技能大赛 高职 正式赛卷 工业机器人技术应用 赛项试题6.docx
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技能大赛高职正式赛卷工业机器人技术应用赛项试题6
2017年全国职业院校技能大赛
工业机器人技术应用赛项（高职组）
竞赛任务书
选手须知：
1.任务书共20页，如出现任务书缺页、字迹不清等问题，请及时向裁判申请更换任务书。
2.竞赛过程配有两台编程计算机，参考资料放置在“D:
\参考资料”文件夹下。
3.参赛团队应在4小时30分钟内完成任务书规定内容；选手在竞赛过程中创建的程序文件必须存储到“D:
\技能竞赛\竞赛编号”文件夹下，未存储到指定位置的运行记录或程序文件均不予给分。
4.选手提交的试卷不得出现学校、姓名等与身份有关的信息，否则成绩无效。
5.由于错误接线、操作不当等原因引起机器人控制器及I/O组件、智能相机、PLC、变频器、AGV的损坏以及发生机械碰撞等情况，将依据扣分表进行处理。
6.在完成任务过程中，请及时保存程序及数据。
场次：
工位号：
日期：
竞赛设备描述：
“工业机器人技术应用”竞赛在“工业机器人技术应用实训平台”上进行，该设备由工业机器人、AGV机器人、托盘流水线、装配流水线、视觉系统和码垛机立体仓库等六大系统组成，如图1所示。
图1竞赛平台结构图
系统的主要工作目标是码垛机从立体仓库中取出工件放置于AGV机器人上部输送线，通过AGV机器人输送至托盘流水线上，通过视觉系统对工件进行识别，然后由工业机器人进行装配。
图2为需要识别抓取和装配的工件，分别为机器人关节底座、电机模块、谐波减速器和输出法兰，默认的工件编号从左至右为1-4号。
图2需要识别抓取和装配的工件
托盘结构以及托盘放置工件的状态如图3所示，托盘两侧设计有档条，两条档条的中间为工件放置区。
图3待装配的工件放置于托盘中的状态
系统中托盘流水线和工件装配生产线工位分布如图4所示。
图4托盘流水线和装配流水线工位分布
装配流水线如图5所示。
由成品库G7、装配工位G8和备件库工位G9三个部分组成。
定义成品库G7工位的工作位置为装配流水线回原点后往中间运动200mm的位置；装配工位G8的工作位置为在装配流水线中间位置；备件库G9工位的工作位置为装配流水线回原点后往中间运动200mm的位置。
图5装配流水线
装配工位配置有四个定位工作位，按图5规定为1号位、2号位、3号位和4号位。
每个定位工作位安装了伸缩气缸用于工件二次定位，当机器人将工件送至装配工位后，先将其通过气缸进行二次定位，然后再进行装配，以提高机器人的抓取精度，保证顺利完成装配。
备件库用于存放2、3和4号工件，当托盘流水线送来多个同一类型的工件，而无法满足装配条件时，可将其暂时存放到备件库中。
成品库用于存放已装配完成的工件，当装配工位完成了一个完整的装配任务后，机器人将成品抓取并放入成品库。
同时成品库也可以用于：
当出现多个1号工件时，可将其暂时存放于成品库中。
立体库仓位规定如下图所示。
图6立体库仓位规定
系统中主要模块的IP地址分配如下表1所示。
表1主要功能模块IP地址分配表
序号
名称
IP地址分配
备注
1
工业机器人
192.168.8.103
2
智能相机
192.168.8.3
3
主控HMI触摸屏
192.168.8.11
4
主控系统PLC
192.168.8.111
5
编程计算机1
192.168.8.21
6
编程计算机2
192.168.8.22
7
码垛机系统PLC
192.168.8.112
任务一：
