2025年機器人高級工考試題庫及答案一、機械系統(tǒng)與傳動設計1.【單選】某六軸工業(yè)機器人腕部采用三級同步帶減速，輸入轉速6000r/min，輸出轉速150r/min，若第一級主動輪齒數24、從動輪60，第二級主動輪30、從動輪75，則第三級主動輪齒數應為多少？（忽略打滑與效率損失）A.20?B.25?C.30?D.35答案：B解析：總減速比i=6000/150=40；第一級i1=60/24=2.5；第二級i2=75/30=2.5；第三級需滿足i1·i2·i3=40→i3=40/(2.5×2.5)=6.4；設第三級主動輪齒數z，則從動輪6.4z，齒數必須為整數，取z=25，則從動輪160，25齒為最小整數解。2.【單選】諧波減速器柔輪材料通常選用下列哪種合金？A.40Cr?B.GCr15?C.30CrMnSi?D.60Si2Mn答案：C解析：柔輪需高疲勞強度與彈性，30CrMnSi為中碳低合金調質鋼，兼具強度與韌性，GCr15為軸承鋼，彈性差，60Si2Mn彈簧鋼易缺口敏感。3.【多選】下列關于RV減速器擺線針輪嚙合特征描述正確的是：A.多齒嚙合均載?B.瞬時傳動比恒定?C.回差可小于1arcmin?D.針齒與擺線輪為凸凸接觸答案：A、B、C解析：擺線輪與針齒為凸凹共軛接觸，D錯誤；多齒嚙合實現(xiàn)均載，理論傳動比恒定，預緊后回差可<1arcmin。4.【填空】某SCARA機器人J3軸采用滾珠絲杠+直線導軌傳動，絲杠導程10mm，伺服電機編碼器23bit單圈絕對值，經1:2同步帶減速驅動絲杠，則理論單向重復定位精度為________μm。答案：0.61解析：電機單圈分辨率2^23=8388608脈沖；減速后絲杠單圈脈沖16777216；導程10mm→每脈沖10000/16777216≈0.000596μm，取0.61μm（四舍五入）。5.【計算】一臺六軸機器人J5關節(jié)采用諧波減速+伺服直驅，諧波減速比120，電機轉子慣量0.12kg·m2，連桿側等效慣量0.8kg·m2，忽略摩擦，求電機軸折算總慣量。答案：0.12+0.8/1202=0.12+0.0000556=0.120056kg·m2解析：折算公式J總=Jm+JL/i2，JL為負載側慣量，i為減速比。6.【判斷】在相同負載下，行星減速器回程間隙一定小于諧波減速器。答案：錯解析：諧波預緊后回程間隙可<1arcmin，高端行星減速器亦可達1arcmin，但普通行星>3arcmin，不能一概而論。7.【簡答】說明為什么重載機器人J1軸優(yōu)先采用RV減速器而非諧波減速器。答案：RV減速器采用兩級減速（行星+擺線），多齒嚙合，剛性高，抗沖擊能力強；諧波柔輪壁薄，在重載與沖擊下易疲勞開裂；RV的針齒機構可承受更大徑向/軸向力，更適合基座高扭矩工況。8.【案例分析】某碼垛機器人J4軸頻繁出現(xiàn)“抖動+過熱”，排查發(fā)現(xiàn)諧波減速器柔輪內孔出現(xiàn)周向裂紋，分析失效根因并提出改進方案。答案：根因：柔輪為懸臂安裝，徑向力導致彎曲疲勞；電機軸與減速器輸入軸同軸度超差0.08mm，運行中產生附加彎矩；潤滑脂牌號不符，摩擦因數升高。改進：①采用柔性聯(lián)軸器吸收偏心；②安裝時同軸度控制在0.02mm內；③換用低溫長壽命諧波專用脂；④在柔輪外圈增加支撐軸承，改為兩端支承結構，降低彎曲應力。二、伺服驅動與運動控制1.【單選】某伺服驅動器電流環(huán)采樣頻率16kHz，速度環(huán)4kHz，位置環(huán)1kHz，若采用傳統(tǒng)PI調節(jié)，下列哪組參數組合最可能誘發(fā)速度環(huán)4kHz諧振？A.Kp=200,Ki=2000?B.Kp=800,Ki=800?C.Kp=1200,Ki=1200?D.Kp=1800,Ki=100答案：C解析：速度環(huán)帶寬≈Ki/(2πKp)，當Kp與Ki同時過高且相等時，相位裕度最小，易在采樣頻率1/4處（4kHz）出現(xiàn)諧振峰值。2.【單選】EtherCAT分布式時鐘（DC）同步精度主要受哪一項因素影響最大？A.線纜長度?B.從站PHY抖動?C.主站操作系統(tǒng)調度延遲?D.幀間間隙答案：B解析：PHY層時鐘恢復抖動直接決定DC同步誤差，通常在10ns級；操作系統(tǒng)延遲僅影響初始偏移，運行中DC會補償。3.【多選】下列關于伺服“三環(huán)”調諧順序描述正確的是：A.先電流環(huán)，再速度環(huán)，最后位置環(huán)?B.電流環(huán)可沿用出廠參數?C.速度環(huán)帶寬應高于位置環(huán)3~5倍?D.