2025年工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成試題及答案1.單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.1在工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成中，決定末端執(zhí)行器可達(dá)空間的首要參數(shù)是A.關(guān)節(jié)最大角速度?B.連桿長度與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角范圍?C.伺服電機(jī)額定功率?D.控制柜防護(hù)等級(jí)答案：B1.2某六軸機(jī)器人采用DH法建模，若第3關(guān)節(jié)為平行連桿的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，則其連桿扭角α2應(yīng)為A.0°?B.90°?C.?90°?D.180°答案：A1.3在Profinet環(huán)網(wǎng)拓?fù)渲?，保證冗余切換時(shí)間小于200ms的關(guān)鍵設(shè)備是A.普通交換機(jī)?B.管理型交換機(jī)?C.集線器?D.中繼器答案：B1.4使用FANUC力覺傳感器進(jìn)行精密裝配時(shí)，力控周期默認(rèn)設(shè)置為A.2ms?B.4ms?C.8ms?D.16ms答案：C1.5當(dāng)安全PLC通過TüV認(rèn)證達(dá)到PLe/SIL3時(shí)，其每小時(shí)危險(xiǎn)失效概率PFHd應(yīng)滿足A.<10?5?B.<10?6?C.<10?7?D.<10?8答案：C1.6在KUKA.WorkVisual中，用于把多個(gè)機(jī)器人任務(wù)同步到同一時(shí)間軸的功能模塊是A.SubmitInterpreter?B.Cross3Scheduler?C.RobotScheduler?D.TechScheduler答案：B1.7若伺服驅(qū)動(dòng)器采用共直流母線方案，制動(dòng)能量回饋的首要條件是A.母線電壓高于820V?B.母線電壓低于24V?C.整流單元為二極管型?D.電機(jī)慣量小于負(fù)載慣量答案：A1.8下列哪種總線專為實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)且采用時(shí)間片輪詢機(jī)制A.EtherCAT?B.CANopen?C.DeviceNet?D.ASi答案：A1.9在3D視覺引導(dǎo)抓取中，若點(diǎn)云噪聲主要來源于環(huán)境反光，應(yīng)優(yōu)先調(diào)節(jié)A.激光功率?B.曝光時(shí)間?C.濾波窗口?D.投影圖案頻率答案：B1.10對(duì)協(xié)作機(jī)器人做功率與力限制（PFL）驗(yàn)證時(shí)，ISO/TS15066規(guī)定瞬態(tài)接觸力閾值以A.150N?B.120N?C.80N?D.50N答案：A2.多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分；多選少選均不得分）2.1下列哪些屬于工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成“機(jī)械接口”范疇A.末端法蘭ISO9409150?B.基座地腳螺栓分布圓?C.控制柜航插引腳?D.示教器急停觸點(diǎn)?E.工具快換裝置主端口答案：ABE2.2關(guān)于機(jī)器人絕對(duì)精度標(biāo)定，正確的有A.需使用激光跟蹤儀建立測量場?B.可補(bǔ)償減速器回程誤差?C.僅對(duì)基坐標(biāo)系有效?D.需輸入實(shí)測連桿參數(shù)?E.標(biāo)定后重復(fù)定位精度必然提高答案：ABD2.3在SafetyBusp網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)SIL3通信必須A.采用冗余雙通道報(bào)文?B.每幀附加CRC32?C.節(jié)點(diǎn)間電纜長度<50m?D.使用故障靜默型從站?E.主站具備雙CPU比較答案：ABDE2.4下列哪些情況會(huì)觸發(fā)KUKA的SafeOperation中的“SafeTorqueOff”A.安全門打開?B.外部急停按下?C.