2025年工業(yè)機器人技術(shù)與應(yīng)用考試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.工業(yè)機器人的自由度通常指其（）A.機械臂可移動的關(guān)節(jié)數(shù)量B.末端執(zhí)行器可完成的動作類型C.控制系統(tǒng)可同時控制的軸數(shù)D.能夠覆蓋的空間維度數(shù)答案：A2.以下哪種坐標(biāo)系是工業(yè)機器人編程中最常用的用戶自定義坐標(biāo)系？（）A.基坐標(biāo)系（Base）B.工具坐標(biāo)系（Tool）C.工件坐標(biāo)系（WorkObject）D.大地坐標(biāo)系（World）答案：C3.工業(yè)機器人RV減速器與諧波減速器相比，主要優(yōu)勢在于（）A.重量更輕B.傳動精度更高C.抗沖擊能力更強D.成本更低答案：C4.工業(yè)機器人重復(fù)定位精度的單位通常為（）A.毫米（mm）B.微米（μm）C.弧度（rad）D.度（°）答案：B5.以下哪項不是工業(yè)機器人軌跡規(guī)劃中關(guān)節(jié)空間規(guī)劃的特點？（）A.計算復(fù)雜度低B.末端路徑難以直接控制C.適用于高速運動場景D.可避免奇異點問題答案：C6.工業(yè)機器人視覺引導(dǎo)系統(tǒng)中，手眼標(biāo)定的主要目的是（）A.確定相機與機器人基坐標(biāo)系的相對位置B.提高相機的成像分辨率C.校準(zhǔn)機器人關(guān)節(jié)間隙誤差D.優(yōu)化視覺算法的處理速度答案：A7.工業(yè)機器人在弧焊應(yīng)用中，對末端執(zhí)行器的核心要求是（）A.高負(fù)載能力B.高精度重復(fù)定位C.耐高溫防護(hù)D.快速響應(yīng)的力控制答案：B8.以下哪種通信協(xié)議是工業(yè)機器人控制器與PLC之間最常用的實時通信協(xié)議？（）A.ModbusRTUB.PROFINETC.MQTTD.CANopen答案：B9.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.采用伺服電機驅(qū)動B.具備力感知與安全停止功能C.支持離線編程D.負(fù)載/自重比更高答案：B10.工業(yè)機器人動力學(xué)模型中，慣性矩陣（InertiaMatrix）主要描述的是（）A.關(guān)節(jié)摩擦力對運動的影響B(tài).機器人各連桿質(zhì)量分布引起的慣性力C.重力對末端負(fù)載的作用D.電機扭矩與關(guān)節(jié)加速度的關(guān)系答案：B二、填空題（每空1分，共15分）1.工業(yè)機器人運動學(xué)分為正向運動學(xué)和（），前者用于根據(jù)關(guān)節(jié)角度計算末端位姿，后者用于根據(jù)末端位姿求解關(guān)節(jié)角度。答案：逆向運動學(xué)2.工業(yè)機器人常用的驅(qū)動方式包括（）驅(qū)動、液壓驅(qū)動和氣動驅(qū)動，其中（）驅(qū)動因控制精度高、響應(yīng)快，應(yīng)用最廣泛。答案：電動；電動3.工業(yè)機器人的TCP（ToolCenterPoint）指的是（），其標(biāo)定方法包括（）和（）（列舉兩種）。答案：工具中心點；四點法；六點法4.工業(yè)機器人安全標(biāo)準(zhǔn)ISO10218-1規(guī)定了機器人系統(tǒng)的設(shè)計要求，包括（）、（）和（）等防護(hù)措施（列舉三項）。答案：物理圍欄；緊急停止裝置；安全光幕5.工業(yè)機器人軌跡規(guī)劃中的插補方式主要有（）插補和（）插補，前者適用于直線、圓弧等規(guī)則路徑，后者適用于復(fù)雜曲線。