工业机器人系统操作员习题库含答案

工业机器人系统操作员习题库含答案工业机器人系统操作员习题库（含答案与解析）一、单项选择题（每题1分，共30分）1.在工业机器人中，下列哪一项最能直接反映末端执行器相对于基坐标系的实时位姿？A.关节编码器读数B.电机电流值C.工具中心点（TCP）齐次变换矩阵D.伺服驱动器温度答案：C解析：关节编码器只能给出关节角度，需经正运动学计算才能得到TCP位姿；电机电流与温度属于过程量，与位姿无直接映射关系。2.某六轴机器人采用DH法建模，其第3关节为旋转副，则对应的DH参数中θ₃的含义是：A.连杆扭角B.连杆长度C.关节角变量D.连杆偏距答案：C解析：对旋转副，θ为关节变量；其余参数为结构常量。3.若机器人基坐标系{B}与世界坐标系{W}重合，工具坐标系{T}相对于{B}的齐次变换为𝐓则TCP在{W}中的坐标为：A.(100,200,50)B.(200,–100,50)C.(100,–200,50)D.(–100,200,50)答案：A解析：齐次矩阵最后一列前3行即平移向量，直接读取即可。4.在搬运作业中，若要求机器人在0.4s内将5kg物体从静止加速到1m/s，忽略摩擦，所需平均力约为：A.5NB.10NC.12.5ND.20N答案：C解析：F=ma=5kg×(1m/s÷0.4s)=12.5N。5.机器人急停回路通常采用：A.常闭触点串联B.常开触点并联C.晶体管高电平有效D.继电器自锁答案：A解析：常闭触点串联，任一断开即触发急停，符合“故障安全”原则。6.使用离线编程软件时，若仿真轨迹与真实轨迹出现系统性偏差，最优先检查：A.伺服增益B.工具坐标系标定误差C.电机刹车磨损D.电网电压答案：B解析：TCP标定误差会直接映射到空间轨迹，属系统性偏差。7.某机器人关节最大速度为180°/s，减速比为1:100，则电机侧最高转速为：A.30rpmB.300rpmC.1800rpmD.3000rpm答案：D解析：180°/s=30rpm，经100倍减速后电机侧需3000rpm。8.在视觉抓取中，若相机安装于机器人法兰，属于：A.Eye-to-HandB.Eye-in-HandC.固定外参D.手眼分离答案：B解析：相机随法兰移动，属Eye-in-Hand配置。9.对SCARA机器人而言，其逆运动学解析解个数理论上最多为：A.1B.2C.4D.8答案：C解析：SCARA含两个平行旋转关节，平面逆解最多2组，加上腕关节翻转共4组。10.若机器人控制系统检测到伺服编码器“多圈溢出”，最合理的处理是：A.立即更换电机B.重新回零并更新零偏C.降低速度D.增大减速度答案：B解析：多圈溢出仅丢失圈数信息，回零可恢复绝对参考。11.在ISO10218-1中，协作机器人功率与力限制（PFL）模式要求，瞬态力超过多少N必须停机？A.50B.90C.150D.300答案：C解析：ISO规定PFL模式瞬态力阈值150N。12.机器人采用梯形速度规划，若加速时间tₐ=0.2s，匀速段速度v=1m/s，总行程s=0.5m，则匀速段时间tᵤ为：A.0.1sB.0.2sC.0.3sD.0.4s答案：A解析：加速段位移sₐ=½vtₐ=0.1m，减速段同，故匀速段位移0.3m，tᵤ=0.3m÷1m/s=0.3s。13.若机器人重复定位精度为±0.02mm，则其标准差σ约为：A.0.01mmB.0.02mmC.0.04mmD.0.06mm答案：A解析：重复精度通常取±3σ，故σ≈0.02/3≈0.0067mm，最接近0.01mm。14.在ROS中，发布关节轨迹的topic类型为：A.sensor_msgs/JointStateB.trajectory_msgs/JointTrajectoryC.geometry_msgs/PoseD.std_msgs/Float64MultiArray答案：B解析：JointTrajectory含位置、速度、时间戳，用于轨迹下发。15.机器人采用力控打磨，若接触力设定10N，Kₚ=2N/mm，当实际力为6N时，位置修正量为：A.1mmB.2mmC.–2mmD.–1mm答案：C解析：Δx=(F_set−F_actual)/Kₚ=4N÷2N/mm=2mm，方向为压入，故–2mm。16.若机器人DH参数α₄=–90°，则连杆坐标系4的Z轴与坐标系3的Z轴关系为：A.同向B.反向C.垂直且右手定则旋转–90°D.