2025年工业机器人系统运维员高级模拟试卷及答案

2025年工业机器人系统运维员高级模拟试卷及答案1.单项选择题（每题1分，共20分）1.1在工业机器人伺服驱动器中，下列哪一项参数最能直接反映电机轴瞬时负载惯量比是否超限A.速度环比例增益KvB.位置环积分时间TiC.实时负载惯量比JL/JMD.电流环滤波截止频率答案：C1.2当六轴关节机器人出现“单轴反复过温报警”但测温传感器阻值正常时，应首先排查A.制动器释放回路B.伺服电机绕组绝缘C.减速机润滑黏度D.动力电缆屏蔽层接地答案：A1.3使用ModbusTCP读取机器人控制器保持寄存器时，功能码正确的是A.0x01B.0x02C.0x03D.0x06答案：C1.4在ISO102181:2011中，对协作机器人“功率与力限制”安全功能进行验证时，测试碰撞力传感器的采样频率不得低于A.500HzB.1kHzC.2kHzD.4kHz答案：B1.5某台SCARA机器人在XY平面重复定位精度突然由±0.02mm恶化至±0.10mm，最不可能的原因是A.同步带张力下降B.绝对式编码器电池电压低C.关节2减速机背隙增大D.基座地脚螺栓松动答案：B1.6对机器人工具坐标系进行四点法标定时，若第四点与第一点重合度误差超过0.5mm，系统将A.自动剔除第一点B.提示重新示教C.强制切换为六点法D.继续计算但给出警告答案：B1.7在EtherCAT网络中，分布式时钟(DC)同步误差通常要求小于A.1μsB.10μsC.100μsD.1ms答案：A1.8当机器人处于“软浮动”模式时，位置环增益被设置为A.最大值B.最小值C.0D.随力矩实时变化答案：C1.9对机器人进行年度绝缘测试时，动力线UVW对PE的绝缘电阻应大于A.0.1MΩB.0.5MΩC.1MΩD.5MΩ答案：D1.10在机器人寿命评估中，ISO9283规定连续运行试验时间不得少于A.2hB.4hC.8hD.24h答案：C1.11若机器人控制柜24VDC电源纹波峰峰值测得为200mV，应采取的首要措施是A.更换更大功率变压器B.在负载端并接4700μF电解电容C.检查伺服母线共享回流路径D.提高开关频率至150kHz答案：C1.12机器人末端执行器采用真空吸盘，系统真空度由85kPa突降至45kPa，首先应检查A.真空泵叶片磨损B.滤芯堵塞C.吸盘唇口裂纹D.电磁阀线圈温升答案：B1.13当安全PLC通过PROFIsafe向机器人发送“SafeStop2”命令后，伺服驱动器应A.立即切断电机动力B.保持励磁并执行位置保持C.切换到安全速度监控D.断开24V控制使能答案：B1.14在机器人离线编程软件中，若轨迹点出现“轴限位不可达”提示，最先调整的参数是A.插补周期B.工具重量C.关节限位角度D.基坐标系位姿答案：D1.15某机器人采用双编码器系统，电机侧14位、负载侧17位，系统绝对定位精度主要取决于A.电机侧编码器B.负载侧编码器C.减速比D.伺服采样频率答案：B1.16对机器人进行负载辨识时，若转动惯量识别误差超过15%，应首先重新校准A.编码器零位B.工具质量矩C.电机相序D.电流采样偏置答案：D1.17在机器人故障树分析(FTA)中，若最小割集为{X1,X2}和{X3}，则系统可靠度可表示为A.(1F1F2)(1F3)B.1(1F1F2)(1F3)C.1F1F2F3D.F1+F2+F3答案：A1.18机器人控制柜内使用NTC热敏电阻检测散热器温度，其阻值随温度升高而A.线性增大B.线性减小C.指数减小D.指数增大答案：C1.19当机器人示教器进入“系统dump”模式时，默认通过下列哪一接口输出日志A.USB2.0DeviceB.RS232C.TCP/502D.TFTP/69答案：D1.20在机器人“能量回馈单元”中，用于抑制泵升电压的核心元件是A.IGBTB.三相整流桥C.制动电阻D.薄膜电容答案：C2.多项选择题（每题2分，共20分，多选少选均不得分）2.1下列哪些情况会导致机器人伺服电机产生“飞车”现象A.编码器反馈断线B.制动器未打开C.速度环积分饱和D.电机相序接反E.动力线断相答案：ACD2.2对机器人进行动力学参数辨识时，需采集的信号包括A.关节位置B.关节速度C.关节加速度D.电机电流E.末端力矩传感器答案：ABCDE2.3在机器人安全回路中，下列元件属于“双通道冗余”配置的是A.紧急停止按钮B.安全门开关C.光栅接收器D.使能开关E.