2022年广西职业院校技能大赛高职组《工业机器人技术应用》赛项样题

2022年广西职业院校技能大赛

高职组《工业机器人技术应用》赛项

竞赛任务书（样题）

选手须知：

1.任务书共21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、PLC、变频

器的产品手册，设备的IO变量表）以.PDF格式放置在“D:\参考资料”

文件夹下。

3.参赛团队应在5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:\技能竞赛\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。

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。

由于接线错误、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。

每一个任务的初始状态和具体测试要求根据评判要求现场给定或

者试题给定。

工件在装配工位、备品库、成品库不允许堆叠，且一个工件摆放

位同时只能摆放一个工件。

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

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、AGV小车、托盘流水线、装配流水线、

智能相机和码垛机立体仓库等六大系统组成，如图1所示。

图1竞赛平台结构图

系统的主要工作目标是实现机器人关节的混流生产，工艺流程为：

码垛机从立体仓库中取出工件放置于AGV机器人上部输送线，通过AGV

机器人输送至托盘流水线上，通过视觉系统对工件进行识别，然后由

工业机器人进行装配，装配完成后，再反向入库。

图2为需要识别抓取和装配的工件，分别为机器人关节底座、电机

模块、谐波减速器和输出法兰四个工件（各工件有两种类型），默认

的工件编号从左至右为1-8号。

2

工件1工件2工件3工件4

工件5工件6工件7工件8

图2需要识别抓取和装配的工件

存在缺陷工件，类型编号分别为3A-1号、4A-1号，并且缺陷工

件编号如图3所示。

图33A-1和4A-1号缺陷工件图示

要求完成2种类型的成品套件,示意分别为I型和II型,如图4所示。

3

图4I型和II型成品套件图示

托盘结构以及托盘放置工件的状态如图5所示，托盘中间有方形凹

槽，凹槽区域为工件放置区。

图5待装配的工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6所示。

4

图6托盘流水线和装配流水线工位分布

装配流水线如图7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。

图7装配流水线

装配工位配置有四个定位工作位，按图7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

机器人将工件运送至装配工位后，先将其通过气缸进行二次定位，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

