《工業(yè)機器人技術及應用》理論考試試卷及參考答案考試時間：120分鐘滿分：100分一、單項選擇題（每題2分，共30分）1.工業(yè)機器人的“自由度”通常指（）A.機械臂可獨立運動的關節(jié)數(shù)量B.末端執(zhí)行器可到達的空間點數(shù)量C.控制系統(tǒng)可同時控制的軸數(shù)D.機器人能夠完成的不同作業(yè)類型數(shù)量2.以下哪種坐標系以機器人基座為原點，固定不變？（）A.工具坐標系（ToolFrame）B.工件坐標系（WorkObjectFrame）C.基坐標系（BaseFrame）D.世界坐標系（WorldFrame）3.工業(yè)機器人常用的RV減速器主要應用于（）A.末端執(zhí)行器旋轉關節(jié)B.大負載、低轉速的大臂關節(jié)C.高速旋轉的腕部關節(jié)D.直線運動的伸縮臂4.工業(yè)機器人重復定位精度（Repeatability）的典型范圍是（）A.±0.01mm～±0.1mmB.±0.5mm～±1mmC.±2mm～±5mmD.±10mm～±20mm5.以下哪種傳感器用于檢測機器人關節(jié)的實時位置？（）A.力傳感器（ForceSensor）B.視覺傳感器（VisionSensor）C.編碼器（Encoder）D.接近開關（ProximitySwitch）6.工業(yè)機器人運動學中，“正運動學”的任務是（）A.已知末端位姿，求解各關節(jié)角度B.已知各關節(jié)角度，求解末端位姿C.已知負載質量，求解關節(jié)驅動力矩D.已知軌跡路徑，規(guī)劃關節(jié)速度曲線7.協(xié)作機器人（Cobot）區(qū)別于傳統(tǒng)工業(yè)機器人的核心特征是（）A.更高的重復定位精度B.內置力反饋與碰撞檢測功能C.支持多軸聯(lián)動控制D.可通過示教盒編程8.工業(yè)機器人的“工作空間”是指（）A.機器人安裝區(qū)域的地面面積B.末端執(zhí)行器能到達的所有點的集合C.控制系統(tǒng)操作界面的顯示范圍D.機器人與周邊設備的安全距離范圍9.以下哪種驅動方式適用于需要高精度、小范圍運動的工業(yè)機器人關節(jié)？（）A.液壓驅動B.氣壓驅動C.電動驅動（伺服電機）D.步進電機驅動10.在工業(yè)機器人編程中，“PTP運動”（點到點運動）的特點是（）A.嚴格沿指定路徑運動B.僅控制起點和終點位置，路徑不限C.適用于弧焊、激光切割等連續(xù)軌跡作業(yè)D.必須通過插補算法生成中間點11.工業(yè)機器人動力學主要研究（）A.機器人的位置與姿態(tài)關系B.關節(jié)驅動力矩與運動參數(shù)的關系C.傳感器數(shù)據(jù)與控制指令的映射D.編程指令與執(zhí)行動作的對應規(guī)則12.以下哪種工業(yè)機器人常用于汽車焊接生產(chǎn)線？（）A.并聯(lián)機器人（Delta）B.直角坐標機器人C.串聯(lián)六軸機器人D.圓柱坐標機器人13.工業(yè)機器人示教編程時，“離線編程”的優(yōu)勢是（）A.無需暫停生產(chǎn)線B.編程精度更高C.操作更簡單D.適用于所有類型機器人14.諧波減速器的核心組成不包括（）A.剛輪（CircularSpline）B.柔輪（FlexSpline）C.波發(fā)生器（WaveGenerator）D.行星輪（PlanetGear）15.工業(yè)機器人與PLC（可編程邏輯控制器）通信時，常用的接口協(xié)議是（）A.ModbusTCP/IPB.HTTPC.FTPD.SMTP二、填空題（每空1分，共10分）1.工業(yè)機器人的三大核心部件是：控制系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)和__________。2.描述機器人關節(jié)空間與笛卡爾空間映射關系的數(shù)學工具是__________。