2025年工业机器人考试题库附含参考答案

2025年工业机器人考试题库附含参考答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.工业机器人基坐标系的原点通常定义在（）A.机器人末端执行器中心点B.机器人底座安装面中心C.工件坐标系原点D.示教器操作界面零点答案：B2.六轴工业机器人的“自由度”指的是（）A.可同时运动的关节数量B.末端执行器在空间中独立运动的维度数C.控制器可存储的程序数量D.传感器可采集的信号类型数答案：B3.工业机器人最常用的驱动方式是（）A.液压驱动B.气动驱动C.电动驱动D.机械驱动答案：C4.机器人控制器的核心硬件模块是（）A.I/O接口板B.伺服驱动器C.CPU与存储器D.电源模块答案：C5.用于检测机器人关节位置的传感器是（）A.力传感器B.视觉传感器C.编码器D.温度传感器答案：C6.示教编程时，“重定位运动”（CircularMotion）指的是（）A.末端沿直线移动B.末端沿圆弧移动C.关节角度线性插值D.工具坐标系绕某轴旋转答案：B7.根据ISO10218安全标准，工业机器人作业区域的安全防护距离应至少为（）A.0.5mB.1.2mC.2.0mD.3.0m答案：B8.工业机器人的“重复定位精度”通常用（）表示A.毫米（mm）B.度（°）C.牛顿（N）D.赫兹（Hz）答案：A9.六轴机器人常用的传动机构是（）A.齿轮齿条B.谐波减速器+RV减速器C.同步带D.滚珠丝杠答案：B10.机器人动力学主要研究（）A.末端位姿与关节角度的关系B.关节力矩与运动状态的关系C.轨迹规划的路径优化D.传感器数据融合算法答案：B二、多项选择题（每题3分，共15分，少选得1分，错选不得分）1.工业机器人的机械本体通常包括（）A.机身与臂部B.手腕与末端执行器C.驱动电机D.减速器答案：ABD2.以下属于工业机器人安全标准的有（）A.ISO102181:2011B.GB11291.12011C.IEC61508D.ASTMD638答案：ABC3.工业机器人常用的传感器包括（）A.编码器（位置检测）B.力/力矩传感器（接触力检测）C.视觉传感器（定位与识别）D.温湿度传感器（环境监测）答案：ABC4.机器人轨迹规划的常用方法有（）A.关节空间插值B.笛卡尔空间直线插补C.圆弧插补D.随机路径生成答案：ABC5.工业机器人驱动电机的类型包括（）A.交流伺服电机B.步进电机C.直流无刷电机D.异步感应电机答案：ABC三、填空题（每空1分，共10分）1.工业机器人的三大性能指标是：定位精度、重复定位精度和（）。答案：工作范围2.发那科（FANUC）机器人的专用编程语言是（）。答案：Karel3.工业机器人关节传动中，大负载关节（如底座）常用（）减速器。答案：RV4.安全防护装置中，用于检测人员进入危险区域的设备是（）。答案：安全光栅5.机器人运动学分为（）和逆运动学，前者研究已知关节角度求末端位姿，后者相反。答案：正运动学6.PID控制器中的“积分项”主要用于消除（）误差。答案：稳态7.工业机器人离线编程需要借助（）软件建立虚拟工作场景。答案：仿真8.机器人末端执行器与工件接触时，需通过（）传感器反馈力信号以调整姿态。答案：力/力矩9.六自由度工业机器人的“腕部”通常包含（）个旋转关节。答案：310.机器人控制系统的实时性要求通常为（）级，以保证运动精度。答案：毫秒（ms）四、简答题（每题8分，共40分）1.简述工业机器人的组成及各部分功能。答案：工业机器人由机械本体、驱动系统、控制系统和感知系统组成。机械本体：包括机身、臂部、手腕和末端执行器，是执行运动的物理结构；驱动系统：由伺服电机、减速器等组成，为关节提供动力；控制系统：核心为控制器（含CPU、存储器），负责接收指令、规划轨迹并输出控制信号；感知系统：包括编码器（位置检测）、力传感器（接触力检测）、视觉传感器（环境感知）等，为控制提供反馈。2.示教编程与离线编程的主要区别是什么？各有何优缺点？答案：示教编程：通过示教器手动操作机器人记录关键点，直接生成程序。优点：操作简单，无需复杂仿真环境；缺点：占用机器人工作时间，无法处理复杂轨迹，精度受操作人员影响。离线编程：在计算机上通过仿真软件建模，生成机器人程序后下载到本体。优点：不占用生产时间，可处理复杂路径，支持碰撞检测；缺点：需要精确的环境建模，对操作人员技术要求高。3.说明PID控制器在工业机器人关节控制中的作用及各参数的影响。答案：PID控制器通过比例（P）、积分（I）、微分（D）三项调节关节电机输出，使实际角度跟踪目标角度。