位置環(huán)積分器必須關閉答案：A、B、C解析：位置環(huán)通常只用P或PI，積分器可保留以消除靜差，D錯誤。4.【填空】若采用S曲線加減速，最大加速度A=4000rad/s2，加加速度J=80000rad/s3，則達到最大加速度所需時間為________ms。答案：50解析：t=A/J=4000/80000=0.05s=50ms。5.【計算】某機器人關節(jié)電機額定轉矩12N·m，瞬時最大轉矩36N·m，轉子慣量0.2kg·m2，減速比160，忽略損耗，求該關節(jié)最大理論角加速度。答案：α=36/(0.2×160)=1.125rad/s2解析：折算到電機軸最大加速度=最大轉矩/轉子慣量；關節(jié)側需除以減速比。6.【判斷】采用高分辨率編碼器一定能提高伺服系統(tǒng)帶寬。答案：錯解析：帶寬受限于機械諧振、電流環(huán)延遲等，編碼器分辨率過高而采樣頻率不足時，量化噪聲反而降低相位裕度。7.【簡答】說明伺服驅動器“模型前饋”與“擾動觀測器”在抑制負載擾動上的差異。答案：模型前饋基于指令預測所需轉矩，提前補償，但對模型誤差敏感；擾動觀測器將實際轉矩與模型輸出之差視為擾動，通過Q濾波器實時估計并補償，對未知擾動魯棒，但引入相位延遲，需權衡帶寬與噪聲。8.【案例分析】某Delta機器人拾放節(jié)拍從120次/min降至90次/min即出現(xiàn)末端抖動，示波器測得速度環(huán)給定與實際速度在180Hz處出現(xiàn)±5%振蕩，分析原因并給出調諧步驟。答案：原因：180Hz為機械臂一階模態(tài)，速度環(huán)增益過高激發(fā)諧振。步驟：①降低速度環(huán)Kp30%，Ki不變；②在電流環(huán)注入正弦掃頻，確認諧振頻率；③采用雙二階陷波器，中心頻率180Hz，帶寬30Hz，深度?12dB；④重新提高速度環(huán)增益至原90%，測試階躍響應無超調；⑤若仍不足，啟用加速度反饋，系數0.4，提高阻尼比至0.7。三、機器人運動學與動力學1.【單選】對6R機器人而言，下列哪一項不是Pieper準則給出的解析解條件？A.后三軸交于一點?B.前三軸平行?C.相鄰連桿扭角為0°或±90°?D.連桿長度非零答案：B解析：Pieper準則要求后三軸交于一點且相鄰扭角為0°或±90°，與前三軸是否平行無關。2.【單選】若采用數值逆解，下列哪種算法對奇異點最敏感？A.Jacobian轉置法?B.DampedLeastSquares?C.NewtonRaphson?D.LevenbergMarquardt答案：A解析：Jacobian轉置法在奇異點附近步長急劇減小，收斂極慢；DLS與LM引入阻尼，魯棒性更好。3.【多選】下列關于動力學參數辨識描述正確的是：A.最小參數集可通過SVD獲得?B.激勵軌跡需條件數最小?C.摩擦力模型需包含Stribeck效應?D.加速度信號無需濾波答案：A、B、C解析：加速度信號含高頻噪聲，必須低通濾波，D錯誤。4.【填空】某6R機器人基坐標系到末端齊次變換矩陣T，若第3列第4個元素為?200mm，則表明________軸方向偏移量為?200mm。答案：Z解析：齊次矩陣第3列為Z軸方向向量，第4列為位置向量，第3列第4元素即Z向偏移。5.【計算】已知2R平面機械臂L1=300mm，L2=250mm，θ1=30°，θ2=?45°，求末端坐標(x,y)。答案：x=300cos30°+250cos(30°?45°)=300×0.866+250×0.9659=259.8+241.5=501.3mm；y=300sin30°+250sin(?15°)=150?64.7=85.3mm。6.【判斷】對于6R機器人，若Jacobian矩陣行列式為零，則該位姿一定不可達。答案：錯解析：Jacobian奇異僅意味著失去某一方向運動能力，位姿可達但失去自由度。7.【簡答】說明為什么動力學模型中“連桿慣量張量”必須對稱正定。答案：慣量張量由質量分布積分得到，根據定義I_ij=∫(r2δ_ij?x_ix_j)dm，顯然I_ij=I_ji；動能Ek=?ω^TIω必須大于零對任意非零ω，故I需正定。8.【案例分析】某焊接機器人在直線焊縫中段出現(xiàn)“跑偏”2mm，離線編程與在線示教點一致，分析可能原因并給出排查流程。答案：原因：①基坐標系標定誤差，TCP未更新；②工件坐標系Wobj被意外偏移；③關節(jié)編碼器零位漂移；④末端負載慣量變化導致路徑跟蹤誤差。