控制柜溫度>60℃?D.編碼器電池欠壓?E.示教器使能鍵松開答案：ABE2.5關(guān)于SCARA與六軸機(jī)器人在電子裝配中的能耗對(duì)比，正確的有A.SCARA關(guān)節(jié)慣量更低?B.六軸逆解計(jì)算量更大?C.SCARA通常采用步進(jìn)電機(jī)?D.六軸在Z向插補(bǔ)時(shí)能耗更高?E.SCARA不適合柔性視覺糾偏答案：ABD3.填空題（每空2分，共20分）3.1若某機(jī)器人減速比為1:100，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速3000r/min，則關(guān)節(jié)最大理論轉(zhuǎn)速為________r/min。答案：303.2在FANUC程序中，將數(shù)字I/O信號(hào)DI[1]的狀態(tài)賦給機(jī)器人標(biāo)志F[1]的指令為________。答案：F[1]=DI[1]3.3當(dāng)使用EtherCAT分布時(shí)鐘時(shí)，主站發(fā)送首個(gè)數(shù)據(jù)幀的同步字為________，用于從站鎖存本地時(shí)間。答案：0x1C003.4若六軸機(jī)器人第5關(guān)節(jié)角θ5=?90°，則第6關(guān)節(jié)軸線與第4關(guān)節(jié)軸線在空間呈________關(guān)系。答案：重合3.5某工位要求機(jī)器人每7s完成一次搬運(yùn)，理論節(jié)拍內(nèi)有效運(yùn)行時(shí)間為6.3s，則系統(tǒng)利用率________%。答案：903.6在KUKA系統(tǒng)變量中，讀取當(dāng)前工具坐標(biāo)系質(zhì)量的變量名為________。答案：$TOOL.LOAD.M3.7若激光位移傳感器模擬量輸出0–10V對(duì)應(yīng)測量范圍?100mm~+100mm，則電壓2V對(duì)應(yīng)的位移為________mm。答案：?603.8在ISO102181中，機(jī)器人控制柜防護(hù)等級(jí)最低要求為IP________。答案：IP543.9若安全PLC采用雙通道冗余輸入，單個(gè)通道發(fā)生“短路到24V”故障，其診斷覆蓋率DC需≥________%方可維持SIL3。答案：993.10在ABBRobotStudio中，將虛擬控制器PC端的I/O映射到真實(shí)I/O板，需使用________功能。答案：SignalAnalyzerOnline4.判斷題（每題1分，共10分；正確打“√”，錯(cuò)誤打“×”）4.1機(jī)器人重復(fù)定位精度一定高于絕對(duì)定位精度。答案：√4.2采用絕對(duì)值編碼器的機(jī)器人關(guān)機(jī)后無需回零即可恢復(fù)原有位姿。答案：√4.3在ProfinetIRT網(wǎng)絡(luò)中，普通交換機(jī)可替代IRT交換機(jī)而不影響實(shí)時(shí)性。答案：×4.4協(xié)作機(jī)器人若外接激光掃描儀，則無需再對(duì)機(jī)器人本體做力限制。答案：×4.5減速器回程誤差屬于系統(tǒng)誤差，可通過軟件補(bǔ)償完全消除。答案：×4.6當(dāng)機(jī)器人帶工具重量超過額定負(fù)載的110%時(shí)，必須重新做負(fù)載辨識(shí)。答案：√4.7在FANUC力控功能中，若接觸力超過設(shè)定閾值，系統(tǒng)立即觸發(fā)SafeTorqueOff。答案：×4.8使用TCP/IP協(xié)議棧的工業(yè)相機(jī)一定無法滿足實(shí)時(shí)性低于10ms的視覺伺服。答案：×4.9機(jī)器人基座安裝傾斜角若超過0.5°，需重新標(biāo)定用戶坐標(biāo)系。答案：√4.10在KUKA中，$VEL_AXIS[1]表示第1軸的當(dāng)前角加速度。答案：×5.簡答題（共35分）5.1（封閉型，6分）列舉工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成“三維仿真驗(yàn)證”階段必須完成的四項(xiàng)檢查內(nèi)容。答案：1.機(jī)器人可達(dá)性驗(yàn)證，確保所有軌跡點(diǎn)無奇異；2.節(jié)拍計(jì)算與路徑優(yōu)化，確認(rèn)滿足產(chǎn)線節(jié)拍；3.干涉檢查，包括夾具、安全圍欄、人體模型；4.離線程序邏輯驗(yàn)證，確保I/O、流程、異常處理正確。