2025年工业机器人故障诊断与安全检查测试题及答案

2025年工业机器人故障诊断与安全检查测试题及答案一、单项选择题（每题2分，共30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.在工业机器人安全回路中，下列哪种元件一旦触发会立即切断伺服使能并启动抱闸？A.示教器急停按钮  B.安全围栏门磁开关  C.光幕传感器  D.模式选择开关答案：A2.使用ISO102181标准进行风险评估时，对“限制空间”的判定主要依据下列哪一项？A.机器人最大可达距离  B.机器人基座尺寸  C.末端执行器重量  D.控制柜防护等级答案：A3.当六轴机器人出现“跟随误差过大”报警时，最优先检查的是：A.电机抱闸是否打开  B.编码器电池电压  C.伺服驱动器温度  D.控制柜风扇转速答案：A4.在EtherCAT总线系统中，若扫描到从站丢失，主站首先进行的动作是：A.切换至安全停车（SafeStop）  B.重启总线  C.报警并继续运行  D.切换至降级速度答案：A5.机器人工具坐标系标定过程中，若四点法计算的RMS误差大于0.5mm，应首先：A.检查末端执行器刚性连接  B.增加标定点数量至9点  C.降低机器人运行速度  D.更换测量探针答案：A6.下列哪一项不是安全PLC与标准PLC的本质区别？A.冗余诊断功能  B.故障静默原则  C.扫描周期固定性  D.支持浮点运算指令答案：D7.在机器人电弧焊系统中，出现“起弧失败”频繁报警，最不可能的原因是：A.焊丝干伸长过长  B.焊机地线接触不良  C.工具坐标系Z方向偏移过大  D.保护气流量不足答案：C8.若机器人控制柜24VDC电源模块的纹波峰值超过200mV，最可能导致的故障现象是：A.编码器计数跳变  B.示教器花屏  C.安全PLC误报警  D.电机轴承异响答案：A9.使用安全速度监控（SSM）功能时，若实际速度超过设定阈值10%，系统将在：A.50ms内切断伺服使能  B.500ms内触发减速  C.1s内报警不停机  D.2s内切换至降级模式答案：A10.机器人关节减速机润滑油更换周期主要依据：A.制造商技术手册  B.机器人年运行小时数  C.减速机温度累计值  D.谐波发生器磨损量答案：A11.在双通道安全输入回路中，若两通道信号差异持续超过300ms，则安全PLC判定为：A.共因故障  B.差分故障  C.瞬时干扰  D.可屏蔽故障答案：B12.当机器人控制柜显示“DCbus过压”时，首先应测量的参数是：A.制动电阻阻值  B.三相进线电压  C.电机绕组绝缘  D.编码器反馈线屏蔽答案：A13.在机器人碰撞检测中，若阈值设置过小，最可能出现的副作用是：A.假碰撞频繁触发  B.电机过热  C.减速机背隙增大  D.编码器电池耗尽答案：A14.安全围栏高度最低要求为1.4m，该数值来源于：A.ISO13857  B.ISO12100  C.IEC602041  D.GB11291.1答案：A15.若机器人系统采用PROFIsafe协议，安全地址（FAddress）冲突会导致：A.安全站拒绝进入运行状态  B.标准I/O模块掉线  C.示教器无法启动  D.伺服驱动器固件崩溃答案：A二、多项选择题（每题3分，共30分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）16.下列哪些属于机器人安全功能中的“主动式”保护措施？A.安全速度监控  B.安全限位开关  C.碰撞检测算法  D.安全围栏  E.安全光幕答案：A、C17.在进行机器人关节零位校准时，必须满足的前提条件包括：A.拆除末端执行器  B.释放所有轴抱闸  C.使用校准仪或激光跟踪仪  D.关闭安全围栏门  E.切换至手动全速模式答案：A、B、D18.以下哪些现象可能由编码器反馈线屏蔽失效引起？A.轴位置随机漂移  B.电机震动异响  C.跟随误差报警  D.控制柜风扇停转  E.示教器触摸屏失灵答案：A、B、C19.关于机器人安全回路的“冗余”设计，下列说法正确的有：A.双通道急停按钮触点必须接入不同安全输入模块  B.冗余通道之间允许共用同一电源  C.冗余系统需进行交叉比较诊断  D.冗余等级需满足PLe/SIL3  E.冗余电缆可布置在同一拖链内答案：A、C、D20.在机器人电弧焊系统中，若焊缝出现“咬边”缺陷，可能原因有：A.焊接速度过快  B.电弧电压过高  C.焊枪倾角不当  D.保护气纯度不足  E.焊丝伸出长度过短答案：A、B、C21.下列哪些测试属于年度安全检查中的“型式试验”？A.制动器保持扭矩测试  B.安全速度监控功能验证  C.紧急停止响应时间测量  D.接地连续性测试  E.噪音水平测量答案：A、B、C、D22.若机器人控制柜内24VDC母线电压跌落至20V，可能导致的后果有：A.安全PLC重启  B.抱闸无法打开  C.示教器黑屏  D.伺服驱动器欠压报警  E.电机超速运行答案：A、B、C、D23.关于机器人工具坐标系（TCP）标定，下列说法正确的有：A.四点法要求机器人以不同姿态指向固定尖点  B.标定精度与机器人绝对定位精度无关  C.标定结果保存在$TOOL_DATA变量中  D.标定后需重新校验基坐标系  E.