机械和电气安装
（一）传感器的安装
（1）安装并调试托盘流水线传感器
安装托盘流水线上的入口光电开关、拍照工位光电开关以及抓取工位光电开关到托盘流水线正确位置。
托盘流水线传感器安装完毕后，效果如图1-1所示。
图1-1托盘流水线传感器布置
（2）安装安全护栏传感器
将安全护栏传感器安装在安全护栏门的正确位置，使后续编程时能够实现：
当安全门打开时，机器人停止运动。
在安全护栏中安装安全护栏传感器完成后，效果如图1-2所示。
图1-2安全护栏传感器位置
完成任务一中
（一）
（1）和
（2）后，举手示意裁判进行评判！
（二）工业机器人外部工装安装
完成工业机器人末端真空吸盘、气动三爪卡盘以及部分气路连接：
1）吸盘与吸盘支架的安装，气管接头的安装；
2）三爪卡盘与支架的安装，气管接头的安装;
3）支架与连接杆的安装；
4）连接杆与末端法兰的安装；
5）末端法兰与机械手本体固连（连接法兰圆端面与机械手本体J6关节输出轴末端法兰）；
6）气管与气管接头的连接；
7）激光笔的安装。
气动手爪安装连接完成后，效果如图1-3所示。
图1-3末端执行器连接后的效果
完成任务一中
（二）后，举手示意裁判进行评判！
（三）视觉及网络系统的连接
完成连接相机、编程计算机、主控单元、码垛机单元和触摸屏的连接：
1）安装连接相机的电源线、通信线于正确位置；
2）按照系统网络拓扑图（如图1-4所示）完成系统组网。
图1-4相机和编程计算机的连接示意图
相机连接完成后，效果图如图1-5所示。
图1-5相机连接完成的效果
完成任务一中（三）后，举手示意裁判进行评判！
（四）AGV机器人上部输送线安装与调试
完成AGV上部输送线部分部件的安装（AGV机器人上部输送线结构图及爆炸图如图1-6和1-7所示）：
1.主动轴的安装；
2.同步带传动机构的安装及调试；
3.从动轴的安装；
4.平皮带张紧度的调节；
5.托盘导向板的安装。
注意事项：
现场三个张紧轮处同步带已安装。
图1-6AGV机器人上部输送线结构爆炸图
图1-7AGV机器人上部输送线结构图
AGV机器人上部输送线安装完成后，效果图如图1-8所示。
图1-8AGV机器人上部输送线安装完成效果图
完成任务一中（四）后，举手示意裁判进行评判！
任务二：
视觉系统编程调试
在完成任务一中视觉系统连接的基础上（如果参赛队没有完成任务一（三），由裁判通知技术人员完成，参赛队任务一（三）不得分，并扣2分），完成如下工作：
（一）视觉软件设定
打开安装在编程计算机上的X-SIGHTSTUDIO信捷智能相机软件，连接和配置相机，通过调整相机镜头焦距及亮度，使智能相机稳定、清晰地摄取图像信号，在软件中能够实时查看现场放置于相机下方托盘中的工件图像，要求工件图像清晰。
实现后的界面效果如图2-1所示。
图2-1实现后的界面效果示例
完成任务二中
（一）后，举手示意裁判进行评判！
（二）智能相机的调试和编程
（1）设置视觉控制器触发方式、Modbus参数，设置视觉控制器与主控PLC的通信；
（2）图像的标定、样本学习任务，要求如下：
1）对图像进行标定，实现相机中出现的尺寸和实际的物理尺寸一致；
2）对托盘内的单一工件进行拍照，获取该工件的形状和位置、角度偏差，利用视觉工具，编写相机视觉程序对图2所示4种工件进行学习。
规定相机镜头中心为位置零点，智能相机学习的工件角度为零度；
3）编写4种工件脚本文件，各类工件的信息及对应地址见表2-1所示，规定每个工件占用三组地址空间，每组地址空间的第1个信息为工件位置X坐标，第2个信息为工件位置Y坐标，第3个信息为角度偏差。
