工業(yè)機(jī)器人技術(shù)試題庫與答案一、單項(xiàng)選擇題（每題1分，共20分）1.工業(yè)機(jī)器人在ISO8373中的定義中，被描述為“可在三個(gè)及以上軸上編程的、固定或移動(dòng)的自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、多用途的操作機(jī)”。下列哪項(xiàng)不屬于該定義的核心要素？A.自動(dòng)控制B.可重復(fù)編程C.多用途D.具備視覺感知答案：D2.在六軸串聯(lián)關(guān)節(jié)機(jī)器人中，決定末端法蘭姿態(tài)的關(guān)節(jié)是：A.1軸B.3軸C.5軸D.6軸答案：D3.對于采用交流伺服電機(jī)的工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)，其位置反饋元件最常用的是：A.測速發(fā)電機(jī)B.增量式光電編碼器C.旋轉(zhuǎn)變壓器D.霍爾開關(guān)答案：B4.機(jī)器人在基坐標(biāo)系下完成直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，其軌跡規(guī)劃算法通常采用：A.三次多項(xiàng)式插值B.梯形速度規(guī)劃C.五次多項(xiàng)式插值D.空間直線插補(bǔ)答案：D5.在機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程中，科氏力與離心力項(xiàng)出現(xiàn)在：A.慣性矩陣B.哥氏矩陣C.重力向量D.摩擦力向量答案：B6.某機(jī)器人末端負(fù)載質(zhì)量為5kg，重心距離法蘭面100mm，若要求靜力誤差小于0.1mm，則關(guān)節(jié)剛度至少應(yīng)為：A.5N/μmB.50N/μmC.500N/μmD.5000N/μm答案：C7.在RobotStudio中，若要將虛擬控制器的I/O信號(hào)與PLC進(jìn)行以太網(wǎng)通信，需啟用的協(xié)議是：A.EtherCATB.PROFINETC.TCP/IPSocketD.ModbusRTU答案：B8.機(jī)器人工具坐標(biāo)系標(biāo)定時(shí)，采用“四點(diǎn)法”記錄四個(gè)尖點(diǎn)位置，其主要目的是：A.計(jì)算工具質(zhì)量B.計(jì)算工具坐標(biāo)系原點(diǎn)在法蘭坐標(biāo)系中的位置C.計(jì)算工具慣性矩D.計(jì)算工具重心答案：B9.在機(jī)器人弧焊應(yīng)用中，為保證焊槍姿態(tài)恒定，常采用的插補(bǔ)方式是：A.關(guān)節(jié)插補(bǔ)B.直線插補(bǔ)C.圓弧插補(bǔ)D.姿態(tài)恒定直線插補(bǔ)答案：D10.若機(jī)器人關(guān)節(jié)減速比為100，電機(jī)端編碼器分辨率為17bit，則關(guān)節(jié)端理論分辨率約為：A.0.001°C.0.01°D.0.1°答案：B11.在機(jī)器人安全類別PLe中，要求平均危險(xiǎn)失效時(shí)間（MTTFd）最低為：A.3年B.10年C.30年D.100年答案：D12.機(jī)器人工作節(jié)拍（CycleTime）主要受下列因素影響最小的是：A.加速度上限B.最大速度C.軌跡精度D.電機(jī)額定功率答案：C13.在機(jī)器人視覺抓取中，若采用EyeinHand方案，手眼標(biāo)定求解的是：A.相機(jī)內(nèi)參B.機(jī)器人基坐標(biāo)到相機(jī)的變換C.機(jī)器人法蘭到相機(jī)的變換D.相機(jī)到工件的變換答案：C14.某六軸機(jī)器人采用DenavitHartenberg建模，其4×4齊次變換矩陣中，第三列元素表示：A.原點(diǎn)位置B.X軸方向C.Y軸方向D.Z軸方向答案：D15.在機(jī)器人打磨應(yīng)用中，若要求接觸力恒為20N，應(yīng)優(yōu)先采用的控制策略是：A.位置控制B.力/位混合控制C.速度控制D.加速度前饋控制答案：B16.機(jī)器人關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動(dòng)器“三閉環(huán)”結(jié)構(gòu)中，最外環(huán)是：A.電流環(huán)B.速度環(huán)C.位置環(huán)D.溫度環(huán)答案：C17.