2024年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組《機(jī)器人系統(tǒng)集成應(yīng)用技術(shù)》賽項(xiàng)樣題賽題

廣西區(qū)職業(yè)院校技能大賽

高職組“機(jī)器人系統(tǒng)集成應(yīng)用技術(shù)”賽項(xiàng)

競賽任務(wù)書（學(xué)生賽）

樣卷

選手須知：

1.本任務(wù)書共26頁，如出現(xiàn)任務(wù)書缺頁、字跡不清等問題，請(qǐng)及時(shí)向

裁判示意，并進(jìn)行任務(wù)書的更換。

2.參賽隊(duì)?wèi)?yīng)在5小時(shí)內(nèi)完成本任務(wù)書規(guī)定內(nèi)容。

3.競賽工位提供2臺(tái)計(jì)算機(jī)，參考資料存儲(chǔ)在“D:\參考資料”文件夾中。

選手在競賽過程中利用計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的程序文件必須存儲(chǔ)到“D:\技能競賽”文件

夾中，未存儲(chǔ)到指定位置的程序文件不作為競賽成果予以評(píng)分。請(qǐng)及時(shí)對(duì)程

序文件存儲(chǔ)，建議每10-15分鐘1次。

4.任務(wù)書中只允許填寫競賽相關(guān)信息，不得出現(xiàn)學(xué)校、姓名等與身份有

關(guān)的信息或與競賽過程無關(guān)的內(nèi)容，否則成績無效。

5.由于參賽選手人為原因?qū)е赂傎愒O(shè)備損壞，以致無法正常繼續(xù)比賽，

將取消參賽隊(duì)競賽資格。

6.選手在比賽期間內(nèi)任何時(shí)間，均不得損毀、丟棄或賽后帶離與比賽相

關(guān)的材料、工具、圖紙、程序、文件等相關(guān)資料，否則取消選手比賽資格，比

賽成績以零分計(jì)。

7.競賽過程中違反相關(guān)規(guī)定的，根據(jù)評(píng)分表中扣分項(xiàng)目進(jìn)行違規(guī)扣分。

場次號(hào)：賽位號(hào)：

1

任務(wù)背景：機(jī)器人系統(tǒng)集成需求及產(chǎn)品生產(chǎn)要求

1.背景介紹

企業(yè)需要對(duì)現(xiàn)有機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行集成，以滿足產(chǎn)品零件的生產(chǎn)單元升級(jí)改

造和不同類型產(chǎn)品零件的共線生產(chǎn)。以智能制造技術(shù)為基礎(chǔ)，在現(xiàn)有設(shè)備單元

的基礎(chǔ)上，結(jié)合工業(yè)機(jī)器人、視覺、數(shù)控系統(tǒng)、RFID等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)；

選用工業(yè)以太網(wǎng)通訊方式完成設(shè)備端的控制和信息采集，利用人機(jī)交互系統(tǒng)、MES

系統(tǒng)完成對(duì)生產(chǎn)全流程的監(jiān)控和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)；請(qǐng)根據(jù)具體任務(wù)要求和

硬件條件，完成機(jī)器人系統(tǒng)的單元改造的集成設(shè)計(jì)、安裝部署、編程調(diào)試，實(shí)

現(xiàn)試生產(chǎn)驗(yàn)證。

2.生產(chǎn)對(duì)象

生產(chǎn)對(duì)象為汽車行業(yè)的輪轂零件，完成粗加工后的半成品鑄造鋁制零件。

輪轂零件在其正面、背面布置有定位基準(zhǔn)、RFID電子信息區(qū)域、零件缺陷表

征區(qū)域、數(shù)控加工區(qū)域等。

（1）產(chǎn)品零件在應(yīng)用平臺(tái)各單元中通過輪廓和定位基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，

正面背面定位方式相同。

（2）產(chǎn)品的拾取須采用專用工具實(shí)現(xiàn)，如產(chǎn)品的正面拾取與背面拾取，

均須采用不同的工具實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。選手可根據(jù)不同功能要求自行選擇合理的

工具，并完成相關(guān)任務(wù)。

（3）下圖為所示加工零件圖

2

圖1加工零件圖示

3.職業(yè)素養(yǎng)（5分）

競賽過程中，對(duì)參賽選手的技術(shù)應(yīng)用合理性、工具操作規(guī)范性、機(jī)械電氣

工藝規(guī)范性、耗材使用環(huán)保性、功耗控制節(jié)能性以及賽場紀(jì)律、安全和文明生

產(chǎn)等職業(yè)素養(yǎng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

模塊一機(jī)器人系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和仿真調(diào)試（30分）

任務(wù)1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和仿真調(diào)試（20分）

3

1.1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

（1）根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程（圖8所示），結(jié)合所提供的硬件單元尺寸和

功能，合理設(shè)計(jì)各單元的布局分布。

（2）繪制布局方案：在任務(wù)書附件一上繪制補(bǔ)齊系統(tǒng)布局方案，要求各

單元用框圖表示并用文字標(biāo)識(shí)（總控單元、倉儲(chǔ)單元、檢測(cè)單元、打磨單

元、分揀單元、數(shù)控單元、工具單元、機(jī)器人單元），比例適當(dāng)。

（3）根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程（圖8所示），結(jié)合提供的硬件單元功能，

合理設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

（4）繪制控制系統(tǒng)通訊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖：在任務(wù)書附件二上繪制控制系統(tǒng)方案，

要求各功能單元的遠(yuǎn)程IO模塊必須連接到總控單元的PLC上，通過連線體現(xiàn)

出所有網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的連接情況，并注明設(shè)備名稱、通訊方式和通訊地址。

