工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成考試2025年押題卷及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分。每題只有一個正確答案，請將正確選項字母填入括號內(nèi)）1.在工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成項目中，下列哪一項最能直接決定末端執(zhí)行器的選型？A.機(jī)器人品牌B.工件材質(zhì)與幾何特征C.控制柜防護(hù)等級D.示教器語言版本（答案：B）2.某六軸機(jī)器人基坐標(biāo)系下X正方向指向生產(chǎn)線前方，若用戶坐標(biāo)系UF1通過“三點法”標(biāo)定，其中X軸點取在機(jī)器人左側(cè)，則UF1的X軸與基坐標(biāo)系X軸的夾角約為：A.0°B.90°C.180°D.?90°（答案：B）3.在Profinet環(huán)網(wǎng)冗余設(shè)計中，若交換機(jī)支持IRT模式，其最主要目的是：A.降低電纜成本B.實現(xiàn)微秒級時鐘同步C.增加節(jié)點數(shù)量D.減少IP地址占用（答案：B）4.使用PLCopenPart4規(guī)范對機(jī)器人進(jìn)行運動控制時，下列哪種功能塊用于觸發(fā)直線插補(bǔ)？A.MC_MoveVelocityB.MC_MoveLinearC.MC_MoveCircularD.MC_Power（答案：B）5.在SafetyPLC與機(jī)器人安全I(xiàn)/O交互時，若采用雙通道互鎖+OSSD信號，下列哪項指標(biāo)最能反映安全等級滿足PLe？A.平均危險失效時間MTTFd>100年B.診斷覆蓋率DC=90%C.共因失效因子CCF=55D.平均修復(fù)時間MTTR<10min（答案：A）6.某項目采用集中式控制架構(gòu)，PLC與機(jī)器人通過EtherNet/IP實時通信，若機(jī)器人控制器掃描周期4ms，PLC掃描周期8ms，則理論上最大同步延遲約為：A.2msB.4msC.8msD.12ms（答案：D）7.在RobotStudio“StationLogic”中，若需將SmartComponent的Boolean信號與機(jī)器人系統(tǒng)信號crossconnected，應(yīng)使用：A.SignalMapperB.PropertyEditorC.CodeSnippetD.CalibrationPendulum（答案：A）8.對同一型號機(jī)器人，若將負(fù)載慣量比從3:1降至1:1，則其路徑絕對定位精度通常會：A.提高B.降低C.不變D.先降低后提高（答案：A）9.在3C行業(yè)螺絲鎖付工站，若采用伺服批+浮動批桿方案，最主要解決的技術(shù)痛點是：A.批頭磨損B.螺絲浮鎖C.批桿徑向跳動D.批頭過熱（答案：B）10.某AGV與機(jī)器人協(xié)同作業(yè)，AGV?？课恢弥貜?fù)精度±5mm，機(jī)器人抓取精度±0.1mm，為消除累積誤差，最合理的補(bǔ)償方式是：A.提高AGV速度B.機(jī)器人基座整體平移C.視覺二次定位D.增加機(jī)器人臂展（答案：C）二、多項選擇題（每題3分，共15分。每題有兩個或兩個以上正確答案，多選、少選、錯選均不得分）11.下列哪些措施可有效降低機(jī)器人集成線節(jié)拍時間？A.雙抓手交替抓取B.機(jī)器人等待工位安裝光幕C.伺服變位機(jī)與機(jī)器人聯(lián)動D.采用高速SCARA替換六軸E.增加安全圍欄高度（答案：A、C、D）12.在機(jī)器人電弧焊系統(tǒng)中，若出現(xiàn)“起弧失敗”報警，可能原因包括：A.