1、2018 年“西门子杯”中国智能制造挑战赛 （原全国大学生工业自动化挑战赛） 协作机器人赛项（ 筹 ）赛题 一、 题目背景 工业 4.0 浪潮席卷全球，“中国制造 2025”成为 国家重要战略 ， 中国制造业 的 企业都在寻求 自动化、智能化、数字化的 转型升级 。 这些制造 企业 均 在 筹划 着 上线各类工业 机器人 来提升 产品 质量 和 生产效率 ，并 降低 整体的 生产 成本 。 然而， 传统 的 工业 机器人 在使用 过程中面临 一些 问题，例如部署成本高，难以满足 小批量 、 定制化 、 短周期 生产 等需求，或者人机协作较差，等等。 因此 ， 新型机器人的 需求 应运而生 并且
2、火爆市场 协作型机器人。 新一代的机器人不再躲在高高的防护网之内，晃动着焊钳，进行焊接工作，而是从一开始的规划和设计中就被定义了新功能 与人类协同合作。与传统工业机器人必须用安全保护栏与人隔离不同，它可以和人在共同工作空间中合作、互动，共同完成工作。因此，协作机器人必须具备高安全性、高灵活性和高精度，且满足即插即用、编程简单直观、操作简单，让非专业人员也能快速掌握并使用。人机协作是当今机器人领域发展中最为盛行的一个发展趋势 。 同时，市场也 急需 大批 熟悉协作机器人原理、研发与应用的专业人才。 本赛项 设立的目的，正 是为了培养 协作机器人 方 面的优秀 人才， 提高 参赛选手 在 协作机器
3、人的设计、开发、操作、维护等方面 的 综合 能力 。 二、 比赛要求 2018 年协作机器人赛项 赛题 的主要任务是 基于 一款 协作 类 机器人的人机协作方案 的 设计与实现 ， 本款协作机器人的相关技术资料请见附件 。 在初赛阶段， 参赛队伍需要完成 方案的 设计与撰写 ， 比赛将以专家线上方案 评审的方式进行。 在 决赛 阶段 ，参赛队伍需 要实现 方案的具体应用 与展示 ，比赛将以现场 实施 的方式进行。 （一）初赛要求 参赛队以协作 机器人的应用为背景，根据工业中常见的加工生产线（汽车、药品、食品 、电脑、电路板 、手机 等等）， 设计一个人机 协同生产、操作来加工某种产品的方案 。
4、 参赛队所提交的方案文件按照 参 赛队编号命名。 全国竞赛组委会选聘的专家对参赛队伍所提交的方案通过在线方式 进行评审，选出优秀的作品进入决赛。进入决赛队伍的数量根据全国参赛队伍数量以及作品水平来确定。 初赛参赛 方 案 内容 要求 包括但不限于 ： （ 1） 设置 具体生产 场景。场景 由参赛队伍 自主 选取、设计 ， 可以是某个真实或者虚拟产品生产的某 个或某些 步骤。 （ 2） 体现 人机协作 的 核心 思想和关键技术 。 即通过人机 之间的相互友好 协作 ，实现 生产 过程中协作工作流程与体验的优化，提高生产效率 。 （ 3） 以人为中 心并充分考虑人的需求，体现机器人的多重 辅助协作
5、 功能。例如， 针对人的 一些 工作特性， 如 记忆 能力 、预测能力 、计算能力、反应能力 等 短板 ， 在人机协作过程中，机器人需要有相应的辅助功能 ，如 针对 听觉信息 、视觉信息 的自动显示 、记忆、分析或预测等 。 （ 4）人机协作应用后生产效率提升 预测 的 数据 分析 。此部分分析以方案所在行业或场景的特性自主设定相应的考核项目，例如产量、 速度、准确度 、质量 等 。 （ 5）经济 性 分析 。 包括但不限于成本投入、资源投入、投入产出比、增效指标等 。 （ 6）安全功能设计 。例如，在 人 机 协同工作中 分别对于人、机器、设备等相关方面的安全风险充分考虑和相应保护措施 。
6、（ 7）测试方法 。 包括 但不限于 测试环境描述、关键功能测试用例 、 可靠性测试等。 （二）决赛要求 决赛以 现场实施 的方式进行 。 决赛期间，组委会 提供统一的协作机器人 与测试环境，根据现场公布的题目要求，参赛队完成任务。 1) 现场实施中，组委会为参赛队伍提供 协作机器人本体、操作台、电爪、控制器 、零件、夹具 等。 2) 在正式比赛之前， 组委会 将为所有 参赛队伍提供 统一的本款协作 机器人 的 功能 介绍和技术 培训。 根据 所有参赛队伍 完成规定任务的完成度与完成时间，确定 最终的 排名和 评奖。 奖项 的比例与具体数量 根据 参赛队伍 整体水平 决定，择优评比 ，特殊情况
7、下 特等奖 也 可以空缺。 评价依据 初赛方案 评审将在以下几个方面展开评价： 1. 功能 性。 首先， 方案 应能够满足 题目的 所有相应的 要求 。 其次， 大赛 鼓励 参赛选手在 设计方面 积极 创新， 以 最大程度符合实际应用 的需求。 2. 性能 性。 参赛队伍根据题目要求，需明确提出相关的性能指标 ，如速度（越快越好）、精确 度 （越准越好） ，并设计完整、可信的测试体系进行验证。 验证所需的工具、环境需参赛队伍自行准备，但需明确清晰地描述测试原理、方法和结论。 3. 经济性 。 参赛队 伍根据题目要求，对所设计方案进行经济分析 ， 投入产出比将是重要的参考因素 之一 。 4. 安
8、全性 。 针对工业领域 人机协作应用的设计 ，参赛队伍应明确地描 述在安全性方面的考虑与设计，并设计安全 性测试 和 验证 设计 。 5. 可靠性。参赛队需要设计 完善的可靠性工程方法贯穿整个设计过程 ； 完备的功能测试、极限测试用例及测试方法 ； 充分考虑了如静电、电磁等环境的适应能力 。 6. 扩展性。参赛队需要考虑方案的可扩展性。 7. 人因工程在人机交互 /协作中的应用 。 鼓励参赛队伍 的 方案有以下设计： （ 1）互动 反馈的设计 。 包括当前的工作状态、进度 进程等。 （ 2）采用适宜的自动化水平和阶段。 自动化程度并不是越高越好，全 自动化并不意味者绝对的 工作效率提升 或 工
9、作负荷 最低 ，而应与当前企业状况相匹配 。 （ 3）互动“礼节”设计。机器 与人 的互动也 应 尽量遵从 人类社会 礼节。 （ 4）信任设计。 方案要 减轻信任不足（ 操作员对机器的信任度 ） ， 同时 避免 过度信任（避免 人 对于机器 的 过度 依赖 ）。 决赛现场实施 评审将在以下几个方面展开评价： （ 1）规定任务的完成度。 （ 2）完成规定任务的时间。 三、 其它 1、 比赛所形成的知识产权归属于各参赛队所有，但 全国竞赛 组委会享有对方案非营利性使用 的 权利 。 2、本次比赛采用的协作机器人 是 来自台湾的达明机器人 （ Techman Robot） 。 达 明 是一家新兴机器人公司， 拥有高达 90%的产品自制率，并搭载 国际 先进的 视觉辨识系统，突破了 传统工业型机器人 的 瓶颈 。 达明协作机器人提高了 人机 协同的生产效率 ， 并且帮助企业员工 远离 高危 环境 和风险 。 四、 附件 1. 决赛协作机器人介绍 。（决赛采用机器人型号为 TM5-900 系列）