注：“數(shù)控單元”對(duì)應(yīng)技術(shù)平臺(tái)參考資料中的“加工單元”；

“機(jī)器人單元”對(duì)應(yīng)技術(shù)平臺(tái)參考資料中的“執(zhí)行單元”。

1.2系統(tǒng)仿真搭建

（1）根據(jù)系統(tǒng)布局方案設(shè)計(jì)結(jié)果，在虛擬調(diào)試軟件中，搭建工業(yè)機(jī)器人、

數(shù)控、工具、倉儲(chǔ)、分揀、檢測(cè)、打磨等組成的機(jī)器人集成應(yīng)用系統(tǒng)。

（2）在虛擬仿真系統(tǒng)中，定義倉儲(chǔ)單元3號(hào)、6號(hào)工位的光電傳感器，

使其具備傳感器檢測(cè)功能，可以檢測(cè)對(duì)應(yīng)工位上的產(chǎn)品零件，并關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)變量。

（3）在虛擬仿真系統(tǒng)中，定義倉儲(chǔ)單元3號(hào)、6號(hào)工位的紅、綠指示燈顏

色狀態(tài)，要求倉位有料顯示綠色，無料顯示紅色，關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)變量。

（4）在虛擬仿真系統(tǒng)中，定義分揀單元3號(hào)道口三個(gè)氣缸狀態(tài)機(jī)。在模型

“場景”下，找到“分揀-橫擋板3”、“分揀-上推板3”和“分揀-下推板

3”裝配體，定義為狀態(tài)機(jī)，命名為“分揀-橫擋板3狀態(tài)機(jī)”、“分揀-上

4

推板3狀態(tài)機(jī)”和“分揀-下推板3狀態(tài)機(jī)”?！胺謷?橫擋板3”設(shè)定狀態(tài)機(jī)運(yùn)動(dòng)

模式為“平移”，運(yùn)動(dòng)最小值“0mm”，最大值“52mm”，方向與實(shí)際氣缸

運(yùn)動(dòng)方向一致；設(shè)定兩個(gè)狀態(tài)，狀態(tài)1為抬起狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間0s，關(guān)節(jié)值0mm，

狀態(tài)2為落下狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間1s，關(guān)節(jié)值52mm?！胺謷?上推板3”設(shè)定狀態(tài)

機(jī)運(yùn)動(dòng)模式為“平移”，運(yùn)動(dòng)最小值“0mm”，最大值“110mm”，方向與實(shí)

際氣缸運(yùn)動(dòng)方向一致；設(shè)定三個(gè)狀態(tài)，狀態(tài)1為回位狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間0s，關(guān)節(jié)值

0mm，狀態(tài)2為伸出狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間1s，關(guān)節(jié)值16mm，狀態(tài)

3為推出狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間3s，關(guān)節(jié)值110mm?！胺謷?下推板3”設(shè)定狀態(tài)

機(jī)運(yùn)動(dòng)模式為“平移”，運(yùn)動(dòng)最小值“0mm”，最大值“147mm”，方向與實(shí)

際氣缸運(yùn)動(dòng)方向一致；設(shè)定三個(gè)狀態(tài)，狀態(tài)1為回位狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間0s，關(guān)節(jié)

值0mm，狀態(tài)2為伸出狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間2s，關(guān)節(jié)值131mm，狀態(tài)3為推出狀態(tài)，

運(yùn)動(dòng)時(shí)間3s，關(guān)節(jié)值147mm。

（5）在虛擬仿真系統(tǒng)中，定義加工單元前門狀態(tài)機(jī)。在模型“場景”下，

找到“加工-左側(cè)滑動(dòng)門”裝配體，對(duì)裝配體部件進(jìn)行重命名，并且定義為狀態(tài)

機(jī)，命名為“加工-左側(cè)滑動(dòng)門狀態(tài)機(jī)”，設(shè)定狀態(tài)機(jī)運(yùn)動(dòng)模式為“平移”，

運(yùn)動(dòng)最小值“0mm”，最大值“550mm”，方向與實(shí)際氣缸運(yùn)動(dòng)方向一致，設(shè)

定兩個(gè)狀態(tài)，狀態(tài)1為關(guān)門狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間0s，關(guān)節(jié)值0mm，狀態(tài)2為開門狀態(tài)，

運(yùn)動(dòng)時(shí)間1s，關(guān)節(jié)值550mm。完成狀態(tài)機(jī)定義后，用“加工-左側(cè)滑動(dòng)門狀態(tài)

機(jī)”抓取“加工-左滑動(dòng)門-傳感器遮擋板”。

（6）虛擬仿真工作站的狀態(tài)機(jī)、指示燈、傳感器、導(dǎo)軌等進(jìn)行變量關(guān)聯(lián)，

所有涉及的變量按表1地址進(jìn)行配置。

表1變量地址

序號(hào)地址功能注釋序號(hào)地址功能注釋

1M201托盤3伸出位

1M200倉儲(chǔ)-托盤3

2M202托盤3縮回位

3M204托盤6伸出位

2M203倉儲(chǔ)-托盤6

4M205托盤6縮回位

5M211左側(cè)滑動(dòng)門開門

3M210加工-左側(cè)滑動(dòng)門

6M212左側(cè)滑動(dòng)門關(guān)門

5

7M214加工-夾緊鉗松開

4M213加工-夾緊鉗

8M215加工-夾緊鉗夾緊

9M221升降機(jī)構(gòu)上升位

5M220打磨-轉(zhuǎn)位升降機(jī)構(gòu)