平行答案：C解析：α为绕X轴扭角，–90°表示垂直并顺时针旋转。17.机器人采用EtherCAT周期1ms，则理论最小速度刷新间隔为：A.0.5msB.1msC.2msD.4ms答案：B解析：周期1ms即1ms刷新一次。18.若机器人工具质量m=2kg，重心在法兰前方100mm，则绕法兰X轴的静力矩为：A.0.2N·mB.1.0N·mC.1.96N·mD.2.0N·m答案：C解析：M=mgd=2×9.8×0.1=1.96N·m。19.机器人采用双闭环控制，外环为位置环，内环为速度环，则外环输出为：A.电压B.电流C.速度指令D.力矩答案：C解析：外环输出速度修正量，作为内环参考。20.在机器人编程中，使用“MoveL”指令相对于“MoveJ”指令的优势是：A.关节运动更快B.轨迹为直线，易于避障C.能耗更低D.无需逆运动学答案：B解析：MoveL为直线插补，轨迹确定，便于碰撞检测。21.若机器人基座安装倾斜5°，未进行坐标系标定，则绝对定位误差随工作半径r增长呈：A.常数B.线性增长C.二次增长D.指数增长答案：B解析：倾斜角引起误差Δ≈r·sin5°，与r成正比。22.机器人关节采用谐波减速器，其传动误差主要来源是：A.齿轮侧隙B.柔轮弹性变形C.轴承预紧D.温度漂移答案：B解析：谐波靠柔轮变形传递运动，弹性滞后导致误差。23.若机器人控制柜IP等级为IP54，则其防尘等级为：A.5B.4C.3D.2答案：A解析：IP第一位5表示防尘不完全，但无有害沉积。24.机器人采用激光位移传感器测距，量程100mm，线性度±0.1%F.S.，则最大误差为：A.0.01mmB.0.1mmC.0.5mmD.1mm答案：B解析：±0.1%×100mm=0.1mm。25.若机器人控制柜24VDC电源跌落至20V，最可能导致的故障是：A.伺服电机飞车B.IO模块掉线C.制动器释放D.编码器多圈清零答案：B解析：IO模块对电压敏感，20V可能低于工作下限。26.机器人采用S曲线加减速，其主要目的是：A.减少轨迹误差B.降低关节冲击C.提高最大速度D.简化计算答案：B解析：S曲线使加加速度连续，减小机械冲击。27.若机器人末端受到突加负载，速度环积分饱和可能导致：A.过冲B.零速漂移C.反向冲击D.编码器损坏答案：A解析：积分饱和造成调节滞后，系统过冲。28.机器人工具坐标系标定采用“4点法”，则第4点的作用是：A.确定X轴B.确定Z轴C.确定比例D.消除奇异答案：A解析：前3点确定球心即TCP，第4点绕Z旋转，确定+X方向。29.若机器人程序中设置$VEL_AXIS[1]=50，则其含义为：A.1轴速度50mm/sB.1轴速度50%额定C.1轴加速度50°/s²D.1轴力矩50N·m答案：B解析：KUKA语法，VEL_AXIS为轴速度百分比。30.机器人运行中突然出现“Followingerror”报警，最可能原因是：A.编码器线断B.目标速度过大C.电机相序反D.制动器未打开答案：B解析：跟随误差通常因速度或加速度超限，伺服来不及响应。二、判断题（每题1分，共10分）31.机器人基坐标系一旦设定，不可再改变。答案：错解析：可通过软件重新定义基坐标系。32.对旋转关节，DH参数d可为变量。答案：错解析：旋转关节变量为θ，d为常量。33.机器人重复定位精度越高，绝对定位精度一定越高。答案：错解析：重复精度高仅说明一致性好，系统误差可能很大。34.机器人电机抱闸失效，断电后关节会下坠。答案：对解析：抱闸用于断电保持，失效无法自锁。35.在EtherCAT网络中，从站可热插拔。答案：对解析：EtherCAT支持热插拔，但需配置冗余。36.机器人工具坐标系原点在法兰中心。答案：错解析：默认在法兰中心，但需根据工具偏移。37.机器人奇异点时，雅可比矩阵秩满。答案：错解析：奇异点秩亏，逆运动学无解或无穷解。38.机器人采用力控时，刚度越大，接触力波动越小。答案：错解析：刚度过高会降低柔顺性，易引发震荡。39.机器人IO模块输入端通常采用光耦隔离。答案：对解析：光耦提高抗干扰与安全性。40.机器人电池电量低会导致编码器多圈数据丢失。答案：对解析：电池供多圈计数，掉电数据丢失。三、填空题（每空2分，共20分）41.某机器人关节减速比为1:120，电机额定转速3000rpm，则关节侧最大转速为________rpm。答案：25解析：3000÷120=25rpm。42.