职业院校技能大赛机器人技术应用样题(1).docx
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2022年江西省职业院校技能大赛
中职组“机器人技术应用”赛项
竞赛任务书(样题)
选手须知:
1.任务书共32页,如出现任务书缺页、字迹不清等问题,请及时向裁判示
意,并进行任务书的更换。
2.参赛队应在4小时内完成任务书规定内容。
3.参考资料(工业机器人操作手册、视觉控制器操作手册、PLC控制器操
作手册、HMI操作手册、平台简介等)放置在“D:
\参考资料”文件夹中。
4.选手在竞赛过程中利用电脑创建的软件程序文件必须存储到“D:
\技能竞赛”文件夹中,其中PLC文件的命名格式为“PLC+场次号+工位号”,触摸屏文件的命名格式为“HMI+场次号+工位号”,三维环境搭建文件的命名格式为“ART+场次号+工位号”,涂胶离线仿真文件的命名格式为“TJ+场次号+工位号”。
未按要求保存的文件不予以评分。
计算机编辑文件请实时存盘,建议10-15分钟存
盘一次,客观原因断电情况下,酌情补时不超过十五分钟。
5.任务书中只得填写竞赛相关信息,不得出现学校、姓名等与身份有关的
信息或与竞赛过程无关的内容,否则成绩无效。
6.由于参赛选手人为原因导致竞赛设备损坏,以致无法正常继续比赛,将
取消参赛队竞赛资格。
竞赛场次:
第场赛位号:
第号
1
本次任务选择工业机器人在3C行业中最典型的异形芯片插件工序为应用背景,涵盖了工业机器人系统的安装调试、集成应用与维护维修等工作领域,融合典型的涂胶、码垛、分拣、装配等工作任务,考察选手工业机器人系统应
用等专业能力、团队协作、质量控制和安全意识等职业素养与综合职业能力。
模块A工业机器人系统的安装调试
安装工艺要求:
1.电缆与气管分开绑扎,第一根绑扎带距离接头处60±5mm,其余两个绑扎带之间的距离不超过50±5mm,绑扎带切割不能留余太长,必须小于1mm,美
观安全。
气路捆扎不影响工业机器人正常动作,不会与周边设备发生刮擦勾连。
2.电缆和气管分开走线槽,气管在型材支架上可用线夹子绑扎带固定,两个线夹子之间的距离不超过120mm。
走线槽的气管长度应合适,不能出现折弯
缠绕和绑扎变形现象,不允许出现漏气现象。
3.机械安装需选择合适工具,按提供模块零件完成单元装配,安装完毕后
机械单元部分没有晃动和松动。
执行元器件气缸动作平缓,无强烈碰撞。
模块A-1工业机器人系统机械装调
(一)工作站台面单元布局
工作站台面单元布局要求:
注意芯片料仓单元、涂胶单元、码垛单元、废品单元、工具等的布局方向和安装形式如图A-1,具体位置尺寸满足模块B中机器
人工作半径范围即可。
(二)工具快换模块法兰端安装及气路连接
1.将工具快换模块法兰端已经安装到工业机器人第6轴法兰盘上。
要求检
查工具快换模块法兰端和工业机器人第6轴法兰盘的销钉孔对齐,螺钉紧固。
2.完成工具快换模块的气路连接,可使工具快换模块法兰端与工具端正常锁定和释放,并实现对夹爪工具和吸盘工具的动作控制。
要求:
正压气路用蓝色
气管,负压气路用透明气管。
3.将气路压力调整到0.4MPa~0.6MPa,打开过滤器末端开关,测试气路连
接的正确性。
图A-1工作站台面布局要求
图A-2工具快换模块法兰端气路图
(三)单元机械装配
1.利用竞赛工位所提供的工具和零件,完成涂胶单元的结构件零件的安装。
图A-3涂胶单元装配图
2.利用竞赛工位所提供的工具和零件,完成码垛单元的结构件零件的安装。
图A-4码垛单元平台A装配图
图A-5码垛单元平台B装配图
3.利用竞赛工位所提供的工具和零件,完成料仓单元结构件零件的安装。
图A-6料仓单元装配图
4.利用竞赛工位所提供的工具和零件,完成废品单元结构件零件的安装。
图A-7废品单元装配图
5.利用竞赛工位所提供的工具和零件,完成左侧光栅结构件零件的安装。
图A-8光栅装配器件和电气接线
(四)检测单元1号、2号工位机械安装及气路连接
