计算机程序设计员（工业机器人人工智能技术应用）（学生组）竞赛规程文档格式.doc
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13.1环境保护 33
13.2循环利用 33
1.项目描述
1.1技术基本描述
根据先进制造技术与人工智能技术融合发展趋势，聚焦智能制造系统的装备智能化等关键技术领域，围绕工业机器人人工智能技术应用，进行赛项技术设计，旨在促进人工智能技术在工业机器人及其相关企业生产和服务中的推广应用，推动产教融合协同创新与校企合作育人项目的发展，提升对新时代高素质技能人才培养的贡献力。
本赛项以智能机器人、工业机器人、协作机器人、AGV等多种典型机器人组成的智能制造系统装备为载体，选取多种机器人在智能制造体系中协作工作的真实场景，融入人工智能、5G+制造、工业互联网等技术，着重体现人工智能技术在智能制造领域中面向机器人智慧化的最新应用。
借以展示工业器人人工智能技术应用态势和发展需求，促进参赛选手在智能制造领域综合职业能力的提升。
考察参赛选手的机器人综合应用编程、工业网络互联互通及人机协作的知识与能力的基础上，重点测评参赛选手应用人工智能平台、人工智能工具的基础上智能化机器人以及实现智能制造工业场景任务的能力，借以加深参赛选手对人工智能技术应用于机器人的认知，加快培养本领域高素质知识型、复合型、技能型人才。
1.2技术能力要求
本赛项重点考察参赛选手在生产系统中集成机器人并应用人工智能技术进行智能识别与智能规划的能力，参赛选手应具备以下技术能力：
（1）多传感器融合调试技能；
（2）工业机器人编程与调试技能；
（3）智能机器人编程与调试技能；
（4）AGV机器人编程与调试技能；
（5）协作机器人编程与调试技能；
（6）工业网络互联互通应用技能；
（7）感知数据标注技能；
（8）人工智能技术部署与应用技能；
（9）人机协作交互调试技能；
（10）智能机器人远程运维技能；
（11）安全防护能力等。
1.3基本知识要求
本赛项旨在考核、培养多技能、多用途、多就业面的复合型高层次技能人才，需要掌握以下相关知识：
（1）人工智能工作基础与应用技术：
图像特征提取、数据标注、数据清洗、模型重构、深度学习、模型训练与推理、模型部署等基础知识。
（2）机器人人工智能平台技术相关知识：
1）电气部分：
了解并掌握机器人人工智能平台的组成、功能需求以及相关设备原理，技术平台的电气原理图和接线图的设计，包括相关标准及规范，电气控制系统的设计以及工业网路的架构知识。
2）机械部分：
了解并掌握夹具、治具等机械关键功能部件的安装与调试知识，包括气动系统知识、标准及其使用说明，智能传感器的安装及调试等知识。
3）PLC软件编程：
掌握应用PLC软件编写总控程序，并通过软件展现设备的动作流程及运行状态的知识。
4）工业机器人：
了解并掌握工业机器人的发展概况、工业机器人的结构、工业机器人的运动学及动力学和交流伺服电机驱动、工业机器人的控制、工业机器人的环境感知技术、工业机器人的编程以及工业机器人集成技术等知识；
掌握人工智能技术赋能工业机器人的典型应用方法。
5）移动操作臂：
了解掌握移动操作臂的组成以及工作原理；
了解协作机器人的工作特点以及应用；
了解工业AGV的发展概况、结构以及组成；
了解并掌握移动操作臂的编程和应用；
掌握人工智能技术赋能移动操作臂的典型应用方法。
6）智能机器人：
了解掌握智能机器人的组成以及工作原理；
了解智能机器人的发展概况、结构以及基本操作方式；
了解并掌握智能机器人的编程和应用；
掌握人工智能技术赋能智能机器人的典型应用方法。
7）人工智能技术的应用与调试：
了解并掌握数据集的采集和标注，基于深度学习技术的位姿估计模型的训练及应用等知识。
8）工业工程技术：
工业工程、人－机工程学、生产计划与控制、物流工程、质量管理等知识。
（3）其他相关新技术、新工艺、新设备等内容。
（4）安全文明生产与环境保护知识、职业道德基本知识。
1.4职业素养与安全要求
严格遵循相关职业素养要求及安全规范，安全文明参赛；
操作规范；
工具摆放整齐；
着装规范；
