CN106935087A - 工业机器人基本技能操作平台实训系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了工业机器人基本技能操作平台实训系统，包括机器人本体，所述机器人本体设有一底座；连接件，所述连接件与所述机器人本体相连，用于连接实训模块；控制器柜；所述控制器柜设有I/O板，所述I/O板与PLC控制器相连，用于机器人本体在不同实训模块下控制相应的外围设备；夹具，所述夹具与所述机器人本体相连，用于根据PLC控制器的指令执行不同的操作，所述夹具通过电磁阀与一空气压缩机相连，本发明采用模块化设计，提供多种模拟工业现场的训练模块，每个模块相互独立，方便拆装；提供完整的专业级教学资源包，教学资源包结合实际设备编写，针对性强，方便教学；另外，提供与实机一致的仿真程序，提供模拟实操环境。

Description

工业机器人基本技能操作平台实训系统

技术领域

本发明涉及工业机器人实训领域，具体涉及到工业机器人基本技能操作平台实训系统。

背景技术

现有的实训系统，一般存在以下一些问题：

1、实训模块安装/切换比较麻烦

教学过程中，切换实训模块是比较频繁的。如果实训模块的切换不方便，会浪费教师的时间，影响教学质量。

2、实训模块材质单薄

实训模块材质单薄，导致机器人运动时，台面有可能会跟随着移动。移动导致的结果，一方面安全性不好，另一方面导致已示教的示教点发生偏差，为教学和学生训练带来不方便。

3、实训功能单一

一般的实训系统，只提供较少的实训模块，无法提供丰富的教学资源。

4、教学资源包缺失

现有的机器人实训设备，几乎都没有与设备配套的教学资源包，包括教材，工作页，讲义PPT等。教师一方面要学习设备的使用方法，包括机器人操作方法等，一方面还要做教材，讲义PPT等。浪费教师的时间，做出来的教材和讲义等，也可能达不到最好的效果。

5、模拟仿真程序缺失

现有的机器人实训系统，几乎都不提供模拟仿真程序。教师和学生无法进行模拟实操。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明采用模块化设计，提供多种模拟工业现场的训练模块；每个模块相互独立，方便拆装；提供完整的专业级教学资源包(包括课程包、教材、工作页及指导书)，教学资源包结合实际设备编写，针对性强，方便教学；另外，提供与实机一致的仿真程序，提供模拟实操环境。

本发明提供了工业机器人基本技能操作平台实训系统，包括

机器人本体，所述机器人本体设有一底座；

连接件，所述连接件与所述机器人本体相连，用于连接实训模块；

控制器柜；所述控制器柜设有I/O板，所述I/O板与PLC控制器相连，用于机器人本体在不同实训模块下控制相应的外围设备；

夹具，所述夹具与所述机器人本体相连，用于根据PLC控制器的指令执行不同的操作，所述夹具通过电磁阀与一空气压缩机相连。

上述的实训系统，其中，所述实训模块为轨迹训练模块、工件装备模块、检测排列模块、车窗涂胶模块、零件码垛模块、图块搬运模块中的任一种。

上述的实训系统，其中，所述实训模块为检测排列模块，所述检测排列模块分别连接有正向传感器和反向传感器，所述正向传感器、反向传感器与所述PLC控制器相连。

上述的实训系统，其中，所述实训模块设有一连接座，所述连接座与所述底座通过连接件活动连接。

上述的实训系统，其中，所述底座、实训模块的台面分别使用板金和铝板制作而成，用于加重系统的重量。

上述的实训系统，其中，所述夹具为三臂夹爪或吸盘夹具。

上述的实训系统，其中，所述夹具通过气管的控制来更换。

上述的实训系统，其中，所述实训模块的台面为铝制台面，所述铝制台面表面通过氧化喷砂处理。

上述的实训系统，其中，所述实训模块的运作包括使用演示和任务驱动。

上述的实训系统，其中，所述实训模块设有对应的配套使用说明书、配套课程包、教材学材、数字化资源包。

本发明具有以下优点：

1、本发明采用模块化设计，提供多种模拟工业现场的训练模块；每个模块相互独立，方便拆装；提供完整的专业级教学资源包(包括课程包、教材、工作页及指导书)，教学资源包结合实际设备编写，针对性强，方便教学；另外，提供与实机一致的仿真程序，提供模拟实操环境。

