2025年工業(yè)機(jī)器人編程競(jìng)賽試題及解析培訓(xùn)試卷及答案1.單選題（每題2分，共20分）1.1在ABBIRC5控制器中，若要將數(shù)字輸出信號(hào)doGripper置為1，正確RAPID指令為A.SetDOdoGripper,1B.SetdoGripper:=1C.DOdoGripper=1D.SetDO1,doGripper答案：A1.2發(fā)那科Karel語(yǔ)言中，用于定義3D位置數(shù)據(jù)的關(guān)鍵字是A.VECTORB.POSITIONC.XYZD.JPOS答案：B1.3庫(kù)卡KRC4系統(tǒng)，使用WorkVisual配置安全I(xiàn)O時(shí)，必須將信號(hào)類(lèi)型設(shè)為A.SafetyBusB.SafeOperationC.SIOND.ProfiSafe答案：B1.4安川DX200控制柜，若要讓機(jī)器人在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下以最大速度5%運(yùn)動(dòng)到P1，正確的INFORM指令是A.MOVJP1VJ=5%B.MOVJVJ=5%P1C.MOVJP1V=5D.MOVJP15%答案：A1.5在ROS2Foxy中，發(fā)布JointState話題的標(biāo)準(zhǔn)消息包名是A.sensor_msgsB.trajectory_msgsC.std_msgsD.geometry_msgs答案：A1.6使用EtherCAT總線時(shí)，分布時(shí)鐘DC的同步周期默認(rèn)設(shè)置為A.1msB.2msC.4msD.0.5ms答案：A1.7史陶比爾VAL3程序里，關(guān)閉機(jī)器人伺服使能的函數(shù)是A.robot.powerOff()B.robot.disable()C.robot.servoOff()D.robot.off()答案：C1.8若六軸機(jī)器人腕部奇異點(diǎn)出現(xiàn)在J5=0°，此時(shí)應(yīng)優(yōu)先調(diào)整A.J4B.J5C.J6D.J3答案：A1.9在MATLABRoboticsToolbox中，計(jì)算機(jī)器人雅可比矩陣的函數(shù)是A.jacob0B.JacobianC.jacbD.jac答案：A1.10使用ISO102181:2011安全規(guī)范時(shí)，協(xié)作模式的手動(dòng)引導(dǎo)速度上限為A.250mm/sB.150mm/sC.300mm/sD.200mm/s答案：A2.多選題（每題3分，共15分；多選少選均不得分）2.1下列哪些指令可在FANUCTP程序中實(shí)現(xiàn)條件跳轉(zhuǎn)A.JMPLBL[1]B.IFR[1]=1,JMPLBL[1]C.SELECTR[1]=1,JMPLBL[1]D.UIFR[1]=1,JMPLBL[1]答案：AB2.2關(guān)于ROS2launch文件，以下說(shuō)法正確的是A.可使用Python編寫(xiě)B(tài).支持參數(shù)重映射C.必須依賴(lài)roscoreD.可動(dòng)態(tài)加載節(jié)點(diǎn)答案：ABD2.3在KUKA.SafeOperation中，可監(jiān)控的安全功能包括A.速度監(jiān)控B.位置監(jiān)控C.力矩監(jiān)控D.工具姿態(tài)監(jiān)控答案：ABC2.4下列哪些屬于工業(yè)機(jī)器人離線編程軟件A.RoboDKB.DELMIAC.RobotStudioD.NXCAM答案：ABC2.5使用ModbusTCP通信時(shí)，主站可發(fā)起的功能碼有A.0x03B.0x06C.0x10D.0x2B答案：ABCD3.填空題（每空2分，共20分）3.1在ABBRAPID中，創(chuàng)建數(shù)字輸入信號(hào)diStart的指令為_(kāi)_______。答案：VARbooldiStart;3.2發(fā)那科機(jī)器人默認(rèn)用戶坐標(biāo)系編號(hào)為_(kāi)_______。答案：03.3庫(kù)卡機(jī)器人基坐標(biāo)系Z軸正方向指向________。答案：上方3.4安川機(jī)器人中，變量I000表示________類(lèi)型數(shù)據(jù)。答案：整數(shù)3.5ROS2中，節(jié)點(diǎn)通過(guò)________發(fā)現(xiàn)彼此。答案：DDS3.6EtherCAT幀中，每個(gè)從站占用________字節(jié)數(shù)據(jù)區(qū)時(shí)稱(chēng)為邏輯尋址。答案：43.7史陶比爾VAL3字符串拼接運(yùn)算符為_(kāi)_______。答案：+3.8MATLAB中，將四元數(shù)q轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)矩陣的函數(shù)為_(kāi)_______。答案：quat2rotm3.9ISO102181要求急?；芈钒踩燃?jí)至少為_(kāi)_______。