2025年工业机器人故障诊断与安全检查方法测试题及答案

2025年工业机器人故障诊断与安全检查方法测试题及答案1.单项选择题（每题1分，共20分）1.1工业机器人伺服驱动器报警代码“AL.85”在安川Σ7系列中代表A.编码器电池欠压B.主回路过压C.电机过载D.制动器异常答案：A1.2依据ISO102181:2011，安全围栏高度最低应为A.1.2mB.1.4mC.1.6mD.1.8m答案：C1.3使用红外热像仪检测机器人关节温升时，发射率一般设置为A.0.10B.0.35C.0.65D.0.95答案：D1.4下列总线中，具备内置循环冗余校验且适用于故障诊断的是A.RS232B.CANopenC.010V模拟量D.PWM答案：B1.5机器人末端重复定位精度突然下降0.15mm，最优先检查A.基座螺栓松动B.伺服电机编码器线断股C.减速机背隙增大D.工具坐标系标定误差答案：C1.6安全PLC在TÜV认证中需满足的性能等级（PL）最低为A.PLaB.PLbC.PLcD.PLd答案：D1.7对六轴机器人实施SIS（ServiceInformationSystem）寿命预测时，最先达到警告阈值的通常是A.轴1减速机B.轴3电机轴承C.轴5同步带D.轴6法兰密封圈答案：A1.8利用电流信号进行齿轮故障诊断时，最常用的小波基函数为A.HaarB.Daubechies4C.MorletC.Shannon答案：B1.9机器人安全模式中，Cat.3双通道急停回路单点故障检测时间上限为A.10msB.50msC.100msD.500ms答案：C1.10在GB/T126422013中，测量位姿重复性需连续运行A.10次B.20次C.30次D.50次答案：C1.11采用声发射技术检测减速机疲劳裂纹时，传感器谐振频率宜选A.50kHzB.150kHzC.300kHzD.1MHz答案：B1.12若机器人控制柜24VDC电源纹波峰峰值超过A.50mVB.100mVC.200mVD.500mV则视为异常。答案：C1.13对协作机器人进行功率与力限制（PFL）验证时，瞬态接触力阈值依据ISO/TS15066设置为A.50NB.100NC.150ND.200N答案：C1.14机器人基坐标系与大地水平面倾斜角大于多少度需重新标定A.0.1°B.0.2°C.0.5°D.1.0°答案：C1.15利用深度学习进行故障分类时，若样本集出现“数据不平衡”，最有效的策略是A.增加DropoutB.采用FocalLossC.减小BatchSizeD.降低学习率答案：B1.16机器人工具坐标系标定误差主要来源不包括A.尖锥磨损B.关节角漂移C.基座振动D.激光测距仪精度答案：D1.17安全光幕分辨率20mm，保护高度600mm，则最小检测物体直径为A.14mmB.20mmC.30mmD.40mm答案：A1.18机器人控制柜IP等级需至少达到A.IP20B.IP32C.IP43D.IP54答案：D1.19在ModbusTCP报文中，功能码0x08代表A.读保持寄存器B.写单个线圈C.诊断D.屏蔽写寄存器答案：C1.20若机器人平均无故障时间（MTBF）为20000h，则其平均故障率λ约为A.1×10⁻⁴/hB.5×10⁻⁵/hC.1×10⁻⁵/hD.5×10⁻⁶/h答案：B2.多项选择题（每题2分，共20分；每题至少有两个正确答案，多选少选均不得分）2.1下列哪些属于机器人安全风险评估中的“本质安全设计”措施A.降低关节最大速度B.设置急停按钮C.采用24VDC安全逻辑D.使用低功率电机答案：A、D2.2对伺服电机编码器进行故障注入实验时，可注入的故障类型包括A.固定高电平B.位翻转C.脉冲丢失D.增益漂移答案：A、B、C2.3机器人控制柜内必须强制接地的主要目的有A.抑制EMIB.保障人员安全C.降低零地电压D.提高功率因数答案：A、B、C2.4采用振动加速度传感器诊断轴承外圈剥落时，特征频率与哪些参数有关A.轴承节径B.滚动体直径C.接触角D.电机极对数答案：A、B、C2.5以下哪些信号可作为机器人“软急停”触发源A.安全PLC数字量输出B.力传感器超阈值C.视觉系统入侵检测D.示教器使能键答案：A、B、C2.6依据IEC61508，安全完整性等级SIL3要求A.平均失效概率PFH＜10⁻⁵/hB.单故障安全C.故障检测≥99%D.使用冗余+比较答案：A、B、D2.7机器人末端执行器电磁阀常见故障现象有A.线圈过热B.阀芯卡滞C.零位漂移D.密封圈老化答案：A、B、D2.8对机器人进行FMEA时，严重度(S)评分为9分对应的影响包括A.人员轻伤B.生产线停机>8hC.设备报废D.环境污染答案：B、C2.9以下哪些属于ISO102182:2011规定的“协作空间”必要条件A.速度/力监控B.安全围栏拆除C.安全光幕启用D.手动降速模式答案：A、B2.10机器人控制柜内24VDC电源冗余设计可采用A.二极管或门B.MOSFET理想或C.继电器并联D.双电源热备答案：A、B、D3.填空题（每空1分，共20分）3.1机器人减速机润滑脂更换周期一般按照运行______小时或______年，先到为准。答案：8000；23.2依据ISO138491，MTTFd值大于______年且小于______年为高可靠性。答案：30；1003.3若机器人基座安装水平度误差为0.3mm/m，则对应角度误差约为______°。