工業(yè)AI2025年機(jī)器人編程真題考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系（世界坐標(biāo)系、基坐標(biāo)系、工具坐標(biāo)系、笛卡爾坐標(biāo)系、關(guān)節(jié)坐標(biāo)系）各自的作用及它們之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。二、某工業(yè)機(jī)器人（假設(shè)為6軸關(guān)節(jié)機(jī)器人）需要執(zhí)行一個(gè)從A點(diǎn)到B點(diǎn)的直線運(yùn)動(dòng)任務(wù)。A點(diǎn)關(guān)節(jié)角度為[θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6]，B點(diǎn)關(guān)節(jié)角度為[θ1',θ2',θ3',θ4',θ5',θ6']。請(qǐng)簡述逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)的主要任務(wù)，并說明在編程中如何利用該任務(wù)來確定從A點(diǎn)到B點(diǎn)的中間點(diǎn)的關(guān)節(jié)角度（假設(shè)該中間點(diǎn)位于兩點(diǎn)之間的路徑上，且路徑為直線）。三、某機(jī)器人編程平臺(tái)使用LIN指令實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。請(qǐng)解釋LIN指令的基本格式，并說明至少三個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)及其含義。假設(shè)需要機(jī)器人沿X軸正方向移動(dòng)100mm，速度為0.5m/s，加速度為1m/s2，請(qǐng)寫出該LIN指令的示例代碼（無需考慮單位，只需體現(xiàn)參數(shù)及其賦值）。四、在機(jī)器人編程中，循環(huán)和分支結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)程序邏輯性的重要手段。請(qǐng)分別解釋循環(huán)（如FOR、WHILE）和分支（如IF-ELSE）結(jié)構(gòu)在機(jī)器人任務(wù)執(zhí)行中的作用，并各舉一個(gè)在機(jī)器人應(yīng)用中（如重復(fù)執(zhí)行某個(gè)動(dòng)作、根據(jù)傳感器信號(hào)做出不同決策）的編程實(shí)例。五、簡述在機(jī)器人系統(tǒng)中集成視覺傳感器的主要目的。假設(shè)一個(gè)機(jī)器人需要抓取傳送帶上移動(dòng)的特定顏色零件（如紅色），請(qǐng)簡述實(shí)現(xiàn)該功能的程序流程，并說明在流程中可能涉及的關(guān)鍵步驟和相關(guān)編程考慮（例如，如何獲取圖像、如何識(shí)別顏色、如何計(jì)算抓取點(diǎn)坐標(biāo)、如何發(fā)送抓取指令給機(jī)器人）。六、什么是機(jī)器人程序的在線調(diào)試？列舉至少三種在線調(diào)試常用的方法或技巧，并簡述其原理或適用場景。七、工業(yè)機(jī)器人編程中經(jīng)常需要處理I/O信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備的聯(lián)動(dòng)或接收外部指令。請(qǐng)解釋什么是輸入信號(hào)（InputSignal）和輸出信號(hào)（OutputSignal），并說明在機(jī)器人程序中如何配置一個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)用于檢測某個(gè)物理開關(guān)（如安全門）的狀態(tài)，以及如何配置一個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)用于控制一個(gè)氣缸的啟動(dòng)。八、在人機(jī)協(xié)作場景下，機(jī)器人編程需要特別考慮安全因素。請(qǐng)簡述人機(jī)協(xié)作機(jī)器人編程與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人編程在安全方面的主要區(qū)別。為了確保協(xié)作過程的安全，編程時(shí)通常需要考慮哪些關(guān)鍵的安全措施或邏輯？九、設(shè)想一個(gè)簡單的工業(yè)場景：機(jī)器人需要將一個(gè)零件從工位A移動(dòng)到工位B，零件位置由一個(gè)光電傳感器檢測。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)簡化的機(jī)器人程序邏輯（使用偽代碼或該考試涉及的特定編程語言片段即可），實(shí)現(xiàn)該任務(wù)。程序應(yīng)包含基本的運(yùn)動(dòng)指令、傳感器檢測邏輯以及必要的錯(cuò)誤處理（例如，如果傳感器未檢測到零件，則提示錯(cuò)誤或返回原點(diǎn)）。