焊絲干伸長過大B.保護(hù)氣流量不足C.TCP速度超出限制D.焊機(jī)水冷機(jī)未啟動E.工件接地不良（答案：A、B、E）13.關(guān)于機(jī)器人協(xié)同作業(yè)（CoopMode），下列描述正確的是：A.需至少兩臺機(jī)器人共享同一工作空間B.必須采用同一品牌控制器C.需配置安全協(xié)同空間監(jiān)控D.可通過EtherCAT實現(xiàn)<1ms同步E.任何模式下均可全速運行（答案：A、C、D）14.在視覺引導(dǎo)抓取紙箱場景中，若深度相機(jī)點云出現(xiàn)“黑洞”，可能由以下哪些因素導(dǎo)致？A.紙箱表面吸光材質(zhì)B.環(huán)境紅外過強(qiáng)C.相機(jī)曝光時間過短D.紙箱貼有高反光膠帶E.觸發(fā)信號延遲（答案：A、B、D）15.下列哪些屬于機(jī)器人系統(tǒng)“數(shù)字孿生”必須滿足的核心要素？A.實時數(shù)據(jù)驅(qū)動B.物理模型與虛擬模型雙向映射C.必須采用5G通信D.支持離線調(diào)試E.具備AI自學(xué)習(xí)算法（答案：A、B、D）三、填空題（每空2分，共20分）16.在機(jī)器人運動學(xué)中，若第3關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角θ3=30°，連桿長度a2=400mm，則對應(yīng)的連桿末端在基坐標(biāo)系X方向增量為________mm。（答案：400×cos30°≈346.4）17.某伺服焊鉗最大靜壓力為4500N，若杠桿比為1:8，則伺服電機(jī)側(cè)所需扭矩約為________Nm。（忽略摩擦，答案：4500/8×0.01=5.625）18.在ISO102181:2011中，規(guī)定協(xié)作機(jī)器人最大動態(tài)功率限值為________W。（答案：80）19.若機(jī)器人末端線速度恒定為v=1000mm/s，轉(zhuǎn)彎半徑r=250mm，則向心加速度為________m/s2。（答案：4）20.在PLC與機(jī)器人Socket通信中，若采用TCP/IP，機(jī)器人作為Server，其默認(rèn)端口號為________。（答案：80）21.某項目使用G代碼控制機(jī)器人銑削，若G64表示連續(xù)路徑模式，則G60表示________模式。（答案：精確定位）22.在機(jī)器人激光切割中，若噴嘴孔徑1.2mm，輔助氣體壓力設(shè)定1.0MPa，則氣體體積流量近似計算可采用________方程。（答案：ISO6358）23.若機(jī)器人第六軸減速機(jī)減速比i=100，電機(jī)編碼器分辨率17bit，則單圈角度分辨率為________角秒。（答案：360×60×60/2^17≈9.9）24.在SafetyBusp網(wǎng)絡(luò)中，若使用RSSD報文，其最大數(shù)據(jù)長度為________字節(jié)。（答案：256）25.某機(jī)器人工作站在冬季出現(xiàn)“零點丟失”頻繁，最可能的環(huán)境誘因是________。（答案：溫度梯度大導(dǎo)致熱脹冷縮）四、判斷題（每題1分，共10分。正確打“√”，錯誤打“×”）26.機(jī)器人絕對精度僅與編碼器分辨率有關(guān)，與連桿幾何誤差無關(guān)。（×）27.在STO（SafeTorqueOff）激活后，機(jī)器人軸仍可手動推動。（√）28.采用離線編程時，若未考慮真實夾具剛度，會導(dǎo)致虛擬調(diào)試與現(xiàn)場節(jié)拍差異大。（√）29.對于同一型號機(jī)器人，其重復(fù)定位精度一定高于絕對定位精度。