散热风扇答案：ABCD2.4关于机器人谐波减速机，下列说法正确的是A.柔轮材料需具备高疲劳强度B.波发生器转速等于输入转速C.刚轮齿数比柔轮多2齿D.传动误差主要来源为齿侧间隙E.减速比等于柔轮齿数/刚轮齿数答案：ABCD2.5机器人控制柜EMC测试项目包括A.静电放电抗扰度B.射频电磁场辐射抗扰度C.电快速瞬变脉冲群D.浪涌冲击E.电压跌落与短时中断答案：ABCDE2.6下列哪些操作可能触发机器人“碰撞检测”功能A.人为推动机械臂B.工具撞到夹具C.电机轴承损坏导致堵转D.伺服增益设置过高引起振荡E.减速机润滑失效答案：ABCD2.7在机器人视觉定位中，影响像素当量的因素有A.相机分辨率B.工作距离C.镜头焦距D.光源颜色E.安装角度答案：ABC2.8机器人进行“拖动示教”时，需满足的前提条件包括A.关节力矩传感器零偏已校准B.重力补偿模型已启用C.安全限速功能激活D.位置环增益调至最大E.制动器处于释放状态答案：ABCE2.9下列哪些总线支持“热插拔”功能A.USB3.0B.EtherNet/IPC.CANopenD.RS485E.DeviceNet答案：AB2.10机器人年度保养中，必须更换的耗材有A.伺服风扇滤网B.平衡缸密封圈C.示教器触摸屏D.减速机润滑脂E.电池单元答案：ADE3.填空题（每空2分，共20分）3.1在机器人运动学中，若齐次变换矩阵T=[Rp;01]，其中R为3×3旋转矩阵，p为3×1位置向量，则R的列向量需满足正交且行列式等于________。答案：13.2某六轴机器人关节额定转速为3000r/min，减速比为160，则输出端最大理论转速为________r/min。答案：18.753.3当机器人控制柜采用三相380V供电，整流后直流母线电压理论值为________V。答案：5373.4在机器人故障诊断中，若FFT频谱出现2×电源频率的峰值，可初步判断为________干扰。答案：电磁3.5机器人末端执行器采用气缸夹持，气缸内径40mm、气压0.5MPa，理论输出力为________N。（忽略摩擦）答案：6283.6若机器人TCP在基坐标系下以1m/s匀速直线运动，加速度噪声为0.02g，则加速度噪声幅值为________m/s²。答案：0.1963.7在机器人寿命试验中，若可靠度函数R(t)=e^(λt)，当λ=1×10^5h^1，则MTBF=________h。答案：1000003.8机器人伺服驱动器采用IGBT模块，若开关频率为8kHz，则理论开关损耗与________成正比。答案：频率3.9对机器人进行“负载惯量比”测试时，若电机侧惯量JM=0.1kg·m²，负载惯量JL=0.4kg·m²，则惯量比JL/JM=________。答案：43.10在机器人视觉手眼标定中，若采用“眼在手”方式，需已知机器人________坐标系到相机坐标系的变换关系。答案：法兰4.判断题（每题1分，共10分，正确打“√”，错误打“×”）4.1机器人绝对式编码器掉电后必须重新回零。答案：×4.2伺服驱动器“三闭环”指的是电流环、速度环、位置环。答案：√4.3机器人谐波减速机可以反向驱动。答案：√4.4在机器人控制柜内，PE与N允许短接。答案：×4.5机器人工具坐标系方向必须与世界坐标系一致。答案：×4.6当机器人处于“安全停机”状态时，伺服电机仍保持励磁。答案：√4.7机器人轨迹精度与插补周期成反比。答案：√4.8机器人控制柜散热风扇风量不足会导致过温报警。答案：√4.9机器人电池电压低于2.8V时必须立即更换，否则编码器多圈数据丢失。答案：√4.10机器人伺服电机反电动势常数单位是V/(r/min)。答案：×5.简答题（共30分）5.1（封闭型，6分）说明机器人“碰撞检测”功能的实现原理，并列出三项关键参数。答案：通过实时监测电机电流或关节力矩，与动力学模型预测值比较，当偏差超过阈值即触发停机。关键参数：检测阈值、滤波时间常数、恢复策略。5.2（开放型，6分）某工厂同一型号机器人在夏季频繁报“伺服过温”，冬季正常，请给出系统性排查步骤。答案：1.读取驱动器温度历史曲线，确认温升速率；2.检查控制柜空调或热交换器是否故障；3.测量环境温度是否超过40℃；4.检查风扇风向及滤网堵塞；5.校验伺服风扇转速反馈；6.打开柜门短时运行，观察温升是否下降；7.检查制动器是否间歇打滑导致额外发热；8.利用红外热像仪定位异常热点；9.必要时增加外部轴流风机或工业空调；10.