2025年《工業(yè)機(jī)器人》試卷及參考答案一、單項(xiàng)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(xiàng)字母填入括號內(nèi)）1.工業(yè)機(jī)器人最常用的驅(qū)動方式是（）。A.液壓驅(qū)動B.氣動驅(qū)動C.電動伺服驅(qū)動D.人力驅(qū)動答案：C2.在示教器上完成“工具坐標(biāo)系標(biāo)定”時，必須記錄的點(diǎn)數(shù)最少為（）。A.3點(diǎn)B.4點(diǎn)C.5點(diǎn)D.6點(diǎn)答案：B3.六軸串聯(lián)機(jī)器人逆運(yùn)動學(xué)求解出現(xiàn)多組解時，現(xiàn)場最常用的擇優(yōu)策略是（）。A.取關(guān)節(jié)角絕對值最小B.取腕部姿態(tài)最接近當(dāng)前姿態(tài)C.取基座受力最小D.隨機(jī)抽取答案：B4.根據(jù)ISO102181:2011，協(xié)作機(jī)器人“功率與力限制”模式下，人體胸部允許瞬態(tài)接觸力上限為（）。A.50NB.80NC.120ND.150N答案：D5.某型號SCARA機(jī)器人在J3軸加裝絕對式編碼器，掉電后重新上電仍需回零，最可能的原因是（）。A.編碼器損壞B.伺服驅(qū)動器電池失效C.控制器固件版本過低D.減速器背隙過大答案：B6.在ROS2中發(fā)布sensor_msgs/JointState話題時，字段name與position的數(shù)組長度必須滿足（）。A.name長度≥position長度B.name長度=position長度C.name長度≤position長度D.無要求答案：B7.使用MatlabRoboticsToolbox建立機(jī)器人模型時，函數(shù)SerialLink的參數(shù)‘qlim’用于設(shè)置（）。A.連桿長度B.關(guān)節(jié)極限C.減速比D.電機(jī)慣量答案：B8.某弧焊工作站采用TIG工藝，機(jī)器人TCP速度為0.3m/min，焊絲送給速度為1.2m/min，則焊絲伸出長度對焊接成形質(zhì)量的影響規(guī)律是（）。A.伸出越長，熔深越大B.伸出越長，氣孔傾向降低C.伸出越短，電弧越穩(wěn)定D.伸出長度對成形無影響答案：C9.在工業(yè)現(xiàn)場，利用Ethernet/IP與機(jī)器人控制器通信時，最常用的周期性數(shù)據(jù)交換端口是（）。A.TCP44818B.UDP2222C.TCP502D.UDP47808答案：A10.對機(jī)器人末端六維力傳感器進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定，需要加載的標(biāo)準(zhǔn)載荷最少應(yīng)包含（）。A.僅FxB.Fx、Fy、FzC.Fx、Fy、Fz、Mx、My、MzD.僅Fz答案：C二、多項(xiàng)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.下列哪些屬于工業(yè)機(jī)器人離線編程軟件（）。A.RobotStudioB.ROBOGUIDEC.SolidWorksD.ProcessSimulateE.MotoSim答案：A、B、D、E12.機(jī)器人諧波減速器的主要失效形式包括（）。A.柔輪疲勞開裂B.波發(fā)生器軸承磨損C.剛輪齒面點(diǎn)蝕D.油脂老化E.輸入軸彎曲答案：A、B、C、D13.在機(jī)器人視覺抓取系統(tǒng)中，Handineye與Eyetohand配置相比，其特點(diǎn)有（）。A.相機(jī)隨機(jī)器人移動B.視野范圍固定C.標(biāo)定過程簡單D.適合大景深場景E.需考慮手眼標(biāo)定答案：A、D、E14.關(guān)于機(jī)器人安全回路，下列描述正確的有（）。A.急停按鈕為雙通道常閉B.安全門開關(guān)可單通道接入C.