5.2（開放型，8分）某客戶要求將現(xiàn)有人工擰緊工位改造為機(jī)器人自動(dòng)擰緊，并保留原有伺服電批。請說明系統(tǒng)集成需解決的三類關(guān)鍵接口問題，并給出對(duì)應(yīng)解決思路。答案：1.機(jī)械接口：電批非ISO法蘭，需設(shè)計(jì)過渡法蘭與機(jī)器人第六軸連接，并進(jìn)行慣量驗(yàn)算；2.控制接口：電批采用RS485協(xié)議，與機(jī)器人控制器無原生驅(qū)動(dòng)，需在機(jī)器人側(cè)加裝Anybus網(wǎng)關(guān)，將RS485轉(zhuǎn)為EtherNet/IP，并編寫中層腳本解析扭矩、角度數(shù)據(jù)；3.安全接口：原電批無STO，需外接安全繼電器，由機(jī)器人安全I(xiàn)/O控制，滿足PLe；同時(shí)增加扭矩超限急?；芈?，采用雙通道急停閥切斷電批氣壓。5.3（封閉型，6分）寫出利用DH法建立連桿坐標(biāo)系的四個(gè)幾何參數(shù)，并說明其物理意義。答案：1.連桿長度a_i：沿X_i軸，從Z_{i?1}移動(dòng)到Z_i的距離；2.連桿扭角α_i：繞X_i軸，從Z_{i?1}旋轉(zhuǎn)到Z_i的角度；3.連桿偏距d_i：沿Z_{i?1}軸，從X_{i?1}移動(dòng)到X_i的距離；4.關(guān)節(jié)角θ_i：繞Z_{i?1}軸，從X_{i?1}旋轉(zhuǎn)到X_i的角度。5.4（開放型，8分）某六軸機(jī)器人需在高潔凈度Class100環(huán)境下搬運(yùn)硅片，說明機(jī)械、控制、防護(hù)三方面特殊設(shè)計(jì)要點(diǎn)。答案：機(jī)械：采用不銹鋼外殼+密封旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，內(nèi)部充氮微正壓0.5kPa，減速器使用PFPE潤滑脂；控制：控制柜放置于潔凈室外，通過密封航插連接，所有I/O采用M12不銹鋼接頭，IP65；防護(hù)：機(jī)器人表面電解拋光Ra≤0.4μm，避免顆粒積聚；增加FFU層流罩，風(fēng)速0.45m/s±20%，并安裝在線粒子計(jì)數(shù)器，超標(biāo)自動(dòng)停機(jī)。5.5（封閉型，7分）說明“共直流母線”相比“獨(dú)立母線”在能耗、制動(dòng)、成本三方面的優(yōu)劣。答案：能耗：共母線可將某一軸制動(dòng)能量直接供給另一軸電動(dòng)運(yùn)行，節(jié)能15–30%；制動(dòng)：共母線需制動(dòng)單元/回饋模塊，當(dāng)多臺(tái)同時(shí)制動(dòng)時(shí)母線電壓升高，需加大制動(dòng)電阻容量；成本：共母線減少整流單元數(shù)量，降低硬件成本約10%，但需額外母線電容與熔斷器，系統(tǒng)調(diào)試復(fù)雜。6.計(jì)算題（共30分）6.1（運(yùn)動(dòng)學(xué)，10分）已知SCARA機(jī)器人連桿參數(shù)：a1=300mm，a2=250mm，d4=100mm；關(guān)節(jié)變量θ1=30°，θ2=?45°，d4為變量。求末端參考點(diǎn)P在基坐標(biāo)系{X0,Y0}下的坐標(biāo)，并計(jì)算當(dāng)P需到達(dá)(400mm,200mm)時(shí)的θ2值（保留小數(shù)點(diǎn)后一位）。答案：1.正解：X=a1cosθ1+a2cos(θ1+θ2)=300cos30°+250cos(?15°)=259.8+241.5=501.3mmY=a1sinθ1+a2sin(θ1+θ2)=300sin30°+250sin(?15°)=150?64.7=85.3mmP(501.3,85.3)2.反解：給定P(400,200)，令r=sqrt(4002+2002)=447.2mm由余弦定理：cosθ2=(r2?a12?a22)/(2a1a2)=(199900?90000?62500)/150000=0.316→θ2=71.6°或θ2=?71.6°（取肘向下，符合SCARA工作習(xí)慣）故θ2=?71.6°6.2（動(dòng)力學(xué)，10分）某六軸機(jī)器人第3關(guān)節(jié)在1.5s內(nèi)由靜止勻加速到120°/s，連桿質(zhì)量m=18kg，慣量I=0.45kg·m2，減速比1:120，效率η=0.85。求：1.關(guān)節(jié)角加速度ε；2.