1.利用竞赛工位所提供的工具和零件,完成检测单元1号、2号工位相应气
缸的电磁阀连接,并检查线路。
图A-9电磁阀安装前和安装后示意图
2.利用竞赛工位所提供的工具和零件,完成检测单元1号、2号工位的机械
结构件、气缸、导轨、检测滑台、检测灯架子等零件的安装。
图A-10检测单元1号工位装配图
图A-11检测单元2号工位装配图纸
3.利用竞赛工位所提供的工具和零件,完成检测单元1号、2号工位的气缸
气路连接,能按要求可以实现工位安装台的推进缩回动作、检测灯的升降动作。
图A-12检测单元1号工位气动原理图
图A-13检测单元2号工位气动原理图
模块A-2工业机器人系统电气装调
(一)检测单元1号、2号工位电气接线
利用竞赛工位所提供的工具和零件,完成检测单元1号、2号工位传感器、
检测灯、指示灯等的电路接线,并调整传感器的安装位置使其准确反馈气缸状态。
图A-14检测单元1号工位电气接线信号对照表
图A-15检测单元2号工位电气接线信号对照表
(二)光栅电气接线
利用竞赛工位所提供的工具和零件,完成光栅的电路接线,共需接四根
线:
信号线(PLC的输入信号线I4.0)、0V、24V和地线(PE),并调整光栅的
安装位置可准确反馈光栅信号。
图A-16光栅的电路接线部位
(三)PLC的IO信号连接
根据提供的PLC的IO信号表,完成控制面板上的PLC控制线路接线,并对线
缆进行捆扎。
注意:
不允许更改设备中原有的线路,只允许在控制面板正面接线区域利用
快接线缆完成PLC的IO的连接。
图A-17PLC的IO信号接线区域
表A-1PLC输入信号表
序号
地址
功能注解
序号
地址
功能注解
1
I0.0
急停
13
I1.4
升降气缸2上限
2
I0.1
编程/运行
14
I1.5
升降气缸2下限
3
I0.2
启动
15
I1.6
升降气缸1上限
4
I0.3
停止
16
I1.7
升降气缸1下限
5
I0.4
自动启动
17
I2.0
推动气缸1伸出位
6
I0.5
暂停
18
I2.1
推动气缸1缩回位
7
I0.6
重新
19
I2.2
推动气缸2伸出位
8
I0.7
点对点/补偿
20
I2.3
推动气缸2缩回位
9
I1.0
升降气缸4上限
21
I2.4
推动气缸3伸出位
10
I1.1
升降气缸4下限
22
I2.5
推动气缸3缩回位
11
I1.2
升降气缸3上限
23
I2.6
推动气缸4伸出位
12
I1.3
升降气缸3下限
24
I2.7
推动气缸4缩回位
表A-2PLC输出信号表
序号
地址
功能注解
序号
地址
功能注解
1
Q0.0
升降气缸1
13
Q1.4
红色指示灯1
2
Q0.1
升降气缸2
14
Q1.5
绿色指示灯1
3
Q0.2
升降气缸3
15
Q1.6
红色指示灯2
4
Q0.3
升降气缸4
16
Q1.7
绿色指示灯2
5
Q0.4
推动气缸1
17
Q2.0
红色指示灯3
6
Q0.5
推动气缸2
18
Q2.1
绿色指示灯3
7
Q0.6
推动气缸3
19
Q2.2
红色指示灯4
8
Q0.7
推动气缸4
20
Q2.3
绿色指示灯4
9
Q1.0
检测指示灯1
21
Q2.4
启动停止指示灯
10
Q1.1
检测指示灯2
22
Q2.5
自动启动指示灯
11
Q1.2
检测指示灯3
23
Q2.6
暂停指示灯
12
Q1.3
检测指示灯4
24
Q2.7
蜂鸣器
(四)工业机器人IO信号配置
在工业机器人示教器中,根据工业机器人IO信号与PLC、视觉控制器等终端
的接线图,定义各信号的类型和功能。
图A-18工业机器人数字量输入信号接线图
图A-19工业机器人数字量输出信号接线图
将交换机放置到机器人控制柜上,利用交换机和网线将机器人控制柜、欧姆龙视觉控制器、西门子PLC、威纶通触摸屏和两台电脑进行组网,各设备地址如
表A-3所示,构建工业机器人系统集成网络。
表A-3各个设备的IP地址
序号
设备名称
IP地址
1
机器人控制柜(X2)
