2018工业机器人技术应用高职组赛项试题.doc

2018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 23 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. 每一个任务具体测试要求根据评判要求现场给定或者试题给定。7. 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，装配完成后，再反向入库。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任务中3号和4号工件存在缺陷工件，类型编号分别为3A、4A，并且缺陷工件编号如图3所示。 3A-1号 3A-2号 3A-3号 3A-4号 3A-5号3A号缺陷工件 4A-1号 4A-2号 4A号缺陷工件图3 3A和4A号缺陷工件图示托盘结构以及托盘放置工件的状态如图4所示，托盘两侧设计有档条，两档条的中间区域为工件放置区。图4 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5所示。图5 托盘流水线和装配流水线工位分布装配流水线如图6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6 装配流水线装配工位配置有四个定位工作位，按图6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。备件库主要用于存放2、3和4号工件，也可以用于缺陷工件的临时存放。成品库主要用于存放已装配完成的工件，也可以用于其他工件临时存放。立体库仓位规定如下图7所示。图7 立体库仓位规定系统中主要模块的预设IP地址分配如下表1所示，各参赛队可根据实际情况自行修改。表1 主要功能模块预设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预设2智能相机192.168.8.3预设3主控系统PLC192.168.8.11预设4主控HMI触摸屏192.168.8.111预设5编程计算机1192.168.8.21预设6编程计算机2192.168.8.22预设7码垛机系统PLC192.168.8.12预设8码垛机HMI触摸屏192.168.8.112预设任务一：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）工业机器人气路及外部工装安装1.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2.工业机器人末端手抓控制气路的安装完成工业机器人一轴底座真空发生器气路、三爪卡盘和双吸盘控制电磁阀的部分气路连接：1) 机器人主气路接头的连接；2) 三爪卡盘与吸盘电磁阀的安装及其气路的连接；3) 吸盘真空发生器的安装与连接；4) 机器人手抓夹具及激光笔控制电缆的连接。3.装配流水线定位夹具及控制气路的安装完成装配流水线G8工位定位夹具及其相关部件的安装和整体气路连接：1）流水线上G8工位三个定位块及夹具的安装；2）三个定位夹具气管接头的安装；3）气管拖链及其相关部件的安装；4）气管到电磁阀的气路布线；5）电磁阀体气管接头的连接。装配流水线定位夹具及其气路连接完成后，效果如下图1-4所示。 图1-4装配流水线定位夹具及电池阀气路连接后的效果完成任务一中（二）（1）（2）（3）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1-5所示）完成系统组网。图1-5 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1-6所示。图1-6 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1-7和1-8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。已安装 图1-7 AGV机器人上部输送线结构爆炸图 图1-8 AGV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1-9所示。 图1-9 AGV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，所花费时间不补时），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-SIGHT STUDIO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。测试要求如下：在软件中能够正确实时查看到现场放置于相机下方托盘中的工件1的图像，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种工件及缺陷件脚本文件，规定每个工件地址空间的第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。测试要求如下：选手依次手动放置安装有图2中的1、2、3、4号工件以及图3中的3A、4A号的缺陷工件（3A-4号和4A-1号）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正确显示4种工件及2种缺陷件的位置、角度和类型编号。注意事项：1）在样本学习和编写脚本文件时现场不提供3A、4A号的缺陷工件；2）在编写相机视觉脚本程序时，相机程序中对应工件的通信地址可自行定义。完成任务二中（二）后，举手示意裁判进行评判！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）设定手爪1双吸盘的工具坐标系；2）设定手爪2三爪卡盘的工具坐标系，参考值为(0，-144.8，165.7，90，140，-90)。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1.通过工业机器人示教器示教、编程和再现，能够实现依次将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指定要求对应放置的定位工作位中。测试要求如下：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）将工件取放在如下图3-1所示的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。图 3-1 工件摆放位置2.通过工业机器人示教器示教、编程和再现，能够实现自动将装配流水线工位G7和G9的1、2、3和4号工件搬运到装配工位G8指定位置进行二次定位、工件装配、放入成品库和拆解，拆解后将工件摆放到装配工位G8对应的指定位置。测试要求如下：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）机器人自动将装配流水线G7和G9工位中的工件，按照装配次序1-2-3-4依次抓取并放置于G8工位指定位置，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）装配完成后，机器人将装配的成品放入工位G7，放置结果如图3-4所所示。4）成品放置完成后，机器人对对成品工件进行自动拆解，拆解后放置结果如图3-5所示。图 3-2 工件装配前人工摆放位置图3-3 工件装配结果图3-4 装配后成品放置结果图3-5 工件拆解后配件摆放位置完成任务三中（一）、（二）后，举手示意裁判进行评判！