（√）30.在機(jī)器人打磨中，若接觸力恒定，則材料去除率與TCP速度成反比。（×）31.機(jī)器人控制器IP地址與示教器IP地址必須處于同一網(wǎng)段才能升級固件。（×）32.當(dāng)機(jī)器人處于T2手動全速模式時，安全圍欄門被打開會立即觸發(fā)Category0停機(jī)。（√）33.在RSLogix5000中，若要將機(jī)器人UDT結(jié)構(gòu)體導(dǎo)入，需使用L5K格式。（√）34.機(jī)器人第七軸（導(dǎo)軌）的伺服驅(qū)動器可直接使用機(jī)器人本體驅(qū)動器，無需額外放大器。（×）35.在視覺系統(tǒng)中，若采用EyeinHand方案，則相機(jī)坐標(biāo)系與機(jī)器人法蘭坐標(biāo)系之間的齊次變換矩陣需通過手眼標(biāo)定獲得。（√）五、簡答題（封閉型，每題5分，共15分）36.簡述機(jī)器人系統(tǒng)集成項目中“機(jī)械接口”設(shè)計必須包含的五個要素。答案：1.法蘭規(guī)格（ISO9409150、63、80等）；2.最大允許靜載與彎矩；3.重復(fù)定位精度要求；4.安裝面粗糙度與平面度；5.防呆銷孔或鍵槽尺寸及公差。37.列舉造成機(jī)器人“振動”的三類電氣原因并給出對應(yīng)排查方法。答案：1.伺服增益過高——使用示波器觀察轉(zhuǎn)矩波動，降低速度環(huán)增益；2.編碼器干擾——檢查屏蔽層接地，測量信號抖動；3.電源諧波——用電能質(zhì)量分析儀檢測THD，加裝濾波器。38.在協(xié)作機(jī)器人應(yīng)用中，如何僅用“功率與力限值”實現(xiàn)PLd以上安全等級？答案：采用雙通道扭矩傳感器+雙CPU交叉校驗，滿足ISO138491Category3，DC≥99%，MTTFd高，CCF≥65，通過冗余及診斷實現(xiàn)PLd。六、簡答題（開放型，每題10分，共20分）39.某汽車零部件廠計劃將人工焊縫打磨工位改為機(jī)器人自動化。工件為1.2mm厚高強(qiáng)度鋼焊縫，長度80300mm不等，打磨余量0.20.4mm，表面粗糙度要求Ra≤6.3μm，節(jié)拍≤45s。請給出完整的系統(tǒng)架構(gòu)圖（文字描述），并說明力控、視覺、除塵、砂帶磨損補(bǔ)償四大子系統(tǒng)的實現(xiàn)思路。答案：系統(tǒng)架構(gòu)：1.設(shè)備層：六軸機(jī)器人（負(fù)載20kg，臂展1.7m）+浮動打磨頭（伺服旋轉(zhuǎn)+主動法向力控0100N）+雙砂帶機(jī)（粗、精雙工位）+激光輪廓儀（KeyenceLJX800）+干式除塵柜（風(fēng)量4000m3/h）+快換夾具庫（8套）。2.控制層：機(jī)器人柜與力控柜通過EtherCAT環(huán)網(wǎng)<1ms；PLC（S71500T）負(fù)責(zé)砂帶機(jī)啟停、除塵風(fēng)機(jī)變頻、快換盤氣壓；安全PLC（S71500F）監(jiān)控光柵、圍欄、力超限。3.信息層：WinCCOA記錄每條焊縫實際打磨深度、砂帶壽命、力曲線；與MES接口獲取車型二維碼，自動調(diào)用工藝配方。力控：采用六維力傳感器（ATIMini45）+機(jī)器人ForceControlPackage，恒力模式目標(biāo)力25N，浮動頭行程±10mm，通過PI算法實時修正Z向偏移。視覺：打磨前激光輪廓儀掃描獲取焊縫高度圖，生成打磨軌跡并分段規(guī)劃速度；打磨后再次掃描，若余量>0.05mm則二次精修。除塵：打磨頭周邊環(huán)形吸口風(fēng)速>25m/s，變頻風(fēng)機(jī)根據(jù)機(jī)器人DO信號調(diào)速，節(jié)省能耗30%；濾芯采用PTFE覆膜，離線脈沖反吹。