2025年工业机器人系统集成考试真题及答案解析

2025年工业机器人系统集成考试练习题及答案解析一、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工作空间的关键参数是（）。A.关节最大速度  B.连杆长度与关节转角范围  C.电机额定功率  D.减速器减速比答案：B解析：工作空间由连杆几何尺寸和关节运动范围共同决定，与速度、功率、减速比无直接几何关系。2.当使用EtherCAT总线控制伺服驱动器时，主站完成一次全站同步数据交换的周期称为（）。A.PDO映射周期  B.分布式时钟周期  C.帧周期  D.看门狗周期答案：C解析：EtherCAT主站以固定帧周期广播帧，完成全站数据采样与输出，帧周期即同步周期。3.某六轴机器人腕部奇异点属于（）奇异。A.边界  B.内部  C.腕部中心  D.肘部答案：B解析：腕部奇异为关节5=0°时出现的内部奇异，导致Jz列线性相关，瞬时失去一个自由度。4.在PLCopenPart4规范中，机器人运动指令MC_MoveLinearAbsolute的加速度单位是（）。A.mm/s²  B.%额定加速度  C.用户单位/s²  D.脉冲/s²答案：C解析：规范采用“用户单位”体系，用户单位/s²与工程单位一致，便于跨平台移植。5.使用激光位移传感器进行焊缝跟踪时，若激光条纹与坡口方向夹角为θ，则当θ趋近0°时，系统（）。A.横向分辨率提高  B.纵向分辨率提高  C.对坡口深度变化敏感度降低  D.采样频率提高答案：C解析：θ≈0°时，激光条纹几乎与坡口平行，深度变化在图像上表现为条纹整体平移，像素位移量小，敏感度下降。6.在机器人打磨工作站中，采用力控浮动主轴的主要目的是（）。A.降低轨迹精度要求  B.实现恒力接触  C.提高进给速度  D.减少换刀次数答案：B解析：浮动机构通过弹簧/气缸/伺服电机实时调整伸出量，保持法向力恒定，避免过切或欠切。7.当安全等级需达到PLe时，根据ISO138491，系统平均危险失效时间MTTFd最低应满足（）。A.10年  B.30年  C.100年  D.无下限要求，仅看CCF答案：C解析：PLe要求MTTFd≥100年、DCavg≥99%、CCF≥65分，三者同时满足。8.在RoboGuide中，若要将虚拟控制器的IP改为192.168.1.100，需修改的文件是（）。A.robot.ini  B.robot.cfg  C.vrchost.xml  D.controller.xml答案：C解析：vrchost.xml保存虚拟网卡配置，修改后重启虚拟控制器生效。9.某SCARA机器人在XY平面做门型搬运，若希望缩短节拍，最先优化的运动参数是（）。A.关节最大加速度  B.关节最大速度  C.上升/下降高度  D.减速比答案：C解析：门型运动耗时与抬升高度呈线性关系，降低高度可直接缩短上下行时间，效果立竿见影。10.在ROS2中，用于实时发布关节轨迹的接口消息类型为（）。A.sensor_msgs/JointState  B.trajectory_msgs/JointTrajectory  C.control_msgs/FollowJointTrajectoryAction  D.std_msgs/Float64MultiArray答案：C解析：FollowJointTrajectoryAction提供实时反馈与插补，是ROS2官方推荐的实时控制接口。11.若机器人基坐标系与大地坐标系存在绕Z轴30°旋转，则齐次变换矩阵中对应的旋转子矩阵为（）。A.[0.8660.50;0.50.8660;001]  B.[0.8660.50;0.50.8660;001]  C.[0.50.8660;0.8660.50;001]  D.[100;00.8660.5;00.50.866]答案：A解析：绕Z轴旋转θ的矩阵为[cosθsinθ0;sinθcosθ0;001]，cos30°=0.866，sin30°=0.5。12.在伺服电机选型时，若负载惯量比JL/Jm=8，则系统稳定性通常会（）。A.提高  B.降低  C.不变  D.与速度环增益无关答案：B解析：惯量比过大导致速度环增益可调范围变窄，易产生振荡，稳定性降低。13.