工業(yè)機(jī)器人編程比賽試題一、任務(wù)描述參賽選手需使用指定工業(yè)機(jī)器人及配套設(shè)備，完成“多工件精密搬運(yùn)與軸套裝配”任務(wù)。具體要求如下：1.工作臺(tái)上放置3種不同規(guī)格的鋁合金工件（A類：50mm×50mm×20mm方塊，B類：φ30mm×40mm圓柱，C類：φ25mm×30mm帶孔圓柱），每種2件，隨機(jī)分布在定位托盤（托盤尺寸400mm×400mm，帶4個(gè)M6定位孔）的任意位置。2.需將所有工件按A→B→C順序搬運(yùn)至裝配平臺(tái)（尺寸600mm×600mm，中心區(qū)域有1個(gè)φ32mm×50mm垂直盲孔），其中A類工件疊放于平臺(tái)左下角（200mm×200mm區(qū)域），B類工件豎放于平臺(tái)右上角（200mm×200mm區(qū)域），C類工件需與盲孔完成精密裝配（裝配間隙≤0.1mm，軸套插入深度≥45mm）。3.搬運(yùn)過程中，機(jī)器人末端需避開2個(gè)固定障礙物（高度150mm的長方體，位置：X=300mm,Y=100mm,Z=0mm；X=100mm,Y=300mm,Z=0mm）；裝配時(shí)需實(shí)時(shí)監(jiān)測接觸力（最大允許接觸力≤5N），避免壓傷工件或平臺(tái)。二、設(shè)備與工具1.機(jī)器人系統(tǒng)：ABBIRB12005/0.9（負(fù)載5kg，重復(fù)定位精度±0.01mm），配套IRC5控制器、示教器（TP2）。2.輔助設(shè)備：西門子S71200PLC（與機(jī)器人通過PROFINET通信）、基恩士光電傳感器（檢測托盤工件presence）、ATImini40力傳感器（安裝于機(jī)器人法蘭與末端夾具之間）、精密千分尺（測量裝配間隙）、秒表（計(jì)時(shí)）。3.夾具：定制氣動(dòng)夾爪（適配A/B類工件，最大開口80mm）、磁力吸附裝置（適配C類工件，吸附力≥20N）。4.軟件：RobotStudio2023（離線編程）、ABBRobotWare6.15（控制器系統(tǒng)）、TIAPortalV17（PLC編程）。三、技術(shù)要求1.定位精度：工件放置位置偏差≤±0.05mm（A/B類），C類工件裝配后軸線與盲孔軸線同軸度≤0.03mm。2.重復(fù)定位精度：連續(xù)5次循環(huán)后，任意工件位置偏差≤±0.02mm。3.節(jié)拍時(shí)間：單循環(huán)（完成所有6個(gè)工件搬運(yùn)與裝配）≤60秒（從機(jī)器人啟動(dòng)到復(fù)位完成計(jì)時(shí)）。4.工藝動(dòng)作要求：搬運(yùn)A/B類工件時(shí)，夾爪閉合壓力需分檔控制（A類：0.4MPa，B類：0.3MPa），避免夾傷。C類工件搬運(yùn)路徑需規(guī)劃為“先提升50mm→水平移動(dòng)→下降至盲孔上方10mm→低速（50mm/s）插入”，插入過程中力傳感器反饋值需實(shí)時(shí)顯示于示教器界面，超5N時(shí)立即停止并報(bào)警。所有工件搬運(yùn)前需通過光電傳感器確認(rèn)托盤上有工件（傳感器信號(hào)由PLC傳遞至機(jī)器人），無工件時(shí)機(jī)器人需暫停并在示教器顯示“工件缺失：位置X”。5.程序要求：采用模塊化編程，包含主程序（Main）、搬運(yùn)子程序（Pick_A/Pick_B/Pick_C）、裝配子程序（Assemble_C）、復(fù)位子程序（Reset）。