試卷答案一、工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系及其作用與轉(zhuǎn)換關(guān)系：*世界坐標(biāo)系（WorldCoordinateSystem）：也稱全局坐標(biāo)系，是固定的、絕對(duì)的坐標(biāo)系，通常用于定義機(jī)器人基坐標(biāo)系的位置和方向，以及整個(gè)工作空間的環(huán)境信息。其原點(diǎn)和坐標(biāo)軸在工廠環(huán)境中是確定的。*基坐標(biāo)系（BaseCoordinateSystem）：也稱工具坐標(biāo)系（ToolCoordinateSystem），定義在機(jī)器人基座上，用于描述機(jī)器人末端執(zhí)行器（如夾爪）的初始姿態(tài)和位置。它是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的參考基準(zhǔn)。*工具坐標(biāo)系（ToolCoordinateSystem）：（與基坐標(biāo)系常合并理解）定義在末端執(zhí)行器上，描述工具（如焊槍、噴頭、夾爪）相對(duì)于末端執(zhí)行器安裝基準(zhǔn)的姿態(tài)和位置。對(duì)于需要精確控制工具姿態(tài)的任務(wù)（如焊接、噴涂）至關(guān)重要。*笛卡爾坐標(biāo)系（CartesianCoordinateSystem）：也稱直角坐標(biāo)系，是定義在機(jī)器人基坐標(biāo)系（或工具坐標(biāo)系）下的坐標(biāo)系，用X,Y,Z三個(gè)線性坐標(biāo)值表示點(diǎn)的位置。適用于需要精確控制末端執(zhí)行器在空間中線性移動(dòng)的應(yīng)用（如搬運(yùn)、裝配）。*關(guān)節(jié)坐標(biāo)系（JointCoordinateSystem）：定義在機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸上，用關(guān)節(jié)角度（θ1,θ2,...,θn）表示機(jī)器人的構(gòu)型（姿態(tài)）。適用于需要控制機(jī)器人整體姿態(tài)或精確定位末端執(zhí)行器相對(duì)于關(guān)節(jié)位置的應(yīng)用。*轉(zhuǎn)換關(guān)系：機(jī)器人從基坐標(biāo)系到工具坐標(biāo)系、從工具坐標(biāo)系到笛卡爾坐標(biāo)系、從笛卡爾坐標(biāo)系到關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的核心。這些轉(zhuǎn)換通常通過正向運(yùn)動(dòng)學(xué)（從關(guān)節(jié)角度到末端位姿）和逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)（從末端位姿到關(guān)節(jié)角度）計(jì)算實(shí)現(xiàn)。編程時(shí)，需要先建立這些坐標(biāo)系，并在指令中指定運(yùn)動(dòng)是在哪個(gè)坐標(biāo)系下進(jìn)行，以及目標(biāo)點(diǎn)或路徑點(diǎn)是在哪個(gè)坐標(biāo)系下定義的。這些坐標(biāo)系的正確配置和轉(zhuǎn)換是實(shí)現(xiàn)精確控制的前提。二、逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)的主要任務(wù)及編程應(yīng)用：*逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)的主要任務(wù)：給定機(jī)器人末端執(zhí)行器（或手部）在某個(gè)坐標(biāo)系下的期望位置和姿態(tài)（通常表示為該坐標(biāo)系原點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)[X,Y,Z]和三個(gè)旋轉(zhuǎn)角度[Rx,Ry,Rz]），計(jì)算出實(shí)現(xiàn)該位置和姿態(tài)所需的各關(guān)節(jié)角度[θ1,θ2,...,θn]。*編程應(yīng)用：在編程中，逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)常用于以下情況：*定位任務(wù)：將機(jī)器人精確地移動(dòng)到目標(biāo)點(diǎn)。例如，在裝配任務(wù)中，需要計(jì)算出抓取零件后，將零件放置到指定位置的各關(guān)節(jié)角度。*路徑規(guī)劃：在規(guī)劃機(jī)器人沿一條空間曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要根據(jù)曲線上的點(diǎn)，實(shí)時(shí)計(jì)算并通過逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)求解出對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)角度序列，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人平滑運(yùn)動(dòng)。