工业机器人系统集成技术2025年培训试卷及答案解析

工业机器人系统集成技术2025年培训试卷及答案解析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中，决定末端执行器可达空间的关键参数是A.关节最大速度 B.连杆长度与关节转角范围 C.伺服电机额定功率 D.控制柜防护等级答案：B 解析：连杆长度与关节转角范围直接构成机器人运动学模型，决定可达空间。1.2采用DeviceNet现场总线时，节点MACID设置冲突会导致A.示教器黑屏 B.伺服驱动器过流 C.网络离线错误代码91 D.机器人自动回零答案：C 解析：DeviceNet协议规定MACID唯一，冲突时主站报“91”离线。1.3某六轴机器人基坐标系下Tool0坐标为(300,0,400)mm，若用户坐标系原点在基坐标系下(100,0,200)mm，则Tool0在用户坐标系下的坐标为A.(200,0,200) B.(400,0,600) C.(200,0,600) D.(400,0,200)答案：A 解析：相对位移向量(300100,00,400200)=(200,0,200)。1.4在PLC与机器人Socket通信中，机器人作为Server时，PLC必须首先发送A.心跳帧 B.连接请求SYN C.数据帧 D.断开请求FIN答案：B 解析：TCP三次握手由客户端PLC发起SYN。1.5对于额定负载10kg、臂展1.6m的SCARA，在最大延伸处允许附加惯量通常不超过A.0.05kg·m² B.0.1kg·m² C.0.3kg·m² D.1.0kg·m²答案：C 解析：厂商样本规定1.6mSCARA末端惯量限值0.3kg·m²。1.6使用增量编码器时，断电后重新上电必须执行A.负载率计算 B.零点复归 C.电流环自整定 D.速度前馈调整答案：B 解析：增量编码器无绝对位置，需回零。1.7在RobotStudio中，将“MoveJ”指令改为“MoveL”后，路径精度提高但A.节拍缩短 B.关节磨损减小 C.轨迹速度波动增大 D.能耗降低答案：C 解析：直线插补需实时逆解，速度波动增大。1.8安全围栏高度若低于1.4m，按照ISO102181应加装A.顶部防护网 B.安全光幕 C.激光扫描仪 D.压力垫答案：A 解析：防止从上方伸手，需顶部防护。1.9当机器人处于T2手动全速模式时，使能键松开后的制动距离测试标准限值为A.200mm B.300mm C.500mm D.800mm答案：C 解析：ISO102181表A.1规定T2模式500mm。1.10在EtherCAT网络中，分布时钟同步误差通常小于A.1μs B.10μs C.100μs D.1ms答案：A 解析：EtherCAT协议规范典型同步误差<1μs。1.11若机器人TCP速度设为恒定的500mm/s，在半径50mm的圆弧路径上，向心加速度为A.2.5m/s² B.5m/s² C.10m/s² D.20m/s²答案：B 解析：a=v²/r=0.5²/0.05=5m/s²。1.12采用力控打磨时，若接触力突然下降50%，最可能触发A.轨迹偏移报警 B.力传感器超载 C.打磨头磨损补偿 D.工件丢失报警答案：D 解析：力下降过大系统判定工件缺失。1.13在视觉定位中，若像素当量为0.05mm/pix，则1/4亚像素算法理论精度可达A.0.0125mm B.0.05mm C.0.1mm D.0.2mm答案：A 解析：0.05÷4=0.0125mm。1.14机器人与第七轴联动时，若第七轴伺服报警“740”，通常表示A.电机过热 B.编码器电池低 C.制动器断路 D.绝对值计数溢出答案：B 解析：740为电池电压低，位置丢失。1.15在RobotWare6.08中，创建新的I/O信号必须重启A.控制柜 B.示教器 C.主计算机 D.FlexPendant服务答案：C 解析：主计算机重启后配置生效。1.16若机器人基座安装倾斜角大于A.5° B.10° C.15° D.30°需重新标定重力补偿参数。答案：B 解析：厂商手册规定>10°需重标定。1.17在STO（SafeTorqueOff）激活后，伺服驱动器处于A.自由轮状态 B.保持励磁 C.动态制动 D.反向励磁答案：A 解析：STO切断功率管，电机自由。1.18使用G代码离线编程时，若机器人控制器不支持G43，应A.改用G41 B.预调刀具长度到机器人TCP C.忽略长度 D.报警停机答案：B 解析：将长度值写入Tooldata。1.19在激光焊缝跟踪中，常用传感器工作距离为A.10mm±2mm B.50mm±10mm C.150mm±30mm D.300mm±50mm答案：C 解析：三角测量传感器典型150mm。1.20若机器人24VDI接口被误接220V交流，最先损坏的器件是A.光耦 B.稳压管 C.限流电阻 D.场效应管答案：A 解析：光耦输入端耐压<30V，瞬间击穿。