10M222升降機(jī)構(gòu)下降位

11M231轉(zhuǎn)位夾具逆時(shí)針180°

6M230打磨-轉(zhuǎn)位夾具

12M232轉(zhuǎn)位夾具順時(shí)針180°

轉(zhuǎn)位夾具夾爪1松開

打磨-轉(zhuǎn)位夾具夾爪113M241

轉(zhuǎn)位夾具夾爪2松開

7M240

14轉(zhuǎn)位夾具夾爪1夾緊

打磨-轉(zhuǎn)位夾具夾爪2M242

轉(zhuǎn)位夾具夾爪2夾緊

15M301分揀-橫擋板3抬起到位

8M300分揀-橫擋板3

16M302分揀-橫擋板3落下到位

9M310分揀-上推板3回位17M313分揀-上推板3回位到位

10M311分揀-上推板3伸出18M314分揀-上推板3伸出到位

11M312分揀-上推板3推出19M315分揀-上推板3推出到位

12M320分揀-下推板3回位20M323分揀-下推板3回位到位

13M321分揀-下推板3伸出21M324分揀-下推板3伸出到位

14M322分揀-下推板3推出22M325分揀-下推板3推出到位

15M330倉儲(chǔ)工位3指示燈23M340倉儲(chǔ)工位3傳感器

16M350倉儲(chǔ)工位6指示燈24M360倉儲(chǔ)工位6傳感器

機(jī)器人導(dǎo)軌地址(float機(jī)器人導(dǎo)軌位置反饋

17M100025M1100

數(shù)據(jù)類型)(float數(shù)據(jù)類型)

機(jī)床X軸地址(float機(jī)床X軸地址到位反饋

18M120026M1204

數(shù)據(jù)類型)(float數(shù)據(jù)類型)

機(jī)床Y軸地址(float機(jī)床Y軸地址到位反饋

19M120827M1212

數(shù)據(jù)類型)(float數(shù)據(jù)類型)

機(jī)床Z軸地址(float機(jī)床Z軸地址到位反饋

20M121628M1220

數(shù)據(jù)類型)(float數(shù)據(jù)類型)

（7）正確設(shè)置虛擬仿真工作站的“快照”，快照為工作站初始狀態(tài)。

1.3虛擬調(diào)試

（1）編寫虛擬HMI程序，自行設(shè)計(jì)HMI界面，要求實(shí)現(xiàn)通過虛擬HMI

選擇倉儲(chǔ)工位出輪轂（可選1號(hào)工位或4號(hào)工位），并且在虛擬HMI界面中

能監(jiān)控機(jī)床安全前門的打開、關(guān)閉狀態(tài)；監(jiān)控倉儲(chǔ)單元3、6號(hào)輪轂有無狀態(tài)。

（2）通過硬件網(wǎng)關(guān)，利用硬件按鍵來啟動(dòng)虛擬調(diào)試軟件的工程文件運(yùn)行，

要求按下總控單元控制面板的綠色“自保持”按鈕，開始運(yùn)行虛擬聯(lián)調(diào)流程。

6

（3）根據(jù)輪轂零件的生產(chǎn)工藝流程要求，編寫PLC程序，編寫虛擬仿真

系統(tǒng)中工業(yè)機(jī)器人仿真程序，最終實(shí)現(xiàn)虛擬調(diào)試，驗(yàn)證設(shè)備布局方案和工藝流

程的合理性。工藝流程如下圖2所示，需結(jié)合表2所示的初始特征及狀態(tài)信

息，調(diào)整工作站輪轂、車標(biāo)擺放位置，完成1個(gè)輪轂零件的生產(chǎn)流程虛擬聯(lián)調(diào)。

注：虛擬HMI型號(hào)選手在博圖軟件內(nèi)自行選擇即可。

圖2工藝流程圖

表2虛擬調(diào)試過程輪轂初始狀態(tài)

輪轂放置初始位置是否安裝車標(biāo)輪轂放置方向

3號(hào)倉無正面朝下

6號(hào)倉無正面朝下

注：運(yùn)行過程中，機(jī)器人不得出現(xiàn)軸超限、不可達(dá)、奇異點(diǎn)等情況。

PLC程序下載到總控單元的PLC1中。

7

任務(wù)2系統(tǒng)搭建與接線（10分）

2.1硬件搭建

根據(jù)虛擬仿真驗(yàn)證的系統(tǒng)布局方案設(shè)計(jì)，調(diào)整各單元的相對(duì)位置，完成應(yīng)

用平臺(tái)的硬件拼裝固定。

根據(jù)布局設(shè)計(jì)完成各單元位置調(diào)整。要求：各單元地腳支撐升起，各單元間

通過連接板固連。

對(duì)各單元的底柜門板做調(diào)整。要求：應(yīng)用平臺(tái)底柜內(nèi)部連通、無門板遮擋，

外側(cè)四周全部安裝門板，多余門板放置在U型支架內(nèi)。

2.2電氣及網(wǎng)絡(luò)連接

根據(jù)系統(tǒng)布局方案設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，完成各單元的電路、氣路、

通訊線路連接，完成工業(yè)機(jī)器人示教器的線纜連接。要求：

（1）電源線纜由單元底柜的底板快接插頭安裝后通過底柜的下部線槽鋪設(shè)；

氣源、通訊線纜由設(shè)備端安裝后通過底柜的上部線槽鋪設(shè)。

（2）單元間電源線纜未放入線槽部分，不能出現(xiàn)折彎，整齊擺放在底柜底

板上。

（3）應(yīng)用平臺(tái)總電源線路完成連接后用賽位內(nèi)提供的臨時(shí)線槽覆蓋。

（4）氣源線纜在臺(tái)面部分必須進(jìn)入線槽，未進(jìn)入線槽部分利用固定扣和扎

帶固定在臺(tái)面或立柱上，要求裁剪長度合適，不能出現(xiàn)折彎、纏繞和變形，

不允許出現(xiàn)漏氣。

（5）通訊線纜在臺(tái)面部分必須進(jìn)入線槽，未進(jìn)入線槽部分利用固定扣和扎

帶固定在臺(tái)面或立柱上，不能出現(xiàn)折彎、纏繞和變形。

（6）工業(yè)機(jī)器人示教器線纜在插接時(shí)注意接口方向和旋緊螺母的使用方法，

不得在未完全插入前轉(zhuǎn)動(dòng)快接插頭。

（7）手動(dòng)測(cè)試單元功能動(dòng)作。

8

模塊二機(jī)器人及周邊系統(tǒng)單元調(diào)試（35分）

該模塊聯(lián)調(diào)評(píng)分時(shí)需滿足以下要求：

（1）任務(wù)3、任務(wù)4為單獨(dú)功能評(píng)分；

（2）任務(wù)5評(píng)分時(shí)機(jī)器人需處于自動(dòng)模式，不允許流程錯(cuò)誤或中斷，如錯(cuò)

