2017湖北省工业机器人技术应用赛项样题

样题

 

 

 

2017 年湖北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 20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.     竞赛任务完成过程配有两台编程计算机，参考资料（包括PLC的I/O分配表，码垛机使用说明等）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、智能视觉系统、PLC、变频器、AGV机器人的损坏，将依据扣分表进行处理。

6.     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“HBHX-RCPS-C10型或HSR-ZNCX-ZZ-620型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。图2为需要识别抓取和装配的机械工件（在正式比赛中可能工件可能有略微差别）。默认从左至右、从上到下工件编号为1-4号。

图2 需要识别抓取和装配的工件

托盘结构以及托盘放置工件的状态如图3所示，托盘两侧设计有挡条，两条挡条的中间为工件放置区。

图3 待装配的工件放置于托盘中的状态

系统中托盘流水线和装配流水线工位分布如图4所示。

图4 托盘流水线和装配流水线工位分布

装配流水线如图5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5 装配流水线

装配工位配置有四个定位工作位，按图5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。

备件库用于存放2、3和4号工件，当托盘流水线送来多个同一类型的工件，而无法满足装配条件时，可将其暂时存放到备件库中。

成品库用于存放已装配完成的工件，当装配工位完成了一个完整的装配任务后，机器人将成品抓取并放入成品库。

立体库仓位规定如下图所示。

图6 立体库仓位规定

系统中主要模块的IP地址分配如下表1所示。

表1 主要功能模块IP地址分配表

任务一：系统机械和电气安装

（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。

在安全护栏中安装完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）后，举手示意裁判进行评判！

（二）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

完成任务一中（二）后，举手示意裁判进行评判！

（三）视觉系统的连接

连接相机、编程计算机：

1.安装连接相机的电源线、通信线于正确位置；

2.参照图1-4连接编程计算机网线到交换机（交换机位于主控柜中），使编程计算机能够访问相机。

 

图1-4 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1-5所示。

图1-5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1-6和1-7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1-6 AGV机器人上部输送线结构爆炸图

已安装好

图1-7 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1-8所示。

图1-8 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），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（HBHX-RCPS-C10型设备平台）或VD200视觉龙智能相机软件（HSR-ZNCX-ZZ-620型设备平台），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，在软件中能够实时查看现场放置于相机下方托盘中的工件图像，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图2所示4种工件进行学习。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种工件脚本文件，各类工件的信息及对应地址见表2-1所示，规定每个工件占用三组地址空间，每组地址空间的第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。

（4）依次手动放置安装有图2中的1、2、3、4号工件的托盘（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显示该编号工件的位置，角度和形状编号，验证相机学习的正确性。

完成任务二中（二）后，举手示意裁判进行评判！

注意事项：

在编写相机视觉脚本程序时，工业机器人赛项任务可按照表2-1智能相机工件信息及对应通信地址构建，相机程序中对应工件的通信地址也可参照表2-1进行编写。

表2-1 智能相机工件信息及对应通信地址样例

 

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）通过给定的辅助工具，设定手爪1双吸盘工具坐标系。

（2）通过给定数据(0, -144.8, 165.7, 90, 140, -90), 在机器人系统中设定手爪2三爪卡盘的工具坐标系。

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

工业机器人示教、编程和再现要求如下：

1.通过工业机器人示教、编程操作，将工件从托盘流水线工位G1的托盘中心位置，搬运到装配流水线工位G8要求对应放置的定位工作位中（如图3-1所示）进行二次定位和工件装配。要求用工业机器人示教编程完成以下任务：

（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）按如图3-1所示，将工件取放在装配工位的对应工位中。每放置一个工件完成，夹紧气缸应立即动作，进行二次定位。

