中職-機器人技術應用賽項樣題_圖文

題目：

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2018年湖南省職業院校技能大賽

機器人技術應用（中職組）

競賽任務書樣題

選手須知：

1. 任務書共示意更換。

2. 競賽任務過程配有1台計算機，安裝有競賽任務要求的「RobotArt 競賽版」軟體(任務書中所述離線編程軟體均指RobotArt) 。

3. 競賽用參考資料（ABB 機器人編程手冊、Omron 視覺操作手冊等）放置在「D:\參考資料」文件夾中。

4. 參賽隊應在4小時內完成任務書規定的所有內容，選手在競賽過程中創建的軟體程序文件務必存儲到「D:\技能競賽」文件夾中，未存儲到指定位置的運行記錄或程序文件均不予給分。

5. 選手提交的競賽任務書僅可用競賽場次和賽位號進行標識，不得出現學校、姓名等與身份有關的信息或與競賽過程無關的內容，否則成績無效。

6. 由於參賽隊人爲原因導致競賽設備損壞，以致無法正常繼續比賽，將取消參賽隊競賽資格。

競賽場次：第 場 賽位號：第 號

2 / 23 競賽平台簡介

「機器人應用技術」賽項（中職組）的競賽平台爲「CHL-DS-01型工業機器人PCB 異形插件工作站」，如圖 1所示，該設備以桌面式關節型六軸串聯工業機器人爲核心，在操作平台的四周合理分布有4種不同工藝應用的工藝工具以及塗膠單元、搬運碼垛單元、異形晶片原料單元、異形晶片裝配單元、視覺檢測單元、PLC 總控系統、安全光柵及操作面板等組件，如圖 2所示，同時螺絲供料機、供氣系統和電源組件布置於工作站台架內部。

圖 1 工業機器人PCB 異形插件工作站

圖 2 工作站布局

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工業機器人PCB 異形插件工作站以3C 典型產品的生產裝配過程爲主線，包含了塗膠、搬運碼垛、視覺分揀、裝配、鎖螺絲、檢測等工藝過程，所有涉及設備均合理布置在工作站檯面上，方便查看設備狀態和操作編程。工作站以3C 行業最典型的異形晶片插件工藝過程爲任務主線，產品由異形晶片零件、PCB 電路板及蓋板構成，如

圖 3所示。

圖 3 電子產品PCB 異形晶片插片產品

競賽時所提供的晶片共有4類，每類兩種顏色，如

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圖 4所示，按照晶片料庫中的指定料槽擺放，如

圖 5所示。

圖 4 晶片種類和顏色

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圖 5 晶片料庫料槽區域分布

請選手根據競賽任務書，在4個小時內，完成以下所有競賽任務，詳細圖紙及資料見附件。

任務一 機械及電氣安裝調試

6 / 23 安裝工藝要求：

1. 電纜與氣管分開綁紮，第一根綁紮帶距離接頭處 60±5mm ，其餘兩個綁紮帶之間的距離不超過 50±5mm ，綁紮帶切割不能留余太長，必須小於 1mm ，美觀安全。氣路綑紮不影響工業機器人正常動作，不會與周邊設備發生刮擦勾連。

2. 電纜和氣管分開走線槽，氣管在型材支架上可用線夾子綁紮帶固定，兩個線夾子之間的距離不超過 120mm 。走線槽的氣管長度應合適，不能折彎纏繞和綁紮變形現象，不允許出現漏氣。