192.168.125.1
2
PLC
192.168.125.2
3
触摸屏
192.168.125.3
4
欧姆龙视觉控制器
192.168.125.4
5
电脑1
192.168.125.5
6
电脑2
192.168.125.6
注意:
本赛程中选手可任意选择各设备间的通信方式(使用IO通信或者网络
通信),不做强制要求。
(五)工业机器人Home点
工业机器人Home点姿态为本体的1轴、2轴、3轴、4轴、6轴的关节为
0°,5轴为90°。
模块A-3工业机器人系统建模
1.利用现场提供的测量工具,完成对工作站台面上所有单元组件实际安装
位置的布局尺寸测量。
2.在离线仿真软件中,根据实际测量结果,对三维环境中的单元组件进行位
置调整,使其与本赛位竞赛平台一致,要求竞赛平台台面上所有单元均安放到位。
3.工作站模型文件可通过工具栏“工作站”按钮打开使用,通过工具栏“另
存为”按钮保存到文件夹中,请勿擅自更改文件后缀。
注意:
软件操作过程中注意随时保存比赛成果。
模块B工业机器人系统的集成应用
设计触摸屏功能主画面(如图B-1所示),点击对应的按钮可以进入相应的
画面。
图B-1功能主画面
模块B-1产品的外壳涂胶
要求:
将控制面板的“模式开关”切换到“自动”模式,将触摸屏从主画面切换至产品的外壳涂胶画面。
若触发安全光栅,则报警(报警相关要求参照模块B-5)。
完成基础涂胶和定制涂胶两项任务,涂胶单元如图B-2所示,具体工艺
过程要求如下:
图B-2涂胶单元
(一)基础涂胶
1.按下触摸屏产品的外壳涂胶画面中的“运行”按钮,涂胶计时开始,工业
机器人回到Home点,拾取涂胶工具。
2.默认情况下涂胶工具的TCP位于涂胶单元轨迹线槽的中心线偏离涂胶单元平面上方5mm距离、工具Z轴垂直于涂胶表面,按照如下步骤完成基础涂胶
工艺:
(1)工业机器人以C5点为起始点,以C2点为结束点,涂胶工具速度为50mm/s,顺时针完成C轨迹基础涂胶,层数为2层,第一层涂胶时C5-C2,偏离涂胶单元上方5mm,第二层涂胶时C2-C5,偏离涂胶单元上方10mm,完成该
轨迹后,机器人回Home点,停留2s。
(2)工业机器人以B4点为起始点和结束点,顺时针完成圆形轨迹涂胶。
在B4到B1段涂胶轨迹速度为10mm/s,在B1到B2段涂胶轨迹速度为20mm/s,在B2到B3段涂胶轨迹速度为10mm/s,在B3到B4段涂胶轨迹速度为20m/s。
分别在B1、B2、B3点停留3秒。
完成该轨迹后,机器人回Home点,涂胶和计
时暂停。
注意:
基础涂胶工艺同时需在仿真软件中仿真。
(二)定制涂胶
完成基础涂胶工艺之后,开始定制涂胶工艺。
在图B-3涂胶功能画面中,参照表B-1对所有定制轨迹参数进行设定,完成定制轨迹涂胶流程。
默认情况下,涂胶工具的TCP位于涂胶单元轨迹线槽的中心线偏离涂胶单元平面上方5mm,
轨迹速度为50mm/s,工具Z轴垂直于涂胶表面。
图B-3涂胶功能画面
1、按下“运行”按钮,继续计时,按照触摸屏设定参数完成C轨迹定制涂胶。
触摸屏选择其中的两点之间为特殊涂胶段,按触摸屏设置顺时针完成涂胶;其他
涂胶段按默认情况涂胶。
机器人回Home点,暂停涂胶和计时。
2、按下“运行”按钮,按照触摸屏设定参数完成复合轨迹的定制涂胶,复合轨迹由A、B、C、D四条轨迹组成,其中A轨迹:
A1-A2-A3-A4-A5-A6;B轨迹:
B1-B2-B3-B4;C轨迹:
C1-C2-C3-C4-C5-C6;D轨迹:
D1-D2-D3-D4-D5-D6-D7。
在触摸屏设定:
四条轨迹的涂胶顺序;每条轨迹正序涂胶或逆序涂胶。
不同轨迹之间的连接走直线,并在每条轨迹的终点停留5S,涂胶速度为50mm/s。
完
成该轨迹后,机器人回Home点,暂停涂胶和计时。
3、按下“运行”按钮,工业机器人放回涂胶工具,工业机器人回到Home点,
停止涂胶计时。
表B-1定制涂胶工艺参数
序号
轨迹编号
定制工艺参数
可选参数
参数说明
1
C
