工业机器人编程比赛试题

工业机器人编程比赛试题一、任务描述参赛选手需使用指定工业机器人及配套设备，完成“多工件精密搬运与轴套装配”任务。具体要求如下：1.工作台上放置3种不同规格的铝合金工件（A类：50mm×50mm×20mm方块，B类：φ30mm×40mm圆柱，C类：φ25mm×30mm带孔圆柱），每种2件，随机分布在定位托盘（托盘尺寸400mm×400mm，带4个M6定位孔）的任意位置。2.需将所有工件按A→B→C顺序搬运至装配平台（尺寸600mm×600mm，中心区域有1个φ32mm×50mm垂直盲孔），其中A类工件叠放于平台左下角（200mm×200mm区域），B类工件竖放于平台右上角（200mm×200mm区域），C类工件需与盲孔完成精密装配（装配间隙≤0.1mm，轴套插入深度≥45mm）。3.搬运过程中，机器人末端需避开2个固定障碍物（高度150mm的长方体，位置：X=300mm,Y=100mm,Z=0mm；X=100mm,Y=300mm,Z=0mm）；装配时需实时监测接触力（最大允许接触力≤5N），避免压伤工件或平台。二、设备与工具1.机器人系统：ABBIRB12005/0.9（负载5kg，重复定位精度±0.01mm），配套IRC5控制器、示教器（TP2）。2.辅助设备：西门子S71200PLC（与机器人通过PROFINET通信）、基恩士光电传感器（检测托盘工件presence）、ATImini40力传感器（安装于机器人法兰与末端夹具之间）、精密千分尺（测量装配间隙）、秒表（计时）。3.夹具：定制气动夹爪（适配A/B类工件，最大开口80mm）、磁力吸附装置（适配C类工件，吸附力≥20N）。4.软件：RobotStudio2023（离线编程）、ABBRobotWare6.15（控制器系统）、TIAPortalV17（PLC编程）。三、技术要求1.定位精度：工件放置位置偏差≤±0.05mm（A/B类），C类工件装配后轴线与盲孔轴线同轴度≤0.03mm。2.重复定位精度：连续5次循环后，任意工件位置偏差≤±0.02mm。3.节拍时间：单循环（完成所有6个工件搬运与装配）≤60秒（从机器人启动到复位完成计时）。4.工艺动作要求：搬运A/B类工件时，夹爪闭合压力需分档控制（A类：0.4MPa，B类：0.3MPa），避免夹伤。C类工件搬运路径需规划为“先提升50mm→水平移动→下降至盲孔上方10mm→低速（50mm/s）插入”，插入过程中力传感器反馈值需实时显示于示教器界面，超5N时立即停止并报警。所有工件搬运前需通过光电传感器确认托盘上有工件（传感器信号由PLC传递至机器人），无工件时机器人需暂停并在示教器显示“工件缺失：位置X”。5.程序要求：采用模块化编程，包含主程序（Main）、搬运子程序（Pick_A/Pick_B/Pick_C）、装配子程序（Assemble_C）、复位子程序（Reset）。关键点位（如夹取点、避障点、装配起点）需添加注释说明坐标含义及工艺目的（例：“P10：A类工件夹取点，X=150,Y=200,Z=30，夹爪闭合后提升至Z=150避障”）。PLC程序需包含输入处理（光电传感器信号滤波，消除20ms内抖动）、输出控制（机器人启动/停止信号、报警灯控制）、数据交换（传递工件类型至机器人）。四、操作步骤1.准备阶段（10分钟）：检查机器人零点（通过示教器“校准”功能确认各轴偏差≤0.02mm）。安装夹具并完成工具坐标系标定（使用“三点法”标定夹爪中心，验证X/Y/Z方向偏差≤0.03mm）。在RobotStudio中导入工作台、障碍物、工件三维模型（STL格式），建立虚拟仿真环境。2.编程阶段（60分钟）：手动示教：通过示教器手动操作机器人，记录A/B类工件夹取点（需覆盖托盘4个角落位置，每个位置记录3组坐标取平均）、避障点（障碍物上方50mm处）、放置点（A类叠放时第二层需相对于第一层X/Y偏移+2mm防滑动）。离线优化：在RobotStudio中导入手动示教点位，使用“碰撞检测”功能优化B类工件搬运路径（原路径与障碍物最小距离需≥20mm），生成平滑的圆弧插补（CIRC指令）替代部分直线插补（MOVL指令），减少启停时间。PLC编程：编写梯形图程序，实现光电传感器信号（I0.0I0.5）的滤波处理（使用TON定时器延迟20ms输出），当任意传感器无信号时，通过Q0.0触发红色报警灯，并将故障位置（DB1.DBW0=16）写入PLC数据块，供机器人读取。力控程序：在机器人程序中调用力传感器接口函数（ForceControl_Init），设置插入阶段的力阈值（5N），当反馈力超过阈值时，执行STOP指令并输出报警信息（TextMsg"装配力超限，位置：C类工件"）。3.调试阶段（30分钟）：单步测试：手动执行Pick_A子程序，检查夹爪闭合压力是否符合0.4MPa（用压力计测量），搬运路径是否避开障碍物（用激光测距仪测量机器人与障碍物最小距离）。循环测试：连续运行3次完整循环，记录节拍时间（首次循环65秒，优化路径后需≤60秒），用千分尺测量A类工件叠放位置偏差（允许≤±0.05mm），用同轴度测量仪检查C类工件装配精度（需≤0.03mm）。故障注入测试：手动遮挡1个光电传感器，观察机器人是否暂停并显示正确报警信息；模拟装配时力传感器故障（短接信号），检查机器人是否立即停止并触发报警灯。4.提交阶段（5分钟）：将机器人程序