2025年工业机器人故障诊断及排除方法测试题及答案

2025年工业机器人故障诊断及排除方法测试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.当六轴工业机器人第3轴伺服驱动器报警代码为“AL.32”时，最可能的故障原因是A.编码器电池电压低B.电机动力线断相C.制动器回路短路D.伺服电机过热答案：B2.在EtherCAT总线系统中，示波器捕捉到总线出现大量“lateframe”现象，应优先检查A.机器人TCP标定精度B.分布式时钟同步设置C.电机绝缘电阻D.机械减速比答案：B3.使用红外热像仪对伺服电机进行状态监测时，若绕组温升超过绝缘等级B的允许值（80K），下一步最合理的处理是A.立即更换电机轴承B.降低机器人运动速度并检查散热风扇C.重新标定零点D.升高驱动器增益答案：B4.机器人示教器显示“SRVO038”报警，且伴随伺服使能自动断开，故障树分析首先应排查A.安全门门锁开关触点B.工具坐标系偏移C.电机绝对值编码器零点漂移D.控制柜24VDC电源纹波答案：A5.当机器人末端执行器出现周期性抖动，频谱图在减速机输入轴旋转频率处出现峰值，最可能的故障部位是A.谐波减速机柔轮磨损B.电机转子条断裂C.同步带张紧力不足D.伺服驱动器电流环积分饱和答案：A6.在ROS2环境下，使用MoveIt!进行轨迹规划时节点频繁崩溃，日志提示“TF_OLD_DATA”，应优先A.降低发布频率并检查时钟同步B.增大PID微分系数C.更换IMU型号D.重新标定相机内参答案：A7.对协作机器人进行力控打磨，若末端力传感器读数持续漂移，最可能的原因是A.环境温度过高导致应变片零漂B.电机齿槽效应C.轨迹加速度过大D.工具质量超行程答案：A8.某工站使用视觉定位，重复精度突然由±0.1mm恶化至±0.5mm，首先应检查A.镜头光圈是否被现场振动改变B.机器人基坐标系是否被误修改C.相机电缆屏蔽层接地D.光源频闪与工频干扰答案：D9.在CANopen网络中，节点ID为0x05的伺服驱动器周期性发送Emergency报文，错误寄存器0x8110，其含义为A.过电流B.编码器错误C.总线离线D.温度超限答案：B10.机器人控制柜内部24VDC母线电压实测21.5V，最可能导致A.安全继电器随机断开B.电机抱闸无法打开C.示教器花屏D.伺服母线过压答案：B二、多项选择题（每题3分，共15分；每题至少有两个正确答案，多选少选均不得分）11.下列哪些方法可以有效抑制机器人伺服系统中共模干扰引起的编码器计数错误A.电机动力线与编码器线分开走线B.在编码器电缆屏蔽层两端360°接地C.降低PWM载波频率D.在驱动器DC母线端加共模扼流圈E.提高机器人工具负载答案：A、B、D12.关于机器人谐波减速机的故障特征，下列描述正确的有A.柔轮疲劳裂纹会在2倍输入轴频率处出现边带B.刚轮偏心会导致振动频谱出现输入轴频率的1×峰值C.波发生器轴承外圈剥落会产生高频冲击成分D.润滑油失效会加剧柔轮与刚轮的微动磨损E.减速机温升与扭转刚度无关答案：A、C、D13.当机器人出现“奇异点”报警时，可采取的应急措施包括A.在笛卡尔空间规划时提高轨迹精度阈值B.手动示教绕过奇异区域C.改用关节空间插补D.增大工具坐标系Z轴偏移E.降低机器人运动速度答案：B、C、E14.以下哪些信号属于工业机器人安全等级PLe回路必须包含的A.安全门双通道互锁信号B.伺服STO（SafeTorqueOff）反馈C.示教器使能按键三位置触点D.控制柜内部温度传感器E.机器人底座6D力传感器答案：A、B、C15.使用MCD（ModelbasedCommissioningDiagnostics）对伺服系统进行模型辨识时，需要采集的数据有A.电机转角B.电机电流C.DC母线电压D.负载侧加速度E.