2.多项选择题（每题2分，共20分；多选少选均不得分）2.1下列哪些属于机器人系统集成“机械接口”范畴A.末端法兰ISO9409150 B.用户电缆插座 C.基座地脚螺栓孔 D.示教器挂钩 E.控制柜吊装耳答案：A、B、C 解析：机械接口含法兰、电缆出口、安装孔。2.2在PLCopenPart4规范中，机器人功能块包括A.MC_MoveLinear B.MC_Power C.MC_GroupEnable D.MC_TorqueControl E.MC_ReadActualPosition答案：A、C、E 解析：Part4定义机器人专用功能块，B、D为通用单轴。2.3下列措施可降低机器人节拍时间A.提高加速度限值 B.采用绝对精度选项 C.路径逼近Zone值增大 D.减少I/O等待 E.提高伺服刚度答案：A、C、D 解析：B精度选项增加计算量，E刚度与节拍无直接正相关。2.4关于协作模式“PowerandForceLimiting”，正确的有A.需实时监测关节力矩 B.允许人机共享空间 C.碰撞力阈值<150N D.无需额外传感器 E.必须采用Cat3安全继电器答案：A、B、C、E 解析：D错误，需力矩传感器或双编码器。2.5下列哪些现场总线支持环形冗余A.EtherNet/IP B.PROFINETMRP C.EtherCAT D.CANopen E.PowerLink答案：B、C、E 解析：MRP、EtherCAT、PowerLink支持环网自愈。2.6机器人打磨工作站中，恒力控制实现方式有A.六维力传感器+PID B.伺服电机电流估算 C.气动比例阀+气缸 D.磁悬浮轴承 E.主动柔顺头答案：A、C、E 解析：B电流估算精度不足，D成本高未普及。2.7下列属于ISO102182规定的集成商责任A.风险评估 B.提供安全电路图 C.机器人本体维修 D.用户培训 E.末端执行器设计答案：A、B、D 解析：本体维修由制造商负责。2.8视觉手眼标定中，需要已知A.相机内参 B.机器人基坐标系 C.标定板格子尺寸 D.机器人TCP E.光照强度答案：A、C、D 解析：B基坐标系可通过标定获得，E光照非必须已知。2.9下列哪些情况必须重新标定Tool坐标A.更换夹具 B.打磨头磨损2mm C.控制柜断电重启 D.机器人基座移动 E.更换力传感器答案：A、B、E 解析：C、D与Tool无关。2.10在RobotStudio虚拟示教器中，可实现A.程序单步 B.电机上电 C.虚拟I/O强制 D.真实I/O映射 E.碰撞检测答案：A、C、E 解析：虚拟示教器无真实电机与I/O。3.填空题（每空2分，共30分）3.1在机器人正向运动学中，DenavitHartenberg参数包含四个量：连杆长度a、连杆扭角α、________、________。答案：连杆偏距d、关节角θ。3.2若机器人重复定位精度为±0.05mm，采用双向逼近定位时，实际到位分散区间宽度为________mm。答案：0.20 解析：±0.05mm总宽0.10mm，双向加倍。3.3在PLC与机器人Profinet通信中，机器人输出64字节，PLC输入映射起始地址为I________，若PLC字长16位。答案：I256.0 解析：64字节=32字，起始地址256。3.4某伺服电机额定转速3000r/min，减速比1:50，则输出轴最高转速为________r/min。答案：60。3.5在激光切割中，若焦点光斑直径0.2mm，切缝宽度经验公式w=1.2d，则切缝宽约________mm。答案：0.24。3.6安全类别Cat3要求平均危险失效时间大于________年。答案：100 解析：ISO138491MTTFd>100年。3.7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。3.8在RobotWare中，中断指令IDelete用于删除________类型的对象。答案：中断号。3.9某六轴机器人J4、J5、J6轴线交于一点，该点称为________。答案：腕心点。3.10当使用模拟量±10V控制伺服速度时，若电压为+3V，对应额定速度的________%。答案：30。3.11在视觉引导抓取中，若工件最大边长100mm，像素当量0.1mm/pix，则图像中工件占像素约________pix。答案：1000 解析：100÷0.1=1000。3.12若机器人基座受力矩M=500N·m，地脚螺栓预紧力F=20kN，螺栓分布圆直径200mm，则摩擦系数μ至少为________可避免滑移。答案：0.125 解析：μ≥M/(F·r)=500/(20000·0.1)=0.125。3.13在EtherCAT帧中，WKC=3表示从站对命令执行了________次写操作。答案：3。3.14若机器人程序中WaitTime指令时间设为0.5s，系统时钟分辨率为12ms，则实际等待时间最大误差为________ms。