中职机器人技术应用赛项样题.docx
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中职机器人技术应用赛项样题
2018年湖南省职业院校技能大赛
机器人技术应用（中职组）
竞赛任务书样题
选手须知：
1.任务书共22页，如出现任务书缺页、字迹不清等问题，请及时向裁判示意更换。
2.竞赛任务过程配有1台计算机，安装有竞赛任务要求的“RobotArt竞赛版"软件（任务书中所述离线编程软件均指RobotArt）.
3.竞赛用参考资料（ABB机器人编程手册、Omron视觉操作手册等）放置在“D:
\参考资料”文件夹中.
4.参赛队应在4小时内完成任务书规定的所有内容，选手在竞赛过程中创建的软件程序文件务必存储到“D：
\技能竞赛”文件夹中，未存储到指定位置的运行记录或程序文件均不予给分。
5.选手提交的竞赛任务书仅可用竞赛场次和赛位号进行标识，不得出现学校、姓名等与身份有关的信息或与竞赛过程无关的内容，否则成绩无效。
6.由于参赛队人为原因导致竞赛设备损坏,以致无法正常继续比赛,将取消参赛队竞赛资格。
竞赛场次:
第场赛位号：
第号
竞赛平台简介
“机器人应用技术”赛项（中职组）的竞赛平台为“CHL-DS-01型工业机器人PCB异形插件工作站”，如图1所示，该设备以桌面式关节型六轴串联工业机器人为核心，在操作平台的四周合理分布有4种不同工艺应用的工艺工具以及涂胶单元、搬运码垛单元、异形芯片原料单元、异形芯片装配单元、视觉检测单元、PLC总控系统、安全光栅及操作面板等组件，如图2所示,同时螺丝供料机、供气系统和电源组件布置于工作站台架内部.
图1工业机器人PCB异形插件工作站
图2工作站布局
工业机器人PCB异形插件工作站以3C典型产品的生产装配过程为主线，包含了涂胶、搬运码垛、视觉分拣、装配、锁螺丝、检测等工艺过程,所有涉及设备均合理布置在工作站台面上，方便查看设备状态和操作编程。
工作站以3C行业最典型的异形芯片插件工艺过程为任务主线，产品由异形芯片零件、PCB电路板及盖板构成，如图3所示。
图3电子产品PCB异形芯片插片产品
竞赛时所提供的芯片共有4类，每类两种颜色,如图4所示，按照芯片料库中的指定料槽摆放,如图5所示。
图4芯片种类和颜色
图5芯片料库料槽区域分布
请选手根据竞赛任务书，在4个小时内,完成以下所有竞赛任务，详细图纸及资料见附件。
任务一机械及电气安装调试
安装工艺要求：
1.电缆与气管分开绑扎，第一根绑扎带距离接头处60±5mm，其余两个绑扎带之间的距离不超过50±5mm，绑扎带切割不能留余太长，必须小于1mm，美观安全。
气路捆扎不影响工业机器人正常动作，不会与周边设备发生刮擦勾连。
2.电缆和气管分开走线槽，气管在型材支架上可用线夹子绑扎带固定，两个线夹子之间的距离不超过120mm.走线槽的气管长度应合适，不能折弯缠绕和绑扎变形现象，不允许出现漏气。
3.机械安装需选择合适工具,按提供模块零件完成单元装配，安装完毕后机械单元部分没有晃动和松动。
执行元器件气缸动作平缓,无强烈碰撞。
（一）工业机器人工具快换系统的安装及接线
1.将工具快换系统的法兰端快换模块安装到工业机器人的第六轴法兰盘上,销钉孔对齐；
2.将快换工具涂胶笔和夹爪组装完成。
3.根据附件资料和现场提供的工业机器人工具功能要求,完成法兰端快换模块气路接线，包括锁定气路和工具控制气路。
要求正压气路用蓝色气管，负压气路用透明气管。
4.通过工作站侧面气路调压阀,将气路压力调整到0.4~0。
6MPa，并打开过滤器末端开关,测试气路连接的正确性，要求：
DO信号HandChange_Start为0时快换工具上钢珠为顶出状态，DO信号Grip为0时夹爪为松开状态。
5.根据功能要求,使用手动工具完成装配检测单元的1号和3号装配检测工位；
6.根据功能要求,将1号和3号工位的推动气缸和升降气缸位置传感器、检测LED灯、检测指示灯全部连接到端子排上，要求连接可靠，不允许出现短路和断路问题。
7.要求附件资料中电磁阀功能定义及编号，完成1号和3号检测单元各气缸到阀岛的气路连接,阀岛部分的所有气管均要按工艺要求绑扎。
设备原2号和4号检测单元的电气线路和气路不需要选手重新绑扎。
（二）PLC控制系统的IO接线
1.将工作站切换到手动模式；
2.通过气动电磁阀上的手动调试按钮，确定每个电磁阀的控制逻辑（填入X号工位升降气缸或X号工位推动气缸）；
表1电磁阀控制逻辑
序号
电磁阀编号
控制逻辑
1
Y1
2
Y2
3
Y3
4
Y4
5
Y5
6
Y6
7
Y7
8
Y8
3.根据附件提供的PLC控制系统IO信号表，完成PLC控制线路接线，接线区域如图6所示；
图6PLC控制线路接线区域
4.利用操作面板上的触摸屏的手动界面，对接线进行测试，确认功能正确.