比例项（P）：快速响应误差，增大P可减小稳态误差但可能引起超调；积分项（I）：消除稳态误差，增大I可加速误差消除但可能导致系统振荡；微分项（D）：抑制超调，改善动态响应，增大D可提高系统稳定性但对噪声敏感。4.列举工业机器人常用的三种传感器，并说明其在实际应用中的作用。答案：编码器：安装在关节电机轴上，检测关节角度，为控制器提供位置反馈（如ABB机器人的多圈绝对值编码器）；力/力矩传感器：安装在手腕与末端执行器之间，检测接触力，用于装配、打磨等需要力控制的场景（如ATI公司的Nano系列）；视觉传感器（工业相机）：用于工件定位、缺陷检测，例如汽车焊接线中通过相机识别焊缝位置，引导机器人调整轨迹（如康耐视InSight系列）。5.ISO10218安全标准对工业机器人的核心要求有哪些？答案：风险评估：需对机器人系统进行风险分析，确定防护措施；安全防护装置：必须配备急停按钮、安全门互锁、安全光栅等，防止人员进入危险区域；控制功能安全：控制器需满足SIL（安全完整性等级）要求，确保故障时进入安全状态；操作与维护安全：明确示教、编程、维护时的安全操作流程（如“手动低速模式”下人员可进入工作区）。五、应用题（共25分）（一）计算分析题（10分）某四轴SCARA机器人的DH参数如下表所示（单位：mm）：|关节i|αᵢ₋₁（°）|aᵢ₋₁|dᵢ|θᵢ||||||||1|0|0|0|θ₁||2|0|L₁|0|θ₂||3|90|L₂|0|0||4|0|0|d₄|0|注：αᵢ₋₁为相邻关节轴的夹角，aᵢ₋₁为相邻关节轴的距离，dᵢ为沿zᵢ轴的偏移量，θᵢ为关节转角（仅关节1、2为旋转关节，关节3、4为固定）。问题：计算该机器人末端执行器在基坐标系下的位姿矩阵（齐次变换矩阵）。答案：SCARA机器人的位姿可通过依次计算各关节的齐次变换矩阵并相乘得到。1.关节1的变换矩阵（绕z₀轴旋转θ₁）：\(T_1^0=\begin{bmatrix}\cosθ₁&\sinθ₁&0&0\\\sinθ₁&\cosθ₁&0&0\\0&0&1&0\\0&0&0&1\end{bmatrix}\)2.关节2的变换矩阵（绕z₁轴旋转θ₂，沿x₁轴移动L₁）：\(T_2^1=\begin{bmatrix}\cosθ₂&\sinθ₂&0&L₁\cosθ₂\\\sinθ₂&\cosθ₂&0&L₁\sinθ₂\\0&0&1&0\\0&0&0&1\end{bmatrix}\)3.关节3的变换矩阵（α=90°，沿x₂轴移动L₂）：\(T_3^2=\begin{bmatrix}1&0&0&L₂\\0&0&1&0\\0&1&0&0\\0&0&0&1\end{bmatrix}\)（因θ₃=0，仅考虑α和a的影响）4.关节4的变换矩阵（沿z₃轴移动d₄）：\(T_4^3=\begin{bmatrix}1&0&0&0\\0&1&0&0\\0&0&1&d₄\\0&0&0&1\end{bmatrix}\)总变换矩阵\(T_4^0=T_1^0\cdotT_2^1\cdotT_3^2\cdotT_4^3\)，计算后末端位姿为：\(x=L₁\cosθ₁\cosθ₂L₁\sinθ₁\sinθ₂+L₂\cosθ₁\)\(y=L₁\sinθ₁\cosθ₂+L₁\cosθ₁\sinθ₂+L₂\sinθ₁\)\(z=d₄\)（旋转部分因SCARA机器人末端仅垂直移动，绕z轴的旋转角度为θ₁+θ₂）（二）综合分析题（15分）某汽车制造厂需为焊接生产线采购6台工业机器人，用于白车身侧围焊接。已知焊接工件最大重量为8kg，焊缝分布在以机器人底座为中心、半径1.5m的半球面内，要求定位精度±0.2mm，工作环境温度20~35℃，有飞溅物。问题：请列出选型关键指标，并推荐2款主流机器人型号（需说明理由）。答案：选型关键指标：1.负载能力：需大于工件+焊枪重量（焊枪约5kg，总负载≥13kg）；2.工作范围：最大工作半径≥1.5m，且覆盖半球面需关节运动范围（如J1±180°，J2+90°~60°等）；3.定位精度：需≤±0.2mm（重复定位精度通常≤±0.05mm）；4.环境适应性：防尘防飞溅（IP等级≥IP54），耐高温（工作温度≤50℃）；5.集成性：支持焊接专用接口（如TCP校准、焊缝跟踪），兼容常用焊枪（如福尼斯、OTC）；6.维护成本：减速器寿命、备件可用性、软件支持（如离线编程）。推荐型号及理由：1.ABBIRB1660ID：负载15kg（满足13kg需求），工作半径1.65m（覆盖1.5m范围）；重复定位精度±0.03mm