（3）工件定位完成后，机器人用双吸盘将空托盘放置于托盘收集处。

（4）将工件按照装配次序1-2-3-4依次抓取并完成装配，装配结果如图3-2所示。

2.工业机器人程序再现：

能按以上示教轨迹重复4个工件从G1抓取到G8工位及4个空托盘收集动作，并完成在工位G8二次定位和工件装配。

示教编程搬运后的最终结果为图3-2中工位G8的装配结果所示。

完成任务三中（一）、（二）后，举手示意裁判进行评判！

图 3-1工件摆放工位

图 3-2 工件装配结果

任务四：工业机器人系统模块调试

（一） 实现托盘流水线和装配流水线调试

编写主控PLC中托盘流水线、装配流水线调试模块任务，要求如下：

1.调试界面可以手动控制托盘流水线启动正向传输、停止、拍照气缸点动。

2.调试界面可以手动控制装配流水线正向点运动、反向点运动，回原点运动、可以手动选择3个工位（G7、G8、G9）中的任意一个，使其位于装配流水线工作位置（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，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，视觉系统把托盘中识别的工件信息传送到PLC，并在人机界面上显示，显示信息包括位置、角度和工件编号。

3.测试工件为如图2所示的1、2、3号工件。3种工件人工放置于3个托盘内，1个托盘装有1个工件，现场裁判随机要求参赛选手按照上述要求放置工件于相机工位，测试其正确性。

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

 

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，要求如下：

1．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运行、待机、抓取错误和放置错误状态。

表4-1 机器人运行状态示例

4．实现如下任务测试流程：

（1）启动托盘流水线，在托盘流水线入口处参赛选手依次手动缓慢的放入1个托盘，托盘中放置3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，放置于装配流水线工位G8的工件装配位如图4-3所示对应位置。

（5）托盘为空时，工业机器人把空托盘放入空托盘收集处。

机器人调试界面参考示例如下图4-4所示。

图4-3 工件摆放位置

图4-4 机器人调试界面参考示例

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，要求如下：

1.可以手动控制码垛机1轴、2轴和3轴的正反运动。

2.可以实现码垛机的复位功能。

3.可以实现显示立体库每个仓位中有无托盘信息

4.可以实现选择安放托盘的仓位，码垛机根据选择对立体库托盘进行取出，并且放置于位于立体库端AGV机器人上的功能。

现场裁判随机要求参赛选手按照上述要求放置2个托盘，在调试界面上显示正确的仓位信息，并要求码垛机从立体库取托盘放置到AGV机器人上部输送线上，测试仓位信息显示和码垛机正确放置托盘于AGV的正确性。

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

 

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，可以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、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。

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

装配要求：

1.托盘合计4个，工件有4种，分别为：1、2、3、4号工件，每种工件为1个，工件总数为4个。任务规定1个托盘中放置一个工件，可被放置于立体库任意4个仓位中。

2.工业机器人将工件放置于装配工位G8对应位置。

3.按工件号1→2→3→4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。

4.所有待装配工件必须经气缸二次定位后，才可装配。

5.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）。

编程实现任务：

根据现场提供的编程环境编写人机界面和主控PLC程序，控制码垛机、AGV机器人、装配流水线、工业机器人等设备，完成工件的取出、识别、空托盘的回收、不同工件的分类、搬运以及装配。具体任务流程如下：

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。（选手可以手动从主控触摸屏中按取出顺序设定实现取出，也可以编程自动实现取出）

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托盘流水线上。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4个托盘输送完毕。

3.当托盘经过托盘流水线时，阻挡气缸进行阻挡，然后相机进行识别，当托盘运行到抓取工位G1时，机器人用合适的工具对托盘工件抓取，并优先放置在装配工位对应的定位工位中，工件放置的位置要求如图3-1和成品装配位如图5-2所示的规定。工件放置完后，更换合适工具，放置空托盘于托盘库中。

4.当装配工位中的工位满足装配要求时，应先经气缸二次定位，然后根据装配要求，完成整个机器人关节的装配，装配完成后将装配完成的机器人关节摆放至成品库G7。

5.综合工作任务主要步骤如图5-1所示，工件完整装配的要求如图5-2所示，机器人关节放置在成品库如图5-2所示的对应位置。任务完成后，黄色指示灯以1Hz频率闪烁。

图5-1 综合任务工作流程

 

图5-2 工件完成装配要求

 

完成任务五后，举手示意裁判进行评判！