更新固件查看是否改善温度估算算法。5.3（封闭型，6分）列举机器人“工具坐标系”标定常用的两种方法，并比较其优缺点。答案：四点法：操作简单，不需外部传感器，精度受限于示教精度；六点法：可计算工具方向，精度高，但示教工作量大。5.4（开放型，6分）解释为何机器人在高速运动时会出现“轨迹过冲”，并给出两种抑制措施。答案：原因：速度环比例增益过高或加速度前馈过大，导致系统欠阻尼。措施：1.降低速度环Kv并增加速度前馈低通滤波；2.在轨迹规划层采用S曲线加减速，减小加速度跳变。5.5（封闭型，6分）写出机器人“减速机背隙”测试的标准步骤。答案：1.将关节置于水平位置；2.记录当前编码器值；3.伺服使能关闭；4.在输出端施加±3%额定转矩；5.记录编码器变化量；6.正反方向各测三次取平均；7.计算背隙角=Δθ/减速比。6.计算题（共30分）6.1（10分）某六轴机器人关节2减速比200，电机额定扭矩6N·m，额定转速3000r/min，负载惯量0.8kg·m²，忽略减速机效率，求：(1)负载侧最大扭矩；(2)负载侧最大转速；(3)电机轴等效负载惯量；(4)若要求负载在0.2s内从0加速到最大转速，电机所需扭矩。答案：(1)6×200=1200N·m(2)3000/200=15r/min(3)0.8/200²=0.00002kg·m²(4)角加速度α=(15×2π/60)/0.2=7.85rad/s²，负载扭矩TL=0.8×7.85=6.28N·m，电机扭矩Tm=6.28/200+0.00002×7.85=0.0314N·m6.2（10分）机器人TCP沿直线从P1(400,0,600)mm移动到P2(400,300,600)mm，速度恒定为250mm/s，插补周期T=4ms，求：(1)位移矢量；(2)单周期进给量；(3)完成该段位移所需周期数；(4)若采用梯形加减速，加速度限值2500mm/s²，求加速段长度。答案：(1)(0,300,0)mm(2)250×0.004=1mm(3)300/1=300周期(4)t=v/a=0.1s，s=0.5at²=12.5mm6.3（10分）机器人伺服驱动器采用三相全桥PWM，母线电压540V，开关频率10kHz，电机线电感2mH，额定电流10A，求：(1)单周期电流纹波峰峰值近似值（ΔI=Udc·D·(1D)·T/L，取D=0.5）；(2)若要求纹波系数<5%，所需最小电感；(3)制动电阻选型：当电机减速回馈功率2kW，持续0.5s，制动电阻阻值范围（允许最大电压700V）。答案：(1)ΔI=540×0.5×0.5×1×10^4/0.002=6.75A(2)Lmin=540×0.5×0.5×1×10^4/(10×0.05)=0.027H=27mH(3)Rmin=700²/2000=245Ω，Rmax按电流不超过制动单元允许值，假设50A，Rmin=700/50=14Ω，故14Ω≤R≤245Ω，取标准值50Ω/3kW7.综合分析题（共40分）7.1（20分）背景：某汽车焊装线使用200台六轴机器人，近三个月内累计出现“伺服过流”报警57次，集中在1、4、6轴，且多发生在上午8:00—9:00开机时段。现场检测：电网电压在早高峰由380V跌落至340V，持续约0.5s；驱动器历史记录显示直流母线电压最低至430V；电机动力电缆绝缘良好；环境温度28℃；负载率65%。任务：(1)给出故障根因分析；(2)提出三种临时应急措施；(3)设计长期根本解决方案；(4)估算方案实施后年度停机损失降低金额（单台停机1h损失1万元，原每年停机20h）。答案：(1)根因：电网电压暂降→母线电压过低→PWM调制比饱和→电流环为维持功率输出而升高电流→过流报警。(2)临时措施：1.早高峰前1h预充电，让机器人空载低速暖机；2.在控制柜增加380V/10kVA稳压器；3.降低开机加速度至原50%。(3)长期方案：1.工厂新增500kVA在线式UPS，覆盖全部机器人母线；2.将驱动器进线改为独立变压器，与冲击负载隔离；3.升级驱动器固件，支持低压降额运行，当母线<450V时自动限制功率至70%。(4)原损失=200×20×1=4000万元/年；方案后预计停机降至2h，损失=200×2×1=400万元/年；降低3600万元/年。7.2（20分）背景：某3C装配线引入协作机器人，需与人共享同一工位完成手机螺丝锁付。要求：协作速度≤150mm/s，碰撞