2、本发明可以实现工业机器人基本结构和基础操作、工作站系统调试和搭建、工业机器人及周边设备编程和通讯等内容的实训。

3、本发明针对职业院校的教学特点，综合理、虚、实一体化教学特征，选用性能优良的设备，采用最新自动化技术，融合“智能制造、智慧工厂”理念，采用“模块化、简易化”设计方法，可充分学习工业机器人及其周边应用技术，确实掌握相关实操技能，不减少实训项目和真实工厂应用特点的前提下尽可能确保教学过程的方便、安全。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明提供的工业机器人基本技能操作平台实训系统的模块示意图。图2为本发明提供的工业机器人基本技能操作平台实训系统的电路图。

图3为本发明提供的实训模块为轨迹训练模块的情况下的操作示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

参照图1-图3所示，本发明提供了工业机器人基本技能操作平台实训系统，包括：

机器人本体，机器人本体设有一底座，其中底座配有滚轮；

连接件，连接件与机器人本体相连，用于连接实训模块，进一步实训模块为轨迹训练模块、工件装备模块、检测排列模块、车窗涂胶模块、零件码垛模块、图块搬运模块中的任一种，根据不同的应用场景选择不同的实训模块；

控制器柜；控制器柜设有I/O板，I/O板与PLC控制器相连，用于机器人本体在不同实训模块下控制相应的外围设备，具体为机器人控制柜上的I/O板与PLC连接，机器人需要控制外围设备时，通过I/O信号发送给PLC，由PLC下发信号给外围设备，从而达到控制外围设备的效果；

夹具，夹具与机器人本体相连，用于根据PLC控制器的指令执行不同的操作，夹具通过电磁阀与一空气压缩机相连，其中夹具为三臂夹爪或吸盘夹具，在进一步优选，夹具包含三种，分别为：大三臂夹爪，小三臂夹爪，吸盘夹具。

在本发明一优选但非限制的实施例中，若实训模块为检测排列模块，则检测排列模块分别连接有正向传感器和反向传感器，正向传感器、反向传感器与所述PLC控制器相连，进一步优选，检测排列模块的配置及参数为：

1、铝制台面，表面氧化喷砂处理，坚固美观；

2、台面上装有物料仓、检测工位、排列成品仓库的模块；

3、训练流程为：

1)检测板为梯形玻璃板，检测出玻璃板的长短边；

2)数枚玻璃板随机存放在原料仓内；

3)机器人通过吸盘夹具依次拾取玻璃板到检测台检测；

4)调整每块玻璃板的长短边方向一致后，依顺序放入成品仓中；

4、训练对机器人与外部传感器间通信及进行相应的处理。

5、台面尺寸(长X宽X厚)：≥530mm X 400mmX 30mm。工作方式为：检测排列工作站分为2个料仓和一个检测台，机器人通过换装台吸盘将料仓A中的梯形材料放置到检测台进行位置检测，检测完成后按顺序方向放置到料仓B中。

在本发明一优选但非限制的实施例中，若实训模块为轨迹训练模块，则配置及参数为：

1、铝制台面，表面氧化喷砂处理，坚固美观；

2、一半为平面、一半为弧度凸面，并在表面蚀刻不同图形规则、不同颜色的图案；

3、台面上配有绘图笔；

4、使用机器人夹取绘图笔来描绘图形，训练点示教、直线、曲线运动；

5、学习点的定位及机器人运动路线选择优化；

6、配有进行工具坐标定位训练用的笔状标点。

7、台面尺寸(长X宽X厚)：≥530mm X 400mmX 30mm；(最厚处突出桌面≥40mm)。工作方式为：轨迹工作台分为(A-B-C-D-E-F-G-H)8个不规则曲线。机器人通过换装台气爪将笔抓起后沿图形曲线进行移动。