誤或中斷則錯(cuò)誤或中斷前流程有分，后續(xù)部分無分；

（3）任務(wù)5聯(lián)調(diào)演示參考圖8所示流程圖進(jìn)行演示。聯(lián)調(diào)要求按下控制面板

的綠色“自復(fù)位”按鈕，流程啟動(dòng)，三色燈綠燈以1Hz頻率閃爍，任意時(shí)刻按

下紅色“自復(fù)位”按鈕，流程暫停運(yùn)行，三色燈紅燈以1Hz頻率閃爍，再次按

下紅色“自復(fù)位”按鈕，聯(lián)調(diào)流程恢復(fù)正常運(yùn)行，三色燈紅燈熄滅，綠燈以

1Hz頻率閃爍。

任務(wù)5聯(lián)調(diào)評(píng)分如出現(xiàn)非程序原因造成的零件卡塞、掉落情況，由裁判

評(píng)判是否給予第二次評(píng)分機(jī)會(huì)。

任務(wù)3數(shù)控單元集成調(diào)試（5分）

3.1數(shù)控PLC編程調(diào)試

要求按照“D:\參考資料\應(yīng)用平臺(tái)介紹”的數(shù)控單元信號(hào)表，編寫數(shù)控內(nèi)部的

PLC程序，實(shí)現(xiàn)：

（1）在手動(dòng)模式和MDA模式下，通過按鍵1控制數(shù)控前門打開，前門打

開到位后按鍵1上方指示燈1亮。

（2）在手動(dòng)模式和MDA模式下，通過按鍵2控制數(shù)控夾爪松開，松開到

位后按鍵2上方指示燈2亮。

（3）在手動(dòng)模式和MDA模式下，通過按鍵3控制數(shù)控前門關(guān)閉，前門關(guān)

閉到位后按鍵3上方指示燈3亮。

（4）在手動(dòng)模式和MDA模式下，通過按鍵4控制數(shù)控夾爪夾緊，夾緊到

9

位后按鍵4上方指示燈4亮。

（5）在手動(dòng)模式和MDA模式下，數(shù)控夾爪松開時(shí)，數(shù)控面板顯示屏需顯

示“700083數(shù)控夾爪未夾緊，請(qǐng)勿加工”。

（6）在手動(dòng)模式和MDA模式下，數(shù)控前門打開到位后，數(shù)控面板顯示屏

需顯示“700084數(shù)控前門已被打開，請(qǐng)注意安全”。

（7）在自動(dòng)模式下，實(shí)現(xiàn)外部啟動(dòng)、停止、暫停等程序編寫，實(shí)現(xiàn)與外部

PLC、工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行機(jī)床上下料流程的控制邏輯程序編寫。

圖3按鈕、指示燈定義圖

注:從數(shù)控機(jī)床上載程序，僅允許修改SBR9“Wincc_828D”例行程序，

其他程序不允許修改。

3.2刀具安裝和對(duì)刀

（1）刀具安裝

利用現(xiàn)場所提供的工具及刀具完成數(shù)控單元的刀具安裝。

對(duì)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行操作設(shè)置，根據(jù)虛擬刀庫刀具信息新建對(duì)應(yīng)刀具，以便后

續(xù)數(shù)控加工編程使用。其中，加工單元中虛擬刀庫內(nèi)已存有6把刀具，各

10

刀具信息如表3所示，刀庫中編號(hào)01-06分別對(duì)應(yīng)T1-T6。在數(shù)控系統(tǒng)

中建立刀具信息時(shí)，單刃螺旋銑刀、雙刃螺旋銑刀對(duì)應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)中的“銑刀”

類型，球頭銑刀對(duì)應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)中的“圓柱形球頭模具銑刀”類型，刀具長度參

數(shù)對(duì)應(yīng)刀庫中刀具的總長度數(shù)據(jù)。

表3虛擬刀庫刀具信息表

刀具編號(hào)刀具類型刀具直徑mm刀刃長度mm刀具總長度mm

01單刃螺旋銑刀21538

02單刃螺旋銑刀21038

03雙刃螺旋銑刀21538

04雙刃螺旋銑刀21038

05球頭銑刀21538

06球頭銑刀21038

（2）建立機(jī)床坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系原點(diǎn)

對(duì)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行操作設(shè)置，正確設(shè)置機(jī)床機(jī)械零點(diǎn)。并進(jìn)行對(duì)刀操作。

3.3數(shù)控加工

參照?qǐng)D4所示加工圖紙和表4加工工藝表，編寫或調(diào)用加工程序，完成工

件加工；

圖4加工圖紙

11

表4數(shù)控加工工藝表

刀具

主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)給速度切削深度

工步刀刃直徑

類型（mm）（r/min）（mm/min）（mm）

雙刃螺旋

1銑刀Φ2100005000.5

要求：

（1）須在產(chǎn)品零件范圍內(nèi)加工；

（2）數(shù)控加工產(chǎn)品零件需選手完成數(shù)控編程調(diào)試，在機(jī)床MDA模式下運(yùn)行

對(duì)應(yīng)加工程序驗(yàn)證；

（3）數(shù)控加工后能夠清晰的看出產(chǎn)品零件特征即可，其他不做特別要求；

（4）加工開始和結(jié)束時(shí)主軸位置處于機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)。

