工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成技術(shù)2025年培訓(xùn)試卷及答案解析1.單項選擇題（每題1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)空間的關(guān)鍵參數(shù)是A.關(guān)節(jié)最大速度?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)等級答案：B?解析：連桿長度與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角范圍直接構(gòu)成機(jī)器人運(yùn)動學(xué)模型，決定可達(dá)空間。1.2采用DeviceNet現(xiàn)場總線時，節(jié)點MACID設(shè)置沖突會導(dǎo)致A.示教器黑屏?B.伺服驅(qū)動器過流?C.網(wǎng)絡(luò)離線錯誤代碼91?D.機(jī)器人自動回零答案：C?解析：DeviceNet協(xié)議規(guī)定MACID唯一，沖突時主站報“91”離線。1.3某六軸機(jī)器人基坐標(biāo)系下Tool0坐標(biāo)為(300,0,400)mm，若用戶坐標(biāo)系原點在基坐標(biāo)系下(100,0,200)mm，則Tool0在用戶坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為A.(200,0,200)?B.(400,0,600)?C.(200,0,600)?D.(400,0,200)答案：A?解析：相對位移向量(300100,00,400200)=(200,0,200)。1.4在PLC與機(jī)器人Socket通信中，機(jī)器人作為Server時，PLC必須首先發(fā)送A.心跳幀?B.連接請求SYN?C.數(shù)據(jù)幀?D.斷開請求FIN答案：B?解析：TCP三次握手由客戶端PLC發(fā)起SYN。1.5對于額定負(fù)載10kg、臂展1.6m的SCARA，在最大延伸處允許附加慣量通常不超過A.0.05kg·m2?B.0.1kg·m2?C.0.3kg·m2?D.1.0kg·m2答案：C?解析：廠商樣本規(guī)定1.6mSCARA末端慣量限值0.3kg·m2。1.6使用增量編碼器時，斷電后重新上電必須執(zhí)行A.負(fù)載率計算?B.零點復(fù)歸?C.電流環(huán)自整定?D.速度前饋調(diào)整答案：B?解析：增量編碼器無絕對位置，需回零。1.7在RobotStudio中，將“MoveJ”指令改為“MoveL”后，路徑精度提高但A.節(jié)拍縮短?B.關(guān)節(jié)磨損減小?C.軌跡速度波動增大?D.能耗降低答案：C?解析：直線插補(bǔ)需實時逆解，速度波動增大。1.8安全圍欄高度若低于1.4m，按照ISO102181應(yīng)加裝A.頂部防護(hù)網(wǎng)?B.安全光幕?C.激光掃描儀?D.壓力墊答案：A?解析：防止從上方伸手，需頂部防護(hù)。1.9當(dāng)機(jī)器人處于T2手動全速模式時，使能鍵松開后的制動距離測試標(biāo)準(zhǔn)限值為A.200mm?B.300mm?C.500mm?D.800mm答案：C?解析：ISO102181表A.1規(guī)定T2模式500mm。1.10在EtherCAT網(wǎng)絡(luò)中，分布時鐘同步誤差通常小于A.1μs?B.10μs?C.100μs?D.1ms答案：A?解析：EtherCAT協(xié)議規(guī)范典型同步誤差<1μs。1.11若機(jī)器人TCP速度設(shè)為恒定的500mm/s，在半徑50mm的圓弧路徑上，向心加速度為A.2.5m/s2?B.5m/s2?C.10m/s2?D.20m/s2答案：B?解析：a=v2/r=0.52/0.05=5m/s2。1.12采用力控打磨時，若接觸力突然下降50%，最可能觸發(fā)A.軌跡偏移報警?B.力傳感器超載?C.打磨頭磨損補(bǔ)償?D.工件丟失報警答案：D?解析：力下降過大系統(tǒng)判定工件缺失。1.13在視覺定位中，若像素當(dāng)量為0.05mm/pix，則1/4亞像素算法理論精度可達(dá)A.0.0125mm?B.0.05mm?C.0.1mm?D.0.2mm答案：A?解析：0.05÷4=0.0125mm。