职业院校技能大赛工业机器人技术应用赛项样题(高职组).pdf
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120222022年年江西省江西省职业院校技能大赛职业院校技能大赛工业机器人技术应用赛项(高职组)工业机器人技术应用赛项(高职组)竞赛任务书(竞赛任务书(样题样题)2竞赛设备描述:
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、自主导航AGV、智能2D相机、托盘流水线、装配流水线和码垛机立体仓库等六个单元组成,如图1所示。
图1竞赛平台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:
码垛机器人从立体仓库中取出工件放置于自主导航AGV上部输送线,通过自主导航AGV输送至托盘流水线上,利用智能视觉系统对托盘中的工件进行识别,接着由工业机器人进行混流装配。
装配完成后,工业机器人抓取成品套件放置于自主导航AGV上部输送线上,由自主导航AGV转运至立体仓库入库位置,完成成品套件的入库作业。
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8种类型,谐波减速器和输出法兰存在次品。
各工(部)件颜色与类型如图2所示,次品颜色类型如图3所示。
3(a)黑色工件(b)红色工件(c)黄色工件4(d)蓝色工件图2合格工件(a)黑色缺陷件(b)红色缺陷件(c)黄色缺陷件5(d)蓝色缺陷件图3缺陷工件从图2所示的合格工件中选取3种类型的关节底座、3种类型的电机、3种类型的谐波减速器和3种类型的输出法兰,共12种类型的工件。
各种类型工件的代号见表1。
表1选取的合格工件序号及代号合格件合格件类型类型关节底座关节底座电机电机谐波减速器谐波减速器输出法兰输出法兰序号红色关节底座-2蓝色电机-2黄色谐波减速器-1黑色输出法兰-1代号代号ABCD序号黑色关节底座-2红色电机-1蓝色谐波减速器-2黄色输出法兰-2代号代号EFGH谐波减速器和输出法兰存在次品,在生产过程混入的2种缺陷件类型如表2所示。
表2缺陷件类型缺陷件类型缺陷件类型谐波减速器谐波减速器输出法兰输出法兰类型序号蓝色3A-2红色4A-1工件代号NP托盘结构以及托盘放置工件的状态如图4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为工件放置区。
6图4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5所示。
图5托盘流水线和装配流水线工位分布装配流水线如图6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6装配流水线7装配工位配置有四个定位工作位,按图6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,先通过气缸将其进行二次定位,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,每个工件摆放位只能摆放一个工件。
立体库中托盘的位置规定如图7所示。
图7立体库托盘的位置规定如表3所示是预设的工业机器人IP地址,系统中其余主要模块的IP地址,各参赛队可根据实际情况自行修改。
表3预设的工业机器人IP地址序号名称IP地址分配备注1工业机器人192.168.8.103预设2主控PLC192.168.8.91预设3主控触摸屏192.168.8.92预设84码垛机PLC192.168.8.13预设5码垛机触摸屏192.168.8.113预设6AGV192.168.8.11预设7AGV控制器192.168.8.111预设8AGV激光雷达192.168.8.10预设9编程电脑主机1192.168.8.98预设10编程电脑主机2192.168.8.99预设11无线路由器192.168.8.251预设1选手须知:
选手须知:
1.任务书共19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:
第一赛程参考资料”文件夹下。
3.参赛团队应在5小时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:
第一赛程赛位号”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任务任务一一:
智能:
智能2D视觉系统编程调试视觉系统编程调试
(一)智能
(一)智能2D相机安装及网络系统的连接相机安装及网络系统的连接根据现场提供的相机支架零部件,完成相机安装。
然后,完成相机、编程计算机、主控单元、码垛机单元和触摸屏的连接。
任务任务要求如下:
要求如下:
1)安装相机支架及相机;2)连接相机的电源线、通信线。
测试要求如下:
测试要求如下:
启动相机编程软件,实时显示相机视野内图像,调整相机支架至合适的位置。
(二)背光源控制设定
(二)背光源控制设定在主控PLC上编程,控制背光源关闭与打开,确保在背光源关闭和打开的两种状态下,智能相机均能够稳定、清晰地摄取图像信号。
测试要求如下:
测试要求如下:
1)在主控PLC的触摸屏上设计背光源测试按钮,点击按钮控制光源的关闭与打开;2)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工件的图像,要求工件图像清晰。
实现后的界面效果如图1-4所示。
图1-4背光源关闭和打开状态下图像界面显示效果示例(三(三)智能相机的调试和编)智能相机的调试和编程程在视觉编程软件上进行操作、设置,完成相机标定、工件样本学习任务。
任务任务要求如下:
要求如下:
1)对图像进行标定,使相机测量的尺寸和实际的物理尺寸一致;32)对托盘内的单一工件进行拍照,利用视觉工具,对工件进行学习,获取该工件的外观颜色信息;3)对托盘内的单一工件进行拍照,利用视觉工具,对工件进行学习,获取该工件的形状和位置、角度偏差。
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;4)编写表1中12种种合格合格工件及工件及2种种缺陷件识别程序缺陷件识别程序,规定每个工件地址空间的第1个信息为工件位置X像素坐标,第2个信息为工件位置Y像素坐标,第3个信息为角度偏差。
测试要求如下测试要求如下:
选手依次手动将摆放有12种合格种合格工件以及缺陷工件缺陷工件的托盘(每一个托盘放置1个工件)放置于拍照区域,在视觉软件中能够得到和正确显示12种合格工件及2种缺陷件的像素位置、角度数据和外观颜色。
完成任务完成任务一一中
(一)中
(一)-(三)后,举手示意裁判进行评判!
(三)后,举手示意裁判进行评判!
任务任务二二:
工业机器人系统编程调试:
工业机器人系统编程调试
(一)
(一)工业机器人工业机器人设定设定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。
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)
(二)工业机器人工业机器人示教编程示教编程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。
4任务任务要求如下要求如下:
1)将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。
如表1-2所示,工件取放在装配工位G8的对应定位工位中,工件放到位置后,控制气缸夹紧工件,进行二次定位。
然后,用双吸盘将空托盘放置于托盘收集处。
表1-2工件摆放说明工件代号工件代号ABCD工件的摆放工件的摆放位置位置G8-3G8-2G8-1G8-42)将摆放完成的工件取放到如表1-3所示的成品库G7和备件库G9中。
表1-3工件摆放说明工件代号工件代号ABCD工件的摆放工件的摆放位置位置G7-2G9-2G9-4G9-6(三)工业机器人系统虚拟调试(三)工业机器人系统虚拟调试5在数字孪生软件中,已构建的机器人系统数字孪生模型包括工业机器人、成品库工位G7、备品库工位G9、装配工位G8和工件等数字孪生模型。
基于实物机器人系统的布局和位置,在已构建的机器人系统数字孪生模型的基础上标定模型位置,实现实物机器人系统与其数字孪生模型位置的1:
1布局。
基于实物机器人系统,在数字孪生软件中创建软件在环机器人数字孪生系统。