机器人末端视觉像素坐标答案：A、B、C、D三、填空题（每空2分，共20分）16.当机器人控制柜采用三相380V供电，整流后DC母线理论空载电压为________V。（结果保留整数）答案：53717.在ISO102181中，协作机器人“功率与力限制”模式下，人体胸部允许瞬态接触力为________N。答案：15018.若某伺服电机额定转速3000r/min，编码器分辨率为17bit，则单圈脉冲数为________。答案：13107219.机器人工具坐标系标定采用“4点法”时，第4点相对于前3点应沿工具________轴方向偏移。答案：Z20.当使用Kalman滤波对机器人关节角速度进行估计时，过程噪声协方差矩阵Q通常通过________试验确定。答案：Allen方差21.在EtherCAT网络中，分布时钟同步误差大于________μs时，会导致伺服驱动器报同步丢失。答案：122.若谐波减速机减速比为100:1，输入轴转速为3000r/min，则柔轮相对于刚轮的滑动角速度为________r/min。答案：3023.机器人控制柜内使用24VDC继电器，其触点材料若为AgNi0.15，则额定感性负载电流一般为________A。答案：324.当机器人采用力控打磨，若阻抗控制目标刚度设为1000N/m，期望接触力为10N，则期望位置偏移为________mm。答案：1025.若某工业相机帧率为120fps，现场工频为50Hz，则光源频闪在图像中表现为________Hz的明暗条纹。答案：10四、判断题（每题1分，共10分；正确打“√”，错误打“×”）26.机器人伺服驱动器制动电阻阻值越小，则能耗制动效果越差。答案：×27.在ROS中，tf2的缓冲区长度默认设为10s，若机器人关节状态发布周期为20ms，则缓冲区可存储500帧数据。答案：√28.机器人谐波减速机回程误差可以通过电机编码器直接测量获得。答案：×29.当机器人控制柜采用IP54防护等级时，允许在1mm直径喷水条件下长期运行。答案：√30.对于协作机器人，若安全控制器采用双MCU互检结构，则单MCU故障不会导致STO触发。答案：×31.在CANopen协议中，PDO映射参数0x1A00子索引0x02表示第2个映射的PDO长度。答案：√32.机器人工具坐标系标定误差主要来源于关节零点漂移。答案：√33.使用电流环自整定时，若电机空载，则辨识出的转动惯量将小于真实值。答案：×34.机器人伺服电机反电动势常数Ke单位是V/(r/min)。答案：√35.当机器人采用离线编程时，若未考虑实际减速机backlash，则轨迹精度一定下降。答案：√五、简答题（封闭型，每题8分，共24分）36.简述工业机器人伺服驱动器“AL.21”报警（编码器电池欠压）的完整排查流程，并说明如何在不丢失零点的情况下更换电池。答案：1)确认报警代码为AL.21，记录当前关节角度；2)用万用表测量电池电压，若<2.8V则判定失效；3)将机器人移动到机械零点位置并记录；4)关闭控制柜电源，等待母线放电<5V；5)拔下旧电池，30s内插入新电池（3.6V锂亚硫酰氯），确保极性正确；6)上电，进入参数界面写入“零点已备份”标志位；7)手动移动关节离开零点再返回，观察脉冲差值<±2pulse；8)清除报警，运行单轴回零程序验证；9)若脉冲差>±2pulse，则重新进行绝对值零点设定。37.列举三种基于振动信号的减速机故障特征频率计算公式，并给出谐波减速机柔轮裂纹对应的特征频率表达式。答案：a)谐波减速机输入轴旋转频率：fi=n/60；b)柔轮裂纹特征频率：fc=2·fi·z1/z2，其中z1为波发生器触头数，z2为柔轮齿数；c)刚轮偏心频率：fg=fi；d)柔轮疲劳裂纹边带：fc±fi；e)轴承外圈故障：fo=0.5·fr·(1−d/D·cosα)·z，其中fr为轴频，d为滚子径，D为节圆径，α为接触角。38.