1.14機(jī)器人與第七軸聯(lián)動時，若第七軸伺服報警“740”，通常表示A.電機(jī)過熱?B.編碼器電池低?C.制動器斷路?D.絕對值計數(shù)溢出答案：B?解析：740為電池電壓低，位置丟失。1.15在RobotWare6.08中，創(chuàng)建新的I/O信號必須重啟A.控制柜?B.示教器?C.主計算機(jī)?D.FlexPendant服務(wù)答案：C?解析：主計算機(jī)重啟后配置生效。1.16若機(jī)器人基座安裝傾斜角大于A.5°?B.10°?C.15°?D.30°需重新標(biāo)定重力補(bǔ)償參數(shù)。答案：B?解析：廠商手冊規(guī)定>10°需重標(biāo)定。1.17在STO（SafeTorqueOff）激活后，伺服驅(qū)動器處于A.自由輪狀態(tài)?B.保持勵磁?C.動態(tài)制動?D.反向勵磁答案：A?解析：STO切斷功率管，電機(jī)自由。1.18使用G代碼離線編程時，若機(jī)器人控制器不支持G43，應(yīng)A.改用G41?B.預(yù)調(diào)刀具長度到機(jī)器人TCP?C.忽略長度?D.報警停機(jī)答案：B?解析：將長度值寫入Tooldata。1.19在激光焊縫跟蹤中，常用傳感器工作距離為A.10mm±2mm?B.50mm±10mm?C.150mm±30mm?D.300mm±50mm答案：C?解析：三角測量傳感器典型150mm。1.20若機(jī)器人24VDI接口被誤接220V交流，最先損壞的器件是A.光耦?B.穩(wěn)壓管?C.限流電阻?D.場效應(yīng)管答案：A?解析：光耦輸入端耐壓<30V，瞬間擊穿。2.多項選擇題（每題2分，共20分；多選少選均不得分）2.1下列哪些屬于機(jī)器人系統(tǒng)集成“機(jī)械接口”范疇A.末端法蘭ISO9409150?B.用戶電纜插座?C.基座地腳螺栓孔?D.示教器掛鉤?E.控制柜吊裝耳答案：A、B、C?解析：機(jī)械接口含法蘭、電纜出口、安裝孔。2.2在PLCopenPart4規(guī)范中，機(jī)器人功能塊包括A.MC_MoveLinear?B.MC_Power?C.MC_GroupEnable?D.MC_TorqueControl?E.MC_ReadActualPosition答案：A、C、E?解析：Part4定義機(jī)器人專用功能塊，B、D為通用單軸。2.3下列措施可降低機(jī)器人節(jié)拍時間A.提高加速度限值?B.采用絕對精度選項?C.路徑逼近Zone值增大?D.減少I/O等待?E.提高伺服剛度答案：A、C、D?解析：B精度選項增加計算量，E剛度與節(jié)拍無直接正相關(guān)。2.4關(guān)于協(xié)作模式“PowerandForceLimiting”，正確的有A.需實時監(jiān)測關(guān)節(jié)力矩?B.允許人機(jī)共享空間?C.碰撞力閾值<150N?D.無需額外傳感器?E.必須采用Cat3安全繼電器答案：A、B、C、E?解析：D錯誤，需力矩傳感器或雙編碼器。2.5下列哪些現(xiàn)場總線支持環(huán)形冗余A.EtherNet/IP?B.PROFINETMRP?C.EtherCAT?D.CANopen?E.PowerLink答案：B、C、E?解析：MRP、EtherCAT、PowerLink支持環(huán)網(wǎng)自愈。2.6機(jī)器人打磨工作站中，恒力控制實現(xiàn)方式有A.六維力傳感器+PID?B.伺服電機(jī)電流估算?C.氣動比例閥+氣缸?D.磁懸浮軸承?E.主動柔順頭答案：A、C、E?解析：B電流估算精度不足，D成本高未普及。2.7下列屬于ISO102182規(guī)定的集成商責(zé)任A.風(fēng)險評估?B.提供安全電路圖?C.機(jī)器人本體維修?D.用戶培訓(xùn)?E.末端執(zhí)行器設(shè)計答案：A、B、D?解析：本體維修由制造商負(fù)責(zé)。2.8視覺手眼標(biāo)定中，需要已知A.相機(jī)內(nèi)參?B.機(jī)器人基坐標(biāo)系?C.標(biāo)定板格子尺寸?D.機(jī)器人TCP?E.光照強(qiáng)度答案：A、C、D?解析：B基坐標(biāo)系可通過標(biāo)定獲得，E光照非必須已知。2.9下列哪些情況必須重新標(biāo)定Tool坐標(biāo)A.更換夾具?B.打磨頭磨損2mm?C.控制柜斷電重啟?D.機(jī)器人基座移動?E.更換力傳感器答案：A、B、E?解析：C、D與Tool無關(guān)。