91工业机器人应用技能竞赛工业机器人视觉应用竞赛比赛规则.docx
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91工业机器人应用技能竞赛工业机器人视觉应用竞赛比赛规则
2019年河南省大学生机器人竞赛
工业机器人视觉应用竞赛
一、赛项名称
赛项名称:
工业机器人视觉应用竞赛
二、竞赛目的
“工业机器人视觉应用竞赛”赛项以工业机器人为核心部件,融合了可编程逻辑控制器、气动技术、传感器、智能视觉检测等先进应用技术,以工业机器人在计算机/通讯/消费类电子产品行业(3C行业)为应用背景,以机械及电气的装调、工业机器人的维护和基础操作以及3C行业中典型的码垛、分拣等工作任务为考核内容,考察学生在工业机器人系统的安装、调试、编程、团队协作、质量控制及安全意识等方面的专业能力和职业素养,以及学生在工业机器人应用技术方面的综合职业能力。
赛项以“中国制造2025”规划为背景,通过竞赛,检验和展示河南省高等院校工业机器人等相关专业教学改革成果以及学生的通用技术与职业能力,引导和促进高等院校相关专业的人才培养模式、教学模式和考核评价模式改革,有力促进工业机器人操作、编程、系统调试以及现场维护等岗位技术技能型人才的培养,助推高等院校在工业机器人领域的人才培养能力。
三、竞赛内容
本赛项以工业机器人智能工作站系统作为竞赛平台,多名参赛选手协作完成工业机器人应用工作站系统中的配套设备机械电气系统的装调、机器人基本参数调整及示教器示教编程、通讯设置及操作编程、视觉系统编程调试、机器人各种工业工艺的编程调试等基本工作任务,并通过对系统的综合程序设计完成工业机器人智能工作站系统的联机运行等综合任务。
参赛选手在规定时间(连续不断的1小时)内,以现场操作的方式,根据赛场提供的有关资料和赛项任务书,完成基本赛项任务及综合赛项任务,具体的竞赛内容和成绩占比如下:
(一)按任务要求完成对比赛系统的机器人相关设备进行机械和电气组装,使其能够组成工业机器人智能工作站系统。
(15%)
(二)按任务要求完成智能视觉系统的流程编辑,实现工件流水线上的各种工件形状种类、位置、角度及缺陷的识别。
(20%)
(三)按任务要求完成机器人相关基本模块单元的通讯以及底层控制程序的编制,包括机器人、流水线、视觉跟踪工艺、码垛工艺。
(30%)
(四)对竞赛设备进行整体操作、编程和调试,达到任务书规定混流生产综合任务(包括工件检验、分拣、跟踪抓取、码垛等)的工作要求和技术要求。
(20%)
(五)职业素养与安全意识。
竞赛现场考察参赛队组织管理、团队协作、工作效率、质量与成本控制及安全意识等职业素养。
(15%)
四、竞赛方式
(一)竞赛采用团体赛方式,不计选手个人成绩,统计参赛队的总成绩进行排序。
(二)竞赛队伍组成:
每支参赛队由2-3名比赛选手组成,性别不限。
每队可配2名指导教师。
(三)赛场的赛位统一编制赛位号,参赛队比赛前30分钟到赛项指定地点接受检录,进场前15分钟抽签决定赛位号,抽签结束后,随即按照抽取的赛位号进场,然后在对应的赛位上完成竞赛规定的赛项任务。
五、竞赛规则
(一)比赛流程
1.竞赛用设备大赛组委会统一提供,各参赛队可以根据需要选择使用现场提供的设备、仪器、工具;
2.选手进入赛场必须听从现场裁判人员的统一布置和指挥,首先需对比赛设备、选配部件、工量具等物品进行检查和测试,如有问题及时举手向裁判人员示意处理;
3.比赛用仪器设备、赛位由抽签确定,不得擅自变更、调整;
4.选手在竞赛过程中不得擅自离开赛场,如有特殊情况,须经裁判人员同意。
选手休息、饮水、上洗手间等,不安排专门用时,统一计在竞赛时间内,竞赛计时工具,以赛场设置的时钟为准;
5.竞赛期间,选手不得将手机等通信工具带入赛场,非同组选手之间不得以任何方式传递信息,如传递纸条,用手势表达信息,用暗语交换信息等;