4）依次手动放置安装有图2中的1、2、3、4号工件的托盘（每一个托盘放置1个工件）于拍照区域，在软件中能够得到和显示该编号工件的位置、角度和类型编号，验证相机学习的正确性。
完成任务二中
（二）后，举手示意裁判进行评判！
注意事项：
在编写相机视觉脚本程序时，工业机器人赛项任务可按照表2-1智能相机工件信息及对应通信地址构建，相机程序中对应工件的通信地址也可参照表2-1进行编写。
表2-1智能相机工件信息及对应通信地址样例
工件号
工件
Modbus通信地址
1
2
3
4
任务三：
工业机器人系统编程和调试
（一）工业机器人设定
（1）工业机器人工具坐标系设定
1）通过给定的辅助工具，设定手爪1双吸盘的工具坐标系。
2）通过给定数据（0,-144.8,165.7,90,140,-90）,在机器人系统中设定手爪2三爪卡盘的工具坐标系。
（2）托盘流水线和装配流水线位置调整
利用工业机器人手爪上的激光笔，通过工业机器人示教操作，使工业机器人分别沿X轴、Y轴运动，调整托盘流水线和装配流水线的空间位置，使托盘流水线和装配流水线与工业机器人相对位置正确。
（二）工业机器人示教编程
工业机器人示教、编程和再现要求如下：
（1）依次将4种工件从托盘流水线工位G1的托盘中心位置，搬运到装配流水线装配工位G8如图3-1所示要求对应放置的定位工作位中。
要求用工业机器人示教编程完成以下任务：
1）工件摆放于托盘中心位置，每次放一种工件，用末端工具对工件进行取放操作；
2）按如图3-1所示，将工件取放在装配工位的对应定位工位中，工件放到位置后，用双吸盘将空托盘放置于托盘收集处。
（2）从装配流水线工位G7和G9搬运1、2、3和4号工件到装配工位G8对应位置（如图3-1所示）进行二次定位和工件装配。
要求：
1）装配流水线工位G7和工位G9的工件为参赛选手人工按照图3-2放置。
2）将装配流水线G7和G9工位中的工件，通过工业机器人示教、编程操作，将工件按照装配次序1-2-3-4依次抓取并放置于G8工位对应位置，每放置一个工件完成，夹紧气缸应立即动作，进行二次定位，定位完成后，机器人抓取并完成装配，装配结果如图3-3所示。
（3）工业机器人程序再现：
1）能按以上示教轨迹重复4个工件的抓取及4个空托盘收集动作；
2）能按以上示教轨迹实现将G7和G9工位中的工件搬运到工位G8进行二次定位并且装配。
示教编程搬运后的最终结果为图3-3中装配工位G8的装配结果所示。
完成任务三中
（一）、
（二）后，举手示意裁判进行评判！
图3-1工件摆放位置
图3-2人工工件摆放位置
图3-3工件装配结果
任务四：
工业机器人系统模块调试
（一）实现工件流水线和装配流水线调试
装配流水线的板链上已安装了装配工位、备件库和成品库底板，为防止装配流水线移动时可能导致的设备损坏，发生严重机械碰撞事故。
操作时应注意：
1．装配流水线移动时，不要超出运动边界（建议左右最大位移不超260mm）；
2.寻原点操作时，请注意装配流水线的运动方向，并在可运动范围内完成寻原点操作。
编写主控PLC中托盘流水线和装配流水线调试模块任务，要求如下：
1.调试界面可以手动控制托盘流水线启动正向传输、停止、拍照气缸点动。
2.调试界面可以手动控制装配流水线正向点运动、反向点运动，回原点运动、可以手动选择3个工位（G7、G8、G9）的任意一个，使其位于装配作业流水线工作位置（见竞赛设备描述中装配流水线的规定）。
流水线调试界面参考示例如下图4-1所示。
图4-1流水线调试界面参考示例
完成任务四中
（一）后，举手示意裁判进行评判！