基于机器人数字孪生系统开放的通信协议,在数字孪生软件中配置通信和信号,将配置的通信信号与模型驱动接口建立映射。
采用数据驱动模型的方式,机器人数字孪生系统的数据驱动机器人系统数字孪生模型,实现机器人系统软件在环虚拟调试。
在机器人数字孪生系统中,操作虚拟示教器进行示教、编程与虚拟调试,实现自动将装配流水线工位G7和G9的AH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。
任务任务要求如下要求如下:
1.数据驱动模型设置1)基于竞赛平台的机器人系统,创建软件在环机器人数字孪生系统;2)基于机器人数字孪生系统开放的通信协议,在数字孪生软件中配置对应的通信方式,并根据通信协议创建相应的外部信号;3)机器人系统数字孪生模型的驱动接口与外部通信信号建立一一映射,实现机器人数字孪生系统的数据驱动机器人系统数字孪生模型。
2.装配和拆解虚拟调试在数字孪生软件中按照表1-4放置装配流水线工位G7和工位G9的工件。
然后,在机器人数字孪生系统中操作虚拟示教器进行机器人示教、编程与调试。
测试要求如下测试要求如下:
运行调试完成的机器人系统数字孪生模型,要求依次自动执行如下任务:
1)ABCD组合的装配组合的装配:
机器人自动抓取装配流水线G7和G96工位中的工件,放置于G8工位进行装配。
每放置一个工件,气缸应立即夹紧,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ABCD组合组合的装配。
装配完成后,机器人将装配的ABCD组组合合套件套件放入成品库G7的4号号工位;2)EFGH组合的装配组合的装配:
机器人自动抓取装配流水线G7和G9工位中的工件,放置于G8工位进行装配。
每放置一个工件,气缸应立即夹紧,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EFGH组合组合的装配。
装配完成后,机器人将装配的EFGH组组合合套件套件放入成品库G7的1号号工位;3)模型拆解:
模型拆解:
机器人将ABCD组合套件和EFGH组合套件依次搬运至在G8任一工位中,进行自动拆解,拆解后放置结果如表1-5所示。
(注意:
拆解后的工件放在G8工位时不进行二次定位)表1-4工件装配前人工摆放位置工件代号工件代号ABCDEFGH工件的摆放工件的摆放位置位置G7-3G9-2G9-3G9-5G7-2G9-1G9-4G9-6表1-5拆解后摆放位置工件代号工件代号ABCDEFGH工件的摆放工件的摆放位置位置G7-2G8-1G9-4G9-6G7-3G8-2G8-3G9-57完成任务完成任务二二中
(一)中
(一)-(二二)后,举手示意裁判进行评判!
)后,举手示意裁判进行评判!
任务任务三三:
总控单元功能调试:
总控单元功能调试完成总控单元各模块(托盘流水线、装配流水线)的控制功能调试。
装配流水线的板链上已安装了装配工位、备件库和成品库底板,为防止装配流水线移动时可能导致的设备损坏,发生严重机械碰撞事故。
操作时应注意:
1装配流水线移动时,不要超出运动边界(建议左右最大位移不超260mm);2.寻原点操作时,请注意装配流水线的运动方向,并在可运动范围内完成寻原点操作。
(一)托盘流水线编程调试
(一)托盘流水线编程调试编写PLC控制程序和触摸屏控制界面,实现倍速链正转、反转、停止控制,及相应状态显示。
编写PLC程序和触摸屏界面,实现托盘在流水线上的正常流转。
测试要求如下测试要求如下:
1)手动点击触摸屏按钮,控制倍速链正反向运动、停止运动;2)手动点击触摸屏按钮,控制各工位气档升降;3)手动将托盘放置到托盘流水线入口处,入口光电开关检测到信号,倍速链启动正转;4)当拍照工位光电开关检测到托盘,拍照工位气挡升起,延时3s拍照8工位气挡下降;5)当抓取工位光电开关检测到托盘,抓取工位气挡升起,延时3s后倍速链停止运行。
(二)装配流水线编程调试
(二)装配流水线编程调试编写PLC及触摸屏程序,实现装配流水线手动正转、反转运动。
测试要求如下测试要求如下:
1)通过触摸屏控制装配流水线,实现寻原点操作运行及状态显示;2)通过触摸屏控制装配流水线,分别运行到G7、G8、G9工位,并显示相应运行数据。
完成任务完成任务三三中
(一)中
(一)-
(二)后,举手示意裁判进行评判!
(二)后,举手示意裁判进行评判!
