职业院校技能大赛工业机器人技术应用赛项样题(高职组).docx
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1、2022 年江西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)1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
2、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。2(a)黑色工件(b)红色工件(c)黄色工件3(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4(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
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类型关节底座电机谐波减速器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谐波减速器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。5图 4 待装配的工
4、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6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
5、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192.168.8.1
6、03预设2主控 PLC192.168.8.91预设3主控触摸屏192.168.8.92预设74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8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、
7、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 s 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
8、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: 1任务一:智能 2D 视觉系统编程调试(一)智能 2D 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: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
9、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: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)智能相机的调试和编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;22)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
10、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 种合格工件及 2 种缺陷件识别程序,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:选手依次手动将摆放有 12 种合格工件以及缺陷工件的托盘(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。完成任务一中(一)- (三)后, 举手示意裁判进行评判!任务二:
11、工业机器人系统编程调试(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。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。;任务要求如下:1)将工件依次摆放于托盘中心位置,
12、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ABCD工件的摆放 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ABCD工件的摆放 位置G7-2G9-2G9-4G9-6(三) 工业机器人系统虚拟调试4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、
13、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
14、 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
15、器进行机器人示教、编程与调试。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:机器人自动抓取装配流水线 G7 和 G95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 组合的装配。装配完成后, 机器人将装配的 ABCD 组 合套件放入成品库 G7 的 4 号工位;2)EFGH 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。
16、定位完成后, 机器人抓取工件, 在 G8 的 3 号工位进行 EFGH 组合的装配。装配完成后, 机器人将装配的 EFGH 组 合套件放入成品库 G7 的 1 号工位;3)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ABCDEFGH工件的摆放 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ABCDEFGH工件的摆放 位置G7-2G8-1G9-4
17、G9-6G7-3G8-2G8-3G9-56完成任务二中(一)- (二)后,举手示意裁判进行评判!任务三: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
18、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: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7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: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,
19、分别运行到 G7、G8、G9 工位,并显示相应运行数据。完成任务三中(一)- (二)后, 举手示意裁判进行评判!任务四:自主导航 AGV 调试(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: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),在环境地图 中设置导航点,设置合理的“起始点” (导航点 10);
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