激光跟踪仪可提高标定重复性答案：A、C、E24.在机器人安全生命周期中，属于“试运行”阶段的工作有：A.安全功能集成测试  B.故障插入测试  C.风险评估更新  D.用户培训  E.安全验证报告签署答案：A、B、C、E25.下列哪些情况必须执行机器人重新标定？A.更换伺服电机  B.更换减速机  C.碰撞后关节移位  D.控制柜主板电池掉电  E.示教器固件升级答案：A、B、C、D三、填空题（每空2分，共30分）26.按照ISO102181，机器人安全停车分为两类：0类停车和________类停车。答案：127.在KUKA机器人系统中，变量$VEL_AXIS[]用于存储________速度。答案：单轴28.若ABB机器人出现“50057”报警，表示________与主计算机通信中断。答案：轴计算机29.安全速度监控（SSM）功能通常采用________编码器双通道反馈实现冗余。答案：正余弦30.机器人控制柜内制动电阻阻值漂移超过标称值________%时必须更换。答案：1031.在FANUC机器人中，恢复出厂参数前必须执行________操作，以防数据丢失。答案：备份32.电弧焊机器人起弧阶段，若焊机输出空载电压低于________V，则判定为起弧失败。答案：3533.按照GB11291.2，协作机器人最大动态功率限制为________W。答案：8034.机器人关节减速机润滑油更换后，需运行________分钟并再次检查油位。答案：3035.安全PLC的PFH（每小时危险失效概率）指标需满足SIL3等级，其数值应小于________。答案：10⁻⁷四、简答题（每题10分，共40分）36.简述工业机器人“跟随误差过大”故障的完整排查流程，并给出关键参数典型值。答案：1)查看报警日志，确认误差值：当跟随误差>1°（旋转轴）或>2mm（直线轴）时触发。2)检查抱闸：断电后手摇关节，确认抱闸已释放；若抱闸未释放，测量抱闸电压应为24VDC±5%。3)检查负载：对比额定扭矩，超载>110%时降低速度或减重。4)检查增益：速度环增益Kv典型值0.8–1.2Nm/(rad/s)，位置环Kp60–120(1/s)。5)检查编码器：用示波器看正余弦信号峰峰值1V±0.1V，无噪声毛刺。6)检查机械背隙：用千分表测量减速机输出，背隙>1.5arcmin需更换。7)检查电缆：测量反馈线屏蔽层接地电阻<1Ω。8)完成以上后做20次±90°往复运动，误差<0.05°即为合格。37.说明安全PLC与标准PLC在“故障静默”原则实现上的差异，并给出电路示例。答案：故障静默要求系统在故障后导向安全状态。安全PLC采用双通道冗余+交叉比较：两路CPU独立运算，每周期比较结果，差异>2ms即0类停车。输出采用双通道强制导向继电器，触点粘连诊断由回读电路完成。标准PLC无冗余，输出为单通道晶体管，故障后可能保持导通。示例：急停按钮双通道分别接入安全PLC的DI0与DI1，内部逻辑执行“与”运算，任一通道断开即切断双通道安全继电器，电源正极断开，伺服使能丢失。38.列举年度安全检查中必须进行的五项“型式试验”，并给出每项合格判据。答案：1)制动器保持扭矩测试：加载额定负载125%，断电后位移<0.2mm/5min。2)安全速度监控：设定50%最大速度，超速10%时在50ms内切断，示波器测得延迟≤50ms。3)紧急停止响应时间：从按下急停到轴运动停止≤500ms，激光跟踪仪测得位移增量<1mm。4)接地连续性：PE端子至任一可触金属外壳电阻<0.1Ω，测试电流10A。5)绝缘电阻：动力回路对PE施加500VDC，绝缘电阻>20MΩ。39.描述协作机器人“功率与力限制”功能的标定步骤，并给出最大允许力值。答案：1)安装力传感器于末端，切换至协作模式。2)使用ISO/TS15066规定的准静态测试头（直径140mm）接触机器人。3)以2mm/s速度压向机器人，记录力峰值。4)各方向最大允许力：胸区150N，指区140N，头区190N。5)若实测值>限值90%，则在安全配置中降低速度、减小刚度；再次测试直至<90%限值。6)保存参数至安全控制器，并出具标定报告。五、应用题（共30分）40.综合计算分析题（30分）某工厂六轴机器人在运行过程中频繁报“DCbus过压”故障，现场测得：三相进线电压U=400VAC，波动±2%；制动电阻标称R=15Ω，实测R=13.8Ω；减速机无异常，负载惯量比J_load/J_motor=5；制动单元导通占空比D在急停时达85%；制动晶体管最高允许温度T_jmax=125℃，实测散热器温度T_s=105℃。请完成：1)计算制动电阻峰值功率P_peak，并判断是否超额定（电阻额定脉冲功率10kW，5s）。2)计算制动单元电流I_dc，并校验晶体管安全裕度（假设热阻R_th=0.8K/W，环境温度T_a=45℃）。3)给出三项改进措施并量化效果。答案：1)过压时DCbus电压U_dc=750V，P_peak=U_dc²/R=750²/13.8≈40.8kW>10kW，超额定4倍，电阻过热。2)I_dc=U_dc/R=750/13.8≈54.3A；晶体管结温T_j=T_s+I_dc×V_ce(sat)×R_th=105+54.3×2×0.8≈192℃>125℃，无裕度。3)改进措施：a)更换双制动电阻并