库主要用于存放工件2电机、工件3谐波减速器和工件4号输出法兰等工

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。要求：工件在装配工件、备品库、成品库工件允许堆叠，一

5

个工件摆放位同时只能摆放一个工件。立体库仓位规定如下图8所示。

图8立体库仓位规定

系统中主要模块的预设IP地址分配如下表2所示，各参赛队可根

据实际情况自行修改。

表2主要功能模块预设IP地址分配表

序号名称IP地址分配备注

1工业机器人192.168.8.103预设

2智能相机192.168.8.3预设

3主控系统PLC192.168.8.11预设

4主控HMI触摸屏192.168.8.111预设

5编程计算机1192.168.8.21预设

6编程计算机2192.168.8.22预设

7码垛机系统PLC192.168.8.12预设

8码垛机HMI触摸屏192.168.8.112预设

6

任务一：机械和电气安装

（一）传感器的安装

1.安装并调试托盘流水线传感器

安装托盘流水线上的入口光电开关、拍照工位光电开关以及抓取

工位光电开关到托盘流水线正确位置。

托盘流水线传感器安装完毕后，效果如图1-1所示。

图1-1托盘流水线传感器布置

2.安装安全护栏传感器

将安全护栏传感器安装在安全护栏门的正确位置，使后续编程时

能够实现：安全门闭合时，机器人正常运动，当安全门打开时，机器

人停止运动。

在安全护栏中安装安全护栏传感器完成后，效果如图1-2所示。

图1-2安全护栏传感器位置

完成任务一中（一）后，举手示意裁判进行评判！

（二）工业机器人气路及外部工装安装

1.工业机器人外部工装安装

完成工业机器人末端真空吸盘、气动三爪卡盘以及部分气路连接：

7

（1）吸盘与吸盘支架的安装，气管接头的安装；

（2）三爪卡盘与支架的安装，气管接头的安装；

（3）支架与连接杆的安装；

（4）连接杆与末端法兰的安装；

（5）末端法兰与机械手本体固连（连接法兰圆端面与机械手本体

J6关节输出轴末端法兰）；

（6）气管与气管接头的连接；

（7）激光笔的安装。

气动手爪安装连接完成后，效果如图1-3所示。

图1-3末端执行器连接后的效果

2.工业机器人末端手抓控制气路的安装

完成工业机器人三爪卡盘和双吸盘的部分气路连接：

（1）机器人主气路接头的连接；

（2）三爪卡盘与吸盘电磁阀的安装及其气路的连接；

（3）吸盘真空发生器的安装与连接；

8

（4）机器人手抓夹具及激光笔控制电缆的安装；

3.装配流水线定位夹具及控制气路的安装

（1）流水线上G8工件三个定位块及夹具的安装；

（2）三个定位夹具气客接头的安装；

（3）气管拖链及其相关部件的安装；

（4）气管到电磁阀的气路布线；

（5）电磁阀体气管接头的连接；

装配流水线定位夹具及其气路连接完成后，效果如下图1-4所示。

图1-4装配流水线定位夹具及电磁阀气路连接后的效果

完成任务一中（二）后，举手示意裁判进行评判！

（三）AGV机器人上部输送线安装及循迹磁条粘贴。

1.AGV机器人上部输送线安装。

根据提供的“AGV上部输送线装配图”图纸，依次完成主动轴的安

装、同步带传动机构的安装及调试、从动轴的安装、平皮带张紧度的

调节、托盘导向板的安装，AGV机器人上部输送线安装完成后的效果如

图1-5所示。

要求如下：

根据预先提供的“AGV上部结构装配图”，安装AGV机器人上部输

送线。

9

图1-5AGV机器人上部输送线安装完成效果图

2.AGV机器人循迹磁条粘贴

根据任务要求，确定AGV机器人的运动路线，在其运动路线上粘贴

主循迹磁条，然后在主循迹磁条两端粘贴减速和停止磁条。

要求如下：

（1）粘贴主循迹磁条；

（2）在立体仓库端粘贴减速和停止磁条；

（3）在托盘流水线端粘贴减速和停止磁条。

完成任务一中（三）后，举手示意裁判进行评判！

任务二：视觉系统编程调试

（一）视觉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。

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

10

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2-1所示。

图2-1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设置和程序，完成图像的标定、样本学习

任务。要求如下：

1.对图像进行标定，实现相机中出现的尺寸和实际的物理尺寸一

致；

2.对托盘内的单一工件进行拍照，利用视觉工具，编写相机视觉

程序对工件进行学习，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照，获取该工件的形状和位置、角

度偏差，利用视觉工具，编写相机视觉程序对工件进行学习。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12种工件及缺陷件识别程序，规定每个工件地址空间的第

11

1个信息为工件位置X坐标，第2个信息为工件位置Y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1~12号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，在智能相机软件中能够得到和正

确显示12种工件及2种缺陷件的位置、角度数据。

完成任务二中（一）--（三）后，举手示意裁判进行评判！

任务三：工业机器人系统编程和调试

（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，参考值为(0，-139.6，

167.2，90，140，90)。

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，能够实现自动将装配

流水线工位成品库G7和备件库G9的1-8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,各个位置编号如图3-1所示。

测试要求如下：

1.装配流水线工位成品库G7和备件库工位G9的工件为参赛选手人

12

工按照图3-1放置。

2.机器人自动将装配流水线工位成品库G7和备件库工位G9中的工

件，按照装配次序1-2-3-4依次抓取并放置于装配G8工位指定位置，每

放置一个工件完成，夹紧气缸应立即动作，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I型成品的装配。装配完

成后，机器人将装配的I型成品放入工位G7指定位置，放置结果如图3-

2所示（工件没加上对应颜色，其实际颜色可参照图2，下同）。

3.机器人自动将装配流水线工位成品库G7和备件库工位G9中的工

件，按照装配次序5-6-7-8依次抓取并放置于装配G8工位指定位置，每

放置一个工件完成，夹紧气缸应立即动作，进行二次定位，定位完成

后，机器人抓取工件，在G8的○3号工位进行II型成品的装配。装配完

成后，机器人将装配的II型成品放入工位G7指定位置，并放置结果如

图3-2所示。

4.成品放置完成后，机器人对I型和II型成品工件进行自动拆解，

拆解后放置结果如图3-3所示。

图3-1工件装配前人工摆放位置

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图3-2装配后I型、II型成品放置位置

图3-3I型和II型成品拆解后摆放位置

任务四：工业机器人系统模块调试

完成任务三中（一）、（二）后，举手示意裁判进行评判！

（一）实现工件流水线和装配流水线调试

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：

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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。