*中間點(diǎn)計(jì)算：如題目所述，若需從A點(diǎn)到B點(diǎn)沿直線運(yùn)動(dòng)，且路徑為直線，則可以通過線性插值方法，在關(guān)節(jié)空間中計(jì)算出一系列中間點(diǎn)的關(guān)節(jié)角度。這通常需要先將A、B兩點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)通過正向運(yùn)動(dòng)學(xué)轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)角度（A點(diǎn)角度和B點(diǎn)角度），然后在這些角度之間進(jìn)行線性插值，得到一系列中間關(guān)節(jié)角度。編程時(shí)，機(jī)器人控制器會(huì)根據(jù)這些計(jì)算出的中間關(guān)節(jié)角度，逐點(diǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)直線軌跡。三、LIN指令格式、參數(shù)含義及示例：*LIN指令基本格式：`LIN[參數(shù)1],[參數(shù)2],...,[參數(shù)N]`（具體格式可能因平臺(tái)不同略有差異，但核心參數(shù)類似）*關(guān)鍵參數(shù)及其含義：*目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)(X,Y,Z)：指定機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到的目標(biāo)點(diǎn)在指定坐標(biāo)系（笛卡爾坐標(biāo)系或工具坐標(biāo)系）下的線性坐標(biāo)。*速度(Velocity)：指定機(jī)器人末端執(zhí)行器沿運(yùn)動(dòng)軌跡的速度大小，通常以百分比速度或單位/秒表示。*加速度(Acceleration)：指定機(jī)器人加速和減速過程中的最大加速度，影響運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。*路徑類型(PathType)：指定運(yùn)動(dòng)路徑，如直線(Linear)、圓弧(Circular)等。對(duì)于LIN指令，通常為直線。*其他可選參數(shù)：可能包括運(yùn)動(dòng)方向、過渡方式、同步軸（如果適用）等。*示例代碼（偽代碼/概念性）：```LIN100,0,0,//目標(biāo)點(diǎn)：X=100mm,Y=0,Z=0(假設(shè)在笛卡爾坐標(biāo)系)50,//速度：0.5m/s1,//加速度：1m/s2Linear//路徑類型：直線```*注意：實(shí)際編程時(shí)參數(shù)名稱、格式和單位需遵循特定機(jī)器人編程平臺(tái)的規(guī)范。*四、循環(huán)和分支結(jié)構(gòu)的作用及編程實(shí)例：*循環(huán)結(jié)構(gòu)作用：用于重復(fù)執(zhí)行一段程序代碼，直到滿足特定條件或執(zhí)行指定次數(shù)。適用于需要執(zhí)行多次相同操作的任務(wù)，提高編程效率和簡潔性。例如，重復(fù)抓取和放置多個(gè)相同位置的零件。*分支結(jié)構(gòu)作用：用于根據(jù)某個(gè)條件是否成立，選擇執(zhí)行不同的程序代碼路徑。適用于需要根據(jù)實(shí)際情況做出不同決策的場景，使機(jī)器人行為具有智能性。例如，根據(jù)傳感器檢測到的物體類型選擇不同的抓取方式。*編程實(shí)例：*循環(huán)實(shí)例（重復(fù)抓?。篳``FORiFROM1TO10//假設(shè)有10個(gè)零件需要抓取//1.移動(dòng)到零件A位置LINx1,y1,z1,velocity,acceleration//2.抓取零件CloseGripper()//3.移動(dòng)到零件B位置LINx2,y2,z2,velocity,acceleration//4.放下零件OpenGripper()ENDFOR```*分支實(shí)例（根據(jù)傳感器選擇抓取點(diǎn)）：```READSensorValue//讀取顏色傳感器或視覺識(shí)別結(jié)果IFSensorValue=="Red"TargetX=x_redTargetY=y_redTargetZ=z_redELSEIFSensorValue=="Blue"TargetX=x_blueTargetY=y_blueTargetZ=z_blueELSE//處理未知顏色或錯(cuò)誤情況DisplayError("UnknownColor")STOPENDIF//使用計(jì)算出的坐標(biāo)移動(dòng)到目標(biāo)點(diǎn)抓取LINTargetX,TargetY,TargetZ,velocity,accelerationGrabPart()```五、視覺傳感器集成目的及程序流程：*主要目的：賦予機(jī)器人“眼睛”，使其能夠感知外部環(huán)境信息（如物體位置、形狀、顏色、尺寸、缺陷等），從而實(shí)現(xiàn)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的自動(dòng)化任務(wù)，提高機(jī)器人的靈活性、適應(yīng)性和智能化水平。