福建省职业院校技能大赛高职组工业机器人技术应用赛项规程.docx

1、福建省职业院校技能大赛高职组工业机器人技术应用赛项规程2021年度福建省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（样题）选手须知:1.任务书共25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（机器人、PLC、变频器的产品手 册，设备的10变量表）以.PDF格式放置在“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（含评分）；选手在竞赛过程中 创建的程序文件必须存储到“D:技能竞赛赛位号”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

2、的信息，否则成绩无效。5.由于接线错误、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.每一个任务的初始状态和具体测试要求根据评判要求现场给定或者试题给定。7.工件在装配工位、备品库、成品库不允许堆叠，且一个工件摆放位同时只能摆放一个工件。8.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

3、图系统的主要工作目标是实现机器人关节的混流生产，工艺流程为：码垛机 从立体仓库中取岀工件放置于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、 谐波减速器和输岀法兰四个工件（各工件有两种类型），默认的工件编号从左 至右为1-8号。工件1关节底座O“工件2 工件3 工件4电札1 谐波减速器1 输出法兰工件5 关节底座2工件6 工件7 工件&电机-2 谐波减速器2 输出法兰2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

4、号分别为3A-1号、4A-1号, 并且缺陷工件编号如图3所示。O 3A-1 号 4A-1 号图3 3A-1和4A-1号缺陷工件图示要求装配2种类型的成品套件,分别为I型和II型，如图4所示。工件5关节底座2工件6电机2工件7谐波减速器2工件4输出法兰JI型关P成品套件工件1关节底座J工件2电机工件3谐波减速器工件&输出法兰2II型关节成品套件图4 I型和II型成品套件图示托盘结构以及托盘放置工件的状态如图5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o挡条图5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6所示。机器人孤取匸位1仃G9备件库1：位 G8

5、装配I血 j 二-二二2 二G7、G8、G9 1门乍位近1;|JG7城品库 r1：位 1：位| 1：位 1：位 l：ftG6 G5 | G4 1 G3 G21 II II 1?JI1G1 1一一二巴 1托血收|集处托盘流水红m 1.位图6托盘流水线和装配流水线工位分布装配流水线如图7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。装配工位G8成品库G7序号 定位工位序号 备品库G9序

6、号图7装配流水线装配工位配置有四个定位工作位，按图7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 件运送至装配工位后，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工件2电机、工件3谐波减速器和工件4号输出法兰 等工件，也可以用于缺陷工件的临时存放。成品库主要用于存放己装配完成的工件，也可以用于其他工件临时存放。 要求：工件在装配工位、备品库、成品库工位不允许堆叠，一个工件摆放 位同时只能摆放一个工件。立体库仓位规定如下图8所示。AGV小车立体仓库码垛机器人图8立体库仓位规定系统中

7、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丄业机器人192. 168. & 103预设2智能相机192. 168. & 3预设3主控系统PLC192. 168. 8. 11预设4主控HMI触摸屏192. 168. & 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

8、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。負光电开关 拍蹩工位光电幵关 抓取工位光电开关图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：安全门闭合时，机器人正常运动，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丿和（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

9、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木体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、三爪卡盘安装连接完成后，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三爪卡盘和双吸盘的部分气路连接：1） 机器人主气路接头的连接；2） 三爪R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

10、安装；3.装配流水线定位夹具及控制气路的安装1） 流水线上G8工件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磁阀气路连接后的效果完成任务一中（二） 、（2）和（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

11、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。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

12、效果图诜成任务一中（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（三）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、清晰地拍摄并读 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3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。-tat1 at u i图2-1实现后的界面

13、效果示例完成任务二中（-）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、样木学习任务，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8种工件及缺陷件脚木文件，并做如下规定：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

14、下： 图3中的缺陷工件（3A-1号和4A-1号）的托盘（每一个托盘放置1个匚件） 放置于拍照区域，在软件中能够得到和正确显示8种工件及2种缺陷件的位置、 角度和类型编号（选手通过相应缺陷检测工具显示出缺陷工件明显上述特征即 可）。选手依次手动放置安装有2中的1、2、3、4、5、6、7、8号工件以及注意事项：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。慌成任务二中U丿后,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

15、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，最终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：机器人侧1 w Q 令 图3-1工件摆放位置3）将4、5、6、7