说明协作机器人“功率与力限制”模式下，安全控制器如何实时计算瞬态接触力，并给出阈值比较算法。答案：1)采用六维力传感器采样频率≥1kHz；2)对原始力信号进行Butterworth2阶低通滤波，截止频率20Hz；3)计算合力幅值F=√(Fx²+Fy²+Fz²)；4)采用滑动窗口50ms计算最大瞬态力Fmax；5)若Fmax>150N（胸部）或140N（手部），则触发0类停机；6)同时计算力微分dF/dt，若>5000N/s，则提前10ms预测触发；7)安全控制器双通道交叉校验，差异>5%即认为故障安全。六、应用题（综合类，共61分）39.计算分析题（15分）某六轴机器人第2轴减速机减速比i=120，电机额定转速3000r/min，额定扭矩Tn=10N·m，转子惯量Jm=0.002kg·m²，减速机惯量折算到电机轴侧Jg=0.001kg·m²，负载惯量折算到电机轴侧Jl=0.003kg·m²。若要求该轴在0.2s内从静止加速到额定转速，忽略摩擦，计算：1)所需电磁扭矩；2)若驱动器过载倍数为3，是否满足要求；3)若将加速时间缩短至0.1s，重新计算并给出结论。答案：1)总惯量J=Jm+Jg+Jl=0.006kg·m²；角加速度α=3000×2π/60/0.2=1570.8rad/s²；所需扭矩T=Jα=0.006×1570.8=9.42N·m；2)驱动器最大输出扭矩Tmax=3×10=30N·m>9.42N·m，满足；3)新α=3141.6rad/s²；T=0.006×3141.6=18.85N·m<30N·m，仍满足，但裕量减小，需校核减速机冲击强度。40.故障树分析题（16分）某汽车焊装工站，机器人频繁报“SRVO037”（安全门断开），现场检查安全门磁开关为双通道，指示灯正常。请：1)画出故障树，顶事件为“SRVO037误报”；2)给出最小割集；3)列出现场快速诊断的3个测试步骤；4)给出永久纠正措施。答案：1)故障树：顶事件→SRVO037├─AND1：双通道同时虚断│├─OR1：通道1虚断││├─触点氧化││└─电缆断股│└─OR2：通道2虚断│├─插头接触不良│└─24V电源纹波>5%└─OR3：安全模块输入滤波故障├─滤波电容老化└─PCB焊盘裂纹2)最小割集：{触点氧化，插头接触不良}、{电缆断股，24V纹波}、{滤波电容老化}、{PCB焊盘裂纹}；3)现场测试：a)用万用表测双通道电阻，>1Ω则更换；b)示波器测24V纹波，>5%则加稳压模块；c)对调相邻工位安全模块，若故障转移则更换模块；4)永久措施：更换镀金触点磁开关；电缆改用高柔性屏蔽电缆；24V母线加DCDC隔离模块；安全模块涂覆三防漆。41.综合排故题（15分）某搬运机器人在高速运行时第5轴出现“咔哒”异响，振动频谱显示在1800Hz处出现峰值，该轴减速机减速比100，输入轴转速为1500r/min。现场无备件，需48h内恢复生产。请：1)判断故障部位；2)给出临时处理方案；3)制定48h内永久修复计划；4)说明如何验证修复效果。答案：1)输入轴频率fi=1500/60=25Hz，峰值1800Hz≈72×fi，对应减速机柔轮齿频，判断为柔轮疲劳剥落；2)临时：降低该轴速度至30%，润滑脂更换加MoS2，加装外置阻尼器，将搬运节拍延长15%，继续生产；3)永久：08h：拆下第五轴组件，送工厂机加车间；824h：用线切割拆下柔轮，更换进口柔轮，重新珩磨刚轮；2432h：装配减速机，预载测试，背隙<0.5arcmin；3240h：回装机器人，零点标定，负载测试；4048h：全速运行24h老化，采集振动<2mm/sRMS即合格；4)验证：空载全速运行，1800Hz峰值下降>80%；负载运行1000cycle无异常；记录频谱存档，建立下次比对基线。42.编程诊断题（15分）给出一段伪代码，用于实时监测六轴机器人各关节电流有效值Irms，若Irms>1.