在ROS中，發(fā)布機(jī)器人關(guān)節(jié)狀態(tài)的話題名稱默認(rèn)為：A./joint_statesB./robot_stateC./joint_trajectoryD./tf_static答案：A18.若機(jī)器人基座安裝傾斜角為2°，未進(jìn)行校準(zhǔn)，則對下列哪種應(yīng)用影響最大：A.點(diǎn)到點(diǎn)搬運(yùn)B.直線涂膠C.關(guān)節(jié)空間跳舞D.電機(jī)老化測試答案：B19.在機(jī)器人協(xié)同作業(yè)中，若兩臺(tái)機(jī)器人共享同一工作空間，必須啟用的功能是：A.單軸回零B.安全互鎖（SafetyInterlock）C.重力補(bǔ)償D.工具坐標(biāo)系標(biāo)定答案：B20.機(jī)器人末端執(zhí)行器采用真空吸盤時(shí)，其吸附力與下列哪項(xiàng)無關(guān)：A.吸盤有效面積B.真空度C.工件表面粗糙度D.機(jī)器人基座質(zhì)量答案：D二、多項(xiàng)選擇題（每題2分，共10分，多選少選均不得分）21.下列哪些屬于工業(yè)機(jī)器人常用編程方式：A.示教再現(xiàn)B.離線編程C.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)拖拽編程D.手工G代碼輸入E.自然語言語音編程答案：ABC22.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正解計(jì)算需要已知：A.各關(guān)節(jié)DH參數(shù)B.各關(guān)節(jié)變量C.末端負(fù)載質(zhì)量D.連桿長度E.電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量答案：ABD23.在機(jī)器人弧焊起始點(diǎn)檢出（TouchSensing）過程中，機(jī)器人需要：A.降低速度B.關(guān)閉焊絲送絲C.啟用力覺傳感器D.檢測電壓突變E.記錄接觸位置答案：ABDE24.下列哪些措施可有效降低機(jī)器人振動(dòng)：A.增大關(guān)節(jié)減速比B.采用輸入整形技術(shù)C.提高采樣頻率D.降低末端質(zhì)量E.提高速度環(huán)增益答案：BCD25.關(guān)于機(jī)器人安全等級Cat.3與Cat.4，下列說法正確的是：A.Cat.4要求單故障安全B.Cat.3要求單故障檢測C.Cat.4需冗余+監(jiān)控D.Cat.3可用單通道E.兩者均適用于PLe答案：BCE三、填空題（每空1分，共20分）26.機(jī)器人學(xué)中，將關(guān)節(jié)空間映射到任務(wù)空間的微分關(guān)系稱為________矩陣，其維度為________。答案：雅可比，6×n（n為關(guān)節(jié)數(shù)）27.在DH參數(shù)中，連桿扭角αi1定義為沿Xi1軸由Zi1轉(zhuǎn)向________軸的夾角。答案：Zi28.若機(jī)器人關(guān)節(jié)最大加速度為50rad/s2，減速比為80，電機(jī)端加速度可達(dá)________rad/s2。答案：400029.機(jī)器人末端重復(fù)定位精度測試標(biāo)準(zhǔn)ISO9283規(guī)定，測試路徑應(yīng)為________形，速度為額定速度的________%。答案：立方，5030.在機(jī)器人控制系統(tǒng)中，PID控制器積分飽和可通過________法抑制。答案：抗積分飽和（或積分分離）31.某機(jī)器人基坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的齊次變換矩陣為T，若T=[010100；100200；001300；0001]，則基坐標(biāo)系原點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為________。答案：(100,200,300)32.機(jī)器人視覺抓取中，若相機(jī)分辨率為1280×1024，視野為320mm×256mm，則單像素當(dāng)量為________mm。答案：0.2533.在機(jī)器人激光切割應(yīng)用中，若要求軌跡誤差≤±0.05mm，則關(guān)節(jié)伺服環(huán)位置環(huán)帶寬一般需高于________Hz。答案：3034.機(jī)器人末端執(zhí)行器更換后，必須重新進(jìn)行________標(biāo)定，否則會(huì)導(dǎo)致________誤差。