注意:
竞赛开始满2小时后，可举手示意现场裁判，申请放弃该任务中“工业机器人工具快换系统的安装及接线”内容的得分，由现场技术人员辅助完成该部分内容。
从技术人员操作，开始秒表计时；如果技术员十分钟内完成,不予以补时；如果技术员超过十分钟完成，超出时间根据实际情况酌情予以补时.
任务二工业机器人维护及操作
通过示教器操作工业机器人完成工具定义及TCP标定。
（一）工具TCP标定
利用竞赛现场工具箱中提供的涂胶工具,更换为实体尖点（工具箱内）后，手动安装到工业机器人的工具快换系统的法兰端模块上，如图7所示;
图7尖点工具
1.创建名称为“tTCP"的工具；
2.设定其mass值为1；
3.通过工作站提供的TCP标定尖点，定义该工具的TCP参数，要求：
a）tTCP坐标系X轴方向与基坐标系的X轴平行，方向相反;
b）tTCP坐标系Y轴方向与基坐标系的Y轴平行，方向相反;
c）tTCP坐标系Z轴方向与基坐标系的Z轴平行，方向相同;
4.TCP标定后工业机器人系统计算的平均误差不可大于0.1mm，其值将影响得分；
5.完成标定后，手动取下涂胶工具并恢复原状，放回工作台的指定工具支架上。
注意：
TCP标定完成后，在示教器界面出现平均误差界面时，参赛队必须举手示意现场裁判，展示平均误差值,并由裁判当时记录并留存，参赛队签字（场次+赛位号）确认,否则该项不得分.比赛开始3个小时后不再接受该任务的评分申请。
表2工具TCP标定信息
序号
项目名称
数值
1
X
2
Y
3
Z
4
平均误差
（二）工业机器人的工作原点设定
通过示教器手动操纵工业机器人，使其姿态处于安全工作初始姿态，即工作原点,如图8所示，并将此点命名为Home，具体要求如下：
1.第1轴关节角度为0°;
2.第2轴关节角度为0°；
3.第3轴关节角度为0°;
4.第4轴关节角度为0°；
5.第5轴关节角度为+90°；
6.第6轴关节角度为0°;
7.使用MoveAbsj指令记录Home点到main程序第一行。
图8工业机器人本体的工作原点姿态
（三）离线编程三维环境搭建
1.利用现场提供的测量工具，完成对工作站台面上所有设备组件的布局尺寸测量;
2。
利用竞赛现场提供的电脑，打开“RobotArt竞赛版”软件,根据实际测量结果,对三维环境中的设备组件进行位置调整，满足后续离线编程应用要求；
3.工作站原型文件可通过工具栏“工作站”按钮打开使用，通过工具栏“另存为"按钮保存到“D:
\技能竞赛”文件夹中，文件重命名为“三维环境”，请勿擅自更改文件后缀.软件操作过程中注意随时保存比赛成果；
4.完成三维环境搭建并完成另存为操作后,将“三维环境”工程文件，再次通过工具栏“另存为"按钮，保存到“D：
\技能竞赛"文件夹中，文件分别重命名为“涂胶编程”、“拆垛编程”,请勿擅自更改文件后缀.