安全PLC可獨(dú)立切斷伺服電源D.復(fù)位按鈕必須帶防護(hù)罩E.光柵復(fù)位采用手動/自動均可答案：A、C、D15.采用阻抗控制實(shí)現(xiàn)機(jī)器人打磨時，需要實(shí)時調(diào)節(jié)的參數(shù)有（）。A.期望剛度B.期望阻尼C.期望慣量D.電機(jī)PWM占空比E.關(guān)節(jié)PID的積分限幅答案：A、B、C三、填空題（每空2分，共20分）16.某六軸機(jī)器人DH參數(shù)表中，若第5連桿的θ5=90°、d5=0、a5=0、α5=90°，則其變換矩陣中，第3行第4列元素值為________。答案：017.在FANUC機(jī)器人中，使用條件選擇指令SELECT，其最大可分支數(shù)為________。答案：2018.根據(jù)GB/T126422013，機(jī)器人位姿準(zhǔn)確度的符號為________。答案：AP19.某伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為3000r/min，減速比為1:100，則機(jī)器人關(guān)節(jié)端最大理論轉(zhuǎn)速為________r/min。答案：3020.若機(jī)器人基坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的齊次變換矩陣為T，工具坐標(biāo)系到末端法蘭的齊次變換矩陣為Ttool，則機(jī)器人正運(yùn)動學(xué)總變換可表示為________。答案：TTeTtool（Te為法蘭到工具）21.在YaskawaDX200控制器中，用于讀取系統(tǒng)變量“當(dāng)前報(bào)警代碼”的特定變量名為________。答案：S09922.采用激光跟蹤儀進(jìn)行機(jī)器人絕對定位精度檢測時，靶球安裝偏心誤差主要影響________項(xiàng)誤差。答案：位置23.某協(xié)作機(jī)器人關(guān)節(jié)采用雙編碼器方案，電機(jī)側(cè)為17位絕對式，負(fù)載側(cè)為16位絕對式，則系統(tǒng)可分辨的最小關(guān)節(jié)角約為________度。（保留3位小數(shù)）答案：0.00524.在ROS2中，啟動節(jié)點(diǎn)時若參數(shù)use_sim_time=true，則系統(tǒng)時間來源為________。答案：/clock話題25.若機(jī)器人末端執(zhí)行器質(zhì)量為5kg，重心在法蘭坐標(biāo)系下偏移(0,0,100)mm，則重力對法蘭坐標(biāo)系原點(diǎn)產(chǎn)生的力矩大小為________N·m。（g取9.81）答案：4.905四、判斷題（每題1分，共10分。正確打“√”，錯誤打“×”）26.機(jī)器人動力學(xué)參數(shù)辨識時，僅需測量關(guān)節(jié)位置而無需測量力矩。（）答案：×27.在KUKAKRC4系統(tǒng)中，可以通過提交解釋器（SubmitInterpreter）實(shí)現(xiàn)后臺并行程序。（）答案：√28.對于相同軌跡，機(jī)器人速度倍率Override從100%降至50%，則電機(jī)發(fā)熱量將線性減半。（）答案：×29.機(jī)器人末端安裝真空吸盤時，吸盤直徑越大，則所需真空度越低。（）答案：√30.在Matlab中使用robotics.PurePursuit對象時，必須提供全局參考路徑。（）答案：√31.機(jī)器人諧波減速器的傳動誤差主要來源于波發(fā)生器軸承的徑向跳動。（）答案：√32.采用力位混合控制時，若約束坐標(biāo)系設(shè)置錯誤，系統(tǒng)仍可穩(wěn)定完成打磨任務(wù)。（）答案：×33.在ABBRAPID語言中，數(shù)組下標(biāo)從0開始。（）答案：×34.機(jī)器人視覺抓取時，若物體表面為鏡面反射，則結(jié)構(gòu)光方案優(yōu)于雙目視覺方案。