使用TCP/IP与机器人控制器通信时，若出现“Socketerror10060”，其含义为（）。A.连接被主机拒绝  B.超时未收到响应  C.网络不可达  D.数据校验失败答案：B解析：10060为WSAETIMEDOUT，表示连接尝试超时，常见于防火墙或路由延迟。14.在视觉定位中，若采用“眼在手上”安装，则手眼标定求解的是（）。A.相机到机器人基坐标变换  B.相机到末端法兰变换  C.基坐标到大地坐标变换  D.末端到工件变换答案：B解析：眼在手上需确定相机与末端法兰的固定关系，即AX=XB问题解出X。15.当机器人以1m/s速度直线运动，若要求轨迹误差≤0.1mm，则伺服周期至少应设为（）。A.1ms  B.2ms  C.4ms  D.8ms答案：A解析：1m/s×1ms=1mm，考虑插补与伺服滞后，1ms周期可将误差控制在0.1mm量级。16.在STO（SafeTorqueOff）功能激活后，驱动器内部（）。A.切断功率模块门极驱动  B.断开主回路接触器  C.关闭编码器电源  D.切断24V控制电源答案：A解析：STO通过硬件直接封锁IGBT驱动，确保无转矩输出，而主回路仍带电。17.若机器人程序中使用了“WAITDI[1]=ON,TIMEOUT=5sec”，当DI[1]在5s内未变ON，系统将（）。A.报警暂停  B.跳过等待继续执行  C.触发超时例程  D.重启控制器答案：C解析：FANUC语法中TIMEOUT后需编写JMPLBL或CALL子程序，触发超时例程。18.在离线编程中，若导入的CAD模型为STL格式，其最大缺陷是（）。A.缺少拓扑信息  B.文件体积过大  C.颜色失真  D.单位不一致答案：A解析：STL仅含三角面片，无面、边、体拓扑，导致无法直接提取加工特征。19.当机器人与外部轴协同完成圆弧插补时，需启用的坐标系为（）。A.关节坐标系  B.世界坐标系  C.外部轴基坐标系  D.联合坐标系答案：D解析：联合坐标系（Coord）将机器人与外部轴视为多轴系统，统一插补。20.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.云计算答案：C解析：通过OPCUA/ROS等协议实时镜像数据，实现毫秒级同步，才是孪生基础。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，错选、多选、漏选均不得分）21.下列哪些属于工业机器人系统集成的“机械接口”范畴（）。A.末端法兰ISO94091504M6  B.基座地脚螺栓分布圆  C.电机动力连接器  D.示教器电缆长度  E.外轴减速机输出轴键槽答案：A、B、E解析：机械接口关注几何与力传递，动力连接器与电缆属电气接口。22.关于机器人动态模型M(q)q¨+C(q,q˙)+G(q)=τ，下列说法正确的是（）。A.M(q)为对称正定矩阵  B.C(q,q˙)可分解为科氏力与向心力  C.G(q)与加速度无关  D.τ为关节力矩向量  E.模型可用于计算前馈力矩答案：A、B、C、D、E解析：动力学模型各项物理意义明确，全部选项均正确。23.在PLC与机器人进行Socket通信时，机器人侧需设置的参数包括（）。A.本地端口号  B.远程IP  C.远程端口号  D.通信协议TCP/UDP  E.超时时间答案：A、B、C、D、E解析：Socket通信五元组缺一不可，超时亦需设定避免阻塞。24.下列哪些措施可有效降低机器人打磨过程中的振动（）。A.提高机器人刚度  B.采用浮动主轴  C.降低砂带线速度  D.增加工件夹具阻尼  E.提高采样频率答案：A、B、D解析：浮动与阻尼直接吸收振动能量；提高线速度反而可能激励共振；采样频率与机械振动无直接因果关系。25.关于ISO102181:2011对协作机器人“功率与力限制”要求，下列描述正确的是（）。A.瞬态接触力≤150N  B.静态压力≤150N/cm²  C.人体任何部位可进入协作空间  D.需实时监控电机电流估算接触力  E.限制值与接触区域无关答案：A、B、D解析：静态压力≤150N/cm²，瞬态力≤150N；限制值与身体区域有关；并非任何部位都可进入，需风险评估。26.在机器人搬运工作站中，导致“掉件”的常见原因有（）。A.真空泵流量不足  B.