答案：0.0173.4安全光幕响应时间包括______时间与______时间之和。答案：自身检测；输出断开3.5利用电流信号进行齿轮断齿诊断时，调制边频带间隔等于______频率。答案：转轴旋转3.6机器人工具坐标系标定中，四点法要求四点不能共______。答案：面3.7当机器人处于“防护停止”状态，伺服电机处于______但保持______。答案：断电；制动3.8依据GB/T16855.1，DCavg表示平均______覆盖率。答案：诊断3.9机器人控制柜内EMC滤波器主要抑制______MHz的共模干扰。答案：0.15303.10若机器人关节角速度为πrad/s，则对应转速为______r/min。答案：304.判断题（每题1分，共10分；正确写“T”，错误写“F”）4.1机器人重复定位精度与绝对定位精度概念相同。答案：F4.2安全激光扫描仪的保护区域可设置为任意曲线。答案：T4.3机器人伺服电机编码器电池电压低于2.5V时必须更换。答案：T4.4采用温度传感器诊断轴承故障时，温升超过15K即判定失效。答案：F4.5依据ISO10218，手持示教器必须具有三位置使能开关。答案：T4.6机器人控制柜内强制通风风扇停转属于SIL1级故障。答案：F4.7机器人关节谐波减速机柔轮疲劳裂纹可通过超声探伤发现。答案：T4.8若机器人末端执行器质量改变，无需重新标定工具坐标系。答案：F4.9安全PLC的I/O测试脉冲用于检测短路和交叉回路。答案：T4.10机器人故障诊断中，小波包分解比傅里叶变换更适用于非平稳信号。答案：T5.简答题（共30分）5.1（封闭型，6分）列举并简要说明机器人安全围栏检查的5项关键内容。答案：1.高度≥1.6m且无缝隙；2.门联锁触点SIL3/PLe；3.围栏接地电阻＜1Ω；4.防攀爬结构；5.紧急逃逸通道畅通。5.2（开放型，6分）某六轴机器人第三轴出现周期性异响，请给出系统化的诊断流程。答案：1.采集关节3电机电流与振动信号；2.进行频谱分析，查找与转频、齿轮啮合频率相关的边频；3.拆解减速机检查柔轮与刚轮磨损；4.检查轴承外圈剥落；5.更换润滑脂并重新装配；6.运行磨合后复测噪声与振动，对比基线。5.3（封闭型，6分）解释“安全性能等级PL”与“SIL”之间的换算关系，并给出PLe对应的PFH范围。答案：PLe≈SIL3，PFH：1×10⁻⁶～1×10⁻⁵/h。5.4（开放型，6分）机器人控制柜24VDC电源纹波超标，请分析可能原因及整改措施。答案：原因：滤波电容老化、负载突增、开关管寄生振荡、接地不良。措施：更换低ESR电容、增加π型滤波、优化PCB布局、缩短地线、加屏蔽。5.5（封闭型，6分）写出利用温度电流混合模型预测伺服电机绝缘寿命的Arrhenius反幂律合成公式，并解释各参数含义。答案：L=L₀·exp[(Eₐ/k)(1/T₀1/T)]·(I/I₀)^(n)L：预测寿命；L₀：基准寿命；Eₐ：活化能；k：玻尔兹曼常数；T：绝对温度；I：电流有效值；n：电流加速因子。6.计算题（共30分）6.1（10分）某机器人关节减速机输出端负载惯量J_L=0.25kg·m²，减速比i=100，电机转子惯量J_m=0.0008kg·m²，计算等效到电机轴的总惯量J_eq，并说明若实测加速时间比理论值长15%，可推断的故障类型。答案：J_eq=J_m+J_L/i²=0.0008+0.25/10000=0.000825kg·m²加速时间延长15%表明惯量感知增大，可能为减速机背隙增大或轴承卡滞导致额外摩擦惯量。6.2（10分）机器人末端执行器质量增加2kg，原工具坐标系z向偏移量Δz=150mm，计算新工具坐标系质心位置相对法兰坐标系的z值，并说明是否需要重新标定。答案：质心z_new=150+0=150mm（仅质量增加，几何不变），但惯性矩变化，需重新标定工具惯性参数，否则力控误差增大。6.3（10分）某安全光幕响应时间t=15ms，机器人最大速度v=1.5m/s，安全裕量C=200mm，计算最小安全距离S，并判断是否满足ISO13855要求（假设人体接近速度K=1600mm/s）。答案：S=K×(t+T_stop)+C=1600×(0.015+0)+200=224mm实测机器人制动距离T_stop=0，需重新测量实际停止时间；若T_stop=50ms，则S=1600×0.065+200=304mm，需移远光幕。7.综合分析题（共30分）7.1（15分）某汽车焊装线出现间歇性停线，故障现象为“安全PLC报双通道急停不一致”。现场测得通道A电压23.8V，通道B电压0V，时序图显示通道B下降沿延迟8ms。请：1.给出故障树最小割集；2.列出三种最可能硬件故障；3.给出诊断步骤与排故方案；4.说明如何验证修复效果。答案：1.最小割集：{通道B线缆断}、{通道B触点烧蚀}、{通道B输入模块光耦失效}；2.硬件故障：线缆断股、插针氧化、光耦老化；3.步骤：a.断电测通断，电阻>1Ω判为断线；b.替换法更换线缆；c.强制输入测试光耦，对比通道A波形；d.更换SIL3输入模块；4.验证：连续通断100次，双通道差异<1ms；录波仪监测24h无异常。7.2（15分）某协作机器人应用PFL模式搬运3kg零件，实测瞬态接触力峰值180N，持续120ms。依据ISO/TS15066，需评估是否超限。已知胸部限制150N（瞬态），给出：1.计算力变化率并判断；2