6.所有人员在赛场内不得喧哗,不得有影响其他选手完成工作任务的行为;
7.爱护赛场提供的器材,不得移动赛场内台桌、设备和其它物品的定置,不得故意损坏设备和仪器;比赛过程中,参赛选手须严格遵守相关操作规程,确保设备及人身安全,并接受裁判员的监督和警示;
8.完成竞赛任务期间,不得与其他选手讨论,不得旁窥其他选手的操作;
9.遇事应先举手示意,并与裁判人员协商,按裁判人员的意见办理;
10.参赛选手须在赛位的机器人控制器上按照相应的规则去存储程序;
11.比赛过程中,选手须严格遵守安全操作规程,并接受裁判员的监督和警示,以确保人身及设备安全。
选手因个人误操作造成人身安全事故和设备故障时,裁判长有权中止该队比赛;如非选手个人原因出现设备故障而无法比赛,由裁判长视具体情况做出裁决(调换到备份赛位或调整至最后一场次参加比赛);如裁判长确定设备故障可由技术支持人员排除故障后继续比赛,将给参赛队补足所耽误的比赛时间;
12.参赛队若要提前结束竞赛,应举手向裁判员示意,比赛结束时间由裁判员记录,参赛队结束比赛后不得再进行任何操作;
13.选手须按照程序提交比赛结果,配合裁判做好赛场情况记录,与裁判一起签字确认,裁判要求签名时不得拒绝;
14.完成赛项任务及交接事宜或竞赛时间结束,应到指定地点,待工作人员宣布竞赛结束,方可离开;
15.选手在比赛过程中遇到程序编写等内容不能自行完成,可以提出弃权,由技术保障人员帮助完成,参赛队弃权部分不得分。
技术保障人员帮助完成相关任务的时间,计入总的比赛时间;
16.不乱摆放工具,不乱丢杂物,完成工作任务后清洁赛位,清点工具。
线头、废弃物品及工具,不得遗留在赛位上;
17.使用文明用语,尊重裁判和其他选手,不得辱骂裁判和赛场工作人员,不得打架斗殴,一经发现立即剥夺比赛资格并终止比赛;
18.任何人不得以任何方式暗示、指导、帮助参赛选手,对造成后果的,视情节轻重酌情扣除参赛选手成绩;
19.比赛过程中,除参加当场次比赛的选手、执行裁判员、现场工作人员和经批准的人员外,其他人员一律不得进入比赛现场;比赛结束后,参赛人员应根据指令及时退出比赛现场。
对不听劝阻、无理取闹者追究责任,并通报批评;
20.裁判长在比赛结束前有2次时间提醒,裁判长发布比赛结束指令后所有未完成任务参赛队立即停止操作,不得以任何理由拖延竞赛时间;
21.参赛选手不得将竞赛任务书、图纸和工具等与比赛有关的物品带离赛场,选手必须经现场裁判员检查许可后方能离开赛场;
(二)成绩评分
1.现场评分
现场裁判依据现场打分表,对参赛队的操作规范、现场表现等进行评分。
评分结果由参赛选手、裁判员、裁判长签字确认。
2.过程评分
根据参赛选手在分步操作过程中的规范性、合理性以及完成质量等,评分裁判依据评分标准按步给分。
六、技术平台
竞赛平台采用相同指标的设备平台,工具、耗材统一提供。
竞赛平台型号如下:
技术平台组成如图1所示:
图1竞赛技术平台组成
竞赛平台主要完成生产现场流水线上不同物料的分拣,实现对合格物料和有缺陷物料的识别检测并能跟踪抓取,自动码垛放置在物料盘上。
物料会出现残次品(模拟),如图4所示。
图2工件模型(实际作业对象以现场为准)
图3放置好效果图
图4次品工件示例(实际作业对象以现场为准)
(一)竞赛平台的功能和组成
该实训平台主要由4轴机器人单元、开发调试集成系统平台、智能视觉统检测识别单元、工件流水线单元以及主控系统单元组成。
1.4轴工业机器人单元
工业机器人技术参数如表2所示。
4轴工业机器人额定负荷2KG,臂展600mm。
机器人第四轴末端安装有气动真空吸盘。
主控系统通过以太网通信方式控制工作站自动放置工件到流水线上,然后机器人从流水线上根据装配任务要求,经过智能视觉检测之后抓取工件按要求码垛到装配工位托盘中。
