工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成2025年系統(tǒng)集成原理試題及答案1單選題（每題1分，共20分）1工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成中，決定末端執(zhí)行器可達(dá)工作空間的關(guān)鍵參數(shù)是A關(guān)節(jié)最大速度?B連桿長度?C減速比?D電機(jī)功率答案：B2在PLC與機(jī)器人采用EtherNet/IP通信時(shí)，負(fù)責(zé)定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的開放標(biāo)準(zhǔn)是AOPCUA?BModbus?CCIP?DCANopen答案：C3某六軸機(jī)器人基坐標(biāo)系下指令為Mat[x,y,z,0,0,0]，若用戶坐標(biāo)系相對基坐標(biāo)系繞Z軸旋轉(zhuǎn)30°，則新坐標(biāo)系下同一位置指令為AMat[xcos30°ysin30°,xsin30°+ycos30°,z,0,0,0]BMat[x,y,z,30,0,0]CMat[x,y,z,0,0,30]DMat[x,y,z,0,30,0]答案：A4采用力控打磨時(shí)，最適合作為力傳感器反饋濾波器的截止頻率設(shè)置依據(jù)的是A機(jī)器人重復(fù)定位精度?B打磨頭最大轉(zhuǎn)速?C工件表面波紋度波長?D電機(jī)額定電流答案：C5在SafetyPLC中，實(shí)現(xiàn)Category3安全等級必須滿足A單通道+自檢?B雙通道+比較?C雙通道+冗余+診斷?D單通道+冗余答案：C6若機(jī)器人工具坐標(biāo)系TCP標(biāo)定誤差為0.5mm，則弧焊擺動(dòng)寬度設(shè)定5mm時(shí)，實(shí)際焊縫中心最大偏移為A0.5mm?B1.0mm?C0.25mm?D2.0mm答案：B7采用離線編程時(shí)，將CAD模型三角面片數(shù)量從10000降至1000，會(huì)導(dǎo)致A路徑精度提高?B計(jì)算時(shí)間增加?C碰撞檢測漏檢風(fēng)險(xiǎn)上升?D機(jī)器人速度自動(dòng)降低答案：C8在視覺定位中，若相機(jī)像素坐標(biāo)系u軸與機(jī)器人X軸夾角為θ，則像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到機(jī)器人基坐標(biāo)需首先A平移?B縮放?C旋轉(zhuǎn)θ角?D透視變換答案：C9某工位節(jié)拍要求12s，機(jī)器人焊接用時(shí)8s，夾具旋轉(zhuǎn)定位用時(shí)4s，可行的優(yōu)化措施是A提高焊接速度20%?B夾具與機(jī)器人并行動(dòng)作?C降低焊接電流?D增加一臺(tái)機(jī)器人答案：B10在RobotStudio中，將“SmartComponent”的“DigitalInput”與“LinearMover”連接，可實(shí)現(xiàn)A伺服電機(jī)力矩控制?B夾具氣缸動(dòng)作仿真?C傳送帶運(yùn)動(dòng)觸發(fā)?D焊機(jī)電流調(diào)節(jié)答案：C11采用CCLinkIEField通信時(shí)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)必須為A總線型?B星型?C環(huán)型?D樹型答案：C12若六軸機(jī)器人第三關(guān)節(jié)減速機(jī)潤滑脂更換周期為8000h，但實(shí)際每天運(yùn)行20h、負(fù)荷率90%，則更換周期應(yīng)修正為A8000h?B7200h?C8800h?D10000h答案：B13在ROS2中，用于實(shí)時(shí)控制的最合適中間件是ADDS?BZeroMQ?CMQTT?DHTTP答案：A14當(dāng)機(jī)器人與外部軸協(xié)同運(yùn)動(dòng