答案：12。3.15在协作机器人应用中，人体胸部允许最大瞬态力为________N（ISO/TS15066）。答案：150。4.简答题（共40分）4.1（封闭型，6分）写出机器人奇异点的三种类型并给出避免策略。答案：1.腕奇异：J5=0°，避免策略：路径规划时限制J5≠0°或采用腕部偏移；2.肩奇异：腕心位于J1轴线上，避免策略：提高轨迹高度；3.肘奇异：腕心位于J2、J3轴线共面，避免策略：插补时加入肘角约束或冗余自由度优化。4.2（开放型，8分）某汽车焊装线需集成7台机器人、3台伺服焊枪、2台PLC、1台激光焊缝跟踪系统，节拍要求52s。请给出网络拓扑图文字描述并说明节拍优化要点。答案：拓扑：采用千兆环网，Hirschmann交换机MRP环，机器人与PLC接入环网，激光跟踪独立千兆链路接入主交换机；焊枪伺服通过EtherCAT星型连至机器人控制柜扩展板。优化：1.机器人并行工作，工位间缓存；2.激光跟踪数据预读取，减少等待；3.焊枪电极修磨与换帽离线进行；4.采用事件触发I/O，减少扫描周期；5.机器人速度前瞻，Zone值设为z30z50；6.伺服焊枪压力闭环周期1ms，缩短加压斜坡；7.主PLC与机器人采用256字节共享内存，减少报文数量。通过以上措施，仿真节拍48s，满足52s要求。4.3（封闭型，6分）已知某六轴机器人负载惯量Jload=0.18kg·m²，减速机惯量Jred=0.02kg·m²，电机转子惯量Jm=0.005kg·m²，减速比i=50，计算电机轴等效惯量Jeq。答案：Jeq=Jm+Jred/i²+Jload/i²=0.005+0.02/2500+0.18/2500=0.005+0.000008+0.000072=0.00508kg·m²。4.4（开放型，8分）阐述机器人打磨工作站中“电流力混合控制”原理，并给出参数整定步骤。答案：原理：利用伺服电机q轴电流与输出力矩成正比估算接触力，作为粗调；六维力传感器提供高精度力反馈，作为精调；两者通过加权融合，既降低成本又提高可靠性。整定步骤：1.空载记录电流速度曲线，建立电流力模型Kc；2.轻触工件记录实际力F与电流估算力Fe，计算偏差ΔF；3.设计PI补偿器，Kp=0.8，Ki=20，消除稳态误差；4.设置切换阈值：当|ΔF|<5N时采用Fe，否则采用F；5.在阶跃力指令下整定闭环带宽10Hz，相位裕度>45°；6.进行打磨试片，表面粗糙度Ra≤0.4μm即为合格。4.5（封闭型，6分）列举机器人控制柜日常维护五项内容并给出周期。答案：1.风扇滤网清洁，周期1个月；2.电池电压检测>3.6V，周期6个月；3.主接触器触点磨损检查，周期1年；4.电缆绝缘测试>20MΩ，周期1年；5.散热片灰尘清理，周期3个月。4.6（开放型，6分）某客户要求将现有ABBIRB460060/2.05用于机床上下料，需增加第七轴地轨，但控制柜已无余槽。给出两种扩展方案并比较成本与性能。答案：方案A：采用IRC5C紧凑型驱动柜，增加单轴驱动模块DSQC664，通过EtherCAT与主柜通信，成本约4.5万元，通信周期4ms，满足上下料精度±0.2mm。方案B：采用第三方伺服+PLCopen，地轨伺服驱动器接入PLC，通过Profinet与机器人通信，机器人仅发送位置指令，PLC完成闭环，成本约2.8万元，通信周期8ms，精度±0.3mm，需额外编程。结论：若节拍<25s且精度要求高选A；若节拍>30s且成本敏感选B。5.应用题（共40分）5.1计算题（12分）某搬运机器人需将20kg箱体从A(400,0,200)mm移至B(800,0,600)mm，路径为直线，加速度限值a=5m/s²，减速度相同，最大速度vmax=1.5m/s，Zone值z50，求理论最短节拍。答案：位移s=√[(800400)²+(600200)²]=565.7mm=0.5657m。加速段：t1=vmax/a=1.5/5=0.3s，s1=0.5at1²=0.5×5×0.09=0.225m；减速段同t3=0.3s，s3=0.225m；匀速段：s2=0.56570.45=0.1157m，t2=0.1157/1.5=0.077s；总移动时间T=t1+t2+t3=0.677s；Zonez50引入提前0.05s，故节拍≈0.63s。5.2分析题（14分）某焊接线出现焊缝偏移±1mm，现场检测：机器人重复定位±0.05mm，夹具定位销间隙0.1mm，工件来料公差±0.8mm，激光跟踪仪测量误差±0.2mm。请用鱼骨图法分析根本原因并给出改进措施。答案：鱼骨图主骨为“焊缝偏移”，大骨：人、机、料、法、环、测。人：操作者未按SMP放置工件；机：机器人绝对精度未校准，实际TCP与示教差0.3mm；料：来料冲压件边缘毛刺导致基准偏移；法：激光跟踪仪标定频率低，每周一次；环：地面振动>0.5g；测：激光传感器镜头污染，误