答案：PLe3.10協(xié)作機(jī)器人功率限制值在ISO/TS15066中規(guī)定為_(kāi)_______W。答案：804.判斷題（每題1分，共10分；正確寫(xiě)“T”，錯(cuò)誤寫(xiě)“F”）4.1ABB機(jī)器人可以使用MoveJ指令實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。答案：F4.2FANUCKarel程序文件擴(kuò)展名為.kl。答案：T4.3庫(kù)卡機(jī)器人Sunrise.OS支持Java編程。答案：T4.4ROS2不再使用Master節(jié)點(diǎn)。答案：T4.5安川機(jī)器人支持G代碼直接運(yùn)行。答案：F4.6EtherCAT總線支持熱插拔。答案：T4.7史陶比爾TX2機(jī)器人防護(hù)等級(jí)為IP65。答案：T4.8機(jī)器人重復(fù)定位精度通常高于絕對(duì)定位精度。答案：T4.9在MATLAB中，SE3表示齊次變換矩陣。答案：T4.10ISO102182適用于機(jī)器人系統(tǒng)集成。答案：T5.簡(jiǎn)答題（封閉型，每題5分，共15分）5.1寫(xiě)出ABBRAPID中創(chuàng)建工具坐標(biāo)系tGripper的完整代碼，要求原點(diǎn)位于法蘭前200mm，姿態(tài)不變。答案：PERStooldatatGripper:=[TRUE,[[0,0,200],[1,0,0,0]],[0.5,[0,0,50],[1,0,0,0],0,0,0]];5.2說(shuō)明FANUC機(jī)器人中“用戶坐標(biāo)系”與“工具坐標(biāo)系”的區(qū)別。答案：用戶坐標(biāo)系定義工件參考框架，原點(diǎn)由用戶設(shè)定；工具坐標(biāo)系定義工具參考框架，原點(diǎn)位于工具中心點(diǎn)TCP。兩者獨(dú)立，可分別偏移與旋轉(zhuǎn)。5.3列舉三種避免機(jī)器人奇異點(diǎn)的方法。答案：1.在奇異點(diǎn)附近插入中間點(diǎn)；2.使用關(guān)節(jié)空間插補(bǔ)；3.提高J5角度避開(kāi)0°。6.簡(jiǎn)答題（開(kāi)放型，每題10分，共20分）6.1某六軸機(jī)器人需完成協(xié)作搬運(yùn)任務(wù)，要求人手靠近時(shí)速度降至250mm/s，力矩上限為50N·m。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)安全監(jiān)控方案，說(shuō)明傳感器選型、參數(shù)設(shè)置與軟件實(shí)現(xiàn)流程。答案：1.傳感器：使用六維力矩傳感器（ATIMini45）+安全激光掃描儀（SICKmicroScan3）。2.參數(shù)：掃描儀保護(hù)區(qū)半徑1m，速度監(jiān)控閾值250mm/s；力矩閾值50N·m。3.軟件：在KUKA.SafeOperation中配置SafeVelocity與SafeTorque；通過(guò)EtherCATSafetyPLC實(shí)時(shí)比較實(shí)際值；若超限，觸發(fā)SafeStop1。4.流程：上電自檢→掃描儀檢測(cè)人手→信號(hào)送入X11安全接口→機(jī)器人降速或停止→人手離開(kāi)→延時(shí)復(fù)位→恢復(fù)運(yùn)行。6.2討論ROS2與ROS1在實(shí)時(shí)性方面的差異，并給出在ROS2中實(shí)現(xiàn)1kHz關(guān)節(jié)控制的代碼框架。答案：差異：ROS1依賴(lài)TCPROS，延遲毫秒級(jí)；ROS2底層采用DDS，支持零拷貝與實(shí)時(shí)調(diào)度，可微秒級(jí)。代碼框架：創(chuàng)建rclcpp::Node使用std::chrono::steady_clock設(shè)置1ms周期采用rclcpp::Rate(1000)在回調(diào)中發(fā)布trajectory_msgs::msg::JointTrajectory配置LinuxPREEMPT_RT內(nèi)核，設(shè)置線程優(yōu)先級(jí)SCHED_FIFO:90啟用DDSQoS：rmw_qos_profile_realtime7.應(yīng)用題（計(jì)算類(lèi)，15分）7.1某2kg負(fù)載機(jī)器人關(guān)節(jié)4軸線與水平面夾角30°，臂長(zhǎng)0.4m，忽略摩擦，求保持負(fù)載靜止所需電機(jī)靜力矩。答案：T=mgLcosθ=29.810.4cos(30°)=6.79N·m8.應(yīng)用題（分析類(lèi)，15分）8.1給定ABB機(jī)器人路徑：P1→P2直線速度500mm/s，加速度3000mm/s2，轉(zhuǎn)彎半徑10mm。使用RAPIDMoveL指令，分析為何實(shí)際拐角過(guò)沖15mm，并提出兩項(xiàng)改進(jìn)措施。答案：原因：Zone值設(shè)置過(guò)大（z50），導(dǎo)致提前減速；加速度高，慣性大。改進(jìn)：1.Zone改為z5；2.使用AccSet5050降低加速度；3.