图5所示为4轴机器人本体与末端执行工具。
表一机器人参数表
安装方式
水平安装
最大运动速度
第1-2轴
6800m/s
第3轴
1100
第4轴
2000o/s
重复定位精度
第1-2轴
±0.02mm
第3轴
±0.01mm
第4轴
±0.01o
最大运动范围
第1轴
±127o
第2轴
±145o
第3轴
200mm
第4轴
±360o
负载
额定值
2Kg
最大值
6Kg
标准循环时间
0.42/s
第4关机容许惯性力矩
额定值
0.01kg·m2
最大值
0.12kg·m2
电机功耗
第1轴
400W
第2轴
400W
第3轴
100W
第4轴
100W
本体重量
19Kg
第3关节下压力
100N
图5机器人末端工具
工业机器人末端工具为双层吸盘,配备直径为Φ6的气管及真空发生设备,用来抓取工件放到堆垛盘上。
工业机器人示教器采用方形示教器,如图6所示
图6手持示教器(左正、右反)
2.工件作业流水线
工件作业流水线的上料参赛者手工放置完成,工件流水线(如图7所示)负责把工件输送到视觉检测分拣工位,经视觉系统定位识别输送到抓取工位,主控系统根据任务要求的装配顺序,控制工业机器人跟踪抓取利用末端执行器将工件放至装配流水线的合适位置。
工件作业流水线由三相异步电动机驱动,采用变频器调节其转速,主要实现工件作业和流转。
图7工件作业流水线
3.以太网交换机
以太网交换机将控制器、机器人单元、智能视觉单元连接在一起组成一个以太网局域网,进行数据的相互传输。
4.主控单元
控制器通过以太网通信,处理智能相机的检测结果,工件流水线的IO反馈,机器人系统的运行与控制,相互配合达到协同作业的目的。
同时具备检测多个IO点,嵌入式运动控制器,人机界面等特点。
可以用结构文本做复杂的数学运算和运动控制,同时用梯形图实现逻辑控制和过程控制。
5.智能相机单元
通过工业智能相机(图8)对工件进行检测,不同形状、不同角度、不同大小都能识别。
通过以太网将检测结果发送至机器人控制器,机器人控制器对检测结果进行处理后,调度机器人进行跟踪抓取然后堆垛到托盘上。
图8工业智能相机
(二)主要技术参数
竞赛设备主要技术参数如表2和表3所示。
表2竞赛平台整体技术要求
项目
参数
备注
电源规格
AC220V/50Hz/8KW/16A
气源规格
进气管φ8;0.5-0.8Mpa
环境温度
-5℃~+45℃
相对湿度
≤96%
系统整体
场地尺寸(长×宽)mm:
5000×3000
表3设备组成和技术参数
序号
名称
数量
主要技术参数及规格
备注
1
开发平台
1台
具体参数:
1)开发平台基本尺寸:
长*宽*高:
1.5m*0.8m*1.6m;
2)采用交流220V/16A插头供电;
3)固高科技GTC-RC800系列
机器人控制器:
通过CE认证,嵌入式运动控制器,可控制轴数8轴,控制伺服周期为125us,脉冲最大输出频率1MHz;;轴通道增量式编码器输入8路,四倍频,最大频率8MHz;辅助增量式编码器输入4路,四倍频,最大频率8MHz;模拟量输入4路,输入范围±10V,分辨率12bit,模拟量输出4路,输出范围±10V,分辨率16bit;数字量输入16路,光耦隔离,输入电压+12~+24DCV,输入电流3.7~7.6mA,隔离电压5000VRMS;数字量输出20路,最大输出电流30mA;每轴带专用的正负限位、Home信号、驱动报警信号、驱动使能信号,驱动复位信号及编码器Index高速捕获信号;
2
开放式视觉检测跟踪平台
1台
具体参数:
1)平台基本尺寸:
长*宽*高:
1.5m*0.93m*1.73m;
2)具备工件流水线,采用220V三相异步电机控制,附带调速阀;
3)机器人运动本体:
控制交流伺服电机数量4个;安装方式:
水平安装;最大臂展600mm;额定负载2kg,最大负载6kg;重复定位精度:
1轴±0.02mm,2轴±0.02mm,3轴±0.01mm,4轴±0.01°;单轴最大运动范围:
1轴±127°,2轴±145°,3轴200mm,4轴±360°;标准循环时间0.42s,气路φ4mm接口1路,气路φ6mm接口2路;减速机采用HD谐波减速器,配机械臂安装桌体、抓取工具、抓取样件。
12
附件
1套
交换机、网线、桥架、工件等
耗材及配套工具如下表4所示。
表4耗材及配套工具
序号
名称
主要组成器件
数量
1
耗材
0.75mm2导线、1.5mm2导线、、接线端子、托盘、工件等
1套
2
配套
工具
包括小一字螺丝刀、小十字螺丝刀、长柄螺丝刀、钟表螺丝刀、剪刀、剥线钳、尖嘴钳、斜口钳、电烙铁、试电笔、焊锡丝、镊子、活动扳手、内外六角扳手、便携式万用表及书写工具等
1套
七、成绩评定
竞赛项目满分为100分。
其中机械电气系统安装15分、视觉系统安装编程调试20分、工业机器人系统编程调试30分、系统整体运行20分、职业素养与安全意识15分。
具体评分细则如表5、表6和表7所示。
表5评分细则
比赛内容
分值
评分方法
审核方法
公布方法
机械电气系统安装
15
现场根据评分表评分
参赛选手、现场评分裁判、监督签字
大赛执委会公布
视觉系统安装编程调试
20
现场根据评分表评分
参赛选手、现场评分裁判、监督签字
大赛执委会公布
工业机器人系统编程调试
30
现场根据评分表评分
参赛选手、现场评分裁判、监督签字
大赛执委会公布
机器人系统整体运行
20
现场根据评分表评分
参赛选手、现场评分裁判、监督签字
大赛执委会公布
职业素养与安全意识
15
现场根据评分表评分
参赛选手、现场评分裁判、监督签字
大赛执委会公布
表6评分细则
竟赛内容
具体评分项
评分要求
评分内容
评分
机械电气系统安装(15分)
1.4轴工业机器人末端工具安装;
3
1.根据任务书的装配要求对机械系统部件正确的安装,安装坚固,传动组件调整顺畅等;
2.电气线路连接正确,导线、气管使用正确合理,驱动器、传感器等连接正确、走线、通气合理;
3.上电前安全检查,上电后初步检测元件工作是否正常,检查局部电路功能。
2.4轴工业机器人外围电路连接;
3
3.4轴工业机器人外围气路连接;
3
4.现场工业PC机与机器人本体电气,信号安装调试;
6
视觉系统安装编程调试(20分)
1.智能视觉系统安装与接线;
2
1.相机系统硬件连接正确能与工业PC机通信成功;
2.能对工件的状态进行正确识别,能区分有缺陷、角度等工件;
3.能够把识别数据传输到机器人。
2.智能视觉系统参数设置;
4
3.智能视觉工件识别程序和模板流程编制;
6
4.智能视觉缺陷等检测程序编制;
6
5.智能视觉与机器人通讯调试。
2
工业机器人系统编程调试(30分)
1.工业机器人基本参数设定;
1
1.工业机器人各系统参数设定正确;
2.对工业机器人的工具坐标系和直角坐标系设置与标定;
3.能根据任务书要求,完成规定程序示教编程;
4.能对工业机器人程序进行调试。
5.所有工业机器人的程序,必需通过示教器进行现场编程,程序由基本功能指令完成相关任务。
6.操作流水线变频器控制,配合机器人完成各工艺编程。
2.坐标、工作空间等设定;
1
3.码垛工艺设置与编程;
10
4.视觉跟踪工艺设置与编程;
10
5.测试程序及通信程序编写;
3
6.工件流水线编程和调试。
5
机器人系统整体运行(20分)
1.根据各模块功能进行子程序设计;
5
1.工业机器人与视觉系统、流水线等通讯联网正常;
2.系统初始检查显示后,系统按照任务书要求启动、周期运行、停止、报警等处理;
3.系统非常运行过程时,按照任务书要求对系统进行报警、停止等;
4.所有工业机器人的程序,必需通过示教器进行编程,程序由基本功能指令完成相关任务。
