針

ChinaSkills

2017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：

1.任務書共20頁,如出現(xiàn)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。

2.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。

3.參賽團隊應在4小時30分鐘內完成任務書規(guī)定內容；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。

4.選手提交的試卷不得出現(xiàn)學校、姓名等與身份有關的信息，否則成績無效。

5.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。

6.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。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

托盤結構以及托盤放置工件的狀態(tài)如圖3所示，托盤兩側設計有檔條，兩

檔條中間為工件放置區(qū)。

擋條

圖3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4所示。

工位G7

成品庫

工位G8

裝配工位

拍照工位工位G9

備件庫

托盤收

托盤流水線集處

圖4托盤流水線和裝配流水線工位分布

裝配流水線如圖5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

200nlm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。

裝配工位G8

成品庫G7序號定位工位序號備品庫G9序號

圖5裝配流水線

裝配工位配置有四個定位工作位，按圖5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。

備件庫用于存放2、3和4號工件，當托盤流水線送來多個同一類型的工

件，而無法滿足裝配條件時，可將其暫時存放到備件庫中。

成品庫用于存放已裝配完成的工件，當裝配工位完成了一個完整的裝配任

務后，機器人將成品抓取并放入成品庫。同時成品庫也可以用于：當出現(xiàn)多個

1號工件時，可將其暫時存放于成品庫中。

立體庫倉位規(guī)定如下圖所示。

圖6立體庫倉位規(guī)定

系統(tǒng)中主要模塊的IP地址分配如下表1所示。

表1主要功能模塊IP地址分配表

序號名稱IP地址分配備注

1工業(yè)機器人192.168.8,103

2智能相機192.168.8.3

3主控HMI觸摸屏192.168.8.11

4主控系統(tǒng)PLC192.168.8.111

5編程計算機1192.168.8.21

6編程計算機2192.168.8.22

7碼垛機系統(tǒng)PLC192.168.8.112

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。

（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(xiàn)：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「2所示。

圖1-2安全護欄傳感器位置

完成任務一中（-）（1）和（2）后,舉手示意裁判進行評判!

（二）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『3所示。

圖1-3末端執(zhí)行器連接后的效果

完成任務一中。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1-4所示）完成系統(tǒng)組網。

工業(yè)以太網

（TCPModbus）

圖1-4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1-5所示。

圖1-5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1-6和1-7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.平皮帶張緊度的調節(jié)；

5.托盤導向板的安裝。

注意事項：現(xiàn)場三個張緊輪處同步帶已安裝。

圖1-6AGV機器人上部輸送線結構爆炸圖

己安裝好

圖1-7AGV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『8所示。

圖1-8AGV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），

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，在軟件中能夠實時查看現(xiàn)場放置于相機下方托盤中的工件圖像，要求工

件圖像清晰。

實現(xiàn)后的界面效果如圖2-1所示。

圖2T實現(xiàn)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(xiàn)相機中出現(xiàn)的尺寸和實際的物理尺寸一致；

2）對托盤內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圖2所示4種工件進行學習。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種工件腳本文件，各類工件的信息及對應地址見表2-1所示，

規(guī)定每個工件占用三組地址空間，每組地址空間的第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。

4）依次手動放置安裝有圖2中的1、2、3、4號工件的托盤（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顯示工件的位置、角度和類

型編號，驗證相機學習的正確性。

完成任務二中。后,舉手示意裁判進行評河T

注意事項：

在編寫相機視覺腳本程序時，工業(yè)機器人賽項任務可按照表2-1智能相機

工件信息及對應通信地址構建，相機程序中對應工件的通信地址也可參照表

2-1進行編寫。

表2-1智能相機工件信息及對應通信地址樣例

工件號工件Modbus通信地址

1:1000：X坐標2：1006：X坐標3：1012：X坐標

11002：Y坐標1008：Y坐標1014：Y坐標

01004：角度1010：角度1016：角度

1：1018：X坐標2：1024：X坐標3：1030：X坐標

.

21020：Y坐標1026：Y坐標1032：Y坐標

1022：角度1028：角度1034：角度

1：1036：X坐標2：1042：X坐標3：1048：X坐標

31038：Y坐標1044：Y坐標1050：Y坐標

?1040：角度1046:角度1052：角度

1：1054：X坐標2：1060：X坐標3：1066：X坐標

41056：Y坐標1062：Y坐標1068：Y坐標

■1058：角度1064：角度1070：角度

任務三：工業(yè)機器人系統(tǒng)編程和調試

(-)工業(yè)機器人設定

(1)工業(yè)機器人工具坐標系設定

1)通過給定的輔助工具，設定手爪1雙吸盤的工具坐標系。

2)通過給定數據(0,-144.8,165.7,90,140,-90),在機器人系統(tǒng)中

設定手爪2三爪卡盤的工具坐標系。

(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。

(二)工業(yè)機器人示教編程

工業(yè)機器人示教、編程和再現(xiàn)要求如下：

(1)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對應的定位工作位中(如圖3-1所示)。要求用工業(yè)機器人

示教編程完成以下任務：

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)按如圖3-1所示，將工件取放在裝配工位的對應定位工位中，工件放

到對應工位后，用雙吸盤將空托盤放置于托盤收集處。

(2)從裝配流水線工位G7和G9搬運1、2、3和4號工件到裝配工位G8

對應位置(如圖3T所示)進行二次定位和工件裝配。要求：

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)將裝配流水線G7和G9工位中的工件，通過工業(yè)機器人示教、編程操

作，將工件按照裝配次序『2-3-4依次抓取并放置于G8工位對應位置，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)工業(yè)機器人程序再現(xiàn)：

1)能按以上示教軌跡重復4個工件的抓取及4個空托盤收集動作；

2)能按以上示教軌跡實現(xiàn)將G7和G9工位中的工件搬運到工位G8進行二

次定位并裝配。

示教編程搬運后的最終結果為圖3-3中裝配工位G8的裝配結果所示。

完成任務三中(-)、(二)后,舉手示意裁判進行評判!