资料归档完整等。
严格防止高压检测造成人身伤害。
2.竞赛题目
2.1竞赛形式
赛项为团体赛，每个参赛队由2名队员组成，学生组。
本次竞赛设置理论考试以及实操考核。
（1）理论考试
竞赛方式：
闭卷、机考方式（具体采用何种考试方式以赛前公布为准）。
分数比例：
满分100分，占总成绩的20%（取两人平均分）。
竞赛时间：
60分钟。
（2）实操考核：
实操考试。
满分100分，占总成绩的80%。
180分钟。
理论考试要求：
竞赛题型：
全部为客观题，题型为选择题和判断题。
题型比例：
选择题占60%，判断题占40%（具体以比赛考试为准）。
竞赛环境：
集中机考。
1） 理论知识题库由两个模块组成，公共部分知识模块和计算机程序设计员（工业机器人人工智能技术应用）知识模块。
2） 理论赛题均按规定的模块、比例从题库中随机抽取。
3） 每支参赛队的所有选手均需参加理论知识竞赛，其平均成绩为该参赛队的理论知识竞赛成绩。
4） 各参赛队的理论知识竞赛成绩单独排序。
实操考核任务
任务1：
工业机器人人工智能技术生产应用
根据任务书要求，通过人工智能技术赋能，在工业机器人分拣与装配单元中，通过操作3D视觉系统软件，完成3D相机的调试、标定，以及基于深度学习的工件识别；
完成工业机器人基于3D视觉的工件无序智能抓取；
通过调用规划软件，完成工件的简单装配。
要求参赛选手完成以下工作：
（1）使用图形化编程软件，编写工业机器人点位、I/O变量控制程序，控制工业机器人完成位姿固定工件的抓取及放置；
（2）使用图形化编程软件，编写工业机器人控制程序，结合3D智能相机识别的工件位姿结果，控制工业机器人完成对物料盒中散乱工件的分拣及简单装配。
任务2：
移动操作单元人工智能技术应用
根据任务书要求，通过人工智能技术赋能，完成移动操作单元
（主要含AGV/操作臂）的地图构建、自主避障、路径规划；
通过控制协作机器人和视觉系统，在给定任务序列的条件下，完成仓库工件的取放任务。
（1）利用移动机器人地图建模软件控制其在竞赛单元场地运动，结合其自带的智能传感器，构建环境地图。
在环境地图中设置导航点，完成移动机器人自主导航与移动；
（2）对协作机器人及其末端安装的智能2D相机进行编程，完成对目标物体的识别与抓取；
（3）对由移动机器人、协作机器人组成的移动操作臂进行联合调试，首先控制移动机器人从指定位置向作业点自主移动，然后协作机器人与2D智能相机协作，完成目标工件的识别与抓取，最后移动操作臂将工件放置于指定作业点的工位上。
任务3：
机器人人工智能技术综合应用
根据任务书要求，通过综合操作、编程和调试，对工业机器人、移动操作臂等单元进行智能化赋能和综合应用，在“工业机器人人工智能技术应用”技术平台上，实现典型智能制造工业场景的完整工艺流程，综合体现机器人智能感知、自动决策、自主执行、互联互通、深度学习、人机交互、自我管理等人工智能技术要素及其职业技能。
（1）基于技术平台各个单元的调试状态以及通信方式，实现技术平台各单元的联机通讯。
（2）实现主控系统分别对分拣及装配工作台、移动操作臂等单元的单独控制。
通过主控系统发送任务启动指令，各个单元完成指定的任务。
（3）根据综合任务的作业流程，控制分拣及装配工作台、移动操作臂等单元相互协同作业，完成完整的作业任务，包括工件的识别、分拣、抓取、运输、装配等任务。
任务4：
安全意识与职业素养
文明参赛、安全意识、职业规范、协作能力与节约环保等方面进行评价。
2.2命题标准
本赛项主要考查参赛选手的机器人综合应用编程、工业网络互联互通及人机协作的知识与能力的基础上，重点测评参赛选手应用人工智能平台、人工智能工具的基础上智能化机器人以及实现智能制造工业场景任务的能力，借以加深参赛选手对人工智能技术应用于机器人的认知，建立多设备5G联网通信的能力、工业机器人编程能力、总控PLC编程能力等。
具体包括：
工业机器人人工智能技术生产应用、移动操作单元人工智能技术应用、智能机器人人工智能交互技术应用、机器人人工智能技术综合应用。
通过竞赛考核加快培养机器人人工智能应用技术领域高素质知识型、复合型、技能型人才。