若机器人末端受力F=[10,0,0]N，作用点相对TCP的矢径r=[0,0,0.1]m，则力矩为________N·m。答案：[0,1,0]解析：M=r×F=[0,0,0.1]×[10,0,0]=[0,1,0]。43.机器人采用PID控制，其微分项对高频噪声敏感，常用________滤波抑制。答案：低通解析：低通滤波可衰减高频噪声。44.机器人激光位移传感器输出4–20mA对应0–100mm，则12mA对应________mm。答案：50解析：(12−4)/(20−4)×100=50mm。45.机器人轨迹精度用________误差与________误差两项指标衡量。答案：路径；姿态解析：路径偏差与姿态偏差共同评价。46.机器人工具质量m=3kg，若重心偏移法兰中心50mm，则绕法兰Y轴的静不平衡力矩为________N·m。答案：1.47解析：M=3×9.8×0.05=1.47N·m。47.机器人采用CANopen通信，心跳报文ID=0x700+NodeID，若NodeID=5，则ID为________（十进制）。答案：1705解析：0x700=1792，1792+5=1797（十六进制0x705）。48.机器人关节角速度向量ω=[0,0,1]rad/s，则线速度v=ω×r，若r=[0.2,0,0]，则v=________m/s。答案：[0,0.2,0]解析：叉乘得[0,0.2,0]。49.机器人控制柜散热设计常用________风路与________风路隔离，防止灰尘进入模块。答案：外冷；内冷解析：外冷风路冷却散热片，内冷风路封闭循环。50.机器人采用绝对式编码器，单圈17bit，多圈16bit，则总分辨率为________圈。答案：131072解析：2^16=65536圈，单圈不计入总圈数。四、简答题（每题10分，共40分）51.简述机器人工具坐标系标定的“6点法”步骤，并说明如何验证标定精度。答案：步骤：1)安装尖锥或指针作为临时工具；2)选择世界坐标系中固定尖点；3)以不同姿态（≥4组）使工具尖点触碰固定尖点，记录法兰位姿，计算TCP位置（球心）；4)再取第5点，使工具沿近似+X方向移动一定距离，记录，确定X轴；5)取第6点，沿近似+Y方向移动，确定Y轴，从而得到完整坐标系；6)在示教器输入数据，系统计算齐次变换。验证：更换另一已知尖端，重新触碰固定点，观察示教器显示坐标偏差，若≤0.5mm即合格；或用激光跟踪仪实测TCP，与标定值对比。52.机器人运行中出现“震动”现象，请列出5种可能原因并给出排查方法。答案：1)伺服增益过高→降低Kₚ，重新整定；2)减速器磨损→关节背隙测试，更换减速器；3)编码器干扰→检查屏蔽层接地，用示波器看信号；4)机械共振→频率分析仪扫频，设陷波滤波器；5)负载惯量不匹配→计算惯量比，若>5:1，加减速机或调整增益。53.写出机器人雅可比矩阵J的定义，并说明其在力控中的应用。答案：雅可比矩阵J将关节速度映射到末端速度：𝐯其中v=[vₓvᵧv_zωₓωᵧω_z]ᵀ。力控应用：已知末端期望力F，则关节力矩τ=JᵀF，实现力/位混合控制；通过奇异值分解判断可操作度，避免奇异。54.某机器人需完成圆轨迹焊接，圆半径R=100mm，位于XOY平面，圆心(200,100,300)mm，周期T=10s，请写出基于参数θ的轨迹方程，并给出θ角速度与线速度关系。答案：轨迹方程：{θ=ωt，ω=2π/T=0.2πrad/s。线速度v=ωR=0.2π×100=20π≈62.8mm/s。五、计算题（每题15分，共30分）55.某六轴机器人第3关节为旋转副，DH参数：a₂=300mm，α₂=0°，d₃=0mm，θ₃为变量。当θ₃=30°时，求坐标系3相对于坐标系2的齐次变换矩阵，并给出坐标系3原点在坐标系2中的位置。答案：变换矩阵：𝐓原点位置：(259.8,150,0)mm。56.机器人末端搬运m=10kg箱体，沿直线MoveL从A(400,0,300)mm到B(400,300,300)mm，最大速度v=0.5m/s，加速度a=1m/s²，减速度同。求：(1)最小行程时间；(2)若要求到达B点速度恰好为0，采用对称梯形规划，匀速段时间tᵤ。答案：(1)加速段位移sₐ=v²/(2a)=0.25m，总加速+减速=0.5m，大于行程0.3m，无法达到0.5m/s，改为三角规划：最大速度vₘ=√(as)=√(1×0.3)=0.