*程序流程（抓取特定顏色零件）：1.圖像采集：控制視覺傳感器（如相機(jī)）拍攝當(dāng)前工作區(qū)域（傳送帶）的圖像。可能需要設(shè)置相機(jī)參數(shù)（曝光、增益等）。2.圖像預(yù)處理：對(duì)采集到的原始圖像進(jìn)行處理，以提高圖像質(zhì)量，便于后續(xù)分析。常用方法包括：去噪、增強(qiáng)對(duì)比度、灰度化、邊緣檢測等。3.目標(biāo)識(shí)別：在預(yù)處理后的圖像中，使用圖像處理算法（如顏色分割、模板匹配、Blob檢測、機(jī)器學(xué)習(xí)分類器等）識(shí)別出目標(biāo)零件（紅色）。這包括確定目標(biāo)零件在圖像中的位置（中心點(diǎn)坐標(biāo)）和可能的大小。4.坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：將識(shí)別出的零件在圖像坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)，通過相機(jī)標(biāo)定得到的相機(jī)模型，轉(zhuǎn)換到機(jī)器人基坐標(biāo)系或世界坐標(biāo)系下的笛卡爾坐標(biāo)（X,Y,Z）。5.路徑規(guī)劃與運(yùn)動(dòng)控制：基于計(jì)算出的目標(biāo)坐標(biāo)，規(guī)劃機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑，并生成相應(yīng)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)指令（如LIN或CIRC指令），控制機(jī)器人移動(dòng)到目標(biāo)位置進(jìn)行抓取。6.抓取執(zhí)行與反饋：機(jī)器人到達(dá)指定位置后，執(zhí)行抓取動(dòng)作。可能需要結(jié)合力傳感器進(jìn)行柔順抓取或確認(rèn)抓取成功。整個(gè)流程可能需要循環(huán)執(zhí)行，以處理連續(xù)到來的零件。六、在線調(diào)試方法及原理/場景：1.示教（Teaching）：最常用的方法。通過手動(dòng)操作示教器（或配合視覺引導(dǎo)），引導(dǎo)機(jī)器人精確到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)或執(zhí)行動(dòng)作，機(jī)器人控制器會(huì)記錄下此時(shí)的關(guān)節(jié)角度或笛卡爾坐標(biāo)。后續(xù)需要重復(fù)該動(dòng)作時(shí)，只需調(diào)用示教過的程序段。原理：將手動(dòng)示教的過程固化下來。適用于：點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)、簡單軌跡、設(shè)置坐標(biāo)系、配置I/O等。2.單步執(zhí)行（Step-by-StepExecution）：將程序分解為更小的指令或程序塊，逐條或逐塊執(zhí)行，觀察每一步的執(zhí)行結(jié)果和機(jī)器人狀態(tài)（位置、速度、I/O狀態(tài)等）。原理：降低執(zhí)行速度，逐個(gè)驗(yàn)證程序邏輯的正確性。適用于：定位程序錯(cuò)誤、邏輯判斷錯(cuò)誤、復(fù)雜程序段的逐步跟蹤。3.狀態(tài)監(jiān)控（StatusMonitoring）：在程序執(zhí)行過程中，實(shí)時(shí)查看機(jī)器人控制器或編程軟件界面顯示的當(dāng)前關(guān)節(jié)角度、目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)、速度、加速度、傳感器信號(hào)、錯(cuò)誤代碼等信息。原理：通過對(duì)比當(dāng)前狀態(tài)與預(yù)期狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)偏差和問題。適用于：實(shí)時(shí)了解程序運(yùn)行情況、診斷運(yùn)動(dòng)異常、檢查傳感器信號(hào)、分析錯(cuò)誤原因。4.仿真（Simulation）：在編程軟件或?qū)Ｓ梅抡嫫脚_(tái)中運(yùn)行程序，觀察機(jī)器人的虛擬運(yùn)動(dòng)軌跡、姿態(tài)以及與虛擬環(huán)境的交互情況。原理：在虛擬環(huán)境中預(yù)演程序行為，提前發(fā)現(xiàn)碰撞、路徑規(guī)劃錯(cuò)誤等問題，而無需實(shí)際移動(dòng)機(jī)器人。適用于：復(fù)雜路徑規(guī)劃驗(yàn)證、碰撞檢測、離線編程與調(diào)試、遠(yuǎn)程監(jiān)控。七、I/O信號(hào)定義、配置及編程示例：*輸入信號(hào)（InputSignal）：連接到機(jī)器人控制器，用于接收來自外部設(shè)備或環(huán)境的開關(guān)量（ON/OFF）或模擬量信號(hào)。例如，按鈕、傳感器（限位開關(guān)、安全門鎖、光電開關(guān)、接近開關(guān)）、急停按鈕等。