)時(shí)，若外部軸編碼器反饋丟失，系統(tǒng)將A繼續(xù)運(yùn)行?B減速停止?C報(bào)警并切換至獨(dú)立模式?D自動(dòng)回零答案：C15采用激光位移傳感器測焊縫，采樣頻率10kHz，機(jī)器人焊接速度1.2m/min，則相鄰采樣點(diǎn)間距為A0.12mm?B0.2mm?C1.2mm?D2mm答案：B16在TIAPortal中，將GSDML文件導(dǎo)入后首先需設(shè)置AIP地址?B設(shè)備名稱?C更新周期?D看門狗時(shí)間答案：B17若機(jī)器人控制柜24VDC電源跌落至22V，最可能導(dǎo)致的故障現(xiàn)象是A伺服電機(jī)過熱?B示教器黑屏?C抱閘未釋放?D編碼器電池報(bào)警答案：C18在數(shù)字孿生系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)同步的關(guān)鍵技術(shù)是A高保真渲染?B實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)?C離線仿真?D逆向工程答案：B19當(dāng)安全圍欄安全門被打開時(shí)，Category4系統(tǒng)要求A單通道斷開即可?B雙通道交叉監(jiān)控?C單通道+時(shí)間監(jiān)控?D僅軟件標(biāo)志位答案：B20在RobotStudio“StationLogic”中，使用“WaitDI”語句等待輸入信號(hào)時(shí)，默認(rèn)超時(shí)時(shí)間為A10s?B30s?C60s?D無超時(shí)答案：C2多選題（每題2分，共20分，少選得1分，錯(cuò)選0分）21下列屬于工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成“機(jī)械接口”范疇的有A機(jī)器人法蘭面螺栓孔距?B末端執(zhí)行器質(zhì)心位置?C電機(jī)抱閘電壓?D工具IO針腳定義?E基座地腳螺栓尺寸答案：ABE22在PLCopenPart4規(guī)范中，機(jī)器人功能塊MC_MoveLinear的輸入?yún)?shù)包括APosition?BVelocity?CAcceleration?DJerk?EToolNumber答案：ABCD23關(guān)于伺服電機(jī)選型，下列說法正確的有A連續(xù)轉(zhuǎn)矩必須大于負(fù)載連續(xù)轉(zhuǎn)矩?B瞬時(shí)最大轉(zhuǎn)矩可小于負(fù)載峰值轉(zhuǎn)矩?C慣量比建議小于10∶1?D編碼器分辨率越高系統(tǒng)剛性越高?E電機(jī)額定功率與減速比無關(guān)答案：ACD24在3D視覺引導(dǎo)拆垛中，影響點(diǎn)云精度的因素有A鏡頭畸變?B激光功率?C環(huán)境溫度?D物體表面粗糙度?E機(jī)器人重復(fù)定位精度答案：ACD25下列屬于ISO102181:2011規(guī)定的“安全功能”有A緊急停止?B保護(hù)性停止?C速度監(jiān)控?D力監(jiān)控?E示教模式答案：ABCD26在RobotStudio中，實(shí)現(xiàn)“機(jī)器人外部軸”協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)需設(shè)置AMechanism?BJoint?CTCP?DPath?EWorkObject答案：ABE27關(guān)于EtherCAT通信，下列描述正確的有A采用主從結(jié)構(gòu)?B支持分布式時(shí)鐘?C幀結(jié)構(gòu)采用IEEE802.3?D支持熱連接?E最小周期125μs答案：ABCD28在弧焊系統(tǒng)中，下列參數(shù)與焊縫成形寬度直接相關(guān)的有A電弧電壓?B焊接速度?C焊絲干伸長?D脈沖頻率?E保護(hù)氣流量答案：ABC29當(dāng)機(jī)器人與AGV協(xié)同作業(yè)時(shí)，需定義的接口信息有AAGV導(dǎo)航坐標(biāo)系?B機(jī)器人TCP坐標(biāo)?C物料交接高度?D握手信號(hào)時(shí)序?E安全圍欄高度答案：ABCD30在數(shù)字孿生調(diào)試階段，可發(fā)現(xiàn)的潛在問題有A路徑奇點(diǎn)?B節(jié)拍瓶頸?C電纜干涉?D控制柜散熱不足?E電機(jī)編碼器斷線答案：ABC3填空題（每空1分，共20分）31機(jī)器人基坐標(biāo)系默認(rèn)符合________定則，即拇指指向________軸正方向。