任務(wù)4視覺單元集成應(yīng)用（5分）

4.1視覺調(diào)試

對(duì)視覺單元的相機(jī)支架、相機(jī)鏡頭焦距/光圈、光源亮度等進(jìn)行調(diào)整，使視

覺控制器可采集到清晰穩(wěn)定的圖像。

4.2視覺標(biāo)定

編寫視覺標(biāo)定程序，完成視覺系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定。利用現(xiàn)場提供的校準(zhǔn)板工具，

通過編寫工業(yè)機(jī)器人和視覺程序，完成視覺的校準(zhǔn)。

4.3視覺檢測(cè)

初始1個(gè)輪轂正面朝上放置在倉儲(chǔ)單元工位4上，視覺檢測(cè)區(qū)域3貼有

隨機(jī)長度的劃痕貼紙（固定位置）、視覺檢測(cè)區(qū)域4貼有顏色標(biāo)簽貼紙

（固定位置）；1個(gè)輪轂背面朝上放置在倉儲(chǔ)單元工位5上，輪轂正面隨意位

置隨機(jī)貼有1-5個(gè)瑕疵貼紙和1個(gè)劃痕貼紙。

12

通過工業(yè)機(jī)器人抓取輪轂零件置于視覺單元的視覺相機(jī)視野，編寫PLC、

WINCC程序，實(shí)現(xiàn)以下功能:

（1）抓取倉儲(chǔ)單元工位4上的輪轂，完成輪轂背面視覺檢測(cè)區(qū)域3上的

劃痕檢測(cè)，要求正確檢測(cè)出劃痕的長度；完成視覺檢測(cè)區(qū)域4上的標(biāo)簽顏

色檢測(cè)，要求正確檢測(cè)出顏色；并將長度數(shù)值、顏色信息在WINCC界面上正

確顯示出來。檢測(cè)完成，放回倉儲(chǔ)工位4。劃痕長度數(shù)值是在視覺控制器經(jīng)過

校準(zhǔn)后，獲取的視覺數(shù)據(jù)，且該數(shù)值長度與實(shí)際長度誤差不得超過±0.5mm

（WINCC顯示長度數(shù)據(jù)保留小數(shù)點(diǎn)后2位）。

（2）抓取倉儲(chǔ)單元工位5上的輪轂，完成輪轂瑕疵的數(shù)量檢測(cè)及劃痕長度

檢測(cè)，在WINCC界面顯示瑕疵數(shù)量，并將輪轂放到打磨單元的旋轉(zhuǎn)工位上，

進(jìn)行輪轂翻面，工業(yè)機(jī)器人更換端面打磨工具，如瑕疵數(shù)量小于3處且劃痕長

度大于等于22mm，則打磨區(qū)域1，如瑕疵數(shù)量大于等于3處且劃痕長度小于等

于22mm，則打磨區(qū)域2，否則打磨區(qū)域1和區(qū)域2；打磨時(shí)只需將端面打磨工

具與輪轂表面接觸后開啟打磨，保持3S后關(guān)閉打磨。

注：比賽中，選手選擇不干膠貼紙自行黏貼測(cè)試，評(píng)分時(shí)，劃痕、顏色

標(biāo)簽及瑕疵由裁判指定重新貼；涉及的機(jī)器人動(dòng)作編程、周邊單元編程，

按任務(wù)5的功能要求。

任務(wù)5機(jī)器人系統(tǒng)與周邊設(shè)備聯(lián)調(diào)（25分）

5.1機(jī)器人編程調(diào)試

(1)工業(yè)機(jī)器人安全姿態(tài)設(shè)定

對(duì)工業(yè)機(jī)器人操作與編程，確定工業(yè)機(jī)器人本體的安全姿態(tài)，此姿態(tài)下工

業(yè)機(jī)器人本體不會(huì)與周邊設(shè)備發(fā)生碰撞。當(dāng)機(jī)器人單元第七軸運(yùn)行時(shí)，工業(yè)機(jī)

器人本體必須保持此姿態(tài)，不得同時(shí)動(dòng)作。

(2)機(jī)器人單元第七軸參數(shù)配置

13

①對(duì)機(jī)器人單元中的PLC編程，設(shè)置伺服電機(jī)的控制參數(shù)與實(shí)物規(guī)格一致，

實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)第七軸的運(yùn)動(dòng)控制。其中伺服電機(jī)編碼器分辨率為131072

pulses/rev（17線），伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電子齒輪已設(shè)置為900:1，減速機(jī)減速比

3:1，同步帶減速比1.5:1，滾珠絲杠導(dǎo)程5mm。

要求：第七軸運(yùn)動(dòng)速度不得超過50mm/s。

②根據(jù)所提供的機(jī)器人單元內(nèi)部接線圖，對(duì)機(jī)器人單元內(nèi)部的PLC進(jìn)行

編程，使第七軸實(shí)現(xiàn)回原點(diǎn)、定位運(yùn)動(dòng)、定速運(yùn)動(dòng)功能，原點(diǎn)傳感器位于標(biāo)尺零

刻度一側(cè)。

(3)快換工具的拾取與放回

對(duì)工業(yè)機(jī)器人操作與編程，使工業(yè)機(jī)器人可以完成對(duì)所需工具的拾取與放回，

動(dòng)作過程連貫無碰撞?？鞊Q工具在工具架的位置根據(jù)使用需求自行調(diào)整。注意：

工業(yè)機(jī)器人不得懸空釋放工具使其掉落到工具架上。

(4)快換工具的使用

對(duì)工業(yè)機(jī)器人操作與編程，使工業(yè)機(jī)器人可以完成對(duì)所使用工具的動(dòng)作控

制，如夾爪類工具的夾緊/松開、吸盤類工具的吸取/釋放、電動(dòng)工具的旋轉(zhuǎn)，并

實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的拾取、釋放、加工等。

5.2機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床聯(lián)調(diào)