答案：工具坐標(biāo)系，軌跡35.在機(jī)器人協(xié)同搬運(yùn)中，若兩機(jī)器人通過EtherCAT共享力矩?cái)?shù)據(jù)，周期為1ms，則通信抖動(dòng)應(yīng)小于________μs才能保證力控穩(wěn)定。答案：5036.機(jī)器人關(guān)節(jié)諧波減速器柔輪材料通常采用________鋼，其熱處理工藝為________。答案：高彈性合金，調(diào)質(zhì)+氮化37.若機(jī)器人工作半徑為1600mm，底座安裝孔分布圓直徑為250mm，則底座螺栓所受最大傾覆力矩約為額定負(fù)載與________乘積。答案：工作半徑38.在機(jī)器人離線編程軟件中，軌跡點(diǎn)姿態(tài)常用________角表示，其順序?yàn)閆YX。答案：歐拉39.機(jī)器人安全圍欄高度不得低于________mm，底部離地間隙不得大于________mm。答案：1400，18040.機(jī)器人末端力傳感器測量的是________坐標(biāo)系下的力和力矩。答案：傳感器自身四、簡答題（共6題，每題5分，共30分）41.封閉型：簡述六軸串聯(lián)機(jī)器人奇異點(diǎn)的三種類型，并給出避免奇異點(diǎn)的工程措施。答案：(1)腕部奇異：4軸與6軸共線，導(dǎo)致4、6軸無限速度；避免措施：規(guī)劃路徑時(shí)保持5軸≠0°。(2)肩部奇異：2軸使腕部中心位于1軸軸線上；避免措施：限制1軸速度或重新布局工件。(3)肘部奇異：3軸使腕部中心與2、3軸共面；避免措施：路徑插補(bǔ)時(shí)保持肘部角度非零。工程上可通過冗余自由度、軌跡優(yōu)化算法或人工勢場法避開奇異區(qū)域。42.開放型：列舉并比較工業(yè)機(jī)器人常用現(xiàn)場總線（EtherCAT、PROFINET、DeviceNet）在實(shí)時(shí)性、拓?fù)?、帶寬三方面的差異。答案：EtherCAT：實(shí)時(shí)性<1ms，線型/環(huán)型拓?fù)洌瑤?00Mbps，從站處理幀延遲低；PROFINET：實(shí)時(shí)性1–10ms，星型/線型，帶寬100Mbps，支持IRT硬實(shí)時(shí)；DeviceNet：實(shí)時(shí)性5–20ms，總線型，帶寬500kbps，節(jié)點(diǎn)數(shù)最多64；結(jié)論：高速高精度協(xié)同優(yōu)先EtherCAT；與西門子PLC無縫集成優(yōu)先PROFINET；低成本老設(shè)備維護(hù)可用DeviceNet。43.封閉型：寫出機(jī)器人單關(guān)節(jié)質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)傳遞函數(shù)，并說明各參數(shù)物理意義。答案：G(s)=1/(Js2+Bs+K)J：關(guān)節(jié)等效慣量(kg·m2)；B：阻尼系數(shù)(N·m·s/rad)；K：剛度(N·m/rad)。該二階系統(tǒng)描述關(guān)節(jié)在力矩輸入下的角位移響應(yīng)，用于分析共振頻率與穩(wěn)定性。44.開放型：說明機(jī)器人工具坐標(biāo)系六點(diǎn)法標(biāo)定步驟，并指出誤差來源。答案：步驟：(1)安裝尖錐工具；(2)以不同姿態(tài)移動(dòng)尖點(diǎn)接觸空間固定尖錐，記錄六組關(guān)節(jié)角；(3)軟件計(jì)算工具坐標(biāo)系原點(diǎn)在法蘭坐標(biāo)系中的位置；(4)可選增加方向點(diǎn)確定Z軸；誤差來源：尖點(diǎn)磨損、接觸重復(fù)性、關(guān)節(jié)角讀數(shù)誤差、減速器背隙、溫度漂移。減小方法：使用高精度紅寶石尖點(diǎn)、多次平均、在恒溫環(huán)境標(biāo)定。45.封閉型：解釋機(jī)器人“加速度前饋”原理，并給出其控制器結(jié)構(gòu)框圖文字描述。答案：原理：根據(jù)期望軌跡加速度乘以關(guān)節(jié)慣量估計(jì)值，提前生成力矩補(bǔ)償，減小跟蹤滯后。結(jié)構(gòu)：位置指令→二階微分得加速度→乘以慣量估計(jì)→力矩前饋；同時(shí)位置誤差經(jīng)PID生成修正力矩；兩路力矩相加輸出到電流環(huán)。46.開放型：描述機(jī)器人碰撞檢測的兩種實(shí)現(xiàn)方式，并比較其優(yōu)缺點(diǎn)。