任务任务四四:
自主导航:
自主导航AGV调试调试
(一)建立环境地图
(一)建立环境地图在自主导航AGV建图工具中,控制AGV在竞赛单元场地运动,结合其自带的智能传感器,构建环境地图。
在环境地图中设置导航点,完成AGV自主导航与移动。
任务要求任务要求如下如下:
1)在AGV建图工具中,控制其在竞赛单元场地运动,构建环境地图;2)如图2-3所示(注意注意:
此图是标示出导航点位在布局图中的相对位此图是标示出导航点位在布局图中的相对位置,在实际建图中,不要求导航点位名称、序号与图中一致置,在实际建图中,不要求导航点位名称、序号与图中一致),在环境地图中设置导航点,设置合理的“起始点”(导航点10);在“立体仓库”第4列出库点附近设置合理的导航点(导航点4);在“托盘流水线”的上料区一侧,设置合理的导航点(导航点8);在“工业机器人”附近设置合理的导航点(导航点9);3)测试AGV建图工具的自主导航功能,在建图工具操作界面中,利用“坐标导航”功能,控制AGV自主地从导航点10移动至导航点4。
9图2-3地图导航点布局示意图测试要求测试要求如下如下:
1)要求选手在裁判评判时,展示环境地图的构建结果,要求可以在地图中看到任务中要求建立的导航点;2)要求选手在裁判评判时,按要求完成上述任务要求中第(3)点所述的自动化任务流程。
(二)工业机器人与自主导航
(二)工业机器人与自主导航AGV的协同作业的协同作业对AGV、工业机器人进行对接联合调试,首先,控制AGV从图2-3所示的导航点10向导航点9自主移动,然后工业机器人依次抓取空托盘和成品套件,放置于AGV的上部输送带上,最后AGV运动至导航点4。
任务要求任务要求如下如下:
编写PLC流程控制程序,并在AGV控制软件上操作并设置参数,完成如下自动化任务流程:
a)AGV从导航点10自主移动至导航点9;b)工业机器人从托盘收集处吸取空托盘,然后,将其放置于AGV的上部输送带上;c)工业机器人从装配流水线上成品库G7的工位2吸取“ABC10D组合成品套件”,然后,将其放置于AGV的上部输送带上;d)AGV从导航点9自主移动至导航点4。
测试要求测试要求如下如下:
要求选手在裁判评判时,通过触摸屏启动并运行此任务要求中所述的自动化任务流程。
完成任务完成任务四四中
(一)中
(一)-
(二)后,举手示意裁判进行评判!
(二)后,举手示意裁判进行评判!
任务任务五五:
MES系统系统调试调试
(一)
(一)MES系统运行测试系统运行测试在MES计算机检查MES安装环境,分别启动MES相关服务。
等待所有服务正常启动后,打开MES系统,在MES系统相关页面检查与配置相关通讯参数,保证与码垛机PLC正常通讯。
任务要求任务要求如下如下:
1)打开MES计算机,检查MES安装环境,启动MES相关服务;2)打开MES系统,在参数配置页面进行相关硬件参数的检查和配置,修改后需重新启动MES系统相关服务,使新设置参数生效;3)在MES系统相关配置页面,设置机器人数据看板的参数,并能够在机器人数据看板查看机器人关节坐标等数据。
测试要求如下测试要求如下:
1)正确打开MES系统,能够在MES系统上正常进行产品BOM信息的编制工作(完成一个机器人关节成品的BOM编制工作即可);2)正确设置MES系统硬件相关参数,能够在工业机器人状态监控页面查看机器人关节坐标数据;3)操作示教器,手动模式运行机器人1关节,MES机器人看板界面对应项有数据变化,机器人停止运动后,示教器数据和看板数据保持一致。
(二)
(二)MES系统系统控制控制码垛机出库功能调试码垛机出库功能调试编写码垛机与MES系统之间的通讯程序,在MES系统上完成立体仓11库物料有无状态显示,并控制码垛机对物料托盘进行出入库操作。
任务要求任务要求如下如下:
1)编写码垛机与MES系统之间的通讯程序,调试PLC程序,保证MES系统与PLC互联互通。
2)能够在MES系统仓位状态页面,显示立体仓库中有无托盘信息。
3)在MES仓库看板页面操作码垛机,完成码垛机的移库操作。
测试要求如下测试要求如下:
1)切换到MES系统仓库状态界面,在MES界面对码垛机进行启动、停止和复位操作;2)当从仓库指定库位取下或放上托盘时,MES仓位状态页面对应库位能够同步显示有无托盘状态;3)在仓库(4,2)位置放置托盘,在MES码垛机状态界面控制码垛机将该托盘移库至(2,6)位置。
完成任务完成任务五五中
(一)中
(一)-
(二)后,举手示意裁判进行评判!
(二)后,举手示意裁判进行评判!