答案：右，X32在PLC中，將機(jī)器人狀態(tài)字“StatusWord”第0位定義為“Ready”，則該位為1時(shí)表示________。答案：機(jī)器人處于待機(jī)且可接收啟動(dòng)命令33某減速機(jī)減速比為1:100，電機(jī)端增量式編碼器分辨率為2048p/r，則輸出軸每轉(zhuǎn)對應(yīng)脈沖數(shù)為________。答案：20480034在RobotStudio“CreateMechanism”向?qū)е校絷P(guān)節(jié)類型為“Rotational”，需輸入的“Axis”向量表示________。答案：關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸方向向量35當(dāng)安全等級為PLe時(shí)，平均危險(xiǎn)失效時(shí)間需大于________年。答案：10036在TIG焊中，若鎢極直徑為1.6mm，則推薦焊接電流范圍為________A至________A。答案：80，12037若機(jī)器人路徑速度為v，加速度為a，則最小轉(zhuǎn)彎半徑r=________。答案：v2/a38在ROS中，發(fā)布頻率為1kHz的話題，若消息大小為1kB，則網(wǎng)絡(luò)帶寬占用約為________Mbps。答案：839當(dāng)采用雙機(jī)熱備PLC時(shí)，切換時(shí)間必須小于ProcessSafetyTime的________%。答案：1040在視覺手眼標(biāo)定中，若相機(jī)安裝于機(jī)器人法蘭，則稱為________眼________手。答案：手，在41若六軸機(jī)器人關(guān)節(jié)角為[0,90°,0,0,90°,0]，則機(jī)器人姿態(tài)為________。答案：腕部垂直向下42在RobotStudio中，將“Part”設(shè)置為“Movable”后，需添加________行為才能被機(jī)器人推動(dòng)。答案：Physics43當(dāng)使用ModbusTCP讀取保持寄存器，功能碼為________。答案：0344在ISO9283中，測量位姿重復(fù)精度需連續(xù)運(yùn)行________次。答案：3045若機(jī)器人控制柜采用IP54防護(hù)，則第一位數(shù)字5表示________。答案：防塵46在激光焊縫跟蹤中，常用的激光波長為________nm。答案：65047當(dāng)機(jī)器人與外部軸協(xié)同運(yùn)動(dòng)時(shí)，外部軸的坐標(biāo)系需與機(jī)器人________坐標(biāo)系標(biāo)定。答案：基48在PLC程序中，使用________指令可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人程序號(hào)自動(dòng)切換。答案：CASE49若機(jī)器人末端負(fù)載質(zhì)量為m，重力加速度g=9.81m/s2，則靜力矩平衡條件為________。答案：關(guān)節(jié)輸出轉(zhuǎn)矩≥mgl50在數(shù)字孿生中，將虛擬模型與實(shí)際設(shè)備數(shù)據(jù)差值稱為________。答案：漂移4簡答題（共6題，共40分）51（封閉型，6分）列舉工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成“電氣接口”必須包含的5項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，并給出典型值示例。