任务三外壳涂胶及产品码垛
（一）外壳涂胶及产品码垛
利用竞赛现场提供的电脑，使用“RobotArt竞赛版”软件，打开任务一中保存的“涂胶编程”工程文件，完成基于工作站的外壳涂胶工艺离线编程操作。
软件操作过程中注意随时通过工具栏中的“保存”按钮对工程文件进行保存.软件离线编程结果和工作站实际运行结果均作为评分要求。
图9涂胶轨迹
涂胶工艺过程具体要求：
1.在操作面板区域将工作站切换到手动模式；
2.工艺过程的起始点为Home点；
3.工业机器人自动完成涂胶工具的抓取动作；
4.要求涂胶工具的尖点依次沿涂胶单元（图9）上的编号为
、
、
、
的轨迹完成涂胶连续动作；
5.涂胶过程中，要求涂胶工具的尖点始终位于涂胶单元轨迹线槽的中心线，偏离涂胶单元平面上方5mm距离；
6.涂胶工具在涂胶单元上沿涂胶轨迹运动时，要求到每条轨迹的末尾，做3s暂停等待,再继续后续动作；
7.完成涂胶轨迹后，工业机器人自动完成涂胶工具的放回动作；
8.工艺过程的结束点为Home点；
9.涂胶过程中工具不可掉落,不得发生碰撞干涉；
10.完成所有工业机器人的程序编制后,验证程序.
（二）产品码垛
利用竞赛现场提供的电脑，使用“RobotArt竞赛版”软件,在上一任务中保存在“D：
\技能竞赛"中的工程文件里，完成基于工作站的产品码垛工艺离线编程及后置程序在真机工作站上的验证应用,如图10所示。
软件操作过程中注意随时通过工具栏中的“保存"按钮对工程文件进行保存。
评分时打开工程文件，首先完成执行软件仿真，后完成工作站运行的演示，仅一次机会.指定的码垛姿态如图11所示.
图10平台A、平台B及物料
图11码垛姿态
码垛工艺过程具体要求：
1.工艺过程的起始点为Home点；
2.工业机器人自动完成夹爪工具的抓取动作;
3.工业机器人由平台A拾取物料时,需从平台A底部拾取，不得从平台A顶部拾取；
4.工业机器人在平台B码垛物料时,底层物料摆放姿态需与图11左侧图要求相同,上层物料摆放姿态需与图11右侧图要求相同;
5.码垛过程中物料不可掉落；
6.工业机器人自动完成夹爪工具的放回动作;
7.码垛工序仿真过程中，仿真过程中所有设备未发生干涉碰撞报警（安装工具和抓取物料放置物料发生的碰撞报警除外），工业机器人运行轨迹中不出现奇异点、轴限位点及不可达点；
8.工艺过程的结束点为Home点。
任务四异型芯片分拣和插件
结合视觉检测组件，通过示教器操作工业机器人编程，利用吸盘工具，先拆除产品上的芯片，然后再从原料料盘中选取相反颜色的芯片，并安插到安装检测平台的安装工位上的电子产品PCB板中，其中产品一A04放置在安装检测工装1号工位,产品二A03放置在安装检测工装2号工位，产品三A06放置在安装检测工装3号工位,程序模块保存为FenJian，评分时由现场裁判随机摆放不同颜色的异形芯片，按照指定位置摆放电子产品PCB板和盖板，采用工作站手动模式、工业机器人手动模式连续运行程序完成整个过程的演示,仅一次机会。
指定的电子产品PCB板芯片要求如图12所示.