编写主控PLC中托盘流水线和装配流水线调试模块任务，能够实现

装配流水线和托盘流水线的基本运动，包括手动控制托盘流水线启动、

停止、正反向运动以及拍照气缸运动，手动控制装配流水线正反向点

运动以及回原点运动，手动控制装配作业流水线运动到距原点±300mm

的任意一个工作位置等（见竞赛设备描述中装配流水线的规定）。

流水线调试界面参考示例如下图4-1所示。

图4-1流水线调试界面参考示例

完成任务四中（一）后，举手示意裁判进行评判！

（二）视觉系统调试

编写主控PLC中视觉系统调试模块任务，能够自动识别相机识别工

位中托盘中工件，并将工件信息包括位置、角度和工件编号等显示在

人机界面中。

视觉调试界面参考示例如下图4-2所示。

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图4-2视觉调试界面参考示例

测试要求如下：

1.选手人工放置装有工件的托盘于相机识别工位。

2.在主控PLC人机界面启动相机拍照后，在人机界面上正确显示识

别工件信息包括位置、角度和工件编号。当放置缺陷工件时要求对应

托盘TYPE一栏显示3A或者4A字样，用来指示缺陷工件类型。

3.测试工件为如所示的2，8号工件以及图3所示的3A-1，4A-1号缺

陷工件。

4种工件人工随机放置于3个托盘内，1个托盘装有1个工件。

完成任务四中（二）后，举手示意裁判进行评判！

16

（三）工业机器人系统调试

编写主控PLC中工业机器人程序系统调试模块任务，能够自动实现

对托盘流水线上托盘中的工件进行识别、抓取、放置于指定位置，并

且能够把空托盘放置于托盘库中，并且包含如下功能：

1.能够实现相机坐标系到机器人坐标系的转换，要求人机界面上

显示在机器人坐标系中的抓取相对坐标值。

2.具有机器人启动、停止、暂停以及归位等功能。在工业机器人

运行过程中，能够实现安全护栏操作门打开，工业机器人暂停运行的

功能。

3.机器人任务状态号传输到主控PLC，并在人机界面显示，机器人

状态分为机器人处于待机、运行、抓取缺陷等状态。

表4-1机器人运行状态示例

序号机器人状态号机器人状态

11000待机

22000运行

33000抓取缺陷

机器人调试界面参考示例如下图4-3所示。

图4-3机器人调试界面参考示例

测试要求如下：

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1.启动托盘流水线，在工件作业流水线入口处参赛选手依次手动

放入3个托盘，托盘中分别放置1号、3号和4A号工件，工件位置随机放

置。

2.在相机拍照工位对托盘上的工件进行识别，把识别结果传输给

主控PLC。

3.主控PLC经过处理，传输视觉识别的数据给工业机器人，工业机

器人根据PLC传输的数据，在工位G1抓取识别后托盘上的工件。

4.抓取工件后，放置于装配作业流水线工位G8的工件装配位如表4-2所示规定

的对应位置，G7-G9位置编号如图4-4所示。

5.托盘为空时，工业机器人把空托盘放入空托盘收集处。

图4-4G7-G9位置编号

完成任务四中（三）后，举手示意裁判进行评判！

任务五：系统综合编程调试

码垛机控制程序不需要参赛队编写，但需要完成总控和码垛机的

通讯交互，总控PLC和码垛机采用ModbusTCP通讯，总控PLC为客户端，

码垛机为服务器端，现提供码垛机服务器端相关数据：

1.ID、端口以及DB块数据长度：

2.1CONNECT_ID=10;

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2.2IP_PORT=502;

2.3MB_HOLD_REG=P#DB6.DBX0.0WORD32

2.DB块数据变量表：

序号关联变量名称数据类型偏移值启动值备注

1联机复位Bool0.0false总控PLC→码垛机

2联机启动Bool0.1false总控PLC→码垛机

3联机停止Bool0.2false总控PLC→码垛机

联机出入库模式，false

4为出库，true为入库Bool0.3false总控PLC→码垛机

Array[0..27]