2.根据整体任务设计主控系统程序;
5
3.系统整体任务运行调试。
10
职业素养与安全意识(15分)
1.现场操作安全保护符合安全操作规程;
5
1.现场操作安全保护符合安全操作规程,穿戴符合职业岗位要求;
2.工具比赛过程中各赛后未摆放整齐、节约使用耗材;
3.爱惜赛场的设备和器材,保持工位的整洁,团队分工有合作,遵守竞赛纪律,尊重裁判员、工作人员等。
2.工具摆放、包装物品、导线线头等的处理符合职业岗位的要求;
4
3.团队合作有有分工又合作,配合紧密;遵守赛场纪律,尊重赛场工作人员,爱惜赛场的设备和器材,保持工位的整洁。
6
表7赛项违规扣分表
考核内容
扣分标准
操作不当破坏赛场提供的设备
工业机器人碰撞相机
15分
工业机器人吸盘碰损
10分
空托盘损坏
3分/次
工件损坏
1分/次
调试过程中出现电路短路故障
扣30分
对于接错误,布线不合理
1/个
违反赛场纪律,扰乱赛场秩序
在裁判长发出开始比赛指令前,提前操作
扣3分
选手签名时,使用了真实姓名或者具体参赛队
扣5分
不服从裁判指令
扣3分/次
在裁判长发出结束比赛指令后,继续操作
扣3分
擅自离开本参赛队赛位
取消比赛资格
与其他赛位的选手交流
取消比赛资格
在赛场大声喧哗、无理取闹
取消比赛资格
携带纸张、U盘、手机等不允许携带的物品进场
取消比赛资格
(二)成绩排名
参赛队的成绩为职业素养分和任务得分之和,比赛成绩按照总得分从高到低排列,若总得分相同,则按照完成比赛总任务的时间排名,完成时间少的队伍排名在前;若完成任务的时间相同,则按照任务四得分排名,得分高的队伍排名在前;若任务四得分相同,则由裁判组综合评定。
八、奖项设定
赛项设团体一、二、三等奖。
以赛项实际参赛队总数为基数,一、二、三等奖获奖比例分别为15%、25%、35%(小数点后四舍五入)。
九、附件——竞赛任务书
竞赛任务书
选手须知:
1.任务书共9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1台编程计算机,参考资料(机器人、驱动器、变频器的产品手册)以.pdf格式放置在桌面“竞赛资料”文件夹下。
3.参赛团队应在1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“桌面:
\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。
4.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。
5.由于错误接线、操作不当等原因引起机器人控制器及I/O组件、智能相机、变频器、夹具吸盘的损坏以及发生机械碰撞等情况,将依据扣分表进行处理。
6.每一个任务的初始状态和具体测试要求根据评判要求在开赛时、任务评分前或任务评分时给定。
7.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:
竞赛设备描述:
竞赛在“开放式视觉跟踪系统开发平台”上进行,该设备由4轴工业机器人、工件流水线、托盘、视觉系统等四大系统组成,如图1所示。
图1技术平台组成
系统的主要工作目标是实现机器人加流水线的自动作业及分拣功能,基本流程为:
由电器精益开发平台的控制系统控制整个开放式视觉跟踪平台完成,由人工放置工件至进料装置,经过系统分配,进料装置自动放置工件至工件流水线,经过视觉系统的识别,机器人进行流水线跟踪抓取工件,堆垛至工件托盘中。
其中工件为圆形和三角形两种,如图2所示。
圆形为合格工件,三角形为模拟残次品。
图2工件(左为合格,右为残次品)
托盘结构以及托盘放置工件的状态如图3所示,托盘为正方形中间开有圆形放置位是放置工件的位置,每个放置位下方都有一个物料检测传感器,检测物料放置是否到位。