流程：①用尖錐TCP重測四點法，計算新TCP，誤差<0.5mm；②激光跟蹤儀實測工件坐標三點，與示教值比對，若偏移>1mm則重新標定Wobj；③單軸回零并檢查零位標記，若零位丟失則重新校準；④在焊縫起點執(zhí)行低速圓弧指令，觀察跑偏方向，若始終朝基座某一方向，則Jacobian奇異或增益問題，調整速度前饋增益+20%；⑤若跑偏隨機，則檢查編碼器電池電壓<3.1V，更換電池并重新回零。四、感知與視覺引導1.【單選】在EyeinHand方案中，若相機安裝于機器人J6法蘭，手眼標定求解的是：A.相機到基座變換?B.相機到末端法蘭變換?C.末端到相機變換?D.基座到相機變換答案：C解析：EyeinHand標定求的是末端到相機的齊次變換X，使得AX=XB。2.【單選】對結構光3D相機，下列哪一項誤差與“投影儀非線性伽馬”無關？A.相位展開誤差?B.深度系統(tǒng)誤差?C.點云拼接錯位?D.鏡頭徑向畸變答案：D解析：徑向畸變?yōu)殓R頭固有像差，與投影儀伽馬非線性無關。3.【多選】下列關于深度學習缺陷檢測描述正確的是：A.數據增強可降低過擬合?B.IOU>0.5即視為檢出?C.小目標檢測需增大輸入分辨率?D.遷移學習可縮短訓練時間答案：A、C、D解析：IOU閾值依項目需求設定，0.5非絕對標準，B錯誤。4.【填空】若2D視覺引導抓取圓片，圓心像素坐標(1024,768)，像素當量0.05mm/pixel，相機與機器人基座夾角30°，則機器人X方向補償量需乘以________系數。答案：1/cos30°=1.1547解析：傾斜拍攝導致深度方向放大，需按斜邊換算。5.【計算】某激光位移傳感器線性度±0.1%F.S.，量程±100mm，測量鋁件臺階，讀數差45mm，則最大可能誤差為________mm。答案：0.1%×100mm=0.1mm（單點），臺階差為兩點讀數差，誤差合成√(0.12+0.12)=0.14mm。6.【判斷】在視覺伺服中，若圖像特征雅可比矩陣條件數過大，則系統(tǒng)一定不穩(wěn)定。答案：錯解析：條件數大意味著對噪聲敏感，但可通過阻尼偽逆或Kalman濾波保持穩(wěn)定，只是精度下降。7.【簡答】說明“結構光相機熱漂移”產生機理及補償方法。答案：機理：投影儀LED發(fā)熱導致中心波長漂移，衍射光柵膨脹，相位高度映射系數改變；補償：①內置熱電偶實時測溫，建立溫度相位查找表；②每升溫5℃重新標定一次相位高度系數；③采用參考平面板在線校正，每次掃描前采集參考板點云，擬合平面參數更新模型。8.【案例分析】某視覺引導螺絲機出現(xiàn)“假漏鎖”報警，實際螺絲已擰緊，分析原因并給出解決策略。答案：原因：①扭矩閾值設置過高，螺絲頭輕微下沉即觸發(fā)NG；②視覺檢測ROI偏移，螺絲邊緣被遮擋導致未檢出；③現(xiàn)場光照變化使螺絲頭反光，模板匹配得分低于閾值。策略：①采集20組OK/NG樣本，重新訓練SVM分類器，調整扭矩下限?5%；②將ROI擴大1.2倍并增加邊緣梯度特征；③安裝環(huán)形無影光源，亮度可調，采用自適應閾值分割；④增加二次確認：若視覺NG但扭矩合格，則旋轉J4軸5°再拍一次，減少誤判。五、編程與調試1.【單選】在ROS2中，下列哪條指令可查看節(jié)點“/robot_driver”訂閱的所有話題？A.ros2nodeinfo/robot_driver?B.ros2topiclist?C.ros2nodelist?D.ros2servicelist答案：A解析：ros2nodeinfo可列出訂閱與發(fā)布話題。2.【單選】在ABBRAPID中，要使機器人沿路徑減速至零后執(zhí)行下一指令，應采用：A.MoveJp10,v1000,z50,tGripper?B.MoveLp10,v1000,fine,tGripper?C.MoveLp10,v1000,z0,tGripper?D.MoveCDOp10,v1000,z10,tGripper,do1,1答案：B解析：fine表示精確到達，速度降為零。3.【多選】下列關于Python編寫FANUCEthernet/IPSDK描述正確的是：A.需先建立FOCAS句柄?B.可實時讀取伺服電流?C.可遠程修改位置寄存器?D.支持上傳TP程序答案：B、C、D解析：FOCAS用于CNC，非機器人；機器人SocketSDK支持B、C、D。4.【填空】在KUKAKRL中，要使SPS循環(huán)周期固定12ms，應將系統(tǒng)變量$CYCFLAG________設為TRUE。答案：$CYCFLAG[1]解析：KUKA通過$CYCFLAG[1]激活12ms固定周期中斷。5.【編程】寫出一段YaskawaMotomanINFORM程序，實現(xiàn)：機器人從HOME出發(fā)，沿X正向移動200mm，速度50%，然后輸出DO[1]=ON，延時0.5s，返回HOME。答案