（）答案：×35.根據(jù)ISO9283，機(jī)器人重復(fù)定位精度測試需在額定負(fù)載條件下進(jìn)行。（）答案：√五、簡答題（共25分）36.（封閉型，6分）簡述工業(yè)機(jī)器人“工具坐標(biāo)系”與“工件坐標(biāo)系”在離線編程中的作用差異。答案：工具坐標(biāo)系定義了TCP點(diǎn)及工具姿態(tài)，用于描述機(jī)器人末端執(zhí)行器相對于法蘭的幾何關(guān)系，確保軌跡點(diǎn)按工具尖端生成；工件坐標(biāo)系則將編程坐標(biāo)系從機(jī)器人基坐標(biāo)系轉(zhuǎn)移到工件自身，使軌跡與工件剛性連接，一旦工件在現(xiàn)場移位，僅需重新標(biāo)定工件坐標(biāo)系即可復(fù)用原程序，大幅提高調(diào)試效率。兩者共同實(shí)現(xiàn)“程序可移植、軌跡可復(fù)用”。37.（開放型，9分）某工廠需將現(xiàn)有非協(xié)作機(jī)器人改造為人機(jī)協(xié)作工站，請從安全、工藝、效率三個維度提出至少五項(xiàng)可落地措施，并說明實(shí)施難點(diǎn)。答案：1.安全維度：a.增加安全圍欄+光柵，實(shí)現(xiàn)分區(qū)監(jiān)控，難點(diǎn)在于現(xiàn)場空間狹小需重新布局；b.更換安全級伺服驅(qū)動，支持安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷（STO），難點(diǎn)為舊驅(qū)動器無安全認(rèn)證需整體替換；c.部署皮膚型安全傳感器，實(shí)現(xiàn)接觸即停，難點(diǎn)為傳感器防護(hù)等級不足，需額外防水防塵殼。2.工藝維度：a.采用力控打磨頭，實(shí)現(xiàn)柔性恒力打磨，難點(diǎn)為需重新標(biāo)定力傳感器零點(diǎn)并優(yōu)化控制參數(shù)；b.引入視覺引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)位置糾偏，難點(diǎn)為反光工件需更換為結(jié)構(gòu)光+偏振方案。3.效率維度：a.通過雙工位轉(zhuǎn)臺，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與操作者并行作業(yè)，難點(diǎn)為轉(zhuǎn)臺重復(fù)定位精度需≤0.05mm；b.采用ROS2+MoveIt實(shí)時規(guī)劃，縮短換型時間，難點(diǎn)為舊控制器開放接口不足，需加裝外部PCProxy。實(shí)施難點(diǎn)集中在安全認(rèn)證費(fèi)用高、舊設(shè)備接口封閉、工藝參數(shù)需大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。38.（封閉型，5分）寫出基于位置域的機(jī)器人拖動示教算法核心步驟，并指出與傳統(tǒng)力矩傳感器方案相比的優(yōu)缺點(diǎn)。答案：核心步驟：1.采集關(guān)節(jié)編碼器位置；2.計(jì)算位置微分得到速度；3.用速度乘以虛擬阻尼系數(shù)得到力估計(jì)；4.將估計(jì)力輸入阻抗模型生成修正位置；5.伺服跟蹤修正位置實(shí)現(xiàn)拖動。優(yōu)點(diǎn)：無需六維力傳感器，硬件成本低；缺點(diǎn)：需精確動力學(xué)模型，關(guān)節(jié)摩擦補(bǔ)償困難，拖動手感略差。39.（封閉型，5分）說明為什么機(jī)器人高速搬運(yùn)輕載工件時，常用“S曲線加減速”而非梯形加減速，并給出S曲線規(guī)劃對電機(jī)扭矩的定量影響。答案：S曲線加減速使加速度連續(xù)，可抑制柔性關(guān)節(jié)的殘余振動，降低定位穩(wěn)定時間。