在本发明一优选但非限制的实施例中，若实训模块为工件装备模块，则配置及参数为：

1、铝制台面，表面氧化喷砂处理，坚固美观；

2、台面上装有【工件1】、【工件2】、【工件3】的模块；

3、训练流程概述：

1)装配主体【工件3】被固定在操作台上；

2)通过抓手拾取【工件1】并精确装配到主体【工件3】内；

3)机器人通过抓手拾取【工件2】并把从侧面插入【工件1】和【工件3】的组合体内；

4、训练对机器人精确定位及抓手吸盘夹具的学习。

5、台面尺寸(长X宽X厚)：≥530mm X 400mmX 30mm。工作方式为：工件装配工作站分为3个安装件(A,B,C)。机器人通过换装台气爪将工件B安转到工件A，然后换夹定位销C将工件B和工件A连接。

在本发明一优选但非限制的实施例中，若实训模块为车窗涂胶模块，则配置及参数为：

1、铝制台面，表面氧化喷砂处理，坚固美观；

2、台面上装有小汽车、车窗仓库、喷气模拟胶枪的模块；

3、训练流程概述：

1)涂胶机、汽车模型底板、车窗工件板需要固定到操作台上；

2)机器人通过吸盘夹具拾取汽车车窗；

3)移动到涂胶机进行涂胶；

4)之后把车窗装配到汽车上；

4、练习对机器人运动轨迹选择及与外部件涂胶机等的配合。

5、台面尺寸(长X宽X厚)：≥530mm X 400mmX 30mm。工作方式为：车窗涂胶工作站分为车窗架、模拟胶枪台及汽车模型块。机器人通过换装台吸盘将车窗架中的车窗取出后，配合着胶枪台进行涂胶，四边涂胶完成后放置在汽车模型上。

在本发明一优选但非限制的实施例中，若实训模块为零件码垛模块，则配置及参数为：

1、铝制台面，表面氧化喷砂处理，坚固美观；

2、台面上装有原料仓和码垛仓的模块；

3、训练流程概述：

1)原料仓与码垛仓固定到操作台；

2)物料块被摆放到原料仓上，机器人通过吸盘夹具按要求拾取物料块进行码垛工作；

3)操作者可根据需要选择摆放数量，可单层或多层叠加摆放；可根据需要自由组合码垛出多种形状(井字形码垛、顺次码垛等)；

4、练习对机器人码垛、阵列的理解并快速编程示教的强化训练。

5、台面尺寸(长X宽X厚)：≥530mm X 400mmX 30mm。工作方式为：零件码垛工作站分为A,B两个区域，区域中堆放有3种不同大小的模型块。机器人通过换装台吸盘将A区域中的模型块有序堆积在B区域中。

在本发明一优选但非限制的实施例中，若实训模块为图块搬运模块，则配置及参数为：

1、铝制台面，表面氧化喷砂处理，坚固美观；

2、台面上装有A和B两个料仓的模块；

3、训练流程概述：

1)左右侧分别有工件的料仓。

2)可进行单一形状图块搬运、多形状图块搬运；

3)每个图块板对应工位都蚀刻有物料编号；

4)可根据要求灵活组合，能满足平面、阵列、逆序、指定编号位置等搬运要求。工作方式为：图块搬运工作站分为A,B两个区域，区域中包含了5种不同形状的模型块。机器人通过换装台吸盘将A区域中的模型块有序排放在B区域中。