機器人側

圖3-1工件擺放位置

機器人側

圖3-2人工工件擺放位置

機器人側

圖3-3工件裝配結果

任務四：工業(yè)機器人系統(tǒng)模塊調試

（一）實現(xiàn)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260mln）；

2.尋原點操作時，請注意裝配流水線的運動方向，并在可運動范圍內完成

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，要求如下：

1.調試界面可以手動控制托盤流水線啟動正向傳輸、停止、拍照氣缸點動。

2.調試界面可以手動控制裝配流水線正向點運動、反向點運動，回原點運

動、可以手動選擇3個工位（G7、G8、G9）的任意一個，使其位于裝配作業(yè)流

水線工作位置（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。

裝配流水線托盤流水線

尋原點點動正轉生產線啟動拍照位氣缸點動

步進電機原點傳感器

C點動反轉生產線停止抓取位氣缸點動

A位置1+00()001運轉速度設定+000%

B位置1+000001運轉空托盤數量000

C位置I+00000|運轉

入口光電開關?

速度設定^00%AGV到達傳送帶Q拍照工位光電開光?

實際位置+^00000抓取工位光電開關?

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，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，視覺系統(tǒng)把托盤中識別的工件信

息傳送到PLC,并在人機界面上顯示，顯示信息包括位置、角度和工件編號。

3.測試工件為如圖2所示的1、2、3號工件。3種工件人工放置于3個托

盤內，1個托盤裝有1個工件，現(xiàn)場裁判隨機要求參賽選手按照上述要求放置

工件于相機工位，測試其正確性。

視覺調試界面參考示例如下圖4-2所示。

視覺系統(tǒng)調試

相機系數

托盤2托盤31+0.0001

TYPE|0TYPE0工件1底座

X?000.0]X-00.01+0.0001

Y1000.0j

Yi+000/0;工件2電機

Z[砍）0.0|Z?ooo.qj

+0.0001

A同00.0」A

工件3減速器

+0.0001

相機拍照數據清空工件4法蘭

圖4-2視覺調試界面參考示例

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，要求如下：

1.實現(xiàn)相機坐標系到機器人坐標系的轉換，要求人機界面上顯示機器人坐

標系中的抓取相對坐標值。

2.具有機器人啟動、停止、暫停以及歸位功能。在工業(yè)機器人運行過程中，

能夠實現(xiàn)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4T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

4.實現(xiàn)如下測試任務：

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緩慢的

放入2個托盤，托盤中分別放置1號工件和3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3-1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。

機器人調試界面參考示例如下圖4-3所示。

機器人系統(tǒng)調試

圖4-3機器人調試界面參考示例

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，要求如下：

1.可以手動控制碼垛機1軸、2軸和3軸的正反運動。

2.可以實現(xiàn)碼垛機的復位功能。

3.可以實現(xiàn)顯示立體庫每個倉位中有無托盤信息

4.可以實現(xiàn)選擇安放托盤的倉位，碼垛機根據選擇對立體庫托盤進行取

出，并且放置于位于立體庫端AGV機器人上的功能。

現(xiàn)場裁判隨機要求參賽選手按照上述要求放置2個托盤，在調試界面上顯

示正確的倉位信息，并要求碼垛機從立體庫取托盤放置到AGV機器人上部輸送

線上，測試倉位信息顯示和碼垛機正確放置托盤于AGV的正確性。

碼垛機立體倉庫的調試界面參考示例如下圖4-5所示。

?急停軸正限位

第筋碼垛機復位?3

回回回回回回回?上電?微負限位

?1軸正限位?喃k原點1

第3行回回回回回回回碼垛機啟動?1軸負限位?貨又工件

?定位1?3軸原點3

?軸定位三色燈紅

第2行叵］同同12?

?1軸定位3?三色燈黃

?港正果位?三色燈綠

?2軸負限位?超眼解除

第1行回||口||口||口1?雅定位1?報警燈

hl同同AGV到達碼蝮機

?雅定位2?急停燈

第7列第6列第5列第物第3列第2列第1列

?雅定位3

撤銷選擇

已通用。。個|已出用004H重新選擇I垛機復位完成

圖4-5碼垛機立體倉庫調試界面參考示例

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，可以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(xiàn)系統(tǒng)的復位、啟動、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(lián)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。

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

立體倉庫的倉位選取、碼垛機啟動、碼垛機停止、碼垛機復位等功能。

（二）系統(tǒng)綜合任務實現(xiàn)

裝配要求：

（1）托盤合計12個，工件有4種，分