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2017湖北省工业机器人技术应用赛项样题

发布时间:2018-10-15 11:56:20来源:荆楚网

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PLCI/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。

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。

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

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。

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。

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234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。

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。

1 主要功能模块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HMI触摸屏

192.168.8.11

预设

4

主控系统PLC

192.168.8.111

预设

5

编程计算机1

192.168.8.21

预设

6

编程计算机2

192.168.8.22

预设

7

码垛机系统PLC

192.168.8.112

预设


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。

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。

   

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。

 

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。

 

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。

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1-61-7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。

1-6 AGV机器人上部输送线结构爆炸图

已安装好

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。

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。

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

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2中的1234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。

2-1 智能相机工件信息及对应通信地址样例

工件号

工件

Modbus通信地址

1

   

2

   

3

    

4

      

 

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!

3-1工件摆放工位

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(G7G8G9)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。

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123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。

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。

4-1 机器人运行状态示例

序号

机器人状态号

机器人状态

1

100

待机

2

200

运行

3

300

抓取错误

4

400

放置错误

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。

4-3 工件摆放位置

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。

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:1234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。

5-1 综合任务工作流程

 

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!

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