在本发明一优选但非限制的实施例中，实训模块设有一连接座，连接座与底座通过连接件活动连接，也就是说，需要切换训练模块时，只需将机器人模块底座与旧训练模块底座的连接件拆除，然后再与新训练模块底座的连接件重新固定即可。

在本发明一优选但非限制的实施例中，夹具通过气管的控制来更换，例如，夹具快装装置由两部分组成，安装在机器人第六轴上的第一快装装置和安装在夹具上的第二快装装置，通过换夹装置的两个气管来分别控制第一快装装置的松开和卡紧。第一快装装置松开后，便能够匹配到第二快装装置上，匹配后第一快装装置卡紧，就把第二快装装置安装到第一快装装置上了。

在本发明一优选但非限制的实施例中，实训模块的运作包括使用演示和任务驱动，进一步优选，本发明的实训模块为：基于设备的仿真软件包：软件由基本操作实训模块中的轨迹训练实训模块、工件装配实训模块、检测排列实训模块、车窗涂胶装配实训模块、零件码垛实训模块、图块搬运实训模块组成，采用计算机三维仿真技术，能完成系统全立体、全仿真、实时互动的虚拟仿真实训，能够真实模拟基本操作六个模块实训的整个过程。

1)能模拟真实环境下的示教器对机器人本体进行编程的操作步骤进行操作，进行仿真时，整个机器人程序可在虚拟控制器上运行。

2)采用多媒体与动画相结合的方式，操作步骤和过程与真实环境下的示教器对机器人本体操作一致，相辅相成，形成虚实结合的实训模式。

3)实训模块的运作分为使用演示和任务驱动的形式。

4)支持多人同时教学,可以同时多人进行编程练习，使学生快速掌握机器人示教器使用。

在本发明一优选但非限制的实施例中，实训模块设有对应的配套使用说明书、配套课程包、教材学材、数字化资源包，也就是说，设有与设备配套使用说明书、配套课程包、教材学材、数字化资源包：与设备配套的教学用PPT演讲稿；与设备配套的工作任务的教师工作页；与设备配套的工作任务的学生工作页；主流品牌工业机器人基础教材，也就是说，可以提供完整的专业级教学资源包(包括课程包、教材、工作页及指导书)，教学资源包结合实际设备编写，针对性强，方便教学。