編寫工業(yè)機(jī)器人與PLC程序，要求如下：

(1)工業(yè)機(jī)器人將從打磨工位上取一個(gè)輪轂，數(shù)控單元安全門打開，工業(yè)機(jī)

器人將輪轂上料到數(shù)控單元的夾具上；

(2)工業(yè)機(jī)器人退出數(shù)控單元，數(shù)控單元安全門關(guān)閉，數(shù)控單元夾具夾緊輪

轂；

(3)數(shù)控機(jī)床完成指定圖5所示的加工圖紙圖形和表4的加工工藝表進(jìn)行

加工（選手需根據(jù)產(chǎn)品零件的正背面狀態(tài)在打磨單元自行完成翻轉(zhuǎn)動(dòng)作，確保對(duì)產(chǎn)

品零件正面的數(shù)控加工區(qū)域進(jìn)行數(shù)控加工），加工完成后數(shù)控主軸回原點(diǎn)。

14

(4)工業(yè)機(jī)器人將產(chǎn)品零件從數(shù)控單元的夾具上拾取出來。

圖5加工圖紙

5.3機(jī)器人與視覺系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

編寫機(jī)器人與視覺程序，要求如下：

(1)工業(yè)機(jī)器人抓取輪轂零件，進(jìn)行正面區(qū)域的產(chǎn)品特征視覺檢測(cè)；

(2)檢測(cè)視覺區(qū)域2的標(biāo)簽顏色，如為綠色，則進(jìn)入流程左側(cè)分支；

(3)檢測(cè)視覺區(qū)域2的標(biāo)簽顏色，如為紅色，則進(jìn)入流程中間分支；

(4)檢測(cè)視覺區(qū)域2的標(biāo)簽顏色，如非紅非綠，則進(jìn)入流程右側(cè)分支。

5.4機(jī)器人與其他外圍設(shè)備聯(lián)調(diào)

(1)倉儲(chǔ)單元

根據(jù)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)結(jié)果和所提供的倉儲(chǔ)單元內(nèi)部接線圖，制定倉儲(chǔ)單

元立體倉庫工藝，實(shí)現(xiàn)以下功能：

①由外部信號(hào)控制倉位托盤推出和縮回。

②每個(gè)倉位的傳感器可以感知當(dāng)前是否有產(chǎn)品零件存放在倉位中。

③倉位指示燈根據(jù)倉位內(nèi)產(chǎn)品零件存儲(chǔ)狀態(tài)亮燈，當(dāng)倉位內(nèi)沒有存放產(chǎn)

品零件時(shí)亮紅燈，當(dāng)倉位內(nèi)存放有產(chǎn)品零件亮綠燈。

15

(2)分揀單元

根據(jù)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)結(jié)果和所提供的分揀單元內(nèi)部接線圖，制定分揀單

元的工藝，實(shí)現(xiàn)以下功能：

根1據(jù)外部指令啟動(dòng)傳動(dòng)帶，指定分揀機(jī)構(gòu)的擋料氣缸下降，并當(dāng)產(chǎn)品零件

運(yùn)動(dòng)到指定分揀機(jī)構(gòu)時(shí)，傳送帶停止。

②當(dāng)產(chǎn)品零件觸發(fā)傳送帶起始端傳感器后，根據(jù)外部指令將對(duì)應(yīng)道口分

揀機(jī)構(gòu)升降氣缸降下。

③當(dāng)產(chǎn)品零件運(yùn)動(dòng)到指定分揀機(jī)構(gòu)前，該分揀機(jī)構(gòu)推動(dòng)氣缸將產(chǎn)品零件

推入分揀道口，再通過道口的定位氣缸將產(chǎn)品零件定位到V型槽處，保持3s后

縮回。

(3)打磨單元

根據(jù)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)結(jié)果和所提供的打磨單元內(nèi)部接線圖，制定打磨單

元的工藝，實(shí)現(xiàn)以下功能：

(1)當(dāng)工業(yè)機(jī)器人準(zhǔn)備將輪轂零件放置到打磨工位或準(zhǔn)備將輪轂由打磨工位取

走時(shí)，打磨工位的夾緊氣缸松開，翻轉(zhuǎn)工裝處于旋轉(zhuǎn)工位一側(cè)；

(2)當(dāng)工業(yè)機(jī)器人準(zhǔn)備將輪轂零件放置到旋轉(zhuǎn)工位或準(zhǔn)備將輪轂由旋轉(zhuǎn)工位取

走時(shí)，旋轉(zhuǎn)工位的夾緊氣缸松開，翻轉(zhuǎn)工裝處于打磨工位一側(cè)；

(3)翻轉(zhuǎn)工裝可將輪轂零件在打磨工位和旋轉(zhuǎn)工位間翻轉(zhuǎn)并準(zhǔn)確定位；

(4)當(dāng)輪轂處在打磨或者旋轉(zhuǎn)工位時(shí)，對(duì)應(yīng)夾緊氣缸夾緊，打磨工藝1：區(qū)

