinαiaisinθi0sinαicosαidi000152.开放型：列举三种减少机器人打磨振纹的工艺措施，并说明其原理。答案：1.降低法向力：减小接触力可降低弹性变形，抑制再生颤振；2.提高进给速度：缩短单点接触时间，降低热量累积；3.使用柔顺机构：在末端增加被动柔顺，吸收高频振动。53.封闭型：解释“速度前瞻”算法在机器人路径规划中的作用，并给出其输入输出变量。答案：作用：根据路径曲率提前调整速度，使加速度连续，减少振动。输入：路径点序列P、最大加速度Amax、最大速度Vmax、插补周期T。输出：各插补点速度Vi、加速度Ai。54.开放型：描述如何利用视觉伺服完成动态传送带抓取，需说明坐标变换流程。答案：1.相机标定获得内参K、外参Tcam_base；2.传送带编码器实时输出位移ΔS；3.图像处理得像素坐标(u,v)，结合深度Z→相机坐标Xcam；4.Xbase=Tcam_base·Xcam；5.预测t时刻工件位置Xpred=Xbase+v·Δt；6.机器人运动到Xpred并跟踪，完成抓取。55.封闭型：写出机器人阻抗控制的基本方程，并说明各参数物理意义。答案：M·x¨+D·ẋ+K·x=FextM：目标惯性；D：目标阻尼；K：目标刚度；x：位置偏差；Fext：外力。56.开放型：比较集中式控制与分布式控制架构在柔性制造单元中的优缺点。答案：集中式：优点—同步精度高、调试简单；缺点—主站负载大、扩展难。分布式：优点—模块化、易扩展；缺点—时钟同步复杂、成本略高。五、应用题（共4题，共92分）57.综合设计题（25分）某工厂需对变速箱壳体进行机器人自动去毛刺，壳体重量18kg，外形600mm×400mm×200mm，毛刺厚度0.1~0.3mm，材料为ADC12铝合金，节拍≤90s，表面粗糙度Ra≤1.6μm。任务：(1)选择机器人型号并给出理由；(2)设计末端执行器，说明驱动方式、刀具材料；(3)规划工艺路径，给出关键参数（转速、进给、切深）；(4)设计除尘接口，计算最小风量；(5)给出安全方案（含协作围栏与急停）。答案：(1)选用ABBIRB6700200/2.60，负载200kg，臂展2.6m，重复定位±0.05mm，满足重量与行程。(2)末端采用伺服电主轴+浮动柔顺刀柄，主轴功率2.2kW，转速5000~30000r/min，刀具为金刚石涂层铣刀，直径6mm。(3)路径：螺旋进给，切深0.05mm，进给速度800mm/min，主轴转速24000r/min，单刃切削量0.02mm。(4)铝屑最大产生率约50g/min，按输送风速20m/s，管道直径80mm，需风量≈360m³/h，选用3.7kW离心风机。(5)安全：围栏高度1.8m，光栅+安全垫双区监控，PLC安全等级Cat.3，急停响应时间≤500ms，主轴断电后≤3s停转。58.计算题（22分）某六轴机器人关节参数如下：连杆长度a2=450mm，a3=400mm，d4=450mm，d6=80mm。求：当θ2=30°，θ3=60°，θ5=90°，其余关节为0°时，(1)腕部中心点（即关节5中心）在基坐标系中的坐标；(2)若要求该点沿X轴正向以1m/s速度运动，求θ2、θ3的关节速度关系（用Mat矩阵形式给出雅可比子块）。答案：(1)经正解计算得X=450cos30°+400cos(30°60°)=450·0.866+400·0.866=734.4mmY=0Z=450sin30°+400sin(30°60°)+450+80=225200+530=555mm坐标：(734.4,0,555)mm(2)雅可比子块J=[∂X/∂θ2∂X/∂θ3]=[450sinθ2400sin(θ2+θ3)400sin(θ2+θ3)][450cosθ2+400cos(θ2+θ3)400cos(θ2+θ3)]代入θ2=30°，θ3=60°得J=[22500][389.7+346.4346.4]mm/rad即J=[2250][736.1346.4]速度关系：[vx]=J·[θ2̇][vz][θ3̇]已知vx=1000mm/s，vz=0，解得θ2̇=4.44rad/s，θ3̇=9.44rad/s。59.分析题（22分）某装配线机器人与AGV协同，AGV停靠精度±20mm，角度偏差±5°，机器人需完成精密轴孔装配，间隙0.02mm。(1)分析仅依靠AGV精度无法完成装配的原因；(2)提出三级定位策略，说明每级精度与传感器类型；(3)给出误差分配计算，验证总误差<0.01mm。答案：(1)AGV±20mm远大于间隙0.02mm，且角度偏差导致孔轴心线不重合，无法插入。(2)一级：AGV粗定位±20mm，激光SLAM；二级：视觉二次定位±0.5mm，2000万像素相机；三级：力控精密插入±0.005mm，六维力传感器+被动柔顺。(3)误差合成：视觉像素当量0.01mm，重复性±0.3pixel→±0.003mm；力控搜索半径0.005mm；总误差=sqrt(0.003²+0.005²)=0.0058mm<0.01mm，满足要求。60.综合编程题（23分）给定RAPID代码框架，完成传送带同步抓取功能：模块目标：当光电开关DI_Photoelectric=1时，记录编码器位置P0，机器人提前运行到预测点，待工件到达后抓取。要求：(1)补全代码，实现编码器