機(jī)器人可以通過讀取輸入信號(hào)的狀態(tài)來感知外部事件或環(huán)境變化。*輸出信號(hào)（OutputSignal）：由機(jī)器人控制器發(fā)出，用于控制外部設(shè)備的開關(guān)量或模擬量。例如，指示燈、繼電器、電磁閥、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、其他機(jī)器人或PLC等。機(jī)器人可以通過發(fā)送輸出信號(hào)來驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備執(zhí)行特定動(dòng)作。*配置數(shù)字輸入信號(hào)（檢測安全門）：*在編程軟件或控制器參數(shù)設(shè)置中，為該輸入信號(hào)分配一個(gè)唯一的地址（如`Input10`）。*將物理安全門開關(guān)連接到該輸入信號(hào)的接線端子。*配置信號(hào)類型為“數(shù)字輸入”。*配置信號(hào)模式，例如“常開”（NormallyOpen）或“常閉”（NormallyClosed），取決于開關(guān)的正常狀態(tài)。*配置數(shù)字輸出信號(hào)（控制氣缸）：*為該輸出信號(hào)分配一個(gè)唯一的地址（如`Output20`）。*將氣缸的驅(qū)動(dòng)線圈或電磁閥連接到該輸出信號(hào)的接線端子（可能需要額外的驅(qū)動(dòng)電路）。*配置信號(hào)類型為“數(shù)字輸出”。*配置信號(hào)模式（如“繼電器輸出”或“晶體管輸出”）。*編程示例（讀取輸入，控制輸出）：```//檢測安全門狀態(tài)READSafetyDoorSignal//讀取地址為SafetyDoorSignal的輸入信號(hào)IFSafetyDoorSignal==1//假設(shè)1表示門已關(guān)閉/安全狀態(tài)//執(zhí)行主要任務(wù)程序段...//...ELSE//如果門未關(guān)閉，則發(fā)送警告或停止程序DisplayWarning("SafetyDoorOpen!")STOP//停止機(jī)器人所有運(yùn)動(dòng)ENDIF//控制氣缸啟動(dòng)WRITECylinderControlSignal//寫入地址為CylinderControlSignal的輸出信號(hào)1//發(fā)送1信號(hào)，啟動(dòng)氣缸（假設(shè)1表示啟動(dòng)）//延時(shí)或等待氣缸動(dòng)作完成...WRITECylinderControlSignal//發(fā)送0信號(hào)，停止氣缸（假設(shè)0表示停止）```八、人機(jī)協(xié)作與安全編程的區(qū)別及安全措施：*主要區(qū)別：*安全策略：傳統(tǒng)機(jī)器人通常采用硬隔離（安全圍欄）或嚴(yán)格的區(qū)域分割，并要求安全操作員。協(xié)作機(jī)器人則設(shè)計(jì)用于在近人環(huán)境下與人共享空間，強(qiáng)調(diào)的是機(jī)器人的“安全特性”和“風(fēng)險(xiǎn)降低”，允許在特定條件下（速度、力量限制）進(jìn)行人機(jī)交互。*編程重點(diǎn)：傳統(tǒng)編程主要關(guān)注任務(wù)的精確完成和效率。協(xié)作機(jī)器人編程除了完成任務(wù)外，必須將安全邏輯作為核心部分，需要考慮人機(jī)交互的可能性，并編程實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的安全功能。*控制模式：協(xié)作機(jī)器人通常具有多種運(yùn)行模式（如能量水平、速度限制模式），編程時(shí)需要配置或考慮這些模式對(duì)機(jī)器人行為的影響。傳統(tǒng)機(jī)器人一般只有啟?？刂?。*編程時(shí)考慮的關(guān)鍵安全措施/邏輯：*速度和力量限制：在程序中設(shè)置或配置機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的速度和/或作用力/力矩限制，確保在與人接觸時(shí)風(fēng)險(xiǎn)在可接受范圍內(nèi)。*安全區(qū)域/速度區(qū)域（SpeedandSeparationMonitoring）：編程定義允許機(jī)器人進(jìn)入的安全工作區(qū)域，并配置算法監(jiān)控機(jī)器人與人的距離。如果人或物體進(jìn)入該區(qū)域且機(jī)器人速度過快，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)減速甚至停止。*外部輸入處理：編程實(shí)現(xiàn)對(duì)安全輸入信號(hào)（如安全按鈕、安全門鎖信號(hào)）的讀取和響應(yīng)邏輯，確保在觸發(fā)安全事件時(shí)，機(jī)器人能立即執(zhí)行安全動(dòng)作（如停止、返回原點(diǎn)）。*碰撞檢測與響應(yīng)：如果機(jī)器人配備碰撞檢測功能（如力傳感器），編程需要包含處理碰撞事件的邏輯，例如在檢測到碰撞時(shí)立即減速或停止。*緊急停止（E-Stop）：確保程序能夠正確響應(yīng)緊急