3.工業(yè)機器人常用的軌跡規(guī)劃方法包括關節(jié)空間規(guī)劃和__________。4.為避免碰撞，工業(yè)機器人的安全防護措施通常包括物理圍欄、__________和__________。5.六軸工業(yè)機器人的DH參數(shù)（Denavit-Hartenberg參數(shù)）共有__________個獨立參數(shù)。6.工業(yè)機器人的“有效負載”是指末端執(zhí)行器能安全攜帶的__________。7.協(xié)作機器人的安全等級通常需滿足ISO__________標準（填寫具體標準號）。8.工業(yè)機器人的“零點校準”是為了確保__________與__________的對應關系準確。三、判斷題（每題1分，共10分）1.工業(yè)機器人的自由度越多，工作空間一定越大。（）2.絕對式編碼器無需每次開機回零，可直接讀取位置。（）3.并聯(lián)機器人（Delta）適用于高速、輕負載的分揀作業(yè)。（）4.工業(yè)機器人的重復定位精度越高，絕對定位精度一定越高。（）5.示教編程時，“在線示教”需要機器人實際運行，可能影響生產(chǎn)。（）6.諧波減速器的傳動比通常小于RV減速器。（）7.工業(yè)機器人的“奇異點”是指末端執(zhí)行器無法到達的位置。（）8.力控機器人可通過調整關節(jié)力矩實現(xiàn)柔順控制。（）9.工業(yè)機器人的“工作空間”一定是連續(xù)的封閉區(qū)域。（）10.工業(yè)機器人與AGV（自動導引車）協(xié)同作業(yè)時，需通過通信協(xié)議同步位置信息。（）四、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述工業(yè)機器人“笛卡爾坐標系”與“關節(jié)坐標系”的區(qū)別及應用場景。2.比較PTP（點到點）控制與CP（連續(xù)路徑）控制的特點，各舉一例應用場景。3.說明工業(yè)機器人示教編程的主要步驟，并分析其優(yōu)缺點。4.諧波減速器與RV減速器在結構和性能上有何差異？分別適用于哪些關節(jié)？5.工業(yè)機器人視覺引導系統(tǒng)的工作流程包括哪些關鍵環(huán)節(jié)？五、綜合應用題（每題10分，共20分）1.某汽車廠需用六軸工業(yè)機器人完成發(fā)動機缸體的搬運作業(yè)（負載50kg，搬運距離1.2m），要求：（1）設計機器人的驅動系統(tǒng)方案（選擇驅動方式及關鍵部件）；（2）說明需考慮的動力學參數(shù)（至少3項）及原因；（3）提出避免搬運過程中振動的技術措施。2.某弧焊機器人需在鋼板上焊接一條直線焊縫（長度300mm，速度5mm/s），要求：（1）確定需使用的坐標系類型（至少2種）及設定方法；（2）設計軌跡規(guī)劃的步驟（包括插補方式選擇）；（3）說明焊接過程中需監(jiān)測的關鍵參數(shù)（至少3項）及原因。參考答案一、單項選擇題1-5：ACBAC6-10：BBBCB11-15：BCADA二、填空題1.機械本體2.齊次變換矩陣3.笛卡爾空間規(guī)劃4.安全光幕；力反饋停止5.4（每關節(jié)4個參數(shù)，共6關節(jié)，但相鄰關節(jié)共享部分參數(shù)，實際獨立參數(shù)為4×6-重復項=24-20=4？注：正確應為每關節(jié)4個參數(shù)，共6關節(jié)，獨立參數(shù)為4×6=24，但通常簡化為每關節(jié)4個獨立參數(shù)，故答案為24？需修正：DH參數(shù)每關節(jié)有4個參數(shù)，六軸機器人共6×4=24個參數(shù)，但實際獨立參數(shù)為24個，故正確答案為24。原空可能出題有誤，正確答案應為24）（修正說明：原填空題第5題正確答案為“24”，因每個關節(jié)對應4個DH參數(shù)，六軸機器人共6×4=24個獨立參數(shù)。）