3. 機械安裝需選擇合適工具，按提供模塊零件完成單元裝配，安裝完畢後機械單元部分沒有晃動和鬆動。執行元器件氣缸動作平緩，無強烈碰撞。

（一）工業機器人工具快換系統的安裝及接線

1. 將工具快換系統的法蘭端快換模塊安裝到工業機器人的第六軸法蘭盤

上，銷釘孔對齊；

2. 將快換工具塗膠筆和夾爪組裝完成。

3. 根據附件資料和現場提供的工業機器人工具功能要求，完成法蘭端快換

模塊氣路接線，包括鎖定氣路和工具控制氣路。要求正壓氣路用藍色氣管，負壓氣路用透明氣管。

4. 通過工作站側面氣路調壓閥，將氣路壓力調整到0.4~0.6MPa，並打開過

濾器末端開關，測試氣路連接的正確性，要求：DO 信號HandChange_Start爲0時快換工具上鋼珠爲頂出狀態，DO 信號Grip 爲0時夾爪爲鬆開狀態。

5. 根據功能要求，使用手動工具完成裝配檢測單元的1號和3號裝配檢測

工位；

6. 根據功能要求，將1號和3號工位的推動氣缸和升降氣缸位置傳感器、

檢測 LED 燈、檢測指示燈全部連接到端子排上，要求連接可靠，不允許出現短路和斷路問題。

7 / 23 7. 要求附件資料中電磁閥功能定義及編號，完成1號和3號檢測單元各氣

缸到閥島的氣路連接，閥島部分的所有氣管均要按工藝要求綁紮。設備原2號和4號檢測單元的電氣線路和氣路不需要選手重新綁紮。

（二）PLC 控制系統的IO 接線

1. 將工作站切換到手動模式；

2. 通過氣動電磁閥上的手動調試按鈕，確定每個電磁閥的控制邏輯（填入

X 號工位升降氣缸或X 號工位推動氣缸）；

表 1 電磁閥控制邏輯

3. 根據附件提供的PLC 控制系統IO 信號表，完成PLC 控制線路接線，接

線區域如

4.

5. 圖 6所示；

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圖 6 PLC控制線路接線區域

6. 利用操作面板上的觸控螢幕的手動界面，對接線進行測試，確認功能正確。 注意：競賽開始滿 2 小時後，可舉手示意現場裁判，申請放棄該任務中「工業機器人工具快換系統的安裝及接線」內容的得分，由現場技術人員輔助完成該部分內容。從技術人員操作，開始秒表計時；如果技術員十分鐘內完成，不予以補時；如果技術員超過十分鐘完成，超出時間根據實際情況酌情予以補時。 任務二 工業機器人維護及操作

通過示教器操作工業機器人完成工具定義及TCP 標定。

（一）工具TCP 標定

利用競賽現場工具箱中提供的塗膠工具，更換爲實體尖點（工具箱內）後，手動安裝到工業機器人的工具快換系統的法蘭端模塊上，如圖所示；

圖7 尖點工具

1. 創建名稱爲「tTCP」的工具；

2. 設定其mass 值爲1；

3. 通過工作站提供的TCP 標定尖點，定義該工具的TCP 參數，要求：

9 / 23 a) tTCP 坐標系X 軸方向與基坐標系的X 軸平行，方向相反； b) tTCP 坐標系Y 軸方向與基坐標系的Y 軸平行，方向相反； c) tTCP 坐標系Z 軸方向與基坐標系的Z 軸平行，方向相同；

4. TCP 標定後工業機器人系統計算的平均誤差不可大於0.1mm ，其值將影

響得分；

5. 完成標定後，手動取下塗膠工具並恢復原狀，放回工作檯的指定工具支

架上。

注意：TCP 標定完成後，在示教器界面出現平均誤差界面時，參賽隊必須舉手示意現場裁判，展示平均誤差值，並由裁判當時記錄並留存，參賽隊簽字（場次+賽位號）確認，否則該項不得分。比賽開始3個小時後不再接受該任務的評分申請。