以負(fù)載2kg、行程400mm、最大速度2m/s為例，梯形加減速峰值加速度30m/s2，電機(jī)峰值扭矩8.5N·m；S曲線加加速度限制為150m/s3，峰值加速度降至24m/s2，峰值扭矩降至6.8N·m，降幅約20%，同時末端振動幅值由±0.4mm降至±0.08mm。六、計(jì)算題（共30分）40.（運(yùn)動學(xué)，10分）已知某六軸機(jī)器人DH參數(shù)如下表（單位：mm，°）：連桿i|αi1|ai1|di|θi1|0|0|400|θ12|90|100|0|θ23|0|300|0|θ34|90|100|350|θ45|90|0|0|θ56|90|0|80|θ6給定關(guān)節(jié)角θ=[0,90,90,0,90,0]°，求末端法蘭坐標(biāo)系相對于基坐標(biāo)系的位姿矩陣T，并給出位置矢量P(x,y,z)。答案：逐連桿計(jì)算齊次變換，得：T=[0013000101001008300001]位置矢量P=(300,100,830)mm。41.（動力學(xué)，10分）某關(guān)節(jié)采用永磁同步電機(jī)直接驅(qū)動，參數(shù)：轉(zhuǎn)子慣量Jm=0.002kg·m2，額定轉(zhuǎn)矩Tn=3N·m，連續(xù)電流In=2A，轉(zhuǎn)矩常數(shù)Kt=1.5N·m/A?，F(xiàn)需以最大加速度2000°/s2加速至1800°/s，忽略摩擦，求：(1)所需峰值電流；(2)若驅(qū)動器過載倍數(shù)為3，能否持續(xù)運(yùn)行2s？答案：(1)角加速度β=2000°/s2=34.91rad/s2，負(fù)載轉(zhuǎn)矩T=Jmβ=0.00234.91=0.0698N·m，峰值電流I=T/Kt=0.0465A，遠(yuǎn)小于額定，故峰值電流即為驅(qū)動器可提供的最大32=6A，實(shí)際所需僅0.0465A。(2)所需轉(zhuǎn)矩0.0698N·m<3N·m，且電流0.0465A<6A，故可長期運(yùn)行，2s無問題。42.（軌跡規(guī)劃，10分）在笛卡爾空間用直線插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)TCP從點(diǎn)A(400,0,600)mm到點(diǎn)B(400,500,600)mm，速度限值vmax=250mm/s，加速度限值amax=1000mm/s2，加加速度限值jmax=5000mm/s3。求：(1)最小行程時間；(2)若要求末端在t=1.2s時恰好到達(dá)B點(diǎn)，需將vmax降至多少？答案：(1)距離L=500mm，純S曲線加減速，臨界速度vc=sqrt(amaxL)=707mm/s>250mm/s，故速度受限于vmax。加加速段時間tj=vmax/amax=0.25s，總時間T=2tj+L/vmax=0.5+2=2.5s。(2)設(shè)降低后速度為v，需滿足T=1.2s，即2v/amax+L/v=1.2，解方程得v=500mm/s，但超過vmax，故需采用梯形加減速，重新求解得v=463mm/s，仍超限，因此必須提高amax或jmax，現(xiàn)場可接受方案為將vmax降至417mm/s，此時T=1.2s剛好滿足。七、綜合分析題（共20分）43.（系統(tǒng)集成）某汽車零部件廠計(jì)劃新建一條“機(jī)器人+視覺+力控”的柔性去毛刺產(chǎn)線，工件為鋁合金壓鑄件，外形380mm×240mm×150mm，重量2.8kg，毛刺厚度0.1~0.4mm，來料位置偏差±5mm，來料姿態(tài)偏差±3°，節(jié)拍要求≤45s/件。請完成：(1)列出關(guān)鍵硬件選型清單（機(jī)器人、視覺、力控、末端工具）并給出理由；(2)給出系統(tǒng)工作流程圖，并標(biāo)注與MES的數(shù)據(jù)交互接口；(3)分析潛在風(fēng)險(xiǎn)及對應(yīng)預(yù)防措施；(4)若要求換型時間≤10min，給出軟件層面實(shí)現(xiàn)方案。答案：(1)硬件選型：機(jī)器人：六軸負(fù)載≥