16、依次搬运到装配工位成品库G7和备件库G9指定位置,如图3-2所示，然后，用双吸盘将空托盘放置于托盘收集处。机器人侧?图3-2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 工位成品库G7和备件库G9的1-8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流水线的指 定位置。测试要求如下：1） 装配流水线工位成品库G7和备件库工位G9的工件为参赛选手人工按 照图3-3放置。2） 机器人自动将装配流水线工位成品库G7和备件库工位G9中的工件， 按照装配次序5-6-7-4依次抓取并放置于装配G8工位指定位置，每放置一个

17、 工件完成，夹紧气缸应立即动作，进行二次定位。定位完成后，机器人抓取工 件，在G8的2号工位进行I型成品的装配。装配完成后，机器人将装配的I 型成品放入工位G7指定位置，放置结果如图3-4所示。3） 机器人自动将装配流水线工位成品库G7和备件库工位G9中的工件，按照装配次序1-2-3-8依次抓取并放置于装配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，机器人抓取工 件，在G8的3号工位进行II型成品的装配。装配完成后，机器人将装配的II 型成品放入工位G7指定位置，并放置结果如图3-5所示。4）成品放置完成后，机器人对I型和II型成品工件进行自动拆解，拆

18、解后放置结果如图3-6所示。图3-3工件装配前人工摆放位置了丘 G E 三d fl I机器人侧S 9图3-4装配后I型成品放置结果机器人侧,9图3-5装配后II型成品放置结果图3-6 I型和II型成品拆解后摆放位置慌成任务三中（一丿、（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

19、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木运动，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。托盘流水线装配流水线寻原点 点动正转| 400000 |;运转1tonnma|i运转1 +00000 |运转点动反转速度设定%实际位貿1+oooooodA位置B位置C位置速度设定+000%空托盘数量iioo生产线启动拍照位气

20、缸点动生产线停止抓取位气缸点动入口光归开关 AC明达传送帝O拍昭工总光电开光 抓戦工位光电开关图4-1流水线调试界面参考示例完成任务四中（-）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。视觉系统调试托盘2T?PB0| x tootitSiYZ備0A Imxjo.o托盘3TYPEXY HXMJ.0zA W00.|岁机系数（K）. OOOl工件1底座1+0. 0（）0|工件2电机仏0（）0|工件3减洙器相机拍照墩据清空工件4法兰

21、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，在人机界而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5、8号工件以及图2所示的3A号（3A-1号）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U丿后,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

22、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,并在人机界而显示，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11000待机22000运行33000抓取错误机器人调试界面参考示例如下图4-3所示。机器人系统调试图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，

23、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3A-L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PLCo3） 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、G9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。團44 件抉放付晉诜成任务四中后,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

24、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：岀库模式：码垛机从指定库位将托盘取岀并放置于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。-TOSj o待机 上电 塑位中复位完成运行总点位罚 | 40 |行*0 列终点位鬥：巨行匚列k ft 启动 停止鬥fii伶則 +0 行 谄列I 1紬闽邊I 1 轴 JfiiR |血上升I2箱尸阵|I 钵| |世也 轶云刃甬

25、算氏11入式仃/0状态I 急停 sMiFIRtt 上电 朮位1输正粧佥3S*.l1抽负隈代货叉工件1定血窟蜒点？ 血亍位2 三色外红1输犷位3 三色1T黄2tt正隈位三色幻绿?负IR仙列眼解除2输定位1 报T 谢定位2M力位3他障状甜 铀庖回回回回回回 嘶回回回叵回叵回 嘶回回回回回叵回讣回回回回回回回 站用 須6列第酬 荻列第呀 第2列 筋列 巳总甘画q巳出*函不1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、启动、停止功能。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

26、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，可采用人工按要求放置托盘到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

27、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

28、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18个，包含：2套I型成品所包含的工件、2套H型成品所包含的 工件、不成套的工件2个以及缺陷件2个；所有工件存放于立体仓库中，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若为缺陷件时，红色指示灯亮，摆放 完毕后红色指示灯灭；4.1型成品的装配流程:按工件号1-2

29、-3-8的次序在装配工位气缸二次 定位后依次进行装配；当8号工件装配到位后，机器人带动8号工件顺时针旋 转90度扣紧，整套工件组装完成；将装配好的工件整体可以暂存至成品库G7, 也可以通过返库流程将成品套件通过AGV运送至立体仓库的指定仓位。然后进 行下一套机器人关节的装配；5.II型成品的装配流程：按工件号5-6-7-4的次序在装配工位气缸二 次定位后依次进行装配；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；将装配好的工件整体可以暂存至成品库 G7,也可以通过返库流程将成品套件通过AGV运送至立体仓库的指定仓位。然 后进行下一套机器人关节的装配；6.所有待装配工件必须经气缸二次定位后，才可进行装配。7.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