采用MoveJ轉(zhuǎn)換至關(guān)節(jié)空間過(guò)彎。9.應(yīng)用題（綜合類(lèi)，20分）9.1項(xiàng)目：發(fā)動(dòng)機(jī)缸體打磨，要求表面粗糙度Ra≤0.4μm，輪廓誤差≤0.1mm，節(jié)拍90s。已知：機(jī)器人重復(fù)定位±0.02mm，打磨工具轉(zhuǎn)速25000r/min，進(jìn)給速度0.05mm/r，工具直徑20mm，需走軌跡總長(zhǎng)度1.8m。任務(wù)：1.計(jì)算機(jī)床級(jí)進(jìn)給速度；2.判斷機(jī)器人是否滿足輪廓誤差；3.若節(jié)拍超限，提出兩種優(yōu)化方案并量化比較。答案：1.進(jìn)給速度=250000.05=1250mm/min=20.83mm/s2.輪廓誤差0.1mm>>重復(fù)定位0.02mm，機(jī)器人滿足。3.優(yōu)化：方案A：雙機(jī)器人并行，各打磨0.9m，時(shí)間=900/20.83/2=21.6s，總節(jié)拍43.2s，設(shè)備成本×2。方案B：增加工具直徑至40mm，行距翻倍，軌跡減至0.9m，時(shí)間=900/20.83=43.2s，成本增加10%。比較：方案B成本低，優(yōu)先采用。10.編程題（25分）10.1使用Python編寫(xiě)ROS2節(jié)點(diǎn)，訂閱sensor_msgs/JointState，實(shí)時(shí)計(jì)算前三個(gè)關(guān)節(jié)的動(dòng)能并發(fā)布至custom_msgs/JointKineticEnergy話題。已知質(zhì)量參數(shù)：m1=5kg,m2=3kg,m3=2kg；連桿長(zhǎng)度：l1=0.3m,l2=0.4m,l3=0.35m；忽略慣性張量，假設(shè)質(zhì)心位于連桿中點(diǎn)。要求節(jié)點(diǎn)循環(huán)頻率500Hz，發(fā)布頻率50Hz，給出完整代碼與運(yùn)行步驟。答案：```pythonimportrclpyfromrclpy.nodeimportNodefromsensor_msgs.msgimportJointStatefromcustom_msgs.msgimportJointKineticEnergyimportmathclassKECalculator(Node):def__init__(self):super().__init__('ke_calculator')self.sub=self.create_subscription(JointState,'joint_states',self.cb,10)self.pub=self.create_publisher(JointKineticEnergy,'joint_ke',10)self.timer=self.create_timer(0.02,self.pub_cb)self.q=[0.0]3self.dq=[0.0]3self.ke=[0.0]3defcb(self,msg):self.q=msg.position[:3]self.dq=msg.velocity[:3]defpub_cb(self):m=[5,3,2];l=[0.3,0.4,0.35]foriinrange(3):v=self.dq[i]l[i]/2self.ke[i]=0.5m[i]v2out=JointKineticEnergy()out.header.stamp=self.get_clock().now().to_msg()out.joint_names=['j1','j2','j3']out.energy=self.keself.pub.publish(out)defmain():rclpy.init()node=KECalculator()rclpy.spin(node)node.destroy_node()rclpy.shutdown()if__name__=='__main__':main()```運(yùn)行步驟：1.創(chuàng)建工作空間ws，src放入custom_msgs，定義JointKineticEnergy.msg2.colconbuild3.sourceinstall/setup.bash4.ros2runke_pkgke_calculator5.另終端ros2topicecho/joint_ke11.故障診斷題（20分）11.1現(xiàn)象：KUKAKR30機(jī)器人在自動(dòng)打磨時(shí)，每運(yùn)行30min出現(xiàn)“Encoderdifferencetoolarge”報(bào)警，復(fù)位后恢復(fù)。列出5項(xiàng)可能原因及對(duì)應(yīng)排查方法。答案：1.編碼器電纜屏蔽破損→用萬(wàn)用表測(cè)屏蔽層接地電阻<1Ω2.伺服驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇積灰→打開(kāi)柜門(mén)檢查風(fēng)扇轉(zhuǎn)速<3000r/min即更換3.電機(jī)軸承磨損→用加速度計(jì)測(cè)振動(dòng)值>4.5mm/s即