大赛组委会技术工作委员会组织有关专家参照现行《计算机程序设计员》、《电气设备安装工国家职业标准》、《电子设备装接工国家职业标准》、《网络设备调试工国家职业标准》、《电子元器件检验员国家职业标准》，兼顾《可编程序控制系统设计师国家职业标准》要求，结合企业生产实际和机器人人工智能技术及应用的发展状况，借鉴世界技能大赛命题内容和考核评价方法组织统一命题。
2.3命题内容与竞赛时间
根据任务书给定的任务要求和现场提供的工业机器人人工智能技术应用平台、人工智能平台环境以及人工智能工具，以智能机器人、工业机器人、AGV等多种典型机器人为载体，依托机器人在智能制造行业应用的真实场景业务需求，将人工智能技术综合应用于机器人为载体的复杂工业工艺场景。
要求选手在规定时间内完成工业机器人人工智能技术生产应用、移动操作单元人工智能技术应用、智能机器人人工智能交互技术应用（职工组）、机器人人工智能技术综合应用等任务。
命题内容能充分体现多传感器融合、人机交互、人工智能运维、决策、规划应用技术的特征，展现人工智能技术在机器人应用中的赋能效果。
竞赛任务设计如下（见表1）
表1竞赛内容设计
竞赛
竞赛内容
考核要求
分值
评分方法
竞赛环节
工业机器人人工智能技术生产应用
1.采集目标工件的图像数据，完成图像的标注
30
过程、结果评分
2.设置训练参数，训练工件识别模型，并部署、测试模型的识别精度
3.设置视觉参数，完成3D摄像头调试
4.编写图形化程序，控制工业机器人完成位姿固定工件的抓取及放置
5.编写图形化程序，结合工件位姿识别结果，完成对散乱工件的分拣及简单装配
移动操作单元人工智能技术应用
1.构建二维环境地图，设置导航点，使移动机器人实现自主导航与移动
2.对智能2D相机进行编程，完成对目标工件的识别与抓取
3.编写协同作业程序，控制操作臂完成对目标工件的识别、抓取以及搬运任务
机器人人工智能技术综合应用
1.编写主控程序，实现技术平台各单元的联机通信
35
2.编写主控程序，对各单元模块进行单独控制，完成指定的任务
3.根据综合任务流程编写程序，控制各单元模块协同作业，完成完整的综合任务
文明参赛、安全意识、职业规范、协作能力与节约环保等方面进行评价
5
过程评分
实操考核时间连续180分钟。
3.命题方式
3.1命题流程
专家组根据本竞赛规程的要求组织命题。
竞赛采用建立赛题库并公开竞赛样题的方式进行，正式比赛7天前在大赛组委会指定网站公布1套实际操作竞赛样题。
3.2最终赛题产生的方式
赛题是在大赛省组委会的监督下，由技术专家组命制赛题，并由专人负责赛题印刷、加密保管、领取和回收工作。
4.评判方式
4.1评分标准制定原则：
根据过程性评价与终结性评价相结合，质性评价与量化评价相结合，知识、能力与操作技能评价与职业素养评价相结合的评分原则，对选手在竞赛过程中完成任务的情况及各方面活动予以全面关注：
既关注选手完成任务的质量，又关注选手养成规范、安全操作和团队合作的良好习惯，以及节约能源、原材料与爱护工具设备、保护环境等意识与表现；
既关注任务目标的实现，又关注实现目标的过程与细节；
既关注关键职业能力的养成，又关注综合素质的提高。
4.2竞赛评分及名次排列
采用比赛过程评判和比赛结果评判相结合的方式，现场裁判员在比赛过程中对参赛队的基本操作规范情况进行观察和评价，在参赛队结束比赛时完成评分。
按竞赛总成绩从高分到低分排列各参赛队的名次。
竞赛成绩相同时的名次排列：
①在竞赛总成绩相同时，按操作竞赛总耗时少的名次在前；
②在竞赛总成绩和操作竞赛总耗时均相同时，按“安全意识与职业素养”成绩高的名次在前；
③在竞赛总成绩、操作竞赛总耗时和“安全意识与职业素养”成绩均相同时，按任务3成绩高的名次在前；
若前面各项都相同，由裁判长召集裁判会，根据相应工位上选手的表现进行最后的投票确定名次。
5.大赛基础设施
5.1竞赛平台条件
5.1.1竞赛平台
平台对接典型制造工业场景完整工艺流程，展现机器人在智能制造行业应用的真实场景业务需求。