負(fù)載折算到電機(jī)軸的等效慣量I_eq；3.電機(jī)所需峰值扭矩T_peak（忽略摩擦）。答案：1.ε=120°/s÷1.5s=80°/s2=80×π/180=1.396rad/s22.I_eq=I/i2=0.45/1202=3.125×10??kg·m23.T_load=I·ε=0.45×1.396=0.628N·mT_motor=T_load/(iη)=0.628/(120×0.85)=0.00616N·mT_peak=0.00616N·m6.3（節(jié)拍優(yōu)化，10分）某搬運(yùn)機(jī)器人路徑含ABCDA四點(diǎn)，距離分別為AB=1200mm，BC=800mm，CD=1200mm，DA=800mm；最大速度1.5m/s，加速度5m/s2，減速5m/s2，各點(diǎn)停留0.2s。采用三角速度規(guī)劃，求單循環(huán)理論最短節(jié)拍。答案：單段最大速度可達(dá)：v_max=1.5m/s加速段：t1=v_max/a=1.5/5=0.3s，s1=0.5at12=0.225m減速段同s1，故最小行程0.45m<各段距離，可采用三角規(guī)劃。單段運(yùn)行時(shí)間：t_seg=2×0.3=0.6s四段共4×0.6=2.4s停留4×0.2=0.8s總節(jié)拍=2.4+0.8=3.2s7.綜合分析題（共30分）7.1（20分）某白車身焊裝線需集成兩臺(tái)ABBIRB6700機(jī)器人完成左右側(cè)圍抓取點(diǎn)焊放件流程。已知：單臺(tái)機(jī)器人負(fù)載150kg，焊槍質(zhì)量45kg，側(cè)圍零件質(zhì)量55kg；工位節(jié)拍45JPH（每小時(shí)45臺(tái)車），即單臺(tái)車耗時(shí)80s；機(jī)器人需完成24個(gè)焊點(diǎn)，焊點(diǎn)分布跨度4.2m×1.5m；現(xiàn)場已有Fronius中頻直流焊機(jī)，ProfinetIRT通訊，焊接時(shí)間0.8s/點(diǎn)；客戶要求系統(tǒng)OEE≥85%，設(shè)備可動(dòng)率≥95%。任務(wù)：1.進(jìn)行可達(dá)性與負(fù)載校核；2.計(jì)算理論節(jié)拍并判斷是否滿足；3.設(shè)計(jì)雙機(jī)器人任務(wù)分配策略，使焊點(diǎn)數(shù)均衡且干涉最小；4.給出提高OEE的三項(xiàng)具體措施；5.繪制含安全圍欄、光柵、維修通道的布局簡圖（文字描述即可）。答案：1.負(fù)載校核：焊槍45kg+零件55kg+夾具20kg=120kg<150kg，余量20%，安全；IRB6700臂展3.2m，垂直2.6m，覆蓋4.2m需地軌或固定臺(tái)；采用固定臺(tái)+機(jī)器人底座升高0.8m，可滿足Z向；側(cè)圍最大尺寸2.2m，機(jī)器人置于距工件中心1.5m處，經(jīng)RobStudio驗(yàn)證所有焊點(diǎn)無奇異。2.理論節(jié)拍：單臺(tái)24點(diǎn)，焊接耗時(shí)24×0.8=19.2s；機(jī)器人空程估算：抓取3s+放件3s+焊點(diǎn)間移動(dòng)平均0.9s×23=20.7s+安全冗余2s，合計(jì)48s；雙機(jī)器人并行，各做12點(diǎn)，則單臺(tái)焊接9.6s，空程約28s，總37.6s<80s，滿足。3.任務(wù)分配：以側(cè)圍中心為界，左機(jī)器人負(fù)責(zé)左側(cè)12點(diǎn)，右機(jī)器人負(fù)責(zé)右側(cè)12點(diǎn)；在Y向1.5m范圍各劃分1.5m，重疊區(qū)0.2m設(shè)為互鎖區(qū)，采用WorldZone+ABBSyncArc指令，誰先進(jìn)入誰優(yōu)先，后進(jìn)入待機(jī)0.5s。4.提高OEE：a.引入焊電極自動(dòng)修磨+更換站，減少停機(jī)，預(yù)計(jì)OEE提升4%；b.采用ServoGun壓力閉環(huán)補(bǔ)償，減少焊點(diǎn)飛濺返修，質(zhì)量率提升3%；c.實(shí)施基于大數(shù)據(jù)的預(yù)測維護(hù)，利用RobotWareMachineCare監(jiān)測減速器溫度與電流，計(jì)劃維修時(shí)間由每月2h降至0.5h，可動(dòng)率提升至97%，OEE達(dá)88%。5.布局描述：雙機(jī)器人對(duì)稱布置，間距3m；外圍