工件表面粗糙度Ra过大  C.吸盘材质老化  D.加速度峰值过大  E.编码器零点漂移答案：A、B、C、D解析：零点漂移影响定位精度，与掉件无直接因果。27.下列哪些传感器信息可用于机器人“触觉”反馈（）。A.六维力矩传感器  B.电容式触觉阵列  C.光纤布拉格光栅应变传感器  D.激光位移传感器  E.导电橡胶阵列答案：A、B、C、E解析：激光位移为非接触测量，不属于触觉。28.在RobotStudio中，创建“SmartComponent”时，可添加的“行为”包括（）。A.LinearMover  B.PoseMover  C.LogicGate  D.CollisionSensor  E.PythonScript答案：A、B、C、D解析：PythonScript属外挂脚本，非原生行为。29.关于机器人电池维护，下列做法正确的是（）。A.每6个月测量电池电压  B.关机状态下拆下电池不影响零点  C.更换电池前需先备份零点数据  D.使用同型号锂电  E.低电量报警后仍可运行1周答案：A、C、D解析：关机拆电池会丢失编码器多圈数据；低电量报警后运行时间取决于编码器功耗，通常不足1周。30.在数字孪生调试阶段，需验证的一致性指标包括（）。A.关节角度误差  B.TCP位置误差  C.功耗误差  D.温度场分布误差  E.通信延迟答案：A、B、C、E解析：温度场属热孪生高级功能，非必检。三、填空题（每空2分，共20分）31.某六轴机器人连杆参数：a2=400mm，a3=300mm，当θ3=0°、θ2=90°时，第三关节的X方向坐标为400mm。解析：X=a2cosθ2+a3cos(θ2+θ3)=400×0+300×0=0，但题设θ2=90°，cos90°=0，故X=0；若题意为“相对于第二关节”，则填400。32.在FANUC系统中，将数字I/O地址DI[18]强制为ON的Karel命令为SET_DIG_OUT(1,8,ON)。33.当伺服电机额定转速3000r/min、减速比1:10，丝杆导程10mm，则直线轴最大线速度为5000mm/s。解析：v=3000/60×10/10=500mm/s，注意单位换算，3000r/min=50r/s，50×10mm=500mm/s，减速比1:10故×10，得5000mm/s。34.若机器人重复定位精度±0.05mm，采用三点法建立工件坐标系，则最大理论平移误差为0.087mm。解析：三点法平移误差≈重复精度×√3，0.05×1.732≈0.087。35.在PLCopen状态机中，从“StandStill”到“DiscreteMotion”的触发事件为Start。36.当安全电路采用双通道冗余输入，若诊断覆盖率DC=99%，共因失效因子CCF=65分，则PFHd=1.2E081/h（给定MTTFd=100年）。解析：PFHd=(1DC)×1/MTTFd×2×CCF因子修正≈0.01×1/(100×8760)×2×0.1≈1.2E08。37.在ROS2launch文件中，将节点“robot_driver”放入“real_time”组的XML标签为<group><pushrosnamespacenamespace="real_time"/><nodepkg="..."name="robot_driver".../></group>。38.若机器人打磨接触力设定为30N，砂带与工件摩擦系数μ=0.3，则切向打磨力为9N。解析：Ft=μFn=0.3×30=9N。39.在G代码中，与机器人“MoveL”功能相同的指令为G01。40.当使用ModbusTCP读取保持寄存器，功能码为03。四、简答题（共30分）41.（6分）说明机器人系统中“重复定位精度”与“绝对定位精度”的区别，并给出提高绝对精度的两种工程方法。答案：重复定位精度指在相同条件下多次到达同一指令位姿的分散程度，用±3σ表示；绝对定位精度指指令位姿与实际测量位姿的系统偏差。提高绝对精度方法：1.采用激光跟踪仪进行DH参数标定，补偿连杆长度、角度误差；2.建立全局误差映射表，通过多项式或神经网络在控制器内实时补偿。42.（6分）列举工业机器人系统集成项目生命周期的六个阶段，并指出哪个阶段对成本影响最大。答案：需求分析→概念设计→详细设计→制造装配→现场调试→验收运维。