平台以智能机器人技术、5G网络技术、人工智能技术、多传感器融合技术、自主控制技术，自主决策技术、人机共融技术以及自主规划等技术等为主线，以工业机器人、协作机器人、AGV等多种典型机器人为载体，对多种形式机器人进行人工智能技术赋能，充分体现了机器人智能感知、自动决策、自主执行、互联互通、深度学习、人机交互、自我管理等的综合赋能应用，能有效培养人工智能技术应用领域高素质复合型技术技能型人才。
图1工业机器人人工智能技术应用平台结构图
工业机器人人工智能技术应用平台结构图见图1，以工业机器人、AGV等多种典型机器人为载体，包含移动操作臂、工业机器人分拣及装配工作台、智能3D相机、立体仓库、中央控制系统、编程计算机等模块。
31
5.2赛场设备主要配置清单
赛场主要设备配置见表2。
表2工业机器人人工智能技术应用平台主要配置清单
名称
技术参数
机器人人工智能应用平台
一、平台概述
平台满足人工智能机器人应用的需求，综合应用智能机器人技术、人工智能技术，以机器人为载体，以无人值守产线为应用场景，把人工智能的数据采集、数据标注、模型调参、模型部署、模型应用等人工智能技术赋能到无人值守产线的上下料、装配、检测等流程。
二、平台组成
平台以工业机器人、AGV等多种典型机器人为载体，包含移动操作臂、工业机器人分拣及装配工作台、智能3D相机、立体仓库、中央控制系统、编程计算机等模块。
三、平台配置清单
序号
设备名称
数量
单位
备注
1
移动操作臂
台
参考具体技术参数
2
分拣及装配工作台
工业机器人
4
智能3D相机
立体仓库
中央电气控制系统
套
6
人工智能虚拟仿真系统
7
护栏
8
可视化系统及显示终端
9
编程计算机
四、平台主要设备技术参数
机器人人工智能技术应用平台主要设备的技术参数如下：
（一）移动操作臂
移动操作臂由移动机器人、协作机器人、智能2D相机以及自动夹爪等组成。
1.移动机器人（AGV）
（1）最大载重：
≥50kg；
（2）最大速度：
≥20m/min；
（3）爬坡能力：
≥1°
；
（4）站点定位精度：
±
10mm；
（5）精准对接精度：
5mm；
（6）外形尺寸：
长×
宽×
高≤900mm×
600mm×
500mm；
（7）锂电电池：
电源输出口：
1路DC48V20AH；
（8）通信接口：
TCP/IP、Modbus/TCP等；
（9）配备自动充电桩。
2.协作机器人
（1）负载：
≥3kg；
（2）工作范围：
≥760mm；
（3）自由度：
≥6轴；
（4）电源电压：
48VDC；
（5）通信接口：
不小于4个数字量I/O，支持TCP/IP、Modbus/TCP等；
（6）协同操作：
拖动示教、安全适应的受监控停止、功率与力过载限制；
（7）夹具：
与工件配套。
3.智能2D相机
智能2D相机集成在移动操作臂上，通过数据线与主控系统通信，其基本技术参数如下。
（1）分辨率：
≥640×
480；
（2）传感器：
≥1/3”CMOS；
（3）光谱：
彩色；
（4）通信接口：
ProfiNet、TCP/IP、Modbus/TCP、USB；
（5）动态范围：
≥48dB。
（二）工业机器人分拣及装配工作台
工业机器人分拣及装配工作台由工作台主体、物料盒、铆压机、二次定位装置等组成，基本技术参数如下。
1.工作台主体外形尺寸：
高≤1200mm×
1200mm×
800mm；
2.工作台主体台面材质：
铝型材；
3.物料盒容积尺寸：
高≤400mm×
300mm×
80mm；
4.铆压机的参数：
工作台≤125×
125mm，
气缸缸径×
行程=63×
200mm，理论压力≥120KG;
5.二次定位、盖板及辅助装配装置：
（三）工业机器人
工业机器人为四轴机器人，其集成在分拣及装配工作台上，基本技术参数如下：
1.负载：
2.工作范围：
≥450mm；
3.通信接口：
不小于16个数字量I/O，支持TCP/IP等；
4.夹具：
（四）智能3D相机
智能3D相机集成在装配台上，通过以太网或者USB与上位机通信，其基本技术参数如下。
1.传感器精度±
1mm；
2.通信接口：
TCP/IP、Modbus/TCP、USB；
3.支持Windows10/ubuntu16.04操作系统；
4.工作距离：
