2018工業(yè)機器人技術應用(高職組)-賽項試題1

./2018年全國職業(yè)院校技能大賽工業(yè)機器人技術應用賽項〔高職組競賽任務書選手須知：任務書共23頁,如出現任務書缺頁、字跡不清等問題,請及時向裁判申請更換任務書。競賽過程配有兩臺編程計算機,參考資料放置在"D:\參考資料"文件夾下。參賽團隊應在4小時完成任務書規(guī)定容；選手在競賽過程中創(chuàng)建的程序文件必須存儲到"D:\技能競賽\競賽編號"文件夾下,未存儲到指定位置的運行記錄或程序文件均不予給分。選手提交的試卷不得出現學校、等與身份有關的信息,否則成績無效。由于錯誤接線、操作不當等原因引起機器人控制器及I/O組件、智能相機、PLC、變頻器、AGV的損壞以及發(fā)生機械碰撞等情況,將依據扣分表進行處理。每一個任務具體測試要求根據評判要求現場給定或者試題給定。在完成任務過程中,請及時保存程序及數據。場次：工位號：日期：競賽設備描述："工業(yè)機器人技術應用"競賽在"工業(yè)機器人技術應用實訓平臺"上進行,該設備由工業(yè)機器人、AGV機器人、托盤流水線、裝配流水線、視覺系統(tǒng)和碼垛機立體倉庫等六大系統(tǒng)組成,如圖1所示。圖1競賽平臺結構圖系統(tǒng)的主要工作目標是碼垛機從立體倉庫中取出工件放置于AGV機器人上部輸送線,通過AGV機器人輸送至托盤流水線上,通過視覺系統(tǒng)對工件進行識別,然后由工業(yè)機器人進行裝配,裝配完成后,再反向入庫。圖2為需要識別抓取和裝配的工件,分別為機器人關節(jié)底座、電機模塊、諧波減速器和輸出法蘭,默認的工件編號從左至右為1-4號。圖2需要識別抓取和裝配的工件任務中3號和4號工件存在缺陷工件,類型編號分別為3A、4A,并且缺陷工件編號如圖3所示。3A-1號3A-2號3A-3號3A-4號3A-5號3A號缺陷工件4A-1號4A-2號4A號缺陷工件圖33A和4A號缺陷工件圖示托盤結構以及托盤放置工件的狀態(tài)如圖4所示,托盤兩側設計有檔條,兩檔條的中間區(qū)域為工件放置區(qū)。圖4待裝配的工件放置于托盤中的狀態(tài)系統(tǒng)中托盤流水線和工件裝配生產線工位分布如圖5所示。圖5托盤流水線和裝配流水線工位分布裝配流水線如圖6所示。由成品庫G7、裝配工位G8和備件庫工位G9三個部分組成。定義成品庫G7工位的工作位置為裝配流水線回原點后往中間運動200mm的位置；裝配工位G8的工作位置為在裝配流水線中間位置；備件庫G9工位的工作位置為裝配流水線回原點后往中間運動200mm的位置。圖6裝配流水線裝配工位配置有四個定位工作位,按圖6規(guī)定為1號位、2號位、3號位和4號位。每個定位工作位安裝了伸縮氣缸用于工件二次定位,當機器人將工件送至裝配工位后,先將其通過氣缸進行二次定位,然后再進行裝配,以提高機器人的抓取精度,保證順利完成裝配。備件庫主要用于存放2、3和4號工件,也可以用于缺陷工件的臨時存放。成品庫主要用于存放已裝配完成的工件,也可以用于其他工件臨時存放。立體庫倉位規(guī)定如下圖7所示。圖7立體庫倉位規(guī)定系統(tǒng)中主要模塊的預設IP地址分配如下表1所示,各參賽隊可根據實際情況自行修改。表1主要功能模塊預設IP地址分配表序號名稱IP地址分配備注1工業(yè)機器人預設2智能相機192.168.8.3預設3主控系統(tǒng)PLC192.168.8.11預設4主控HMI觸摸屏192.168.8.111預設5編程計算機1192.168.8.21預設6編程計算機2192.168.8.22預設7碼垛機系統(tǒng)PLC192.168.8.12預設8碼垛機HMI觸摸屏192.168.8.112預設任務一：機械和電氣安裝〔一傳感器的安裝1.