起始点/结束点
C1-C6
起始点/结束点为C1-C6任意一点
特殊涂胶段点1
C1-C6
可选择C1-C6中任意一点
特殊涂胶段点2
C1-C6
可选择C1-C6中任意一点
特殊涂胶段
涂胶层数
0
为0则跳过特殊涂胶段
1
为1则单方向涂胶1次
2
为2则完成单向涂胶再往返涂胶1
次
3
为3则完成单向涂胶再往返涂胶2次
2
复合轨迹
涂胶顺序
A、B、
C、D
A、B、C、D轨迹按顺序选择
每条轨迹正/逆序
正序/逆序
每条轨迹顺/逆序,如选中A轨迹正序,则为A1-A2-A3-A4-A5-A6;逆序,则为A6-A5-A4-A3-A2-A1。
模块B-2产品的码(拆)垛
要求:
将控制面板的“模式开关”切换到“自动”模式,将触摸屏从主画面切换至码垛定制画面如图B-5所示。
若触发安全光栅,则会报警(报警相关要求参照模块B-5)。
工艺流程起始状态为工业机器人在Home点,码垛单元平台A中放置4-6个物料,码垛单元平台B中无物料。
完成产品基础码垛和定制码垛
任务,具体工艺过程要求如下:
(一)基础码垛
1.按下触摸屏码垛设定画面“运行”按钮,开始码垛计时,工业机器人回到
Home点,拾取夹爪工具。
2.工业机器人从平台A的底部依次取出3个物料码按照1-2-3的位置顺序码
放至平台B中,垛型如图B-4所示,工业机器人回到Home点,暂停3秒。
3.工业机器人按照2-1-3的顺序从平台B依次将3个物料拆垛至平台A中。
4.工业机器人放回夹爪工具,工业机器人回到Home点,暂停码垛和计时。
图B-4基础码垛垛型
(二)定制码垛
1.完成基础码垛后,首先机器人选择合适工具探测出平台A中物料数量并能在后续码垛过程中实时显示在触摸屏界面,如果为奇数则采用吸盘工具,如果为
偶数则采用夹爪工具。
2.在码垛设定画面中选择第一层码垛垛形、取料顺序(从上到下或者底部抓取)。
按下“运行”按钮,触摸屏继续计时,工业机器人拾取对应的工具,从平台A中按照设定的取料顺序取出3个物料,并按照2-3-1的位置顺序和设定垛形
码放至平台B完成底层码垛,垛型如图B-6所示。
图B-5码垛设定画面
3.完成步骤2后,机器人回home点暂停,触摸屏暂停计时。
4.在码垛设定画面设定第二层码垛顺序,按下运行,触摸屏继续计时,从平台A中将剩余物料从平台底部依次取出,按照触摸屏设定的码垛顺序摆放为触
摸屏未选择的垛型。
5.工业机器人放回工具后回到Home点,触摸屏停止计时。
6.码垛定制第一层垛型时,则触摸屏红灯常亮;码垛定制第二层垛型时,绿
灯常亮。
垛型1
垛型2
图B-6平台B垛型及物料位置编号
模块B-3产品异形芯片装配
根据任务书要求,对视觉检测组件进行设置实现对异形芯片的颜色、形状等特征参数的识别和输出,对PLC、HMI和工业机器人进行编程实现电子产品装配及质量检测任务。
评分时采用工作站“自动”模式,工业机器人“自动模式”
连续运行程序完成整个过程的演示。
(一)分拣、装配过程中注意事项
1.本任务提供两套(共8块)PCB产品,两套PCB产品相同,每套均包含
A03、A04、A05、A06四块产品。
2.系统初始状态:
升降气缸上升,推动气缸伸出,指示灯熄灭,检测灯熄灭。
3.产品检测要求:
产品所在工位推动气缸缩回,缩回到位后升降气缸下降,下降到位后检测LED灯闪烁(频率为0.5Hz)4s,升降气缸上升,上升到位后推动气缸伸出,结果指示灯点亮(检测结果有三种情况,分别为成品即OK、废品即NG、半成品即SM。
OK时,绿色指示灯常亮;NG时,红色指示灯以2.5s的
周期闪烁;SM时,红色和绿色指示灯以1s的周期交替闪烁)。
检测结果保留到
触摸屏按下“运行”按钮,继续进行产品的加工,红色和绿色指示灯熄灭。
4.芯片原料料盘、芯片回收料盘或产品中未摆放任何芯片的位置,称为空位;未安装任何芯片的产品,称为空板;若芯片原料料盘、芯片回收料盘和产品中相应位置放入了不同形状的芯片,则该芯片称为掺杂,将所有掺杂放至芯片回收料盘空位。