6.最大質量（含末端執(zhí)行器）7.102188.編碼器讀數(shù)；實際關節(jié)位置三、判斷題1.×（自由度數(shù)量與工作空間大小無絕對正相關，還與關節(jié)長度、角度范圍有關）2.√（絕對式編碼器通過編碼盤直接輸出絕對位置）3.√（Delta機器人結構輕量，適合高速分揀）4.×（重復定位精度反映一致性，絕對定位精度反映與目標位置的偏差，兩者無必然聯(lián)系）5.√（在線示教需機器人運行，可能中斷生產(chǎn)）6.×（諧波減速器傳動比通常為50-300，RV減速器為30-100，諧波傳動比更大）7.×（奇異點是指雅可比矩陣秩降，導致無法唯一求解關節(jié)速度的位置）8.√（力控機器人通過力矩傳感器調整關節(jié)力矩實現(xiàn)柔順控制）9.×（工作空間可能存在空洞或不連續(xù)區(qū)域，如受機械結構限制）10.√（協(xié)同作業(yè)需同步位置信息避免碰撞）四、簡答題1.區(qū)別與應用場景：笛卡爾坐標系（直角坐標系）以X、Y、Z軸及旋轉軸（A、B、C）描述末端位姿，直觀反映空間位置，適用于需要精確控制末端空間軌跡的場景（如弧焊、激光切割）。關節(jié)坐標系以各關節(jié)角度（θ?-θ?）描述機器人狀態(tài)，直接對應電機控制量，適用于點到點搬運、無需精確路徑的作業(yè)（如上下料）。2.PTP與CP控制比較：PTP（點到點）控制僅關注起點和終點位置，中間路徑由機器人自動規(guī)劃（如直線或圓?。?，無需嚴格跟蹤路徑，適用于上下料、碼垛等對路徑無要求的場景。CP（連續(xù)路徑）控制需嚴格跟蹤指定路徑（如直線、圓?。ㄟ^插補算法生成密集中間點，適用于弧焊、涂膠等需連續(xù)軌跡的場景。3.示教編程步驟及優(yōu)缺點：步驟：①手動操作機器人到達關鍵位置（起點、中間點、終點）；②記錄各點坐標及工藝參數(shù)（速度、負載）；③編寫邏輯指令（如循環(huán)、條件判斷）；④仿真驗證后離線運行。優(yōu)點：操作簡單，無需專業(yè)編程知識；缺點：效率低（需暫停生產(chǎn)示教），難以處理復雜軌跡，精度受示教人員操作影響。4.諧波與RV減速器差異：結構：諧波減速器由剛輪、柔輪、波發(fā)生器組成，依靠柔輪彈性變形傳動；RV減速器由行星輪、擺線針輪組成，通過多級減速傳動。性能：諧波減速器重量輕、傳動比大（50-300），但負載能力較低；RV減速器剛性高、耐沖擊、壽命長（適用于大負載），但重量和成本較高。應用：諧波減速器多用于輕負載、高增速的腕部關節(jié)；RV減速器用于大負載的大臂、肩部關節(jié)。5.視覺引導系統(tǒng)工作流程：關鍵環(huán)節(jié)：①圖像采集（工業(yè)相機拍攝工件或目標）；②圖像預處理（去噪、增強對比度）；③特征提?。ㄗR別工件輪廓、關鍵點坐標）；④坐標轉換（將視覺坐標系轉換為機器人基坐標系）；⑤路徑修正（機器人根據(jù)偏差調整運動軌跡）；⑥反饋驗證（確認定位精度是否達標）。五、綜合應用題1.發(fā)動機缸體搬運方案：（1）驅動系統(tǒng)：采用交流伺服電機（高精度、響應快）+RV減速器（大負載、耐沖擊），大臂關節(jié)用RV減速器，腕部關節(jié)可選諧波減速器（輕量）。（2）動力學參數(shù)：①負載質量（50kg）：計算關節(jié)驅動力矩；②慣性矩（缸體形狀影響加速時的力矩需求）；③重力補償（需抵消重力對各關節(jié)的力矩干擾）。（3）防振動措施：①軌跡規(guī)劃時采用S型速度曲線（避免突變加速度）；②增加阻尼器（在大臂關節(jié)安裝）；③調整控制參數(shù)（如PID增益抑制共振頻率）；④末端執(zhí)行器設計減震結構（如彈性夾爪）。2.弧焊機器人焊縫規(guī)劃：（1）坐標系：①基坐標系（固定于機器人基座，作為全局參考）；②工件坐標系（以焊縫起點為原點，X軸沿焊縫方向，便于編程）；設定方法：通過示教焊縫起點、終點及法向量確定工件坐標系。