（二）视觉系统调试
编写主控PLC中视觉系统调试模块任务，要求如下：
1.选手人工放置装有工件的托盘于相机识别工位。
2.在主控PLC人机界面启动相机拍照后，视觉系统把托盘中识别的工件信息传送到PLC，并在人机界面上显示，显示信息包括位置、角度和工件编号。
3.测试工件为如图2所示的1、2、3号工件。
3种工件人工放置于3个托盘内，1个托盘装有1个工件，现场裁判随机要求参赛选手按照上述要求放置工件于相机工位，测试其正确性。
视觉调试界面参考示例如下图4-2所示。
图4-2视觉调试界面参考示例
完成任务四中
（二）后，举手示意裁判进行评判！
（三）工业机器人系统调试
编写主控PLC中工业机器人程序系统调试模块任务，要求如下：
1.实现相机坐标系到机器人坐标系的转换，要求人机界面上显示在机器人坐标系中的抓取相对坐标值。
2.具有机器人启动、停止、暂停以及归位功能。
在工业机器人运行过程中，能够实现安全护栏操作门打开，工业机器人暂停运行的功能。
3.机器人任务状态号传输到主控PLC，并在人机界面显示，机器人状态分为机器人处于待机、运行、抓取错误等状态。
表4-1机器人运行状态示例
序号
机器人状态号
机器人状态
1
100
待机
2
200
运行
3
300
抓取错误
4．实现如下测试任务：
1）启动托盘流水线，在工件作业流水线入口处参赛选手依次手动缓慢的放入2个托盘，托盘中分别放置1号工件和3号工件，工件位置随机放置。
2）在相机拍照工位对托盘上的工件进行识别，把识别结果传输给主控PLC。
3）主控PLC经过处理，传输视觉识别的数据给工业机器人，工业机器人根据PLC传输的数据，在工位G1抓取识别后托盘上的工件。
4）抓取工件后，放置于装配作业流水线工位G8的工件装配位如图3-1所示规定的对应位置。
5）托盘为空时，工业机器人把空托盘放入空托盘收集处。
机器人调试界面参考示例如下图4-3所示。
图4-3机器人调试界面参考示例
完成任务四中（三）后，举手示意裁判进行评判！
（四）码垛立体库系统调试
编写码垛机立体仓库系统调试程序，要求如下：
1.可以手动控制码垛机1轴、2轴和3轴的正反运动。
2.可以实现码垛机的复位功能。
3.可以实现显示立体库每个仓位中有无托盘信息
4.可以实现选择安放托盘的仓位，码垛机根据选择对立体库托盘进行取出，并且放置于位于立体库端AGV机器人上的功能。
现场裁判随机要求参赛选手按照上述要求放置2个托盘，在调试界面上显示正确的仓位信息，并要求码垛机从立体库取托盘放置到AGV机器人上部输送线上，测试仓位信息显示和码垛机正确放置托盘于AGV的正确性。
码垛机立体仓库的调试界面参考示例如下图4-5所示。
图4-5码垛机立体仓库调试界面参考示例
任务五：
系统综合编程调试
（如果参赛队没有完成码垛机程序，可以采用人工放置托盘到AGV小车上，但必须报告裁判，参赛队该项目中关于码垛机和AGV的相关任务均不得分）。
系统综合工作任务如下：
（一）人机交互功能设计
根据综合任务要求，由选手自行设计主控触摸屏界面，满足以下基本功能：
1．主控PLC能够实现系统的复位、启动、停止等功能：
1）系统复位为系统中工业机器人、托盘流水线、装配流水线以及码垛机立体仓库处于初始归零状态；
2）系统启动为系统自动按照综合任务运行；
3）系统停止为系统停止运动，包括系统中的工业机器人、托盘流水线、装配流水线以及码垛机立体仓库等模块。
2．主控界面包含黄、绿、红三种状态信号灯：
绿色状态信号灯指示初始状态正常，红色态信号灯指示初始状态不正常，黄色状态信号灯指示任务完成。