图12电子产品PCB板要求
异形芯片分拣和插件的工艺过程要求如下：
1.将工作站切换到手动模式，利用触摸屏的手动调试界面完成对工作站编程状态的初始化姿态确定，要求安装检测工装所有工位的安装平台全部处于伸出位置、检测器处于升起状态、检测器灯熄灭；
2.工艺过程的起始点为Home点；
3.将工作站切换到运行模式,按下启动和自动启动按钮后，先对设备进行自检，1、2、3、4号工作台缩回检测，检测灯闪烁3s，检测结果为红绿灯1HZ频率交替闪烁，5s后熄灭，设备恢复初始化姿态；
4.工业机器人自动完成吸盘工具的抓取动作;
表3产品目标状态
产品
芯片位置
芯片类型
芯片颜色
A04
1
CPU
蓝色
2
集成电路
红色
3
电容
黄色
4
电容
蓝色
5
三极管
黄色
5.利用吸盘工具中的单吸盘完成对异形芯片的拾取，将产品A06上（由裁判随机摆放满）的芯片检测并记录该位置的芯片场景，然后将芯片放置到芯片回收料盘;
6.将产品A04、A03上（由裁判随机摆放满）的芯片检测,然后将其中符合自身产品要求（产品A04需求如表3,产品A03与A04需求颜色相反）的芯片放回原位上，不符合要求的芯片优先供应产品A06（芯片颜色与摆放的相反），如产品A06不需要,将多余的芯片放置到芯片回收料盘；
7.检测完PCB板上的芯片后，再从原料料盘中拾取符合产品要求的芯片重新安装到产品A03、A04、A06上，工业机器人的动作起始位置均为Home点;
8.异形芯片在拾取和插件过程中,不得掉落;
9.异形芯片的颜色检测通过视觉检测组件完成，工业机器人根据反馈结果将CCD检测OK的芯片安装到PCB板的指定位置,CCD检测NG的芯片放回原处；
10.完成所有满足要求的异形芯片的拾取插件工序,要求将异形芯片准确安插到指定电子产品的PCB板的异形芯片位置，芯片方向不做要求，插件顺序可自行决定；
11.利用吸盘工具的双吸盘完成对盖板的拾取；
12.盖板在拾取和安装过程中，不得掉落；
13.将盖板准确安装到所有已完成异形芯片插件的电子产品上，安装顺序可自行决定；
14.工业机器人自动完成吸盘工具的放回动作；
15.工艺过程的结束点为Home点;
16.完成所有工业机器人的程序编制后，完成对系统及程序的联调验证。
任务五电子产品装配及质量检测
通过示教器操作工业机器人编程,利用锁螺丝工具和吸盘工具,完成电子产品装配和质量检测，程序运行起始模块保存为ZhuangPei,评分时采用工作站自动模式、工业机器人手动模式，连续运行程序完成整个过程的演示，仅一次机会。
检测产品的成品区和回收区位置如图13所示。
图13成品区和回收区
电子产品装配及质量检测的工艺过程要求如下:
1.将工作站切换到手动模式,利用触摸屏的手动调试界面完成对工作站编程状态的初始化姿态确定，要求安装检测工装所有工位的安装平台全部处于安装位置、检测器处于升起状态、检测器灯熄灭，工业机器人动作编程过程中,可以通过手动调试界面完成相关的配合动作；
2.工艺过程的起始点为Home点；
3.工业机器人自动完成锁螺丝工具的抓取动作；
4.工业机器人返回工作原点，准备开始锁螺丝工序;
5.完成对所有电子产品的四角螺丝锁紧动作，锁紧顺序可自行决定；
6.螺丝锁紧过程中要求螺丝不得掉落，不得出现工业机器人运行错误或力矩报警，螺丝处于锁紧状态；
7.工业机器人自动完成锁螺丝工具的放回动作、吸盘工具的拾取动作；
8.产品完成安装后，通过工业机器人与PLC的信号通讯，依次逐个完成A03、A04、A06三个电子产品的检测工序，并且合格亮绿灯,不合格亮红灯（合格率50％）；
9.根据PLC返回的电子产品的检测结果，将检测为合格的电子产品放置于成品区，将检测为不合格的电子产品放置于回收区；在电子产品放置到相应位置后，清除工作台的检测结果。
10.工业机器人自动完成吸盘工具的放回动作；
11.工艺过程的结束点为Home点；
12.完成所有工业机器人的程序编制后,将工作站切换到自动模式，并自动启动，完成对系统的联调。
注意：
工作站处于自动运行模式时，工作站正面的安全光栅启动，触发会报警.