2.10在RobotStudio虛擬示教器中，可實現(xiàn)A.程序單步?B.電機(jī)上電?C.虛擬I/O強(qiáng)制?D.真實I/O映射?E.碰撞檢測答案：A、C、E?解析：虛擬示教器無真實電機(jī)與I/O。3.填空題（每空2分，共30分）3.1在機(jī)器人正向運(yùn)動學(xué)中，DenavitHartenberg參數(shù)包含四個量：連桿長度a、連桿扭角α、________、________。答案：連桿偏距d、關(guān)節(jié)角θ。3.2若機(jī)器人重復(fù)定位精度為±0.05mm，采用雙向逼近定位時，實際到位分散區(qū)間寬度為________mm。答案：0.20?解析：±0.05mm總寬0.10mm，雙向加倍。3.3在PLC與機(jī)器人Profinet通信中，機(jī)器人輸出64字節(jié)，PLC輸入映射起始地址為I________，若PLC字長16位。答案：I256.0?解析：64字節(jié)=32字，起始地址256。3.4某伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)速3000r/min，減速比1:50，則輸出軸最高轉(zhuǎn)速為________r/min。答案：60。3.5在激光切割中，若焦點光斑直徑0.2mm，切縫寬度經(jīng)驗公式w=1.2d，則切縫寬約________mm。答案：0.24。3.6安全類別Cat3要求平均危險失效時間大于________年。答案：100?解析：ISO138491MTTFd>100年。3.7若機(jī)器人控制柜防護(hù)等級為IP54，則第二位數(shù)字“4”表示防濺水，角度為________。答案：任意方向。3.8在RobotWare中，中斷指令I(lǐng)Delete用于刪除________類型的對象。答案：中斷號。3.9某六軸機(jī)器人J4、J5、J6軸線交于一點，該點稱為________。答案：腕心點。3.10當(dāng)使用模擬量±10V控制伺服速度時，若電壓為+3V，對應(yīng)額定速度的________%。答案：30。3.11在視覺引導(dǎo)抓取中，若工件最大邊長100mm，像素當(dāng)量0.1mm/pix，則圖像中工件占像素約________pix。答案：1000?解析：100÷0.1=1000。3.12若機(jī)器人基座受力矩M=500N·m，地腳螺栓預(yù)緊力F=20kN，螺栓分布圓直徑200mm，則摩擦系數(shù)μ至少為________可避免滑移。答案：0.125?解析：μ≥M/(F·r)=500/(20000·0.1)=0.125。3.13在EtherCAT幀中，WKC=3表示從站對命令執(zhí)行了________次寫操作。答案：3。3.14若機(jī)器人程序中WaitTime指令時間設(shè)為0.5s，系統(tǒng)時鐘分辨率為12ms，則實際等待時間最大誤差為________ms。答案：12。3.15在協(xié)作機(jī)器人應(yīng)用中，人體胸部允許最大瞬態(tài)力為________N（ISO/TS15066）。答案：150。4.簡答題（共40分）4.1（封閉型，6分）寫出機(jī)器人奇異點的三種類型并給出避免策略。答案：1.腕奇異：J5=0°，避免策略：路徑規(guī)劃時限制J5≠0°或采用腕部偏移；2.肩奇異：腕心位于J1軸線上，避免策略：提高軌跡高度；3.肘奇異：腕心位于J2、J3軸線共面，避免策略：插補(bǔ)時加入肘角約束或冗余自由度優(yōu)化。4.2（開放型，8分）某汽車焊裝線需集成7臺機(jī)器人、3臺伺服焊槍、2臺PLC、1臺激光焊縫跟蹤系統(tǒng)，節(jié)拍要求52s。請給出網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D文字描述并說明節(jié)拍優(yōu)化要點。答案：拓?fù)洌翰捎们д篆h(huán)網(wǎng)，Hirschmann交換機(jī)MRP環(huán)，機(jī)器人與PLC接入環(huán)網(wǎng)，激光跟蹤獨立千兆鏈路接入主交換機(jī)；焊槍伺服通過EtherCAT星型連至機(jī)器人控制柜擴(kuò)展板。優(yōu)化：1.機(jī)器人并行工作，工位間緩存；2.激光跟蹤數(shù)據(jù)預(yù)讀取，減少等待；3.焊槍電極修磨與換帽離線進(jìn)行；4.采用事件觸發(fā)I/O，減少掃描周期；5.