只可使用吸盘工具对芯片空位进行探测,在探测出空位后不得再出现吸盘上无物料空吸现象;在拾取和安装芯片过程中,芯片不得掉落;吸盘工具安装芯片时,工具不能出现抖动现象。
在分拣过程中,如出现原料盘库存不足现象,则在产品异形芯片装配画面中显示所需芯片及其型号(例:
缺少A类集成电路),机器人回Home点等待裁判手动补料,在触摸屏上设定所补芯片在原料料盘摆放的位置编号,人工放置芯片完成后,点击“补料”按钮,机器人继续
完成当前任务。
5.异形芯片的颜色和形状检测通过视觉检测组件完成,每个芯片只允许利
用视觉检测一次。
对于每次视觉检测,检测时间不得超过300ms。
6.所编写的工业机器人程序,要尽可能的满足高效率的生产要求,整个任务
过程中,机器人速度和路径要设置合理,运行安全,不允许出现撞机现象。
7.芯片在原料料盘的摆放位置编号如图B-7所示,整体料架如图B-8所示,芯片种类、颜色和型号如表B-2所示,产品初始状态如表B-3所示,产品芯片位置编号如图B-9所示,原料区初始化芯片数目如表B-4所示,产品目标安装状态
如表B-5所示。
图B-7料盘芯片摆放位置编号
图B-8整体料架
(a)A03产品(b)A04产品
(c)A05产品(d)A06产品
图B-9产品芯片位置编号图
表B-2芯片种类、外观颜色和型号
芯片
种类
CPU
集成电路
电容
三极管
外观
颜色
芯片
型号
A
B
A
B
A
B
A
B
表B-3产品初始状态
序号
工位
状态
芯片数量
有无盖板
1
一号工位
随机
随机
2
二号工位
随机
随机
3
三号工位
随机
随机
4
四号工位
随机
随机
表B-4原料区初始化芯片数目
三极管(个)
电容(个)
集成电路(个)
CPU(个)
随机
随机
随机
随机
表B-5工位上产品的目标型号
工位号
芯片种类
目标型号
工位号
芯片种类
目标型号
一号
CPU
A
三号
CPU
A
集成电路
B
集成电路
B
电容
B
电容
B
三极管
B
三极管
A
二号
CPU
B
四号
CPU
B
集成电路
A
集成电路
B
电容
B
电容
A
三极管
A
三极管
A
(二)工作站产品分拣、装配
将控制面板的“模式开关”切换到“手动”模式;然后再切换到生产监视与
调试画面,如图B-10所示,在该画面进行手动调试。
图B-10生产监视与调试
将第一套PCB中的A06产品放置到一号工位,A04产品放置到二号工位,
A05产品放置到三号工位,A03产品放置到四号工位,第二套PCB产品在后续
的二次加工中使用。
1.设备自检
按下“自动启动”按钮,自动启动指示灯点亮,系统按照如下步骤进入设
备自检流程。
(1)机器人拾取吸盘工具,回到Home点,等待1s,然后再放回工具架,
机器人再次回到Home点,触摸屏显示“吸盘工具正常”;
(2)等待3s后,机器人拾取涂胶工具,回到Home点,等待1s,然后再
放回工具架,机器人再次回到Home点,触摸屏显示“涂胶工具正常”;
(3)等待3s后,机器人拾取夹爪工具,回到Home点,等待1s,然后再
放回工具架,机器人再次回到Home点,触摸屏显示“夹爪工具正常”;
(4)等待3s后,所有工位缩回、下降、检测、红绿指示灯以1Hz的频率
交替闪烁,5s后恢复初始状态,触摸屏显示“设备正常,请开始分拣流程”。
2.简单工艺分拣流程
(1)将触摸屏切换到产品异形芯片装配画面,如图B-11所示,按下触摸屏
“运行”按钮,系统运行总时间计时开始。
图B-11产品异形芯片装配
(2)按下“运行”按钮,机器人将产品盖板按照A03-A06的产品顺序依次
拆卸放置到盖板原料区。
检测四个产品上空位的总数,进行以下操作:
若为奇数,从原料盘中各种类最大位置编号(料盘芯片摆放位置编号如图B-
7所示)开始按照A03-A06的产品顺序拾取芯片安装到有盖板的产品空位处,
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- 职业院校 技能 大赛 机器人 技术 应用