初始状态是指：
1）工业机器人、视觉系统、变频器、伺服驱动器、PLC处于联机状态；
2）工业机器人处于工作原点；
3）托盘流水线上没有托盘。
若上述条件中任一条件不满足，则红色警示灯以1Hz的频率闪烁，黄色和绿色灯均熄灭，这时系统不能启动。
如果网络正常且上述各工作站均处于初始状态，则绿色警示灯常亮。
3．主控PLC能够同步显示码垛机立库仓位信息（有无托盘），操控码垛机立体仓库的仓位选取、码垛机启动、码垛机停止、码垛机复位等功能。
（二）系统综合任务实现
装配要求：
（1）托盘合计12个，工件有4种，分别为：
1、2、3、4号工件，每种工件为3个，工件总数为12个，任务规定1个托盘中放置一个工件，可被放置于立体库任意12个仓位中。
（2）工业机器人应优先将工件放置于装配工位G8对应位置，若G8对应位置已有工件时，暂时存放到成品库G7和备件库G9工位。
（3）只要已抓取工件满足装配条件时，则优先装配，然后再继续抓取后续到达工件，进行放置或装配。
（4）按工件号1→2→3→4的次序在装配工位规定的位置依次进行装配；当4号工件装配到位后，机器人带动4号工件顺时针旋转90度扣紧，整套工件组装完成；再将装配好的工件整体移至成品库。
然后进行下一套机器人关节的装配。
（5）所有待装配工件必须经气缸二次定位后，才可装配。
（6）工业机器人摆放工件时，必须将该工位移动至装配流水线规定的工作工位位置（见竞赛设备描述中装配流水线的规定）。
编程实现任务：
根据现场提供的编程环境编写人机界面和主控PLC程序，控制码垛机、AGV机器人、装配作业流水线、工业机器人等设备，完成工件的取出、识别、空托盘的回收、不同工件的分类、搬运以及装配。
具体任务流程如下：
1.从立体库中按照“从第1列到第7列，每1列从第1行到第4行顺序”取出装有工件的托盘，码垛机依次放入AGV机器人，AGV机器人初始位置在立体仓库端。
（选手可以手动从主控触摸屏中按取出顺序设定实现取出，也可以编程自动实现取出）
2.AGV自动运行至托盘流水线位置进行对接，自动对接完成后AGV上的托盘将被输送至工件作业流水线上。
托盘输送完毕，AGV自动返至立体仓库端，继续放托盘，如此循环直至12个托盘输送完毕。
3.当托盘经过工件作业流水线时，阻挡气缸进行阻挡，然后相机进行识别，当托盘运行到抓取工位时，机器人用合适的工具对托盘工件抓取，并优先放置在装配工位对应的定位工位中，工件放置的位置要求如图3-1和成品装配位如图5-2所示的规定。
当定位工位中已有工件摆放，则将工件放置在成品库G7和备品库G9的对应工位中。
工件放置完后，更换合适工具，放置空托盘于托盘库中。
4.当装配工位中的工位满足装配要求时，应先经气缸二次定位，然后根据装配要求，完成整个机器人关节的装配，装配完成后将装配完成的机器人关节摆放至成品库。
5.综合工作任务主要步骤如图5-1所示，工件完整装配的要求如图5-2所示，3套机器人关节分别放置在成品库如图5-2所示的对应位置。
任务完成后，黄色指示灯以1Hz频率闪烁。
图5-1综合任务工作流程
评判要求：
当任务完成后，选手举手示意裁判，请求现场裁判：
1）将赛场提供的12个工件放入12个托盘。
任务规定1个托盘中放置1个工件。
2）摆放装有工件的12个托盘放入立体仓库的12个库位中。
满足上述条件后，选手可请求裁判开始进行评判。
完成任务五后，举手示意裁判进行评判！
图5-2工件装配位以及成品放置要求
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