機(jī)器人速度前瞻，Zone值設(shè)為z30z50；6.伺服焊槍壓力閉環(huán)周期1ms，縮短加壓斜坡；7.主PLC與機(jī)器人采用256字節(jié)共享內(nèi)存，減少報文數(shù)量。通過以上措施，仿真節(jié)拍48s，滿足52s要求。4.3（封閉型，6分）已知某六軸機(jī)器人負(fù)載慣量Jload=0.18kg·m2，減速機(jī)慣量Jred=0.02kg·m2，電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量Jm=0.005kg·m2，減速比i=50，計算電機(jī)軸等效慣量Jeq。答案：Jeq=Jm+Jred/i2+Jload/i2=0.005+0.02/2500+0.18/2500=0.005+0.000008+0.000072=0.00508kg·m2。4.4（開放型，8分）闡述機(jī)器人打磨工作站中“電流力混合控制”原理，并給出參數(shù)整定步驟。答案：原理：利用伺服電機(jī)q軸電流與輸出力矩成正比估算接觸力，作為粗調(diào)；六維力傳感器提供高精度力反饋，作為精調(diào)；兩者通過加權(quán)融合，既降低成本又提高可靠性。整定步驟：1.空載記錄電流速度曲線，建立電流力模型Kc；2.輕觸工件記錄實際力F與電流估算力Fe，計算偏差ΔF；3.設(shè)計PI補(bǔ)償器，Kp=0.8，Ki=20，消除穩(wěn)態(tài)誤差；4.設(shè)置切換閾值：當(dāng)|ΔF|<5N時采用Fe，否則采用F；5.在階躍力指令下整定閉環(huán)帶寬10Hz，相位裕度>45°；6.進(jìn)行打磨試片，表面粗糙度Ra≤0.4μm即為合格。4.5（封閉型，6分）列舉機(jī)器人控制柜日常維護(hù)五項內(nèi)容并給出周期。答案：1.風(fēng)扇濾網(wǎng)清潔，周期1個月；2.電池電壓檢測>3.6V，周期6個月；3.主接觸器觸點磨損檢查，周期1年；4.電纜絕緣測試>20MΩ，周期1年；5.散熱片灰塵清理，周期3個月。4.6（開放型，6分）某客戶要求將現(xiàn)有ABBIRB460060/2.05用于機(jī)床上下料，需增加第七軸地軌，但控制柜已無余槽。給出兩種擴(kuò)展方案并比較成本與性能。答案：方案A：采用IRC5C緊湊型驅(qū)動柜，增加單軸驅(qū)動模塊DSQC664，通過EtherCAT與主柜通信，成本約4.5萬元，通信周期4ms，滿足上下料精度±0.2mm。方案B：采用第三方伺服+PLCopen，地軌伺服驅(qū)動器接入PLC，通過Profinet與機(jī)器人通信，機(jī)器人僅發(fā)送位置指令，PLC完成閉環(huán)，成本約2.8萬元，通信周期8ms，精度±0.3mm，需額外編程。結(jié)論：若節(jié)拍<25s且精度要求高選A；若節(jié)拍>30s且成本敏感選B。5.應(yīng)用題（共40分）5.1計算題（12分）某搬運(yùn)機(jī)器人需將20kg箱體從A(400,0,200)mm移至B(800,0,600)mm，路徑為直線，加速度限值a=5m/s2，減速度相同，最大速度vmax=1.5m/s，Zone值z50，求理論最短節(jié)拍。答案：位移s=√[(800400)2+(600200)2]=565.7mm=0.5657m。加速段：t1=vmax/a=1.5/5=0.3s，s1=0.5at12=0.5×5×0.09=0.225m；減速段同t3=0.3s，s3=0.225m；勻速段：s2=0.56570.45=0.1157m，t2=0.1157/1.5=0.077s；總移動時間T=t1+t2+t3=0.677s；Zonez50引入提前0.05s，故節(jié)拍≈0.63s。5.2分析題（14分）某焊接線出現(xiàn)焊縫偏移±1mm，現(xiàn)場檢測：機(jī)器人重復(fù)定位±0.05mm，夾具定位銷間隙0.1mm，工件來料公差±0.8mm，激光跟蹤儀測量誤差±0.2mm。請用魚骨圖法分析根本原因并給出改進(jìn)措施。答案：魚骨圖主骨為“焊縫偏移”，大骨：人、機(jī)、料、法、環(huán)、測。人：操作者未按SMP放置工件；機(jī)：機(jī)器人絕對精度未校準(zhǔn)，實際TCP與示教差0.3mm；料：來料沖壓件邊緣毛刺導(dǎo)致基準(zhǔn)偏移；法：激光跟蹤儀標(biāo)定頻率低，每周一次；環(huán)：地面振動>0.5g；測：激光傳感器鏡頭污染，誤