（二）工業機器人的工作原點設定

通過示教器手動操縱工業機器人，使其姿態處於安全工作初始姿態，即工作原點，如圖 7所示，並將此點命名爲Home ，具體要求如下：

1. 第1軸關節角度爲0°；

2. 第2軸關節角度爲0°；

3. 第3軸關節角度爲0°；

4. 第4軸關節角度爲0°；

5. 第5軸關節角度爲+90°；

6. 第6軸關節角度爲0°；

10 / 23 7. 使用MoveAbsj 指令記錄Home 點到main 程序第一行。

圖 7 工業機器人本體的工作原點姿態

(三) 離線編程三維環境搭建

1. 利用現場提供的測量工具，完成對工作站檯面上所有設備組件的布局尺寸測量；

2. 利用競賽現場提供的電腦，打開「RobotArt 競賽版」軟體，根據實際測量結果，對三維環境中的設備組件進行位置調整，滿足後續離線編程應用要求；

3. 工作站原型文件可通過工具欄「工作站」按鈕打開使用，通過工具欄「另存爲」 按鈕保存到「D:\技能競賽」文件夾中，文件重命名爲「三維環境」，請勿擅自更改文件後綴。軟體操作過程中注意隨時保存比賽成果；

4. 完成三維環境搭建並完成另存爲操作後，將「三維環境」工程文件，再次通過工具欄「另存爲」按鈕，保存到「D:\技能競賽」文件夾中，文件分別重命名爲「塗膠編程」、「拆垛編程」，請勿擅自更改文件後綴。

任務三 外殼塗膠及產品碼垛

（一）外殼塗膠及產品碼垛

利用競賽現場提供的電腦，使用「RobotArt 競

賽版」軟體，打開任務一

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中保存的 「塗膠編程」工程文件，完成基於工作站的外殼塗膠工藝離線編程操作。軟體操作過 程中注意隨時通過工具欄中的「保存」按鈕對工程文件進行保存。軟體離線編程結果 和工作站實際運行結果均作爲評分要求。

圖 8 塗膠軌跡 塗膠工藝過程具體要求：

1. 在操作面板區域將工作站切換到手動模式；

2. 工藝過程的起始點爲Home 點；

3. 工業機器人自動完成塗膠工具的抓取動作；

4. 要求塗膠工具的尖點依次沿塗膠單元（圖 9）上的編號爲○1、○4、○

3、○

5的軌跡完成塗膠連續動作； 5. 塗膠過程中，要求塗膠工具的尖點始終位於塗膠單元軌跡線槽的中心線，

偏離塗膠單元平面上方 5mm 距離；

6. 塗膠工具在塗膠單元上沿塗膠軌跡運動時，要求到每條軌跡的末尾，做

3s 暫停等待，再繼續後續動作；

7. 完成塗膠軌跡後，工業機器人自動完成塗膠工具的放回動作；

8. 工藝過程的結束點爲Home 點；

9. 塗膠過程中工具不可掉落，不得發生碰撞干涉；

10. 完成所有工業機器人的程序編制後，驗證程序。

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（二）產品碼垛

利用競賽現場提供的電腦，使用「RobotArt競賽版」軟體，在上一任務中保存在「D:\技能競賽」中的工程文件里，完成基於工作站的產品碼垛工藝離線編程及後置程序在真機工作站上的驗證應用，如圖 9所示。軟體操作過程中注意隨時通過工具欄中的「保存」按鈕對工程文件進行保存。評分時打開工程文件，首先完成執行軟體仿真，後完成工作站運行的演示，僅一次機會。指定的碼垛姿態如圖 10所示。