砂帶磨損補(bǔ)償：激光輪廓儀每完成5件測量砂帶厚度，若磨損量>0.1mm則PLC自動進(jìn)給補(bǔ)償，同時機(jī)器人調(diào)用新砂帶機(jī)；當(dāng)厚度低于極限，自動呼叫換料提示。結(jié)果：節(jié)拍38s，Ra=4.2μm，良品率99.5%，粉塵濃度<1mg/m3。40.某3C電子廠需對手機(jī)中框進(jìn)行四面螺絲鎖付，共16顆M1.4×3mm螺絲，扭矩0.12Nm，深度3.0±0.05mm，節(jié)拍需求25s?，F(xiàn)有單臺SCARA無法滿足，請設(shè)計一套“一機(jī)雙鎖”協(xié)同方案，含機(jī)器人布局、視覺定位、伺服批控制、故障處理、數(shù)據(jù)追溯，并給出關(guān)鍵計算過程。答案：布局：采用兩臺SCARA（臂展400mm）鏡像布置，中間為視覺定位工位+雙層載具回流線；每臺SCARA帶雙伺服批（共4批），一次同時鎖2顆，單臺完成8顆，理論節(jié)拍=鎖付時間+視覺時間+移動時間。視覺：2MP相機(jī)+四向穹頂光源，拍照時間0.15s，視覺處理0.08s，采用EyetoHand，兩臺機(jī)器人共享坐標(biāo)系，標(biāo)定精度±0.02mm。伺服批：采用JANOMEJCC3201，扭矩分辨率0.001Nm，角度編碼器18bit，支持“扭矩+角度+深度”三要素監(jiān)控；鎖付單顆1.2s（含下壓0.3s、旋入0.7s、確認(rèn)0.2s）。節(jié)拍計算：視覺0.23s；機(jī)器人移動路徑總長度約600mm，合成速度1200mm/s，移動時間0.5s；鎖付8顆分4次，每次1.2s，共4.8s；載具交換與壓緊2s；總節(jié)拍≈0.23+0.5+4.8+2=7.53s，雙機(jī)并行，瓶頸7.53s<25s，滿足。故障處理：1.滑牙——伺服批檢測到扭矩突變>0.18Nm，立即反轉(zhuǎn)退絲，呼叫人工；2.浮鎖——深度<2.95mm且扭矩達(dá)標(biāo)，標(biāo)記NG，下料位自動分揀；3.缺絲——真空吸嘴壓力開關(guān)<?45kPa，自動補(bǔ)吸兩次，仍失敗停機(jī)。數(shù)據(jù)追溯：每臺螺絲綁定UID，鎖付結(jié)果（扭矩曲線、深度、角度）以JSON格式經(jīng)MQTT上傳工廠云平臺，保存15年；若客戶端出現(xiàn)螺絲松動，可反向追溯到批頭編號、操作員工、環(huán)境溫濕度。七、計算題（共25分）41.（8分）某六軸機(jī)器人需將20kg箱體從A點搬運到B點，水平距離2m，垂直提升0.6m，旋轉(zhuǎn)90°，要求節(jié)拍3s。已知機(jī)器人額定負(fù)載25kg，最大合成加速度5m/s2，減速度等于加速度，最大速度1.5m/s，旋轉(zhuǎn)軸最大角速度90°/s。忽略抓放時間，僅考慮運動，請用梯形速度規(guī)劃計算是否滿足節(jié)拍，并給出總耗時。答案：分解運動：1.直線運動：水平2m，垂直0.6m，合成位移s=√(22+0.62)=2.088m。設(shè)加速段t1，勻速段t2，減速段t3，a=5m/s2，vmax=1.5m/s。加速時間t1=vmax/a=0.3s，加速距離s1=0.5at12=0.225m；減速同加速，總加減速距離0.45m；勻速距離=2.088?0.45=1.638m，t2=1.638/1.5=1.092s；直線總時間T1=2t1+t2=1.692s。2.旋轉(zhuǎn)運動：90°=π/2rad，角加速度α=90°/s÷0.3s=300°/s2；角速度梯形規(guī)劃：加速0.3s，減速0.3s，勻速段角速度90°/s，勻速角度=90°?2×0.5×αt12=90?27=63°，時間t2=63/90=0.7s；旋轉(zhuǎn)總時間T2=0.3+0.7+0.3=1.3s。