CN105608981A - 一种用于教学的机器人综合实验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于教学的机器人综合实验系统，包括操作控制台、电气控制柜和机器人组件，操作控制台通过电气控制柜相控制机器人组件动作，并显示机器人组件的当前状态，操作控制台通过电缆与电气控制柜相连接，电气控制通过电缆与机器人组件相连接，将机器人的壳体采用有机玻璃替代，使其透明化，方便学员观察各关节的运动状态，电气控制柜安装有接口卡，可供自主编程学习，提高学习兴趣，通过各关节不同按钮和显示灯使学员可以看到各关节运动情况和各项参数，从而降低学习难度，更加适合高校学生和企业技术人员对机器人的学习和研究，具有良好的应用前景。

Description

一种用于教学的机器人综合实验系统
技术领域
本发明涉及机器人教学技术领域，具体涉及一种用于教学的机器人综合实验系统。
背景技术
近年来，随着科学技术的不断进步，为了满足各样的工业生产环境，工业机器人也得到快速发展。为了给机器人领域培养更多的应用人才，目前，市面上出现了现有教学机器人综合实训实验台，但是，其存在以下缺点，具体如下，
（1）不够透明化，很难看到控制台和教学机器人的内部结构；
（2）无法直观学习机器人的内部结构和程序编程，无法培养学习人员的学习兴趣；
（3）教学机器人未安装有视觉感应单元，不能遇到外来物或障碍物时自动停止功能，以防造成伤害；
（4）无法局部观察看到机器人各关节运动情况和各项参数，增加学习难度，增加机器人教学的教学难度。
发明内容
本发明所解决的技术问题是克服现有的教学机器人综合实训实验台中存在的问题。本发明的用于教学的机器人综合实验系统，将机器人的壳体采用有机玻璃替代，使其透明化，方便学员观察各关节的运动状态，电气控制柜安装有接口卡，可供自主编程学习，提高学习兴趣，通过各关节不同按钮和显示灯使学员可以看到各关节运动情况和各项参数，从而降低学习难度，更加适合高校学生和企业技术人员对机器人的学习和研究，具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种用于教学的机器人综合实验系统，其特征在于：包括操作控制台、电气控制柜和机器人组件，所述操作控制台通过电气控制柜相控制机器人组件动作，并显示机器人组件的当前状态，所述操作控制台通过电缆与电气控制柜相连接，所述电气控制通过电缆与机器人组件相连接，
所述操作控制台包括资料箱、操作控制台本体、显示屏、关节显示灯、观察窗、状态指示灯和操作按钮，所述资料箱设置在操作控制台本体内，并位于其的下部，所述操作控制台本体上表面的一侧设有显示屏、操作按钮，所述操作控制台本体上表面的另一侧向上凸起形成倾斜面，所述倾斜面上设有便于学员观察的关节显示灯、观察窗、状态指示灯，
所述电气控制柜包括报警灯、控制器、接口卡、空开开关、开关电源、辅助电源、示教仪、驱动器、变压器和电控柜本体，所述报警灯设置在电控柜本体的顶部，所述电控柜本体内设有水平设置的三层隔板，最上层隔板上设置有控制器、接口卡，第二层隔板上设置有空开开关、开关电源、辅助电源，第三层隔板上设置有驱动器，第三层隔板下方设置有变压器，所述示教仪设置在电控柜本体的侧边，
所述机器人组件包括设置在透明壳体内的肘部单元、第一RV减速器、腕部单元、谐波减速器、第二RV减速器、长臂单元、第三RV减速器、伺服电机、第四RV减速器和底座单元，所述第四RV减速器设置在底座单元的上表面，所述伺服电机设置在第四RV减速器的上方，所述第三RV减速器设置在伺服电机的上方，所述第三RV减速器通过长臂单元与第二RV减速器相连接，所述第二RV减速器与肘部单元的一端相连接，所述肘部单元的另一端通过第一RV减速器与腕部单元的一端相连接，所述腕部单元上设置有谐波减速器，所述腕部单元的另一端安装有末端执行单元，所述第一RV减速器、谐波减速器、第二RV减速器、第三RV减速器、伺服电机、第四RV减速器构成机器人组件六个动作关节。