答案：直線；圓?。ɑ颉瓣P(guān)節(jié)空間”與“笛卡爾空間”，需根據(jù)教材定義調(diào)整）6.工業(yè)機器人用編碼器按原理分為（）編碼器和（）編碼器，其中（）編碼器可實現(xiàn)絕對位置檢測，無需每次開機回零。答案：增量式；絕對式；絕對式三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述工業(yè)機器人奇異點（Singularity）的定義及典型類型，并說明在實際應(yīng)用中如何避免奇異點問題。答案：奇異點是指工業(yè)機器人在某些位姿下，雅可比矩陣的秩下降，導(dǎo)致無法唯一確定關(guān)節(jié)速度與末端速度的映射關(guān)系的位置。典型類型包括：（1）邊界奇異點：機器人處于工作空間邊界（如手臂完全伸展）；（2）腕部奇異點：手腕三個關(guān)節(jié)軸線共面（如六軸機器人腕部三關(guān)節(jié)中心重合）；（3）肩部奇異點：肩部關(guān)節(jié)軸線與其他關(guān)節(jié)軸線共線（如SCARA機器人垂直軸與旋轉(zhuǎn)軸重合）。避免方法：①離線編程時通過仿真軟件檢查軌跡是否經(jīng)過奇異點，調(diào)整路徑規(guī)劃；②在線控制中加入奇異點檢測算法，當(dāng)接近奇異點時自動降低運動速度；③選擇冗余自由度機器人（如七軸協(xié)作機器人），通過冗余軸避開奇異點。2.比較串聯(lián)機器人與并聯(lián)機器人的結(jié)構(gòu)特點及適用場景。答案：串聯(lián)機器人：結(jié)構(gòu)特點：由一系列關(guān)節(jié)串聯(lián)連接，形成開鏈結(jié)構(gòu)，每個關(guān)節(jié)的運動獨立影響末端位姿；優(yōu)點：工作空間大、靈活性高、控制算法成熟；缺點：負(fù)載能力受連桿剛度限制，累積誤差較大，動態(tài)性能較差。適用場景：焊接、搬運、噴涂等對工作空間和靈活性要求高的場景。并聯(lián)機器人：結(jié)構(gòu)特點：由多個分支鏈并聯(lián)連接動平臺與靜平臺，形成閉鏈結(jié)構(gòu)，各分支共同支撐末端負(fù)載；優(yōu)點：剛度大、精度高、動態(tài)響應(yīng)快；缺點：工作空間小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、逆向運動學(xué)求解困難。適用場景：高速分揀、精密裝配、機床加工等對精度和動態(tài)性能要求高的場景。3.說明工業(yè)機器人力控制技術(shù)的基本原理，并舉例說明其在精密裝配中的應(yīng)用。答案：力控制技術(shù)通過檢測末端與環(huán)境的接觸力，調(diào)整機器人運動，實現(xiàn)力與位置的協(xié)同控制。基本原理包括：①力感知：通過六維力傳感器采集接觸力/力矩信號；②力反饋控制：將實際力與目標(biāo)力比較，生成控制指令調(diào)整關(guān)節(jié)速度或扭矩；③混合控制：在笛卡爾空間中對位置（垂直于接觸面方向）和力（平行于接觸面方向）分別控制。在精密裝配中的應(yīng)用（如軸承壓裝）：機器人需將軸承以恒定壓力壓入軸孔，同時避免因位置誤差導(dǎo)致卡阻。力控系統(tǒng)實時監(jiān)測壓裝力，當(dāng)力超過閾值時，調(diào)整插入角度或速度；若力不足，增加推進(jìn)速度，確保裝配過程力均勻、位置精確，避免零件損壞。4.簡述工業(yè)機器人視覺引導(dǎo)系統(tǒng)的典型工作流程，并說明關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。