答案：(1)基于力矩觀測：實(shí)時(shí)比較實(shí)際力矩與模型預(yù)測力矩，殘差超閾值即停機(jī)；優(yōu)點(diǎn)無需額外傳感器，成本低；缺點(diǎn)依賴模型精度，易受負(fù)載變化影響。(2)基于六維力傳感器：直接讀取外力，超閾值停機(jī)；優(yōu)點(diǎn)靈敏度高，響應(yīng)快；缺點(diǎn)成本高，需額外布線。綜合：輕載高速場合優(yōu)先力矩觀測；精密裝配或人機(jī)協(xié)作優(yōu)先六維力傳感器。五、應(yīng)用題（共5題，共50分）47.計(jì)算題（10分）已知六軸機(jī)器人2軸連桿長度a2=600mm，3軸連桿長度a3=500mm，忽略連桿偏置。當(dāng)θ2=30°、θ3=?60°時(shí)，求腕部中心在基坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(x,y,z)。答案：x=a2cosθ2+a3cos(θ2+θ3)=600cos30°+500cos(?30°)=600×0.866+500×0.866=519.6+433.0=952.6mmy=0（腕部中心位于XZ平面）z=a2sinθ2+a3sin(θ2+θ3)=600sin30°+500sin(?30°)=300?250=50mm故坐標(biāo)為(952.6,0,50)mm。48.分析題（10分）某機(jī)器人采用EtherCAT總線，周期1ms，驅(qū)動(dòng)器位置環(huán)增益Kp=2000(digit/rad)，電機(jī)端17bit編碼器，減速比100。當(dāng)關(guān)節(jié)受到0.1°外部擾動(dòng)時(shí)，計(jì)算電機(jī)端需要補(bǔ)充的脈沖數(shù)，并分析該擾動(dòng)對末端重復(fù)定位精度的影響（機(jī)器人臂長800mm）。答案：0.1°=0.1×π/180=0.001745rad電機(jī)端角度=0.001745×100=0.1745rad脈沖當(dāng)量=2^17/2π=131072/6.2832≈20860pulse/rad補(bǔ)充脈沖=0.1745×20860≈3640pulse末端線性誤差=800mm×0.001745≈1.396mm結(jié)論：0.1°關(guān)節(jié)擾動(dòng)導(dǎo)致末端超差1.4mm，遠(yuǎn)超±0.1mm重復(fù)定位精度要求，需提高關(guān)節(jié)剛度或增加閉環(huán)帶寬。49.綜合題（10分）設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)器人搬運(yùn)節(jié)拍優(yōu)化方案：負(fù)載5kg，行程A→B直線距離2m，最大速度2m/s，最大加速度5m/s2，減速度相同，要求停穩(wěn)后停留0.5s。計(jì)算理論最短節(jié)拍，并提出兩項(xiàng)進(jìn)一步縮短節(jié)拍的工程措施。答案：梯形規(guī)劃：加速段t1=v/a=2/5=0.4s，位移s1=0.5at12=0.5×5×0.16=0.4m減速段相同，總加減速位移0.8m，勻速段位移1.2m，時(shí)間t2=1.2/2=0.6s總運(yùn)動(dòng)時(shí)間=0.4+0.6+0.4=1.4s，加停留0.5s，理論節(jié)拍1.9s措施：(1)加速度提升至7m/s2，時(shí)間縮短至0.286s，節(jié)拍降至1.486+0.5=1.586s；(2)采用S曲線加減速，減少振動(dòng)，允許加速度提升10%，節(jié)拍再降約0.05s。50.編程題（10分）閱讀下列RAPID代碼片段，指出錯(cuò)誤并修正，使其完成“從p10到p20直線運(yùn)動(dòng)，速度v500，Zonez10，同時(shí)輸出doGrip=1”的功能。原碼：MoveLp10,v500,z10,tGripper;SetdoGrip;MoveLp20,v500,fine,tGripper;答案：錯(cuò)誤：SetdoGrip在fine點(diǎn)之后，且未指定Zone。修正：MoveLp10,v500,z10,tGripper;SetDOdoGrip,1;MoveLp20,v500,z10,tGripper;51.設(shè)計(jì)題（10分）某汽車零部件需機(jī)器人與PLC協(xié)同裝配，要求：(1)機(jī)器人抓取銷軸→插入閥體→插入力≤50N；(2)PLC控制閥體夾具打開/關(guān)閉；(3)若插入力超差，機(jī)器人需回退50mm并報(bào)警。