覆盖0.4-2.0米；
5.提供深度图像接口和彩色图像接口；
6.可编程SDK，用户可进行二次开发。
（五）立体仓库
1.带有安全防护外罩及安全门;
2.立体仓库工位设置≥4个，每层≥2个仓位，共2层;
3.立体仓库每个仓位需要设置传感器和状态指示灯，传感器用于检测该位置是否有工件，传输状态至主控系统。
（六）中央电气控制系统
1.中央控制系统包含PLC电气控制及I/O通讯系统，主要负责周边设备及机器人控制，实现智能制造单元的流程和逻辑控制。
2.元件配置要求
（1）主控PLC采用三菱PLC配有ModbusTCP/IP通信模块，并配置16路输入和16路输出模块；
（2）配有8口工业/商用交换机；
（3）外部配线接口必须采用航空插头，方便设备拆装移动。
3.安装于分拣及装配工作台中。
（七）人工智能仿真系统
支持在写实的虚拟仿真场景下提供物理仿真的智能机器人数字孪生模型，以图形化编程方式来快速定义机器人的多模态行为交互，涉及智能语音、智能视觉、智能导航、模仿人类的动作生成与视觉引导的抓取等，支持立体视觉传感器与激光雷达仿真模拟，提供场景地图编辑器、机器人多视角的远程操作以及虚拟仿真环境，封装底层的AI服务及技能（如正逆运动学、深度学习和路径规划算法）。
1.多自由度数字孪生模型。
智能机器人，支持跟视频或camera与人类互动，配置立体视觉，能够输出彩色点云，配置激光雷达，能够输出雷达点云。
2.写实虚拟场景。
支持高逼真度的仿真场景渲染，支持光照调节、阴影，支持物理碰撞、阻尼等仿真设定，支持导入FBX/URDF或xacro模型，添加与机器人场景相关的模型，支持动力学仿真。
3.虚拟训练环境。
支持各种仿真训练场景，可采用深度学习、强化学习来训练数字孪生机器人，经仿真评估有效后，可平滑应用到物理世界中真实机器人上机器人自身物理属性仿真，包括电机模拟、传感器模拟、重力，碰撞等数字孪生体的行为动作，包括反馈控制，环境感知和状态采集以及虚实同步。
4.人工智能能力。
具有自动语音识别、语音合成、人脸识别、2D/3D物体识别、智能导航、声源定位等人工智能能力。
5.多模态交互。
支持综合语音、视觉、空间、时间等多维度的智能感知。
融合智能感知数据，能够完成多场景交互。
（八）护栏
1.配置安全围栏及带工业标准安全插销的安全门；
2.自动线外围防护设计参赛选手出入的安全门；
3.尺寸：
1.2m高度，黄色；
4.防护栏两端均应设置活动门。
（九）可视化系统及显示终端
1.功能要求：
实时呈现感知和规划运行过程等。
2.显示终端参数要求：
终端显示采用55英寸。
3.可根据需求，显示机器人终端的界面，包括相机视野，地图画面等。
（十）主控编程计算机
1.计算机配置如下：
（1）显示器：
21.5寸；
（2）处理器：
Inteli5或同等以上处理器；
（3）内存：
≥8GB；
（4）硬盘：
≥1TB可用空间；
（5）显卡：
独立显卡，显存≥2GB；
（6）系统为windows7或windows10，Ubuntu64位版本，能流畅使用相关工程软件。
2.主要用于安装中央电气控制系统、人形机器人的仿真规划等软件。
3.配置工位电脑桌。
五、实训项目
包含平台装调、模型训练部署应用以及平台综合应用等理论实操培训。
6.赛程安排
赛项时间安排表
日期
时间
地点
内容
备注
第一天
9:
00-12:
00
承办校
报到
“工作人员”包括全体裁判员、仲裁员和赛场技术人员等
13:
00-15:
赛场
参赛队熟悉赛场
15:
00-16:
机房
理论考试
14:
00-17:
会议室
工作人员培训
参赛队领队会议
封场，设备调试
第二天
7:
赛场门口
第一场选手检录
赛项监督、裁判员
8:
00-11:
第一场比赛
11:
00-13:
评分、设备调试
裁判员、技术支持
第二场选手检录
第二场比赛
17:
00-18:
注：
竞赛日程安排，以比赛实际安排为准
6.1场地面积要求
（1）竞赛场地划分为检录区、现场服务与技术支持区、休息
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