安裝并調試托盤流水線傳感器安裝托盤流水線上的入口光電開關、拍照工位光電開關以及抓取工位光電開關到托盤流水線正確位置。托盤流水線傳感器安裝完畢后,效果如圖1-1所示。圖1-1托盤流水線傳感器布置2.安裝安全護欄傳感器將安全護欄傳感器安裝在安全護欄門的正確位置,使后續(xù)編程時能夠實現：當安全門打開時,機器人停止運動。在安全護欄中安裝安全護欄傳感器完成后,效果如圖1-2所示。圖1-2安全護欄傳感器位置完成任務一中〔一〔1和〔2后,舉手示意裁判進行評判！〔二工業(yè)機器人氣路及外部工裝安裝1.工業(yè)機器人外部工裝安裝完成工業(yè)機器人末端真空吸盤、氣動三爪卡盤以及部分氣路連接：1吸盤與吸盤支架的安裝,氣管接頭的安裝；2三爪卡盤與支架的安裝,氣管接頭的安裝；3支架與連接桿的安裝；4連接桿與末端法蘭的安裝；5末端法蘭與機械手本體固連〔連接法蘭圓端面與機械手本體J6關節(jié)輸出軸末端法蘭；6氣管與氣管接頭的連接；7激光筆的安裝。氣動手爪安裝連接完成后,效果如圖1-3所示。圖1-3末端執(zhí)行器連接后的效果2.工業(yè)機器人末端手抓控制氣路的安裝完成工業(yè)機器人一軸底座真空發(fā)生器氣路、三爪卡盤和雙吸盤控制電磁閥的部分氣路連接：機器人主氣路接頭的連接；三爪卡盤與吸盤電磁閥的安裝及其氣路的連接；吸盤真空發(fā)生器的安裝與連接；機器人手抓夾具及激光筆控制電纜的連接。3.裝配流水線定位夾具及控制氣路的安裝完成裝配流水線G8工位定位夾具及其相關部件的安裝和整體氣路連接：1流水線上G8工位三個定位塊及夾具的安裝；2三個定位夾具氣管接頭的安裝；3氣管拖鏈及其相關部件的安裝；4氣管到電磁閥的氣路布線；5電磁閥體氣管接頭的連接。裝配流水線定位夾具及其氣路連接完成后,效果如下圖1-4所示。圖1-4裝配流水線定位夾具及電池閥氣路連接后的效果完成任務一中〔二〔1〔2〔3后,舉手示意裁判進行評判！〔三視覺及網絡系統(tǒng)的連接完成連接相機、編程計算機、主控單元、碼垛機單元和觸摸屏的連接：1安裝連接相機的電源線、通信線于正確位置；2按照系統(tǒng)網絡拓撲圖〔如圖1-5所示完成系統(tǒng)組網。圖1-5相機和編程計算機的連接示意圖相機連接完成后,效果圖如圖1-6所示。圖1-6相機連接完成的效果完成任務一中〔三后,舉手示意裁判進行評判！〔四AGV機器人上部輸送線安裝與調試完成AGV上部輸送線部分部件的安裝〔AGV機器人上部輸送線結構圖及爆炸圖如圖1-7和1-8所示：1主動軸的安裝；2同步帶傳動機構的安裝及調試；3從動軸的安裝；4平皮帶緊度的調節(jié)；5托盤導向板的安裝。注意事項：現場三個緊輪處同步帶已安裝。已安裝已安裝圖1-7AGV機器人上部輸送線結構爆炸圖圖1-8AGV機器人上部輸送線結構圖AGV機器人上部輸送線安裝完成后,效果圖如圖1-9所示。圖1-9AGV機器人上部輸送線安裝完成效果圖完成任務一中〔四后,舉手示意裁判進行評判！任務二：視覺系統(tǒng)編程調試在完成任務一中視覺系統(tǒng)連接的基礎上〔如果參賽隊沒有完成任務一〔三,由裁判通知技術人員完成,參賽隊任務一〔三不得分,并扣2分,所花費時間不補時,完成如下工作：〔一視覺軟件設定打開安裝在編程計算機上的X-SIGHTSTUDIO信捷智能相機軟件,連接和配置相機,通過調整相機鏡頭焦距及亮度,使智能相機穩(wěn)定、清晰地攝取圖像信號。測試要求如下：在軟件中能夠正確實時查看到現場放置于相機下方托盤中的工件1的圖像,要求工件圖像清晰。實現后的界面效果如圖2-1所示。圖2-1實現后的界面效果示例完成任務二中〔一后,舉手示意裁判進行評判！