圖 9 平台A 、平台B 及物料

圖 10 碼垛姿態

碼垛工藝過程具體要求：

1. 工藝過程的起始點爲Home 點；

2. 工業機器人自動完成夾爪工具的抓取動作；

13 / 23 3. 工業機器人由平台A 拾取物料時，需從平台A 底部拾取，不得從平台A

頂部拾取；

4. 工業機器人在平台B 碼垛物料時，底層物料擺放姿態需與圖11左側圖

要求相同，上層物料擺放姿態需與圖11右側圖要求相同；

5. 碼垛過程中物料不可掉落；

6. 工業機器人自動完成夾爪工具的放回動作；

7. 碼垛工序仿真過程中，仿真過程中所有設備未發生干涉碰撞報警（安裝

工具和抓取物料放置物料發生的碰撞報警除外），工業機器人運行軌跡中不出現奇異點、軸限位點及不可達點；

8. 工藝過程的結束點爲Home 點。

任務四 異型晶片分揀和插件

結合視覺檢測組件，通過示教器操作工業機器人編程，利用吸盤工具，先拆除產品上的晶片，然後再從原料料盤中選取相反顏色的晶片，並安插到安裝檢測平台的安裝工位上的電子產品PCB 板中，其中產品一A04放置在安裝檢測工裝1號工位，產品二A03放置在安裝檢測工裝2號工位，產品三A06放置在安裝檢測工裝3號工位，程序模塊保存爲FenJian ，評分時由現場裁判隨機擺放不同顏色的異形晶片，按照指定位置擺放電子產品PCB 板和蓋板，採用工作站手動模式、工業機器人手動模式連續運行程序完成整個過程的演示，僅一次機會。指定的電子產品PCB 板晶片要求如

圖 11所示。

圖 11 電子產品PCB 板要求

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異形晶片分揀和插件的工藝過程要求如下：

1. 將工作站切換到手動模式，利用觸控螢幕的手動調試界面完成對工作站編

程狀態的初始化姿態確定，要求安裝檢測工裝所有工位的安裝平台全部處於伸出位置、檢測器處於升起狀態、檢測器燈熄滅； 2. 工藝過程的起始點爲Home 點；

3. 將工作站切換到運行模式，按下啓動和自動啓動按鈕後，先對設備進行

自檢，1、2、3、4號工作檯縮回檢測，檢測燈閃爍3s ，檢測結果爲紅綠燈1HZ 頻率交替閃爍，5s 後熄滅，設備恢復初始化姿態； 4. 工業機器人自動完成吸盤工具的抓取動作；

表 3

產品目標狀態

5. 利用吸盤工具中的單吸盤完成對異形晶片的拾取，將產品A06上（由裁

判隨機擺放滿）的晶片檢測並記錄該位置的晶片場景，然後將晶片放置到晶片回收料盤；

6. 將產品A04、A03上（由裁判隨機擺放滿）的晶片檢測，然後將其中符

合自身產品要求（產品A04需求如表3，產品A03與A04需求顏色相反）的晶片放回原位上，不符合要求的晶片優先供應產品A06（晶片顏色與擺放的相反），如產品A06不需要，將多餘的晶片放置到晶片回收料盤；

7. 檢測完PCB 板上的晶片後，再從原料料盤中拾取符合產品要求的晶片

重新安裝到產品A03、A04、A06上，工業機器人的動作起始位置均爲Home 點；

8. 異形晶片在拾取和插件過程中，不得掉落；

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9. 異形晶片的顏色檢測通過視覺檢測組件完成，工業機器人根據反饋結果

將CCD 檢測OK 的晶片安裝到PCB 板的指定位置，CCD 檢測NG 的晶片放回原處；

10. 完成所有滿足要求的異形晶片的拾取插件工序，要求將異形晶片準確安

插到指定電子產品的PCB 板的異形晶片位置，晶片方向不做要求，插件順序可自行決定；

11. 利用吸盤工具的雙吸盤完成對蓋板的拾取；

12. 蓋板在拾取和安裝過程中，不得掉落；

13. 將蓋板準確安裝到所有已完成異形晶片插件的電子產品上，安裝順序可

自行決定；

14. 工業機器人自動完成吸盤工具的放回動作；

15. 工藝過程的結束點爲Home 點；

16. 完成所有工業機器人的程序編制後，完成對系統及程序的聯調驗證。 任務五 電子產品裝配及質量檢測

通過示教器操作工業機器人編程，利用鎖螺絲工具和吸盤工具，完成電子產品裝配和質量檢測，程序運行起始模塊保存爲ZhuangPei ，評分時採用工作站自動模式、工業機器人手動模式，連續運行程序完成整個過程的演示，僅一次機會。檢測產品的成品區和回收區位置如圖 12所示。

圖 12 成品區和回收區

電子產品裝配及質量檢測的工藝過程要求如下：

16 / 23 1. 將工作站切換到手動模式，利用觸控螢幕的手動調試界面完成對工作站編

程狀態的初始化姿態確定，要求安裝檢測工裝所有工位的安裝平台全部處於安裝位置、檢測器處於升起狀態、檢測器燈熄滅，工業機器人動作編程過程中，可以通過手動調試界面完成相關的配合動作；