概念设计阶段对成本影响最大，因70%成本由方案阶段确定。43.（6分）解释“力位混合控制”在打磨应用中的实现原理，并给出一种力控算法名称。答案：通过六维力传感器实时测量接触力，与期望力比较，力偏差经PID计算后修正轨迹法向偏移量，同时切向仍按原轨迹速度控制，实现力位混合。常用算法：阻抗控制（ImpedanceControl）。44.（6分）简述使用EtherCAT分布时钟（DC）同步机器人与外部轴的步骤。答案：1.主站配置DC周期，通常为1ms；2.从站（机器人控制器、外部轴驱动器）启用DC模式，设置同步偏移；3.主站发送ARMW命令，广播参考时钟；4.从站PLL锁相，生成本地同步中断；5.验证所有从站StatusWord中“SyncError”位为0；6.启动插补，确保所有轴在同一SYNCO事件触发伺服闭环。45.（6分）说明STO、SS1、SLS三种安全功能的中文名称及其在机器人系统中的保护作用。答案：STO：安全转矩关断，立即封锁驱动脉冲，防止意外运动；SS1：安全停车1，受控减速后触发STO，避免惯性冲击；SLS：安全限速，实时监控速度，超速即触发保护，保障协作安全。五、应用题（共60分）46.（15分）计算题某六轴机器人需将10kg箱体从A(400,0,300)直线搬运到B(400,500,300)，最大加速度2m/s²，最大速度1m/s，加减速对称，停机精度±0.5mm。求：(1)最短搬运时间；(2)若要求整段节拍≤4s，列出两种优化方案并定量说明可缩短的时间。解：(1)直线距离s=500mm=0.5m。加速段：t1=v/a=1/2=0.5s，s1=0.5at²=0.25m；减速段同加速，s2=0.25m；匀速段：s3=0.50.250.25=0，即三角形速度规划。总时间T=2t1=1s。(2)方案一：提高加速度至4m/s²，t1=0.25s，T=0.5s，缩短0.5s；方案二：采用“门型”路径，抬升高度由100mm降至50mm，垂直段节省2×0.1/1=0.2s，水平段仍1s，总节1.2s，比原1s+0.2s=1.2s，实际缩短0s；改为S型加减速，减少振动，可将加速度提至3m/s²，T=0.67s，缩短0.33s。47.（15分）分析题某打磨工作站出现工件边缘过切2mm，经排查机器人轨迹精度±0.1mm，砂带磨损量0.5mm，无力控。分析过切根本原因，并提出三条改进措施。答案：根本原因：缺乏力控导致砂带磨损后，实际接触力下降，机器人仍按原轨迹进给，边缘处材料去除不足，操作员为补偿人为二次进给，造成过切。措施：1.引入六维力传感器+力位混合控制，恒力30N，磨损自动补偿；2.在线激光测厚，闭环修正Z向轨迹；3.砂带自动进给补偿，每加工10件进给0.5mm。48.（15分）综合设计题设计一条机器人协同焊接产线，工件长2m，重80kg，焊缝为长直缝，节拍要求180s。要求：(1)画出系统拓扑图（文字描述即可）；(2)列出关键设备型号与数量；(3)计算机器人可达率并验证是否满足节拍。解：(1)拓扑：双机器人倒挂+头尾架变位机+激光焊缝跟踪+清枪站+安全围栏+PLC主站。(2)设备：FANUCM20iA×2、头尾架1套、LincolnPowerWavei400×2、激光跟踪SeamTracker×1、清枪站TCP×1、安全PLCOmronNX1×1。(3)焊缝长2m，焊接速度1m/min，纯焊时间120s；机器人空程速度1.5m/min，空程时间≈20s；清枪10s；装卸由变位机并行，不占节拍。总耗时=120+20+10=150s<180s，可达率=150/180=83%，满足。49.（15分）编程题使用KUKA.KRL编写一段程序：机器人从HOME出发，沿矩形路径（200mm×100mm）顺时针运动，四角圆弧过渡半径20mm，速度1m/s，加速度50%，循环5次后回HOME。要求使用相对运动指令，矩形平面与法兰坐标系XY平行，Z向高度不变。答案：DEFrect_cycle()DECLINTiDECLE6POSHOME,pStart,pRect[4]HOME={X0,Y0,Z400,A0,B0,C0,S6,T50}pStart={X0,Y0,Z0,A0,B0,C0}pRect[1]={X200,Y0,Z0,A0,B0,C0}pRect[2]=