任务任务六六:
单元联机功能验证单元联机功能验证(一一)智能)智能2D视觉系统引导视觉系统引导工业机器人抓取联调工业机器人抓取联调编写主控PLC中工业机器人程序系统调试模块程序,能够实现对托盘流水线上托盘中的工件进行自动识别、分选以及放置于指定位置,并且能够把空托盘放置于托盘收集处,并且包含如下功能:
1)能够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、暂停以及归位等功能。
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待机、运行、抓取错误等状态。
12表3-1机器人运行状态示例序号机器人状态号机器人状态1100待机2200运行3300抓取错误测试要求如下测试要求如下:
1)在触摸屏上点击按钮,启动工业机器人,观察界面上机器人位姿、坐标等数据变化状态;2)启动托盘流水线,在工件作业流水线入口处,参赛选手依次手动放入3个托盘,托盘中分别放置B、F号工件和号工件和P号缺陷件号缺陷件,工件位置随机放置;3)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;4)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;5)抓取合格工件后,放置于装配流水线的装配工位G8的任意位置,并控制气缸对合格工件进行二次定位;6)抓取缺陷工件后,放置于装配流水线的备件库G9中与缺陷工件外形相匹配的位置;7)托盘为空时,工业机器人把空托盘放入托盘收集处。
(二二)自主导航)自主导航AGV输送托盘功能调试输送托盘功能调试分别对主控PLC、立体仓库PLC、自主导航AGV进行编程控制,实现托盘从立体仓库指定出库列输送至托盘流水线的自动化流程。
其中,要求在如图3-3所示(注意:
此图是标示出导航点位在布局图中的相对位置,注意:
此图是标示出导航点位在布局图中的相对位置,在实际建图中,不要求导航点位名称、序号与图中一致在实际建图中,不要求导航点位名称、序号与图中一致)的AGV的地图中,增加导航点6(“立体仓库”第6列出库点)。
13图3-3AGV自主导航站点示意图测试要求如下测试要求如下:
1)参赛选手手动放置5个托盘于立体仓库,在调试界面显示仓位信息;2)AGV从导航点10运动至导航点6,码垛机从立体仓库取3个托盘,放置到AGV上部输送线上;3)上料完毕后,AGV从导航点6运动至导航点8,与托盘流水线实现对接,其上部输送带将3个托盘输送至托盘流水线上;4)输送完毕后,AGV从导航点8运动至导航点4,码垛机正确从立体仓库取2个托盘,放置到自主导航AGV上部输送线上;5)上料完毕后,AGV从导航点4运动至导航点8,与托盘流水线实现对接,其上部输送带将2个托盘输送至托盘流水线上;6)输送完毕后,AGV自动返回导航点10。
完成任务完成任务六六中
(一)中
(一)-(二二)后,举手示意裁判进行评判!
)后,举手示意裁判进行评判!
任务任务七七:
系统综合任务实现:
系统综合任务实现(如果参赛队没有完成码垛机(如果参赛队没有完成码垛机程序,可采用程序,可采用手动手动放置托盘到放置托盘到AGV小小车上,但必须报告裁判,参赛队该项目中关于码垛机和车上,但必须报告裁判,参赛队该项目中关于码垛机和AGV的相关任务的相关任务14均不得分)。
均不得分)。
系统综合工作任务如下:
(一)
(一)MES功能调试功能调试根据综合任务要求,启动MES系统,进行相关硬件参数的检查与配置。
在MES系统中完成产品BOM表的编制、生产订单的编制和生产任务的下发。
主控PLC端可根据MES系统下单的产品不同组合和数量,配合主控PLC调度码垛机、AGV、输送线和机器人完成整个生产任务的有序生产。
并可以在MES系统中查看订单的历史完成情况和设备运行情况。
1.MES硬件设备硬件设备参数设置参数设置与检查与检查配置MES系统中设置相关工作参数,让MES系统能够与PLC、机器人等设备进行正常通讯。
2.总控总控PLC与与MES系统通讯系统通讯程序程序编写编写编写主控PLC程序,实现与MES通讯,能够在MES系统(如下图所示)设备管理-总控操作页面上实现系统的复位、启动、停止功能。
图3-4总控操作页面按钮定义如下按钮定义如下:
1)“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状态;2)“启动”为系统自动按照综合任务运行;3)“停止”为停止系统运动
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- 关 键 词:
- 职业院校 技能 大赛 工业 机器人 技术 应用 赛项样题 高职