答案：1.電源電壓：三相AC380V±10%；2.電源頻率：50Hz±1Hz；3.功耗：最大15kVA；4.接地方式：TNS，PE線截面積≥6mm2；5.信號(hào)電平：24VDC±10%，高電平≥15V，低電平≤5V。52（開放型，7分）說明在機(jī)器人弧焊工作站中，如何利用“雙機(jī)位+變位機(jī)”實(shí)現(xiàn)12s節(jié)拍，并給出動(dòng)作時(shí)序圖文字描述。答案：機(jī)器人A負(fù)責(zé)正面焊縫，機(jī)器人B負(fù)責(zé)背面焊縫，變位機(jī)180°翻轉(zhuǎn)。T0：變位機(jī)裝載工件并夾緊；T2s：變位機(jī)翻轉(zhuǎn)到位；T3s：機(jī)器人A啟動(dòng)；T7s：機(jī)器人A完成；T7.5s：變位機(jī)翻轉(zhuǎn)180°；T8.5s：機(jī)器人B啟動(dòng)；T11.5s：機(jī)器人B完成；T12s：變位機(jī)回零，人工卸件。通過并行裝卸與翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)12s節(jié)拍。53（封閉型，6分）寫出機(jī)器人工具坐標(biāo)系四點(diǎn)標(biāo)定法的數(shù)學(xué)步驟，并給出誤差評價(jià)公式。答案：步驟：1.記錄4個(gè)不同姿態(tài)下同一參考點(diǎn)P在基坐標(biāo)系中的坐標(biāo)Pi(xi,yi,zi)；2.計(jì)算4點(diǎn)重心G；3.建立協(xié)方差矩陣C=Σ(PiG)(PiG)T；4.求C最小特征值對應(yīng)特征向量n，即為工具方向；5.以G為原點(diǎn)，n為Z軸，建立工具坐標(biāo)系。誤差評價(jià)：e=max‖PiG(Pi·n)n‖，要求e≤0.5mm。54（開放型，7分）分析在3C行業(yè)手機(jī)中框螺絲鎖付中，視覺+力控融合方案的硬件架構(gòu)與通信流程。答案：硬件：1.六軸機(jī)器人+精密螺絲刀；2.200萬像素工業(yè)相機(jī)+環(huán)形光源；3.六維力傳感器；4.PCbased控制器。通信：相機(jī)通過千兆網(wǎng)發(fā)坐標(biāo)(x,y,θ)到PC；PC將偏移量通過EtherCAT發(fā)機(jī)器人；力傳感器4kHz采樣，通過UDP發(fā)PC；PC運(yùn)行阻抗控制，實(shí)時(shí)修正Z軸下壓深度±0.05mm；鎖付扭矩0.18N·m，達(dá)到后機(jī)器人上抬。整體節(jié)拍1.8s/顆，良率99.7%。55（封閉型，6分）給出安全PLC實(shí)現(xiàn)“保護(hù)性停止”雙通道電路的接線圖文字描述，并說明故障測試脈沖的作用。答案：通道1：安全門開關(guān)常閉觸點(diǎn)→PLCDI1+；通道2：同一開關(guān)另一副常閉觸點(diǎn)→PLCDI2+；兩通道分別串2.2kΩ終端電阻；PLC輸出測試脈沖T1ms到DI1+，檢測回讀電壓，若低于閾值判定短路；故障測試脈沖可檢測觸點(diǎn)熔焊、線路短路，滿足Category4要求。56（開放型，8分）闡述在新能源汽車電池模組搬運(yùn)中，如何利用數(shù)字孿生預(yù)測600kg重物對機(jī)器人關(guān)節(jié)壽命的影響，并給出預(yù)測模型公式。答案：建立孿生模型：1.導(dǎo)入機(jī)器人URDF，設(shè)置各關(guān)節(jié)減速機(jī)剛度；2.輸入搬運(yùn)軌跡，加速度1m/s2；3.實(shí)時(shí)讀取實(shí)際電流，計(jì)算關(guān)節(jié)力矩τi；4.采用Miner法則，壽命L=Σ(ni/Ni)，其中ni為第i級負(fù)載循環(huán)次數(shù)，Ni=Ki(τi/τr)^d，Ki=10^7，d=3.3；5.仿真顯示第2關(guān)節(jié)累計(jì)損傷最快，預(yù)測壽命降為標(biāo)稱65%，建議加速度降至0.7m/s2，壽命恢復(fù)至90%。