域3、區(qū)域4打磨，只需將端面打磨工具與輪轂表面接觸后開啟打磨，

保持3S后關(guān)閉打磨。

(5)當(dāng)輪轂處在打磨工位時(shí)，對(duì)應(yīng)夾緊氣缸夾緊，打磨工藝2：使用端面打磨

工具，完成輪轂正面5個(gè)均布中空描邊區(qū)的打磨，如圖6所示。

(6)當(dāng)輪轂處在旋轉(zhuǎn)工位時(shí)，對(duì)應(yīng)夾緊氣缸夾緊，打磨工藝3：使用端面打磨

工具，完成輪轂背面兩個(gè)圓形外圈打磨，如圖7所示。

16

圖6打磨工藝2打磨輪廓

圖7打磨工藝3打磨輪廓

（4）裝配模塊

裝配模塊工藝要求：

(1)工業(yè)機(jī)器人使用單吸盤工具，吸取車標(biāo)庫的車標(biāo)；

(2)將車標(biāo)放置到未裝車標(biāo)的輪轂上，并通過吸盤工具進(jìn)行壓裝。

(3)將車標(biāo)壓裝完成后，要求工業(yè)機(jī)器人停止運(yùn)行，等待選手手動(dòng)鎖緊輪

17

轂背面車標(biāo)螺絲后，按下紅色自復(fù)位按鈕，機(jī)器人繼續(xù)運(yùn)行，抓取輪

轂進(jìn)行加工。

圖8機(jī)器人與周邊系統(tǒng)聯(lián)調(diào)流程圖

18

模塊三機(jī)器人系統(tǒng)集成聯(lián)調(diào)（30分）

任務(wù)6機(jī)器人系統(tǒng)功能優(yōu)化與綜合調(diào)試（20分）

6.1機(jī)器人及周邊單元功能優(yōu)化

在模塊二機(jī)器人及周邊系統(tǒng)單元調(diào)試的基礎(chǔ)上，對(duì)其中的部分單元進(jìn)行功

能工藝優(yōu)化，具體要求如下：

（1）人機(jī)交互系統(tǒng)優(yōu)化

完成人機(jī)交互系統(tǒng)界面的開發(fā)，界面顯示效果不做評(píng)分要求，選手根據(jù)

賽題要求自行設(shè)計(jì)，滿足信息展示和操作功能即可。界面開發(fā)可選用的全部圖

片素材均存儲(chǔ)在“D:\參考資料”文件夾中。

①人機(jī)界面組態(tài)設(shè)置

根據(jù)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)結(jié)果，在PLC編程軟件中建立人機(jī)界面工程項(xiàng)目，

并使其與設(shè)備所有PLC建立正常通訊并實(shí)現(xiàn)信號(hào)交互。

②工作站控制界面

要求在手動(dòng)模式下，對(duì)數(shù)控單元、分揀單元的各個(gè)氣缸進(jìn)行手動(dòng)點(diǎn)

動(dòng)測(cè)試。

要求在手動(dòng)模式下，完成RFID讀寫器的手動(dòng)讀寫功能測(cè)試?？梢?/p>

隨機(jī)寫入任意字符數(shù)據(jù)，并且能正確讀取對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)出來。

要求在手動(dòng)模式下，能控制機(jī)器人導(dǎo)軌的正反轉(zhuǎn)、回原點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。

要求在自動(dòng)模式下，能啟動(dòng)運(yùn)行“車標(biāo)裝配工藝優(yōu)化”流程。

19

③生產(chǎn)監(jiān)控界面可視化

利用PLC編程軟件，在人機(jī)交互系統(tǒng)中新建界面。

對(duì)頁面屬性和項(xiàng)目運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，使人機(jī)交互在仿真運(yùn)行時(shí)，

可以在監(jiān)控終端（電視）上正常顯示，不能出現(xiàn)信息顯示不全等問

題。

生產(chǎn)監(jiān)控界面中，能夠自動(dòng)顯示當(dāng)前所加工的輪轂基本信息。（顯

示內(nèi)容見下表5所示）

表5顯示信息

序號(hào)顯示信息備注

顯示“車標(biāo)裝配工藝優(yōu)化”

1時(shí)長的運(yùn)行時(shí)間，用柱狀圖展

示，以秒為單位記錄

2倉儲(chǔ)單元庫位信息6個(gè)庫位輪轂有無狀態(tài)

3手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)

4工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)急停狀態(tài)

5電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)

6機(jī)器人導(dǎo)軌的實(shí)時(shí)位置-

7機(jī)器人導(dǎo)軌的實(shí)時(shí)速度-

（2）其他單元功能優(yōu)化

對(duì)數(shù)控單元的加工圖形、檢測(cè)單元的RFID讀寫功能進(jìn)行優(yōu)化，具體要求

如下：

①數(shù)控單元：在機(jī)床MDA模式完成1個(gè)加工圓片上數(shù)控加工字母

“HKZ”，尺寸自定義；

②檢測(cè)單元：能對(duì)輪轂正面RFID芯片寫入當(dāng)前實(shí)時(shí)年月日、周、幾點(diǎn)幾

分時(shí)間戳數(shù)據(jù)，并在WINCC界面顯示（周一寫Mon，周二寫Tue，周三寫Wed，

周四寫Thur，周五寫Fri,周六寫Sat，周日寫Sun，例如2024年3月15號(hào)周

日9點(diǎn)28分，則寫入：2024-3-15-Fri-09h28m）；

20

6.2機(jī)器人系統(tǒng)綜合調(diào)試

系統(tǒng)集成調(diào)試涉及1個(gè)產(chǎn)品零件。產(chǎn)品零件由MES下單執(zhí)行啟動(dòng)，如無

法實(shí)現(xiàn)MES下單執(zhí)行，該系統(tǒng)綜合調(diào)試任務(wù)不得分。

聯(lián)調(diào)過程選手除按裁判要求啟動(dòng)流程外，不得觸碰機(jī)臺(tái)任何區(qū)域，機(jī)器

人處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，評(píng)分過程中，出現(xiàn)某一步錯(cuò)誤，則后續(xù)步驟不再評(píng)分，

已完成的部分按步驟得分。如出現(xiàn)非程序原因造成的零件卡塞、掉落情況，

由裁判評(píng)判是否給予第二次評(píng)分機(jī)會(huì)。

流程開始前和流程結(jié)束后，應(yīng)用平臺(tái)處于初始狀態(tài)。初始狀態(tài)要求如下：

(1)工業(yè)機(jī)器人處于安全姿態(tài)，無工具。

(2)第七軸處于原點(diǎn)位置。

(3)快換工具按照需求擺放穩(wěn)當(dāng)。

(4)倉儲(chǔ)單元所有倉位托盤縮回，指示燈正常點(diǎn)亮。

(5)數(shù)控單元主軸停轉(zhuǎn)，主軸位于機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)，數(shù)控機(jī)床安全門關(guān)閉，