5仓位行列号数组ofInt2.00总控PLC→码垛机

6仓位行列号数组[0]Int2.00第1个选择的仓位行列号

7仓位行列号数组[1]Int4.00第2个选择的仓位行列号

8仓位行列号数组[2]Int6.00第3个选择的仓位行列号

9仓位行列号数组[3]Int8.00第4个选择的仓位行列号

10仓位行列号数组[4]Int10.00第5个选择的仓位行列号

11仓位行列号数组[5]Int12.00第6个选择的仓位行列号

12仓位行列号数组[6]Int14.00第7个选择的仓位行列号

13仓位行列号数组[7]Int16.00第8个选择的仓位行列号

14仓位行列号数组[8]Int18.00第9个选择的仓位行列号

15仓位行列号数组[9]Int20.00第10个选择的仓位行列号

16仓位行列号数组[10]Int22.00第11个选择的仓位行列号

17仓位行列号数组[11]Int24.00第12个选择的仓位行列号

18仓位行列号数组[12]Int26.00第13个选择的仓位行列号

19仓位行列号数组[13]Int28.00第14个选择的仓位行列号

20仓位行列号数组[14]Int30.00第15个选择的仓位行列号

21仓位行列号数组[15]Int32.00第16个选择的仓位行列号

22仓位行列号数组[16]Int34.00第17个选择的仓位行列号

23仓位行列号数组[17]Int36.00第18个选择的仓位行列号

24仓位行列号数组[18]Int38.00第19个选择的仓位行列号

25仓位行列号数组[19]Int40.00第20个选择的仓位行列号

26仓位行列号数组[20]Int42.00第21个选择的仓位行列号

27仓位行列号数组[21]Int44.00第22个选择的仓位行列号

28仓位行列号数组[22]Int46.00第23个选择的仓位行列号

19

序号关联变量名称数据类型偏移值启动值备注

29仓位行列号数组[23]Int48.00第24个选择的仓位行列号

30仓位行列号数组[24]Int50.00第25个选择的仓位行列号

31仓位行列号数组[25]Int52.00第26个选择的仓位行列号

32仓位行列号数组[26]Int54.00第27个选择的仓位行列号

33仓位行列号数组[27]Int56.00第28个选择的仓位行列号

选中仓位的总个数，和

34仓位行列号数组关联Int58.00总控PLC→码垛机

35仓位1有无托盘状态Bool60.0false垛机→总控PLC

36仓位2有无托盘状态Bool60.1false码垛机→总控PLC

37仓位3有无托盘状态Bool60.2false码垛机→总控PLC

38仓位4有无托盘状态Bool60.3false码垛机→总控PLC

39仓位5有无托盘状态Bool60.4false码垛机→总控PLC

40仓位6有无托盘状态Bool60.5false码垛机→总控PLC

41仓位7有无托盘状态Bool60.6false码垛机→总控PLC

42仓位8有无托盘状态Bool60.7false码垛机→总控PLC

43仓位9有无托盘状态Bool61.0false码垛机→总控PLC

44仓位10有无托盘状态Bool61.1false码垛机→总控PLC

45仓位11有无托盘状态Bool61.2false码垛机→总控PLC

46仓位12有无托盘状态Bool61.3false码垛机→总控PLC

47仓位13有无托盘状态Bool61.4false码垛机→总控PLC

48仓位14有无托盘状态Bool61.5false码垛机→总控PLC

49仓位15有无托盘状态Bool61.6false码垛机→总控PLC

50仓位16有无托盘状态Bool61.7false码垛机→总控PLC

51仓位17有无托盘状态Bool62.0false码垛机→总控PLC

52仓位18有无托盘状态Bool62.1false码垛机→总控PLC

53仓位19有无托盘状态Bool62.2false码垛机→总控PLC

54仓位20有无托盘状态Bool62.3false码垛机→总控PLC

55仓位21有无托盘状态Bool62.4false码垛机→总控PLC

56仓位22有无托盘状态Bool62.5false码垛机→总控PLC

57仓位23有无托盘状态Bool62.6false码垛机→总控PLC

58仓位24有无托盘状态Bool62.7false码垛机→总控PLC

59仓位25有无托盘状态Bool63.0false码垛机→总控PLC

60仓位26有无托盘状态Bool63.1false码垛机→总控PLC

61仓位27有无托盘状态Bool63.2false码垛机→总控PLC

20

序号关联变量名称数据类型偏移值启动值备注

62仓位28有无托盘状态Bool63.3false码垛机→总控PLC

仓位行列号说明：仓位行列号数组中值定义规则，例如仓位1值为

11，个位为第1行，十位为第1列；仓位2值为21，个位为第1行，十位

为第2列；再如仓位28值为74，个位为第4行，十位为第7列；个位为行

数，十位为列数，28个仓位的行列号如此类推。

系统综合任务实现

任务要求：

1.工件共有6个，包含：1套I型成品所包含的工件，不成套或缺陷

件共2个；所有工件存放于立体仓库和备件库中，立体仓库中的每个托

盘中放置一个工件；

2.工业机器人在装配工位G8裁判指定位置进行装配；

3.工业机器人装配过程中抓取的工件若为缺陷件时，红色指示灯

亮，摆放完毕后红色指示灯灭；

4.I型成品的装配流程：按工件号1→2→3→4的次序在装配工位气

缸二次定位后依次进行装配；当最后一个工件装配到位后，机器人带

动工件顺时针旋转90度扣紧，整套工件组装完成；将装配好的工件整

体先暂存至成品库G7，然后通过返库流程将成品套件通过AGV运送至立

体仓库的指定仓位。

5.所有待装配