〔二智能相機的調試和編程1.設置視覺控制器觸發(fā)方式、Modbus參數,設置視覺控制器與主控PLC的通信；2.圖像的標定、樣本學習任務,要求如下：1對圖像進行標定,實現相機中出現的尺寸和實際的物理尺寸一致；2對托盤的單一工件進行拍照,獲取該工件的形狀和位置、角度偏差,利用視覺工具,編寫相機視覺程序對工件進行學習。規(guī)定相機鏡頭中心為位置零點,智能相機學習的工件角度為零度；3編寫4種工件及缺陷件腳本文件,規(guī)定每個工件地址空間的第1個信息為工件位置X坐標,第2個信息為工件位置Y坐標,第3個信息為角度偏差。測試要求如下：選手依次手動放置安裝有圖2中的1、2、3、4號工件以及圖3中的3A、4A號的缺陷工件〔3A-4號和4A-1號的托盤〔每一個托盤放置1個工件于拍照區(qū)域,在軟件中能夠得到和正確顯示4種工件及2種缺陷件的位置、角度和類型編號。注意事項：1在樣本學習和編寫腳本文件時現場不提供3A、4A號的缺陷工件；2在編寫相機視覺腳本程序時,相機程序中對應工件的通信地址可自行定義。完成任務二中〔二后,舉手示意裁判進行評判！任務三：工業(yè)機器人系統(tǒng)編程和調試〔一工業(yè)機器人設定1.工業(yè)機器人工具坐標系設定1設定手爪1雙吸盤的工具坐標系；2設定手爪2三爪卡盤的工具坐標系,參考值為<0,-144.8,165.7,90,140,-90>。2.托盤流水線和裝配流水線位置調整利用工業(yè)機器人手爪上的激光筆,通過工業(yè)機器人示教操作,使工業(yè)機器人分別沿X軸、Y軸運動,調整托盤流水線和裝配流水線的空間位置,使托盤流水線和裝配流水線與工業(yè)機器人相對位置正確?！捕I(yè)機器人示教編程1.通過工業(yè)機器人示教器示教、編程和再現,能夠實現依次將4種工件從托盤流水線工位G1的托盤中心位置,搬運到裝配流水線裝配工位G8指定要求對應放置的定位工作位中。測試要求如下：1工件擺放于托盤中心位置,每次放一種工件,用末端工具對工件進行取放操作；2將工件取放在如下圖3-1所示的裝配工位的對應定位工位中,工件放到位置后,用雙吸盤將空托盤放置于托盤收集處。圖3-1工件擺放位置2.通過工業(yè)機器人示教器示教、編程和再現,能夠實現自動將裝配流水線工位G7和G9的1、2、3和4號工件搬運到裝配工位G8指定位置進行二次定位、工件裝配、放入成品庫和拆解,拆解后將工件擺放到裝配工位G8對應的指定位置。測試要求如下：1裝配流水線工位G7和工位G9的工件為參賽選手人工按照圖3-2放置。2機器人自動將裝配流水線G7和G9工位中的工件,按照裝配次序1-2-3-4依次抓取并放置于G8工位指定位置,每放置一個工件完成,夾緊氣缸應立即動作,進行二次定位,定位完成后,機器人抓取并完成裝配,裝配結果如圖3-3所示。3裝配完成后,機器人將裝配的成品放入工位G7,放置結果如圖3-4所所示。4成品放置完成后,機器人對對成品工件進行自動拆解,拆解后放置結果如圖3-5所示。圖3-2工件裝配前人工擺放位置圖3-3工件裝配結果圖3-4裝配后成品放置結果圖3-5工件拆解后配件擺放位置完成任務三中〔一、〔二后,舉手示意裁判進行評判！任務四：工業(yè)機器人系統(tǒng)模塊調試〔一實現工件流水線和裝配流水線調試裝配流水線的板鏈上已安裝了裝配工位、備件庫和成品庫底板,為防止裝配流水線移動時可能導致的設備損壞,發(fā)生嚴重機械碰撞事故。操作時應注意：1．裝配流水線移動時,不要超出運動邊界〔建議左右最大位移不超260mm；2.尋原點操作時,請注意裝配流水線的運動方向,并在可運動圍完成尋原點操作。