答案：典型工作流程：①圖像采集：工業(yè)相機（如CCD/CMOS）在適當(dāng)光照下獲取工件圖像；②圖像預(yù)處理：通過濾波、二值化、邊緣檢測等算法增強圖像質(zhì)量；③特征提取：識別工件的關(guān)鍵特征（如孔心、邊緣、輪廓），計算其在相機坐標(biāo)系中的位置；④手眼標(biāo)定：通過標(biāo)定板建立相機坐標(biāo)系與機器人基坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系（轉(zhuǎn)換矩陣）；⑤位姿轉(zhuǎn)換：將工件在相機坐標(biāo)系中的位置轉(zhuǎn)換為機器人基坐標(biāo)系中的目標(biāo)位姿；⑥軌跡規(guī)劃：機器人根據(jù)目標(biāo)位姿生成運動軌跡，執(zhí)行抓取或定位操作。關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)：①手眼標(biāo)定精度（直接影響引導(dǎo)定位準(zhǔn)確性）；②特征提取算法的魯棒性（需適應(yīng)不同光照、工件表面狀態(tài)）；③實時性（需在機器人運動節(jié)拍內(nèi)完成圖像處理與計算）。5.分析工業(yè)機器人在新能源汽車制造中的典型應(yīng)用場景，并說明對機器人性能的特殊要求。答案：典型應(yīng)用場景：①動力電池裝配：電池模組搬運、電芯堆疊、極耳焊接；②電機生產(chǎn)線：定子/轉(zhuǎn)子精密裝配、繞組涂膠；③車身輕量化部件加工：鋁合金/碳纖維零件的高速銑削、鉆孔；④電驅(qū)系統(tǒng)測試：減速器、電機的自動化測試與校準(zhǔn)。特殊性能要求：①高精度：動力電池極耳焊接需重復(fù)定位精度≤±0.1mm，避免虛焊；②潔凈度：電池裝配車間需防塵，機器人需具備IP65以上防護(hù)等級，減少顆粒物排放；③柔性化：適應(yīng)多型號電池（如圓柱/方形/軟包）的快速換型，支持快速工裝切換與離線編程；④力控能力：電芯堆疊時需控制接觸力（如≤5N），防止電芯破損；⑤高速性：電機繞組涂膠需末端速度≥2m/s，滿足生產(chǎn)線節(jié)拍（如30秒/臺）。四、綜合分析題（每題10分，共20分）1.某汽車制造廠計劃改造焊接生產(chǎn)線，需引入6臺工業(yè)機器人完成車身側(cè)圍的點焊作業(yè)。請從機器人選型、布局設(shè)計、安全防護(hù)三個方面，分析需要考慮的關(guān)鍵因素。答案：（1）機器人選型關(guān)鍵因素：①負(fù)載能力：點焊槍重量通常為50-80kg，需選擇負(fù)載≥100kg的機器人（預(yù)留20%余量）；②工作范圍：車身側(cè)圍尺寸約1.8m×1.5m，機器人最大工作半徑需≥2m，覆蓋焊接點；③重復(fù)定位精度：點焊要求±0.2mm以內(nèi)，需選擇高精度（如±0.05mm）機型；④防護(hù)等級：焊接車間存在飛濺、煙塵，需IP65以上防護(hù)，可選防飛濺涂層機型；⑤控制性能：支持高速點動（如TCP速度≥5m/s），縮短空程時間，提高節(jié)拍。（2）布局設(shè)計關(guān)鍵因素：①工位劃分：6臺機器人需覆蓋側(cè)圍60-80個焊點，采用對稱布局（3+3），避免干涉；②工作空間重疊：相鄰機器人之間需預(yù)留≥1m安全距離，或通過示教限制各自運動范圍；③焊槍線纜布置：采用中空手腕設(shè)計，減少線纜拖鏈長度，避免運動時纏繞；④維護(hù)通道：每臺機器人周圍預(yù)留≥0.8m維護(hù)空間，便于更換電極、檢修。