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，能够实现装配流水线和托盘流水线的基本运动，包括手动控制托盘流水线启动、停止、正反向运动以及拍照气缸运动，手动控制装配流水线正反向点运动以及回原点运动，手动控制装配作业流水线运动到G7、G8、G9的任意一个工作位置等（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，能够自动识别相机识别工位中托盘中工件，并将工件信息包括位置、角度和工件编号等显示在人机界面中。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测试要求如下：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，在人机界面上正确显示识别工件信息包括位置、角度和工件编号。当放置缺陷工件时要求对应托盘TYPE一栏显示3A或者4A字样，用来指示缺陷工件类型。3.测试工件为如图2所示的1、2号工件以及图3所示的3A号（3A-4号）缺陷工件。3种工件人工随机放置于3个托盘内，1个托盘装有1个工件。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，能够自动实现对托盘流水线上托盘中的工件进行识别、抓取、放置于指定位置，并且能够把空托盘放置于托盘库中，并且包含如下功能：1.能够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、暂停以及归位等功能。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1100待机2200运行3300抓取错误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测试要求如下：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放入3个托盘，托盘中分别放置1号、3号和4A-1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4-4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。图 4-4 工件摆放位置完成任务四中（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，能够实现码垛机立体仓库的基本运动和状态显示，包括手动控制码垛机每一个运动轴，码垛机的复位功能，码垛机停止功能，显示码垛机各个轴的限位、定位和原点传感器状态，显示立体仓库中有无托盘信息。码垛机具有出库和入库两种模式：出库模式：码垛机从指定库位托盘的取出并放置于AGV机器人上等功能；入库模式：码垛机能从AGV 机器人取回托盘并送入指定的立体仓库仓位。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测试要求如下：1.正确手动控制码垛机1轴、2轴和3轴的正反向运动。2.正确实现码垛机的复位。3.根据评判要求参赛选手手动放置2个托盘于立体仓库，在调试界面显示仓位信息，码垛机正确从立体库取托盘放置到AGV机器人上部输送线上。4.根据评判要求参赛选手手动放置托盘到位于码垛机端的AGV机器人上部输送线上，码垛机正确从AGV 机器人取回托盘并送入立体仓库仓位。完成任务四中（四）后，举手示意裁判进行评判！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、暂停、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，红色状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；4）码垛机X轴、Y轴以及Z轴处于原点。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的选取、码垛机启动、码垛机停止、码垛机复位等功能。（二）系统综合任务实现任务要求：1.合格工件11个，包含2套成品所包含的工件、不成套的工件以及缺陷工件2个；所有工件存放于立体仓库和备件库中，立体仓库中的每个托盘中放置一个工件；2.工业机器人在装配工位G8指定位置进行装配；3.工业机器人装配过程中抓取的工件为缺陷工件时，红色指示灯亮，摆放完毕后红色指示灯灭；4.按工件号1234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G7。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，才可进行装配。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）。7.装配完成后，装配工位G8不能有工件、缺陷件以及成品，并且绿色指示灯1Hz闪烁；8.入库时，参赛选手可操作主控界面和AGV启动系统入库流程；9.入库时，需将所有的成品、剩余不成套的工件以及缺陷工件，放到立体仓库指定的区域；10.入库时，工业机器人从托盘收集处每次取出一个托盘，将所有待入库物品依次放到流水线托盘，每个托盘只放一个物品；11.入库完成后，设备处于初始状态，并且绿色指示灯0.5Hz闪烁；12.在入库过程中，托盘在从倍速链流向小车的过程中，可以人工辅助工件顺利运送到小车上，其它情况下不允许人工干预系统的正常运行；13.安全门打开时设备停止工作，安全门关上后，进行复位后重新运行设备，安全门打开时红色指示灯亮，关闭是红色指示灯灭。编程实现任务流程：根据现场提供的编程环境编写人机界面、主控、码垛机以及机器人等程序；完成工件的出库、识别、空托盘的回收、不同工件的分类、缺陷检测、搬运、装配以及入库等任务。具体任务流程如下：（1）出库和装配流程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；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，如此循环直至所有托盘输送完毕；3.在工件作业流水线上，利用相机对工件进行识别，在抓取工位，机器人根据相机识别结果进行抓取，并根据任务要求放置相应位置，工件放置完后，抓取并放置空托盘于托盘库中；4.按照任务要求对整个机器人关节进行装配，装配完成后将成品摆放至成品库；5.完成所有成套机器人关节装配、不成套配件和缺陷工件摆放任务后，装配流程结束。（2）入库流程1.在主控界面和AGV界面设置入库模式，启动入库流程；2.反向入库时倍速链反向进行运动，机器人从空托盘库收集处取空托盘于倍速链G1工位上，从装配流水线G7、G8或者G9上每次抓取一个物品放到空托盘中；7.当托盘运送到倍速链G6工位后，输送至AGV传送带；8.AGV将托盘输送至码垛机端后自动停止，码垛机对该托盘进行入库操作，并放到立体仓库指定区域；9. 循环完成所有物品的入库操作。综合工作任务主要步骤如图5-1所示。测试要求如下：1）成品装配位置如下图5-2所示；2) 存放于立体仓库和备件库中的托盘和工件位置和区域根据评判要求摆放；3）按照出库和装配流程自动完成2套完整机器人关节的装配；4）按照入库流程完成所有G7、G9区域的物品全部入库；5）入库摆放区域根据评判要求指定。图5-1 综合任务工作流程图5-2 成品装配位完成任务五后，举手示意裁判进行评判！23