2019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)2019工业机器人技术应用—赛项试题0

12019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IO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；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.每一个任务的初始状态和具体测试要求根据评判要求在开赛时、任务评分前或任务评分时给定。7.工件在装配工位、备品库、成品库不允许堆叠，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：2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实现机器人关节的混流生产，基本流程为：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混流生产，生产完成后，再反向入库。机器人关节由4个工（部）件组成，分别是关节底座、电机、谐波减速器和输出法兰。关节底座、电机、谐波减速器和输出法兰各有2种类型，谐波减速器和输出法兰存在次品。各工（部）件类型如图2所示，次品类型如图3所示。工件2电机-1工件3谐波减速器-1工件4输出法兰-1工件1关节底座-1机器人控制柜主控柜码垛机器人控制柜立体仓库码垛机器人AGV小车磁条托盘流水线装配流水线防护栏托盘回收仓工业机器人智能相机3工件6电机-2工件8输出法兰-2工件7谐波减速器-2工件5关节底座-2图2需要识别抓取和装配的工件3A-3号4A-2号图3输出法兰缺陷工件图示要求生产2种类型的成品套件，分别为I型和II型，如图4所示。工件6电机-2工件3谐波减速器-1工件4输出法兰-1I型关节成品套件工件5关节底座-2工件2电机-1II型关节成品套件工件8输出法兰-2工件7谐波减速器-2工件1关节底座-1图4I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。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。4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。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电机、谐波减速器和输出法兰等工件，也可以用于缺陷工件的临时存放。成品库主要用于存放已装配完成的工件，也可以用于其他工件临时存放。工件在装配工位、备品库、成品库不允许堆叠，一个工件摆放位同时只能摆放一个工件。5立体库仓位规定如下图8所示。图8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6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，系统停止运动。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；73）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。8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）（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。9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。图1-7AGV机器人上部输送线结构爆炸图图1-8AGV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。已安装10图1-9AGV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！11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，不补时，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。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；123）编写8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：选手依次手动将摆放有图2中的1~8号工件以及图3中的缺陷工件（3A-3号和4A-2号）的托盘（每一个托盘放置1个工件）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。注意事项：1）在样本学习和编写脚本文件时现场不提供3A或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！13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G7、G8、G9指定的位置中。测试要求如下：1）将3、4、5、6号工件依次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，工件取放在如下图3-1所示的装配工位G8的对应定位工位中，工件放到位置后，控制夹紧气缸夹紧工件，进行二次定位。然后，用双吸盘将空托盘放置于托盘收集处。成品库G7装配工位G8备件库G9机器人侧工件3工件4工件6工件5图3-1工件夹紧位置2）将图3-1中摆放完成的5、6、3、4号工件取放在如图3-2所示的成品14库G7和备件库G9中。成品库G7装配工位G8备件库G9机器人侧工件3工件4工件6工件5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G7和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G7和工位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G7和G9工位中的工件，按照装配次序5→6→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，放置结果如图3-4所所示。3）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→7→8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，放置结果如图3-5所所示。4）成品放置完成后，机器人对I型和II型成品工件依次进行自动拆解，拆解后放置结果如图3-6所示。15成品库G7装配工位G8备件库G9机器人侧工件3工件4工件8工件6工件2工件7工件1工件5图3-3工件装配前人工摆放位置成品库G7装配工位G8备件库G9机器人侧工件8工件2工件7工件1I型成品图3-4装配后I型成品放置结果I型成品成品库G7装配工位G8备件库G9机器人侧II型