夾具位于前端并松開。

(6)分揀單元傳送帶停止，分揀機(jī)構(gòu)所有氣缸縮回。

(7)根據(jù)要求開始產(chǎn)品零件的生產(chǎn)工藝流程。每個(gè)產(chǎn)品從倉位取出到放回倉

位或回分揀道口算一個(gè)流程。

要求：工業(yè)機(jī)器人保持在自動(dòng)狀態(tài)，程序開始執(zhí)行后未通過任何人工干預(yù)

完成所有既定內(nèi)容才算為完整流程。

機(jī)器人系統(tǒng)綜合調(diào)試流程：

(1)系統(tǒng)檢測(cè)倉儲(chǔ)單元零件存儲(chǔ)信息，機(jī)器人拾取合適的工具從倉儲(chǔ)單元

1號(hào)工位取出零件，輪轂正面朝上，已安裝好車標(biāo)。

(2)掃描背面RFID電子標(biāo)簽信息，獲取預(yù)置工藝流程信息，（預(yù)置信息

在評(píng)分前，按裁判指定內(nèi)容手動(dòng)寫入）按照預(yù)置信息的先后順序依次執(zhí)行。

運(yùn)行過程中，需要輪轂翻面的，選手自行通過打磨單元的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行翻面。

21

(3)RFID預(yù)置信息格式為：“工序編號(hào)”+“#”格式組成，工序編號(hào)由字母

（工藝代碼）和數(shù)字（工藝號(hào)）組成，有2位、4位、6位三種隨機(jī)可能性，

對(duì)不同字母（工藝代碼）的工序編碼，用“#”隔開，

例：A1A2#C1C2#B2B4B5#D1；具體工序編號(hào)含義見下表6所示。

(4)根據(jù)工藝流程信息按流程完成數(shù)控加工、打磨、檢測(cè)、分揀、倉儲(chǔ)等工

作任務(wù)，并把當(dāng)前運(yùn)行的工藝流程信息顯示在WINCC界面上，例如執(zhí)行A1A2

工序，WINCC顯示“當(dāng)前執(zhí)行A1A2工序”。

表6RFID工序編號(hào)信息含義

序號(hào)工序編號(hào)內(nèi)容含義

1A1數(shù)控加工字母“H”，尺寸自定義

2A2數(shù)控加工字母“K”，尺寸自定義

3A3數(shù)控加工字母“Z”，尺寸自定義

4B1對(duì)打磨區(qū)域1、區(qū)域2進(jìn)行打磨

5B2對(duì)打磨區(qū)域3、區(qū)域4進(jìn)行打磨

6B3打磨圖6所示軌跡

7B4打磨圖7所示軌跡

8B5對(duì)輪轂進(jìn)行吹屑

對(duì)輪轂正面RFID芯片寫入當(dāng)前實(shí)時(shí)年

月日時(shí)間戳數(shù)據(jù)，并在WINCC界面顯示

9C1該數(shù)據(jù)需在整個(gè)工藝流程中保持不被覆

蓋（例如2024年3月15號(hào)，則寫入：

2024-3-15）

對(duì)輪轂正面RFID芯片寫入當(dāng)前星期幾

時(shí)間戳數(shù)據(jù)，并在WINCC界面顯示，該

數(shù)據(jù)需在整個(gè)工藝流程中保持不被覆蓋

10C2

（例如周一寫Mon，周二寫Tue，周三

寫Wed，周四寫Thur，周五寫Fri,周

六寫Sat，周日寫Sun）

對(duì)輪轂正面RFID芯片寫入當(dāng)前時(shí)間

時(shí)間戳數(shù)據(jù)，并在WINCC界面顯示，該

11C3數(shù)據(jù)需在整個(gè)工藝流程中保持不被覆蓋

（例如9：38寫入9h38m）

12D1將輪轂放回1號(hào)倉位

13E1將輪轂放到分揀單元，分揀到1號(hào)道口

14E2將輪轂放到分揀單元，分揀到2號(hào)道口

15E3將輪轂放到分揀單元，分揀到3號(hào)道口

22

任務(wù)7MES系統(tǒng)應(yīng)用（10分）

7.1MES系統(tǒng)設(shè)置

（1）網(wǎng)關(guān)配置

①利用網(wǎng)關(guān)配置軟件進(jìn)行網(wǎng)關(guān)配置，建立通信通道，使其滿足與設(shè)備的

PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交互、與數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)OPCUA通信。

②參考“D：\參考資料”中的“PLC_MES采集點(diǎn)表信息”，添加需要監(jiān)控

及寫入的數(shù)據(jù)到網(wǎng)關(guān)的采集點(diǎn)和PLC的采集點(diǎn)表中。

③建立MQTT通道，加載采集到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳到MES。

（2）網(wǎng)關(guān)下載與監(jiān)控

①保存項(xiàng)目后并把項(xiàng)目下載到網(wǎng)關(guān)中

②打開網(wǎng)關(guān)監(jiān)控軟件，監(jiān)控所需數(shù)據(jù)的采集狀態(tài)。

7.2MES系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程制定

（1）系統(tǒng)管理中心定義

①選手打開瀏覽器，根據(jù)現(xiàn)場提供的賬號(hào)和密碼登陸MES系統(tǒng)。

②在系統(tǒng)管理中心下，新建生產(chǎn)主管角色，設(shè)置系統(tǒng)角色屬性為否（角色

名稱：supervisor,角色編碼：S0001）；

③為新建的生產(chǎn)主管角色授權(quán)流程配置工具模塊、工藝派工中心和生產(chǎn)執(zhí)

行中心下的全部菜單并保存；

④在系統(tǒng)管理中心下，新建自定義組織機(jī)構(gòu)（機(jī)構(gòu)名稱：生產(chǎn)