5應(yīng)用題（共4題，共50分）57（計(jì)算類，12分）某六軸機(jī)器人需將20kg箱體從A(400,0,600)mm搬運(yùn)至B(800,600,400)mm，要求節(jié)拍3s，其中加速、減速時(shí)間各占25%，勻速段最大速度限定1m/s，加速度恒定。求：(1)加速段加速度a；(2)減速段減速度d；(3)電機(jī)所需最大轉(zhuǎn)矩（忽略摩擦，連桿長度l=0.8m，減速比1:120，效率95%）。答案：(1)總位移s=√[(800400)2+(6000)2+(400600)2]=√(160000+360000+40000)=√560000=748.3mm=0.748m；加速時(shí)間t1=0.25×3=0.75s；由s=0.5at12+vmt2+0.5dt32，vm=1m/s，t1=t3=0.75s，t2=1.5s；代入得0.748=0.5a(0.75)2+1×1.5+0.5d(0.75)2；令a=d，則0.748=0.5a×0.5625+1.5+0.5a×0.5625=0.5625a+1.5；解得a=(0.7481.5)/0.5625=1.336m/s2，取絕對值，a=1.336m/s2；(2)d=1.336m/s2；(3)最大轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)在加速段，τ=Iα+mgl，I=ml2=20×0.82=12.8kg·m2，α=a/l=1.336/0.8=1.67rad/s2，τ=12.8×1.67+20×9.81×0.8=21.4+157=178.4N·m；電機(jī)端轉(zhuǎn)矩=178.4/(120×0.95)=1.56N·m。58（分析類，12分）某弧焊工作站采用“激光跟蹤+擺動(dòng)電弧”方案，發(fā)現(xiàn)焊縫根部出現(xiàn)未熔透。已知：板厚3mm，I型坡口，間隙0.8mm，焊接速度0.8m/min，擺動(dòng)頻率3Hz，擺幅3mm，電弧電壓19V，送絲速度6m/min，焊絲直徑1.0mm，保護(hù)氣80%Ar+20%CO?，流量18L/min。分析可能原因并提出3項(xiàng)改進(jìn)措施。答案：原因：1.熱輸入不足，計(jì)算線能量E=UI/v=19×80/0.8=1.9kJ/mm，低于3mm鋼推薦2.2kJ/mm；2.擺動(dòng)頻率過高，熔池冷卻快；3.間隙0.8mm導(dǎo)致熱量散失。改進(jìn)：1.電壓提至21V，送絲速度提至7m/min，線能量升至2.3kJ/mm；2.擺動(dòng)頻率降至2Hz，增加熔池停留時(shí)間；3.根部采用1.2mm焊絲，增大熔深。驗(yàn)證后熔透合格。59（綜合類，13分）設(shè)計(jì)一套“機(jī)器人+AGV+立體庫”協(xié)同的剎車盤柔性制造單元，要求：(1)給出系統(tǒng)拓?fù)鋱D文字描述；(2)列出關(guān)鍵接口信號(hào)表（≥8個(gè)）；(3)計(jì)算立體庫需多少個(gè)貨位才能滿足日產(chǎn)4000件，每天20h，AGV單次運(yùn)輸20件，往返時(shí)間6min，機(jī)器人上下料節(jié)拍45s。答案：(1)拓?fù)洌毫Ⅲw庫←以太網(wǎng)→WMS服務(wù)器←WiFi6→AGV調(diào)度系統(tǒng)←5G→機(jī)器人PLC；機(jī)器人←EtherCAT→末端夾具；AGV←CAN→驅(qū)動(dòng)單元；立體庫堆垛機(jī)←Profinet→庫PLC。(2)接口信號(hào)：①AGV到達(dá)請求(robot→AGV)；②允許卸料(AGV→robot)；③料框定位完成(AGV→robot)；④機(jī)器人抓料完成(robot→AGV)；⑤空框請求(robot→AGV)；⑥立體庫出庫完成(WMS→AGV)；⑦AGV充電請求(AGV→調(diào)度)；⑧故障互鎖(all→HMI)。(3)計(jì)算：機(jī)器人產(chǎn)能=20h×3600/45=1600件/臺(tái)，需機(jī)器