關(guān)鍵點(diǎn)位（如夾取點(diǎn)、避障點(diǎn)、裝配起點(diǎn)）需添加注釋說明坐標(biāo)含義及工藝目的（例：“P10：A類工件夾取點(diǎn)，X=150,Y=200,Z=30，夾爪閉合后提升至Z=150避障”）。PLC程序需包含輸入處理（光電傳感器信號(hào)濾波，消除20ms內(nèi)抖動(dòng)）、輸出控制（機(jī)器人啟動(dòng)/停止信號(hào)、報(bào)警燈控制）、數(shù)據(jù)交換（傳遞工件類型至機(jī)器人）。四、操作步驟1.準(zhǔn)備階段（10分鐘）：檢查機(jī)器人零點(diǎn)（通過示教器“校準(zhǔn)”功能確認(rèn)各軸偏差≤0.02mm）。安裝夾具并完成工具坐標(biāo)系標(biāo)定（使用“三點(diǎn)法”標(biāo)定夾爪中心，驗(yàn)證X/Y/Z方向偏差≤0.03mm）。在RobotStudio中導(dǎo)入工作臺(tái)、障礙物、工件三維模型（STL格式），建立虛擬仿真環(huán)境。2.編程階段（60分鐘）：手動(dòng)示教：通過示教器手動(dòng)操作機(jī)器人，記錄A/B類工件夾取點(diǎn)（需覆蓋托盤4個(gè)角落位置，每個(gè)位置記錄3組坐標(biāo)取平均）、避障點(diǎn)（障礙物上方50mm處）、放置點(diǎn)（A類疊放時(shí)第二層需相對(duì)于第一層X/Y偏移+2mm防滑動(dòng)）。離線優(yōu)化：在RobotStudio中導(dǎo)入手動(dòng)示教點(diǎn)位，使用“碰撞檢測”功能優(yōu)化B類工件搬運(yùn)路徑（原路徑與障礙物最小距離需≥20mm），生成平滑的圓弧插補(bǔ)（CIRC指令）替代部分直線插補(bǔ)（MOVL指令），減少啟停時(shí)間。PLC編程：編寫梯形圖程序，實(shí)現(xiàn)光電傳感器信號(hào)（I0.0I0.5）的濾波處理（使用TON定時(shí)器延遲20ms輸出），當(dāng)任意傳感器無信號(hào)時(shí)，通過Q0.0觸發(fā)紅色報(bào)警燈，并將故障位置（DB1.DBW0=16）寫入PLC數(shù)據(jù)塊，供機(jī)器人讀取。力控程序：在機(jī)器人程序中調(diào)用力傳感器接口函數(shù)（ForceControl_Init），設(shè)置插入階段的力閾值（5N），當(dāng)反饋力超過閾值時(shí)，執(zhí)行STOP指令并輸出報(bào)警信息（TextMsg"裝配力超限，位置：C類工件"）。3.調(diào)試階段（30分鐘）：單步測試：手動(dòng)執(zhí)行Pick_A子程序，檢查夾爪閉合壓力是否符合0.4MPa（用壓力計(jì)測量），搬運(yùn)路徑是否避開障礙物（用激光測距儀測量機(jī)器人與障礙物最小距離）。循環(huán)測試：連續(xù)運(yùn)行3次完整循環(huán)，記錄節(jié)拍時(shí)間（首次循環(huán)65秒，優(yōu)化路徑后需≤60秒），用千分尺測量A類工件疊放位置偏差（允許≤±0.05mm），用同軸度測量儀檢查C類工件裝配精度（需≤0.03mm）。故障注入測試：手動(dòng)遮擋1個(gè)光電傳感器，觀察機(jī)器人是否暫停并顯示正確報(bào)警信息；模擬裝配時(shí)力傳感器故障（短接信號(hào)），檢查機(jī)器人是否立即停止并觸發(fā)報(bào)警燈。4.提交階段（5分鐘）：將機(jī)器人程序