前述的用于教学的机器人综合实验系统，其特征在于：所述底座单元的底部设有脚垫。
前述的用于教学的机器人综合实验系统，其特征在于：所述操作控制台本体的底部四角均设有万向轮。
前述的用于教学的机器人综合实验系统，其特征在于：所述资料箱上设有双开门的门扇。
前述的用于教学的机器人综合实验系统，其特征在于：所述机器人组件的透明壳体为有机玻璃制成。
前述的用于教学的机器人综合实验系统，其特征在于：所述第一RV减速器、谐波减速器、第二RV减速器、第三RV减速器、伺服电机、第四RV减速器上均预留有安装末端执行单元的接口。
本发明的有益效果是：本发明的用于教学的机器人综合实验系统，将机器人的壳体采用有机玻璃替代，使其透明化，方便学员观察各关节的运动状态，电气控制柜安装有接口卡，可供自主编程学习，提高学习兴趣，通过各关节不同按钮和显示灯使学员可以看到各关节运动情况和各项参数，从而降低学习难度，更加适合高校学生和企业技术人员对机器人的学习和研究，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的用于教学的机器人综合实验系统的结构示意图。
图2是本发明的用于教学的机器人综合实验系统的前视图。
图3是本发明的用于教学的电气控制柜的结构示意图。
图4是本发明的用于教学的机器人组件的结构示意图。
附图中标记的含义如下：
1：资料箱；2：操作控制台本体；3：显示屏；4：关节显示灯；5：观察窗；6：状态指示灯；7：操作按钮；8：报警灯；9：控制器；10：接口卡；11：空开开关；12：开关电源；13：辅助电源；14：示教仪；15：驱动器；16：变压器；17：电控柜本体；18：肘部单元；19：第一RV减速器；20：腕部单元；21：谐波减速器；22：第二RV减速器；23：长臂单元；24：第三RV减速器；25：伺服电机；26：第四RV减速器；27：底座单元。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1及图2所示，本发明的用于教学的机器人综合实验系统，包括操作控制台、电气控制柜和机器人组件，所述操作控制台通过电气控制柜相控制机器人组件动作，并显示机器人组件的当前状态，所述操作控制台通过电缆与电气控制柜相连接，所述电气控制通过电缆与机器人组件相连接，
所述操作控制台包括资料箱1、操作控制台本体2、显示屏3、关节显示灯4、观察窗5、状态指示灯6和操作按钮7，所述资料箱1设置在操作控制台本体2内，并位于其的下部，所述操作控制台本体2上表面的一侧设有显示屏3、操作按钮7，所述操作控制台本体2上表面的另一侧向上凸起形成倾斜面，所述倾斜面上设有便于学员观察的关节显示灯4、观察窗5、状态指示灯6，
如图3所示，所述电气控制柜包括报警灯8、控制器9、接口卡10、空开开关11、开关电源12、辅助电源13、示教仪14、驱动器15、变压器16和电控柜本体17，所述报警灯8设置在电控柜本体17的顶部，所述电控柜本体17内设有水平设置的三层隔板，最上层隔板上设置有控制器9、接口卡10，第二层隔板上设置有空开开关11、开关电源12、辅助电源13，第三层隔板上设置有驱动器15，第三层隔板下方设置有变压器16，所述示教仪14设置在电控柜本体17的侧边，所述示教仪14增加视觉识别功能，提高安全性能，当有不属于机器人工作内容的外物或人进入机器人工作领域时有安全警示灯提醒，且自动停止运动，相较于其他教学机器人实训系统，该系统增加安全功能，更加便于学习和研究6轴工业机器人。