3.并行執(zhí)行：直線與旋轉(zhuǎn)可重疊，取max(T1,T2)=1.692s<3s，滿足節(jié)拍，余量1.3s可用于抓放與緩沖。42.（7分）某變位機(jī)采用伺服電機(jī)+齒輪箱驅(qū)動，負(fù)載慣量JL=0.8kg·m2，齒輪箱慣量JG=0.05kg·m2，減速比i=50，電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量JM=0.002kg·m2，要求角加速度α=300rad/s2。請計算電機(jī)所需峰值扭矩（忽略摩擦）。答案：折算到電機(jī)軸總慣量J=JM+JG+JL/i2=0.002+0.05+0.8/2500=0.05232kg·m2；峰值扭矩T=Jα=0.05232×300=15.7Nm。43.（10分）某機(jī)器人打磨工站采用恒力控制，法向力設(shè)定值Fref=30N，砂帶線速度vs=20m/s，機(jī)器人進(jìn)給速度vf=100mm/s，砂帶寬度b=50mm，材料為鋁合金，比磨削能u=6J/mm3。請估算：(1)材料去除率Q（mm3/s）；(2)所需砂帶電機(jī)功率P（kW）；(3)若砂帶切削系數(shù)k=0.3×10?3mm3/(N·mm)，驗證Q是否與理論模型Q=kFvf一致。答案：(1)理論模型Q=kFvf=0.3×10?3×30×100=0.9mm3/s；(2)功率P=uQ=6×0.9=5.4W（忽略傳動損耗，實際選電機(jī)≥50W）；(3)結(jié)果一致，說明在給定k值下，恒力30N即可實現(xiàn)0.9mm3/s去除率；若需提高去除率，可線性增加F或vf。八、綜合分析題（共25分）44.（15分）某白車身補(bǔ)焊線需集成8臺機(jī)器人，完成門檻梁、側(cè)圍、底板共63個焊點。工廠要求：a.單臺機(jī)器人故障時，產(chǎn)線可降速不停產(chǎn)；b.焊點位置精度±0.5mm；c.切換新車型時間≤3min；d.安全等級PLd。請給出整體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、機(jī)器人布局、夾具快換、安全分區(qū)、故障降級策略，并說明如何滿足±0.5mm精度。答案：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌呵д篆h(huán)網(wǎng)冗余（MRP），采用ProfinetIRT，8臺機(jī)器人+4臺伺服夾具+2臺涂膠機(jī)+1臺安全PLC+1臺主PLC，所有設(shè)備通過SCALANCE交換機(jī)串聯(lián)，環(huán)網(wǎng)恢復(fù)時間<200ms。布局：采用“背靠背”雙島，每島4臺機(jī)器人，島間預(yù)留1m維修通道；島外側(cè)布置可升降夾具庫，共12副夾具，伺服橫移切換；機(jī)器人底座加裝±10mm機(jī)械微調(diào)+激光跟蹤儀閉環(huán)補(bǔ)償。夾具快換：采用H型導(dǎo)軌+零點定位系統(tǒng)（±0.005mm），氣路、電路、總線模塊集成在夾具端面，一次插拔<30s；車型信息通過RFID寫入夾具，主PLC自動調(diào)用工藝包。安全分區(qū)：每島分3個安全區(qū)，光柵+安全地毯+PSDI模式；安全PLC執(zhí)行“ZoneCombination”，任一機(jī)器人進(jìn)入維修模式，該區(qū)速度降為250mm/s，其余區(qū)保持500mm/s，實現(xiàn)降速不停產(chǎn)。故障降級：單臺故障，主PLC重算焊點分配，將63點按距離最近原則分給7臺，