編寫主控PLC中托盤流水線和裝配流水線調試模塊任務,能夠實現裝配流水線和托盤流水線的基本運動,包括手動控制托盤流水線啟動、停止、正反向運動以及拍照氣缸運動,手動控制裝配流水線正反向點運動以及回原點運動,手動控制裝配作業(yè)流水線運動到G7、G8、G9的任意一個工作位置等〔見競賽設備描述中裝配流水線的規(guī)定。流水線調試界面參考示例如下圖4-1所示。圖4-1流水線調試界面參考示例完成任務四中〔一后,舉手示意裁判進行評判！〔二視覺系統(tǒng)調試編寫主控PLC中視覺系統(tǒng)調試模塊任務,能夠自動識別相機識別工位中托盤中工件,并將工件信息包括位置、角度和工件編號等顯示在人機界面中。視覺調試界面參考示例如下圖4-2所示。圖4-2視覺調試界面參考示例測試要求如下：1.選手人工放置裝有工件的托盤于相機識別工位。2.在主控PLC人機界面啟動相機拍照后,在人機界面上正確顯示識別工件信息包括位置、角度和工件編號。當放置缺陷工件時要求對應托盤TYPE一欄顯示3A或者4A字樣,用來指示缺陷工件類型。3.測試工件為如圖2所示的1、2號工件以及圖3所示的3A號〔3A-4號缺陷工件。3種工件人工隨機放置于3個托盤,1個托盤裝有1個工件。完成任務四中〔二后,舉手示意裁判進行評判！〔三工業(yè)機器人系統(tǒng)調試編寫主控PLC中工業(yè)機器人程序系統(tǒng)調試模塊任務,能夠自動實現對托盤流水線上托盤中的工件進行識別、抓取、放置于指定位置,并且能夠把空托盤放置于托盤庫中,并且包含如下功能：1.能夠實現相機坐標系到機器人坐標系的轉換,要求人機界面上顯示在機器人坐標系中的抓取相對坐標值。2.具有機器人啟動、停止、暫停以及歸位等功能。在工業(yè)機器人運行過程中,能夠實現安全護欄操作門打開,工業(yè)機器人暫停運行的功能。3.機器人任務狀態(tài)號傳輸到主控PLC,并在人機界面顯示,機器人狀態(tài)分為機器人處于待機、運行、抓取錯誤等狀態(tài)。表4-1機器人運行狀態(tài)示例序號機器人狀態(tài)號機器人狀態(tài)1100待機2200運行3300抓取錯誤機器人調試界面參考示例如下圖4-3所示。圖4-3機器人調試界面參考示例測試要求如下：1啟動托盤流水線,在工件作業(yè)流水線入口處參賽選手依次手動放入3個托盤,托盤中分別放置1號、3號和4A-1號工件,工件位置隨機放置。2在相機拍照工位對托盤上的工件進行識別,把識別結果傳輸給主控PLC。3主控PLC經過處理,傳輸視覺識別的數據給工業(yè)機器人,工業(yè)機器人根據PLC傳輸的數據,在工位G1抓取識別后托盤上的工件。4抓取工件后,放置于裝配作業(yè)流水線工位G8的工件裝配位如圖4-4所示規(guī)定的對應位置。5托盤為空時,工業(yè)機器人把空托盤放入空托盤收集處。圖4-4工件擺放位置完成任務四中〔三后,舉手示意裁判進行評判！〔四碼垛立體庫系統(tǒng)調試編寫碼垛機立體倉庫系統(tǒng)調試程序,能夠實現碼垛機立體倉庫的基本運動和狀態(tài)顯示,包括手動控制碼垛機每一個運動軸,碼垛機的復位功能,碼垛機停止功能,顯示碼垛機各個軸的限位、定位和原點傳感器狀態(tài),顯示立體倉庫中有無托盤信息。碼垛機具有出庫和入庫兩種模式：出庫模式：碼垛機從指定庫位托盤的取出并放置于AGV機器人上等功能；入庫模式：碼垛機能從AGV機器人取回托盤并送入指定的立體倉庫倉位。碼垛機立體倉庫的調試界面參考示例如下圖4-5所示。圖4-5碼垛機立體倉庫調試界面參考示例測試要求如下：1.正確手動控制碼垛機1軸、2軸和3軸的正反向運動。2.正確實現碼垛機的復位。3.根據評判要求參賽選手手動放置2個托盤于立體倉庫,在調試界面顯示倉位信息,碼垛機正確從立體庫取托盤放置到AGV機器人上部輸送線上。