2. 工藝過程的起始點爲Home 點；

3. 工業機器人自動完成鎖螺絲工具的抓取動作；

4. 工業機器人返回工作原點，準備開始鎖螺絲工序；

5. 完成對所有電子產品的四角螺絲鎖緊動作，鎖緊順序可自行決定；

6. 螺絲鎖緊過程中要求螺絲不得掉落，不得出現工業機器人運行錯誤或力

矩報警，螺絲處於鎖緊狀態；

7. 工業機器人自動完成鎖螺絲工具的放回動作、吸盤工具的拾取動作；

8. 產品完成安裝後，通過工業機器人與PLC 的信號通訊，依次逐個完成

A03、A04、A06三個電子產品的檢測工序，並且合格亮綠燈，不合格亮紅燈（合格率50%）；

9. 根據PLC 返回的電子產品的檢測結果，將檢測爲合格的電子產品放置於

成品區，將檢測爲不合格的電子產品放置於回收區；在電子產品放置到相應位置後，清除工作檯的檢測結果。

10. 工業機器人自動完成吸盤工具的放回動作；

11. 工藝過程的結束點爲Home 點；

12. 完成所有工業機器人的程序編制後，將工作站切換到自動模式，並自動

啓動，完成對系統的聯調。

注意：工作站處於自動運行模式時，工作站正面的安全光柵啓動，觸發會報警。

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附件 競賽平台相關資料

競賽平台工作檯面左側爲電氣接線區域，如圖 14所示，包括 PLC、繼電器、公共端子台、電磁閥和線槽，涵蓋了除供電及電源期間的所有控制設備、電氣接線元件，選手需在此區域完成相關的電氣接線操作。

圖14 電氣接線區域

爲方便拆裝操作，氣路電磁閥集中布置在電氣接線區域，緊密排列，各電磁閥的功能要求和編號如圖15所示。

圖15 電磁閥功能定義及編號

18 / 23 換工具系統法蘭端氣路接線圖紙

工具快換系統氣路接線圖

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競賽平台提供了 1 個整體料架，包括晶片原料料盤、蓋板原料位、產品成品位和 晶片回收料盤，如圖所示，其中產品原料料盤和晶片回收料盤對於不同類型的晶片的 位置序號如下圖所示。

整體料架

晶片料盤晶片擺放位置編號

競賽平台提供了 4 種模擬晶片，每種晶片分別用兩種顏色加以區分，如下圖所示。 競賽評分時，根據任務書的初始狀態要求擺放，顏色排列順序由評分裁判演示前指定。

晶片種類及顏色

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競賽平台提供了 4 種電子產品底板用以表示不同產品型號和規格，每種型號各 1 個，每種產品所要求的晶片種類、數量、顏色及位置均有所區別，如圖所示。每種產 品都可以安裝統一尺寸的蓋板並利用螺絲鎖緊，產品編號 A03、A04、A05 和 A 06。

競賽平台提供了 4 工位的裝配檢測單元，如下圖所示，可用於固定產品底板，在完成安裝後，由 PLC 控制氣缸和指示燈動作，實現產品的模擬檢測工序。電子產品底板安裝在每個工位的安裝台上，由機器人側向檢測工位看去，底板上標識的型號文字正向爲正確擺放姿態。

電子產品

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安裝檢測工位

其中 1 號裝配檢測工位的裝配爆炸如下圖所示，所有緊固用螺絲和升降氣缸的傳感器並未在圖中表示，1 號工位與 2 號工位的安裝方式爲鏡像對稱，1 號工位與 3 號工位安裝方式完全相同，2 號工位與 4 號工位安裝方式完全相同。

裝配檢測工位機械裝配爆炸圖

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工業機器人通信 I O 信號

表 3 工業機器人數字量輸入信號表

表 4 工業機器人數字量輸出信號表

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PLC 控制系統與安裝檢測工裝的 I O 信號

解答：