如图4所示，所述机器人组件包括设置在透明壳体内的肘部单元18、第一RV减速器19、腕部单元20、谐波减速器21、第二RV减速器22、长臂单元23、第三RV减速器24、伺服电机25、第四RV减速器26和底座单元27，所述第四RV减速器26设置在底座单元27的上表面，所述伺服电机25设置在第四RV减速器26的上方，所述第三RV减速器24设置在伺服电机25的上方，所述第三RV减速器24通过长臂单元23与第二RV减速器22相连接，所述第二RV减速器22与肘部单元18的一端相连接，所述肘部单元18的另一端通过第一RV减速器19与腕部单元20的一端相连接，所述腕部单元20上设置有谐波减速器21，所述腕部单元20的另一端安装有末端执行单元，所述第一RV减速器19、谐波减速器21、第二RV减速器22、第三RV减速器24、伺服电机25、第四RV减速器26构成机器人组件六个动作关节。
所述底座单元27的底部设有脚垫，提高机器人组件的平稳性，操作控制台本体2的底部四角均设有万向轮，便于移动，资料箱1上设有双开门的门扇，所述机器人组件的透明壳体为有机玻璃制成。
所述第一RV减速器19、谐波减速器21、第二RV减速器22、第三RV减速器24、伺服电机25、第四RV减速器26上均预留有安装末端执行单元的接口。
本发明的用于教学的机器人综合实验系统，工作原理如下，面向研究型本科、应用型本科、高职高专、师资、企业技术人员等培养提供工业机器人教练系统，够实现操作简单化、透明化、模块化、在线示教、导引示教、虚拟仿真、状态检测、视觉功能等特点性能，通过机器人壳体透明化来展示机器人内部结构和运动方式，机器组件采用模块化设计方便进行安装拆卸；操作控制台配有各关节运动按钮和相对应指示灯，方便学员学习，电气控制柜能够实现在线和导引示教、虚拟仿真、状态检测和视觉功能，相比于现有的教学机器人综合实验系统，该测试系统采用真正意义上的6轴工业机器人，能够最大程度了解机器人本体结构、驱动器和控制器；固化操作，能够清晰看到每关节运动情况和实施反映运动时各关节的电流、速度等运动参数；该系统具有自动考核功能，能够自动考核成绩，能够实现虚拟仿真与实物同步运动或单独运动，且安全性能高，采用视觉系统，能够自动防护，具体如下，
（1）机器人组件采用六关节机器人，外观美观大方，有更多的功能和更灵活的活动范围；机器人壳体采用透明有机玻璃制成，能够在不拆解的情况下观察部分关节内部结构和运动方式，并配有相应透明减速器进行演示，来反映RV减速器的运动方式和原理；该机器人本体采用模块化处理方式六个关节（4个RV减速器、1个谐波减速器、1个伺服电机），能够更加方便安装和拆卸，能够让学生动手拆卸安装；六关节处预留装载末端执行单元的接口，可灵活更换执行单元。
（2）操作控制台的外形美观大方，方便操作，面板透明化，在不打开柜门的情况下能看到内部结构并贴有标识；有操作控制台供学生进行编程，三维仿真学习；有机器人各个关节的操作按钮，在不需要示教盒的情况下能分别控制机器人的每个关节，能看到各驱动器工作情况，有指示某个驱动器工作的标示灯；有故障警示灯，紧急停止按钮，同时配有按钮和指示灯，提高学生兴趣爱好，同时更加直观学习整套系统组成，而且提高了学习效率。
（3）电气控制柜能够完成工业级机器人操作，进行多自由度关节运动控制，学员通过电气控制柜能够直接驱动机器人的各关节动作，使机器人运动到达所希望的位置，并记录位置的各参数；能够导入设计好的机器人三维模型，利用操作控制台对其进行操作编辑，进行多自由度关节运动控制，虚拟机器人能进行装配模拟、搬运、垛码、焊接和加工等工作，待模拟仿真完成后可以启动联动模式，机器人与模型同步进行运动；通过运行诊断窗口，对机器人本体﹑运动控制器及通讯等进行检查、诊断，作出故障判断，分析解决方案，分析是否为最佳路径；实现机器人编程语言学习和仿真；有自动考核功能。相比于现有教学系统来说，该系统功能更加齐全，能够让学习真实操作工业机器人，并且虚拟与现实同步进行，同时也可以单独操作，可以通过编程来满足机器人的不同姿态和运动方式，提高学习兴趣。
（4）增加视觉识别功能，提高安全性能，当有不属于机器人工作内容的外物或人进入机器人工作领域时有安全警示灯提醒，且自动停止运动。相较于其他教学机器人实训系统，该系统增加安全功能，更加便于学习和研究6轴工业机器人。