4.根據評判要求參賽選手手動放置托盤到位于碼垛機端的AGV機器人上部輸送線上,碼垛機正確從AGV機器人取回托盤并送入立體倉庫倉位。完成任務四中〔四后,舉手示意裁判進行評判！任務五：系統(tǒng)綜合編程調試〔如果參賽隊沒有完成碼垛機程序,可采用人工放置托盤到AGV小車上,但必須報告裁判,參賽隊該項目中關于碼垛機和AGV的相關任務均不得分。系統(tǒng)綜合工作任務如下：〔一人機交互功能設計根據綜合任務要求,由選手自行設計主控觸摸屏界面,滿足以下基本功能：1．主控PLC能夠實現系統(tǒng)的復位、啟動、暫停、停止等功能：1系統(tǒng)復位為系統(tǒng)中工業(yè)機器人、托盤流水線、裝配流水線以及碼垛機立體倉庫處于初始歸零狀態(tài)；2系統(tǒng)啟動為系統(tǒng)自動按照綜合任務運行；3系統(tǒng)停止為系統(tǒng)停止運動,包括系統(tǒng)中的工業(yè)機器人、托盤流水線、裝配流水線以及碼垛機立體倉庫等模塊。2．主控界面包含黃、綠、紅三種狀態(tài)信號燈：綠色狀態(tài)信號燈指示初始狀態(tài)正常,紅色狀態(tài)信號燈指示初始狀態(tài)不正常,黃色狀態(tài)信號燈指示任務完成。初始狀態(tài)是指：1工業(yè)機器人、視覺系統(tǒng)、變頻器、伺服驅動器、PLC處于聯機狀態(tài)；2工業(yè)機器人處于工作原點；3托盤流水線上沒有托盤；4碼垛機X軸、Y軸以及Z軸處于原點。若上述條件中任一條件不滿足,則紅色警示燈以1Hz的頻率閃爍,黃色和綠色燈均熄滅,這時系統(tǒng)不能啟動。如果網絡正常且上述各工作站均處于初始狀態(tài),則綠色警示燈常亮。3．主控PLC能夠同步顯示碼垛機立庫倉位信息〔有無托盤,操控碼垛機立體倉庫的倉位的選取、碼垛機啟動、碼垛機停止、碼垛機復位等功能?！捕到y(tǒng)綜合任務實現任務要求：1.合格工件11個,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個；所有工件存放于立體倉庫和備件庫中,立體倉庫中的每個托盤中放置一個工件；2.工業(yè)機器人在裝配工位G8指定位置進行裝配；3.工業(yè)機器人裝配過程中抓取的工件為缺陷工件時,紅色指示燈亮,擺放完畢后紅色指示燈滅；4.按工件號1→2→3→4的次序在裝配工位規(guī)定的位置依次進行裝配；當4號工件裝配到位后,機器人帶動4號工件順時針旋轉90度扣緊,整套工件組裝完成；再將裝配好的工件整體移至成品庫G7。然后進行下一套機器人關節(jié)的裝配；5.所有待裝配工件必須經氣缸二次定位后,才可進行裝配。6.工業(yè)機器人擺放工件時,必須將該工位移動至裝配流水線規(guī)定的工作工位位置〔見競賽設備描述中裝配流水線的規(guī)定。7.裝配完成后,裝配工位G8不能有工件、缺陷件以及成品,并且綠色指示燈1Hz閃爍；8.入庫時,參賽選手可操作主控界面和AGV啟動系統(tǒng)入庫流程；9.入庫時,需將所有的成品、剩余不成套的工件以及缺陷工件,放到立體倉庫指定的區(qū)域；10.入庫時,工業(yè)機器人從托盤收集處每次取出一個托盤,將所有待入庫物品依次放到流水線托盤,每個托盤只放一個物品；11.入庫完成后,設備處于初始狀態(tài),并且綠色指示燈0.5Hz閃爍；12.在入庫過程中,托盤在從倍速鏈流向小車的過程中,可以人工輔助工件順利運送到小車上,其它情況下不允許人工干預系統(tǒng)的正常運行；13.安全門打開時設備停止工作,安全門關上后,進行復位后重新運行設備,安全門打開時紅色指示燈亮,關閉是紅色指示燈滅。編