（3）安全防護(hù)關(guān)鍵因素：①物理圍欄：采用金屬網(wǎng)+安全門，門與機器人控制系統(tǒng)聯(lián)鎖（開門即停機）；②區(qū)域掃描：在圍欄內(nèi)布置激光掃描儀，檢測人員誤入時觸發(fā)減速或急停；③示教模式安全：示教時限制機器人速度≤250mm/s，啟用手動釋放模式；④異常處理：設(shè)置碰撞檢測（通過力矩傳感器或軟件算法），發(fā)生碰撞時立即停機并報警。2.某電子廠擬引入?yún)f(xié)作機器人完成手機主板的精密螺絲鎖付任務(wù)。請說明協(xié)作機器人的選型要點，并設(shè)計人機協(xié)作的安全方案。答案：（1）協(xié)作機器人選型要點：①負(fù)載與工作范圍：手機主板重量＜0.5kg，需負(fù)載≥3kg（含電批重量約1kg）；工作半徑≥600mm，覆蓋主板尺寸（約150mm×70mm）；②力控精度：鎖付扭矩需控制在0.5-2N·m，要求力傳感器分辨率≤0.01N·m，接觸力控制誤差＜5%；③編程方式：需支持拖動示教或圖形化編程（如ABBYuMi的LeadThrough），方便產(chǎn)線快速換型；④環(huán)境適應(yīng)性：電子廠需防靜電，機器人表面需做絕緣處理，可選配ESD防護(hù)套件；⑤安全認(rèn)證：需通過ISO10218-2（協(xié)作機器人安全標(biāo)準(zhǔn)），具備自動減速、安全停止等功能。（2）人機協(xié)作安全方案設(shè)計：①安全功能集成：-力限制：設(shè)置接觸力閾值（如15N），碰撞時立即停止；-速度限制：正常協(xié)作時速度≤500mm/s，檢測到人員靠近時自動降至250mm/s；-安全監(jiān)控區(qū)域：通過視覺傳感器或激光雷達(dá)劃分“警告區(qū)”（距機器人1m）和“停止區(qū)”（距機器人0.5m），進(jìn)入警告區(qū)時報警，進(jìn)入停止區(qū)時停機。②操作流程規(guī)范：-人工上料時，機器人處于“等待模式”（僅保持TCP位置，關(guān)節(jié)扭矩降低）；-鎖付過程中，人員需站在安全線外，通過操作面板啟動/暫停；-異常處理時，人員使用示教器的“使能開關(guān)”（需持續(xù)按壓）控制機器人低速移動。③附加防護(hù)措施：-電批加裝柔性緩沖裝置，避免鎖付時因位置偏差損傷主板；-機器人表面采用圓弧設(shè)計，無尖銳邊緣，減少碰撞傷害；-定期進(jìn)行安全評估（SRA），更新風(fēng)險點清單并調(diào)整防護(hù)參數(shù)。五、編程與操作題（15分）請使用KUKA機器人KRL語言編寫一段程序，實現(xiàn)以下功能：機器人從當(dāng)前位置（P1）以50%的速度直線插補到工件坐標(biāo)系（Wobj1）下的目標(biāo)點（P2），到達(dá)后輸出I/O信號“Work_Done”（輸出地址：DO1）為1，保持2秒后關(guān)閉該信號，最后返回P1點（關(guān)節(jié)插補，速度30%）。要求包含必要的程序聲明、變量定義和注釋。答案：```krl;--;程序名稱：Screw_Assembly;功能：直線插補到P2，輸出完成信號，返回P1;作者：考試用戶;日期：2025-06-15;--DEFScrew_Assembly();聲明變量DECLPOSP1,P2;定義位置變量DECLINTDELAY_TIME=2;延遲時間2秒P1=$POS_ACT;記錄當(dāng)前位置為P1;定義工件坐標(biāo)系Wobj1（實際應(yīng)用中需提前標(biāo)定）Wobj1={FRAME:{X0,Y0,Z0,A0,B0,C0},BASE:{X0,Y0,Z0,A0,B0,C0}};定義目標(biāo)點P2（示例坐標(biāo)，需根據(jù)實際標(biāo)定調(diào)整）P2={X200,Y150,Z50,A0,B90,C0};Wobj1下的位置;直