综上所述，本发明的用于教学的机器人综合实验系统，将机器人的壳体采用有机玻璃替代，使其透明化，方便学员观察各关节的运动状态，电气控制柜安装有接口卡，可供自主编程学习，提高学习兴趣，通过各关节不同按钮和显示灯使学员可以看到各关节运动情况和各项参数，从而降低学习难度，更加适合高校学生和企业技术人员对机器人的学习和研究，具有良好的应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种用于教学的机器人综合实验系统，其特征在于：包括操作控制台、电气控制柜和机器人组件，所述操作控制台通过电气控制柜相控制机器人组件动作，并显示机器人组件的当前状态，所述操作控制台通过电缆与电气控制柜相连接，所述电气控制通过电缆与机器人组件相连接，
所述操作控制台包括资料箱（1）、操作控制台本体（2）、显示屏（3）、关节显示灯（4）、观察窗（5）、状态指示灯（6）和操作按钮（7），所述资料箱（1）设置在操作控制台本体（2）内，并位于其的下部，所述操作控制台本体（2）上表面的一侧设有显示屏（3）、操作按钮（7），所述操作控制台本体（2）上表面的另一侧向上凸起形成倾斜面，所述倾斜面上设有便于学员观察的关节显示灯（4）、观察窗（5）、状态指示灯（6），
所述电气控制柜包括报警灯（8）、控制器（9）、接口卡（10）、空开开关（11）、开关电源（12）、辅助电源（13）、示教仪（14）、驱动器（15）、变压器（16）和电控柜本体（17），所述报警灯（8）设置在电控柜本体（17）的顶部，所述电控柜本体（17）内设有水平设置的三层隔板，最上层隔板上设置有控制器（9）、接口卡（10），第二层隔板上设置有空开开关（11）、开关电源（12）、辅助电源（13），第三层隔板上设置有驱动器（15），第三层隔板下方设置有变压器（16），所述示教仪（14）设置在电控柜本体（17）的侧边，
所述机器人组件包括设置在透明壳体内的肘部单元（18）、第一RV减速器（19）、腕部单元（20）、谐波减速器（21）、第二RV减速器（22）、长臂单元（23）、第三RV减速器（24）、伺服电机（25）、第四RV减速器（26）和底座单元（27），所述第四RV减速器（26）设置在底座单元（27）的上表面，所述伺服电机（25）设置在第四RV减速器（26）的上方，所述第三RV减速器（24）设置在伺服电机（25）的上方，所述第三RV减速器（24）通过长臂单元（23）与第二RV减速器（22）相连接，所述第二RV减速器（22）与肘部单元（18）的一端相连接，所述肘部单元（18）的另一端通过第一RV减速器（19）与腕部单元（20）的一端相连接，所述腕部单元（20）上设置有谐波减速器（21），所述腕部单元（20）的另一端安装有末端执行单元，所述第一RV减速器（19）、谐波减速器（21）、第二RV减速器（22）、第三RV减速器（24）、伺服电机（25）、第四RV减速器（26）构成机器人组件六个动作关节。
2.根据权利要求1所述的用于教学的机器人综合实验系统，其特征在于：所述底座单元（27）的底部设有脚垫。
3.根据权利要求1所述的用于教学的机器人综合实验系统，其特征在于：所述操作控制台本体（2）的底部四角均设有万向轮。
4.根据权利要求1所述的用于教学的机器人综合实验系统，其特征在于：所述资料箱（1）上设有双开门的门扇。
5.根据权利要求1所述的用于教学的机器人综合实验系统，其特征在于：所述机器人组件的透明壳体为有机玻璃制成。
6.根据权利要求1所述的用于教学的机器人综合实验系统，其特征在于：所述第一RV减速器（19）、谐波减速器（21）、第二RV减速器（22）、第三RV减速器（24）、伺服电机（25）、第四RV减速器（26）上均预留有安装末端执行单元的接口。
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