附件竞赛平台相关资料
竞赛平台工作台面左侧为电气接线区域,如图14所示，包括PLC、继电器、公共端子台、电磁阀和线槽，涵盖了除供电及电源期间的所有控制设备、电气接线元件，选手需在此区域完成相关的电气接线操作。
图14电气接线区域
为方便拆装操作，气路电磁阀集中布置在电气接线区域，紧密排列，各电磁阀的功能要求和编号如图15所示。
图15电磁阀功能定义及编号
换工具系统法兰端气路接线图纸
工具快换系统气路接线图
竞赛平台提供了1个整体料架，包括芯片原料料盘、盖板原料位、产品成品位和芯片回收料盘,如图所示,其中产品原料料盘和芯片回收料盘对于不同类型的芯片的位置序号如下图所示.
整体料架
芯片料盘芯片摆放位置编号
竞赛平台提供了4种模拟芯片，每种芯片分别用两种颜色加以区分，如下图所示.竞赛评分时，根据任务书的初始状态要求摆放，颜色排列顺序由评分裁判演示前指定。
芯片种类及颜色
竞赛平台提供了4种电子产品底板用以表示不同产品型号和规格，每种型号各1个，每种产品所要求的芯片种类、数量、颜色及位置均有所区别,如图所示。
每种产品都可以安装统一尺寸的盖板并利用螺丝锁紧，产品编号A03、A04、A05和A06.
竞赛平台提供了4工位的装配检测单元，如下图所示,可用于固定产品底板,在完成安装后，由PLC控制气缸和指示灯动作,实现产品的模拟检测工序。
电子产品底板安装在每个工位的安装台上,由机器人侧向检测工位看去,底板上标识的型号文字正向为正确摆放姿态。
电子产品
安装检测工位
其中1号装配检测工位的装配爆炸如下图所示,所有紧固用螺丝和升降气缸的传感器并未在图中表示，1号工位与2号工位的安装方式为镜像对称，1号工位与3号工位安装方式完全相同，2号工位与4号工位安装方式完全相同。
装配检测工位机械装配爆炸图
工业机器人通信IO信号
表3工业机器人数字量输入信号表
IO板地址
信号名称（DI）
功能描述
对应关系
对应IO
0
Area_1_detection_finish
测试1区完成检测
PLC
Q12。
0
1
Area_2_detection_finish
测试2区完成检测
PLC
Q12。
1
2
Area_3_detection_finish
测试3区完成检测
PLC
Q12.2
3
Area_4_detection_finish
测试4区完成检测
PLC
Q12.3
4
Continue
继续
PLC
Q12.4
5
Stop
急停
PLC
Q12.5
6
Mode
模式切换
PLC
Q12.6
7
Result
PLC检测结果
PLC
Q12.7
8
VacSen_1
真空检知（双）
工具
9
VacSen_2
真空检知（单）
工具
10
Res
复位
PLC
Q8.0
11
Screw_Arrive
螺丝到位
工具
12
torque
扭矩检知
工具
13
CCD_OK
视觉OK信号
CCD
OR
14
CCD_Finish
视觉完成
CCD
GATE
15
CCD_Running
视觉运行
CCD
RUN
表4工业机器人数字量输出信号表
IO板地址
信号名称（DO）
功能描述
对应关系
对应IO
1
GO10_1_2
放料完成组信号
（1）-PLC
I3.0
2
（2）-PLC
I3.1
3
PutFinish_Affirm
放料完成确认
PLC
I3.2
4
BVAC_1
破真空（单）
工具
5
Grip
码垛夹爪
工具
6
Screw_BVac
吹螺丝
工具
7
Screw_Hit
打螺丝
工具
8
HandChange_Start
快换裝置
工具
9
Vacunm_1
真空（双）
工具
10
Vacunm_2
真空（单）
工具
11
AllowPhoto
允许拍照
CCD
STEP0
12
GO10_11_14
CCD组信号
CCD
DI0
13
CCD
DI1
14
CCD
DI2
15
CCD
DI3
16
Scene_Affirm
场景确认
CCD
DI7
PLC控制系统与安装检测工装的IO信号
序号
IO信号
功能注解
1
Q0.0
1号工位顶升气缸
2
Q0.1
2号工位顶升气缸
3
Q0。
2
3号工位顶升气缸
4
Q0。
3
4号工位顶升气缸
5
Q0。
4
1号工位推动气缸
6
Q0。
5
2号工位推动气缸
7
Q0。
6
3号工位推动气缸
8
Q0.7
4号工位推动气缸
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