图3托盘放置物料
系统中主要模块的预设IP地址分配如下表1所示,各参赛队可根据实际情况自行修改。
表1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
192.168.0.2
预设
2
智能相机
192.168.0.10
预设
3
编程计算机1
192.168.0.20
预设
表2机器人IO配置表
机器人控制器GTC-RC800I/O
输入
信号定义
输出
信号定义
DI0
1#物料检测感应器
DO0
流水线电机正转
DI1
2#物料检测感应器
DO1
流水线电机反转
DI2
3#物料检测感应器
DO2
相机快门打开
DI3
4#物料检测感应器
DO3
送料装置缩回电磁阀
DI4
5#物料检测感应器
DO4
送料装置推出电磁阀
DI5
6#物料检测感应器
DO5
真空吸盘
DI6
7#物料检测感应器
DO6
DI7
8#物料检测感应器
DO7
DI8
9#物料检测感应器
DO8
DI9
送料装置物料检测感应器
DO9
DI10
送料装置缩回到位感应器
DO10
DI11
送料装置推出到位感应器
DO11
DI12
相机输出
DO12
DI13
DO13
DI14
DO14
DI15
DO15
任务一:
机械和电气安装
(一)机器人末端工具安装
安装机器人末端工具,用螺钉固定好,安装位置在机器人4轴法兰盘中心点,保持工具末端与TCP点同心。
机器人末端工具安装完成后,效果如图1-1所示。
图1-1末端工具安装效果图
(二)机器人气管安装
安装整个设备的气管并通气测试,保证机器人在通气时吸盘能抓取工件不掉落并且无异样(比如,吸盘在通气过程中产生大量水珠),气管和导线一起走时,需用尼农扎带扎好,放置布局散乱。
1)吸盘与机器人气管安装与连接;
2)机器人本体与真空发生器气管连接;
3)真空发生器与气动三联件气管连接。
设备气管连接无误,通气正常后效果如图1-2所示。
图1-2安装气管并通气测试
(三)机器人外部接线
机器人的本体和控制系统电气挂板是分开的,即需要中间连接线连接起来。
还需要连接工业PC机、控制器和工业相机至工业交换机上,可以进行以太网通讯。
1)连接IO信号;
2)变频器信号连接;
3)接通相机电源;
4)接通相机至工业交换机,接通与空气器、PC机的以太网通讯;
5)将驱动器控制信号接通至机器人本体;
6)接通电源
接通连接线后,上电测试,效果如图1-3所示。
图1-3连接线
完成任务一后,请向裁判举手示意并且说明完成了几小项,由裁判打分!
任务二:
视觉系统连接、编程与调试
在完成任务一中机器人外部连线基础上(如果参赛队没有完成任务一
(二),由裁判通知技术人员完成,参赛队任务一
(二)不得分,并扣2分),完成如下工作:
(一)相机安装
安装工业智能相机德国ImagingsourceDMK23G618、镜头:
日本ComptutarH0514-MP2于相机识别工位的亚克力板上,用螺钉固定。
保持相机镜头干净,相机走线整齐、合理,相机通电后能正常工作。
安装好相机,效果如图1-4所示。
图1-4相机安装成功
(二)使用相机软件进行调试与编程
打开相机调试软件GtKestrel,设置相机的IP地址使之与软件相连接,编程使相机识别工件的模板,并设置相机状态,保存工程到相机中和PC电脑桌面文件夹。
1)打开软件连接相机,使通讯正常。
2)编写相机识别工件的模板并保存工程至相机中,备份。
3)规定模板输出中第一个参数为X,表示工件在相机视野坐标系中的横坐标,第二个参数为Y
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- 关 键 词:
- 91 工业 机器人 应用 技能 竞赛 视觉 比赛规则