参照图3所示，为本发明的一具体的应用实施例，以实训模块为轨迹训练模块为例进行进一步的阐述。

具体的工作过程为：

机器人程序控制机器人移动到小三臂夹爪上方；

机器人程序设置【夹具快装装置松开】信号；

PLC接到信号后，控制电磁阀吸合，空压机气体流通至快装装置，使其松开；

机器人程序控制机器人移动到抓取小三臂夹爪的位置；

机器人程序复位【夹具快装装置松开】信号；

机器人程序设置【夹具快装装置卡紧】信号；

PLC接到信号后，控制电磁阀吸合，空压机气体流通至快装装置，使其卡紧，完成夹具的抓取；

抓取夹具后，机器人程序控制机器人移动到安全位置；

机器人程序控制机器人移动到绘图笔上方；

机器人程序设置【松开小三臂夹爪松开】信号；

PLC接到信号后，控制电磁阀吸合，空压机气体流通至快装装置，快装装置控制小三臂夹爪松开；

机器人程序控制机器人移动到抓取绘图笔位置；

机器人程序复位【松开小三臂夹爪松开】信号；

机器人程序设置【松开小三臂夹爪抓紧】信号；

PLC接到信号后，控制电磁阀吸合，空压机气体流通至快装装置，快装装置控制小三臂夹爪抓紧，让小三臂夹爪把绘图笔抓起；

机器人程序控制机器人移动到安全位置；

机器人程序控制机器人沿着【A-B-C】移动，并且保证绘图笔到模块台面的距离保持一致；

机器人程序控制机器人移动到安全位置；

机器人程序控制机器人沿着【D】的四边移动，并且保证绘图笔到模块台面的距离保持一致；

机器人程序控制机器人移动到安全位置；

机器人程序控制机器人沿着【E】的八边移动，并且保证绘图笔到模块台面的距离保持一致；

机器人程序控制机器人移动到安全位置；

机器人程序控制机器人沿着【F】的四边移动(包括四个角的圆弧)，并且保证绘图笔到模块台面的距离保持一致；

机器人程序控制机器人移动到安全位置；

机器人程序控制机器人沿着【G】曲线移动，并且保证绘图笔到模块台面的距离保持一致；

机器人程序控制机器人移动到安全位置；

机器人程序控制机器人沿着【H】内侧的五角星的边移动，并且保证绘图笔到模块台面的距离保持一致；

机器人程序控制机器人移动到安全位置；

机器人程序控制机器人沿着【H】外侧的五边形的边移动，并且保证绘图笔到模块台面的距离保持一致；

机器人程序控制机器人移动到安全位置；

机器人程序控制机器人移动到放置绘图笔位置(与抓取位置相同)；

机器人程序复位【松开小三臂夹爪抓紧】信号；

机器人程序设置【松开小三臂夹爪松开】信号；

PLC接到信号后，控制电磁阀吸合，空压机气体流通至快装装置，快装装置控制小三臂夹爪松开，让小三臂夹爪把绘图笔放下；

机器人程序控制机器人移动到安全位置；

机器人程序控制机器人移动到放置小三臂夹爪的位置(与抓取位置相同)；

机器人程序复位【夹具快装装置卡紧】信号；

机器人程序设置【夹具快装装置松开】信号；

PLC接到信号后，控制电磁阀吸合，空压机气体流通至快装装置，使其松开，放下小三臂夹爪；

机器人程序控制机器人移动到安全位置；

轨迹训练处理完成。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.工业机器人基本技能操作平台实训系统，其特征在于，包括

机器人本体，所述机器人本体设有一底座；

连接件，所述连接件与所述机器人本体相连，用于连接实训模块；

控制器柜；所述控制器柜设有I/O板，所述I/O板与PLC控制器相连，用于机器人本体在不同实训模块下控制相应的外围设备；

夹具，所述夹具与所述机器人本体相连，用于根据PLC控制器的指令执行不同的操作，所述夹具通过电磁阀与一空气压缩机相连。

2.如权利要求1所述的工业机器人基本技能操作平台实训系统，其特征在于，所述实训模块为轨迹训练模块、工件装备模块、检测排列模块、车窗涂胶模块、零件码垛模块、图块搬运模块中的任一种。

3.如权利要求2所述的工业机器人基本技能操作平台实训系统，其特征在于，所述实训模块为检测排列模块，所述检测排列模块分别连接有正向传感器和反向传感器，所述正向传感器、反向传感器与所述PLC控制器相连。

4.如权利要求1-3任一项所述的工业机器人基本技能操作平台实训系统，其特征在于，所述实训模块设有一连接座，所述连接座与所述底座通过连接件活动连接。

5.如权利要求4所述的工业机器人基本技能操作平台实训系统，其特征在于，所述底座、实训模块的台面分别使用板金和铝板制作而成，用于加重系统的重量。

6.如权利要求4所述的工业机器人基本技能操作平台实训系统，其特征在于，所述夹具为三臂夹爪或吸盘夹具。

7.如权利要求4所述的工业机器人基本技能操作平台实训系统，其特征在于，所述夹具通过气管的控制来更换。

8.如权利要求5所述的工业机器人基本技能操作平台实训系统，其特征在于，所述实训模块的台面为铝制台面，所述铝制台面表面通过氧化喷砂处理。

9.如权利要求5所述的工业机器人基本技能操作平台实训系统，其特征在于，所述实训模块的运作包括使用演示和任务驱动。

10.如权利要求5所述的工业机器人基本技能操作平台实训系统，其特征在于，所述实训模块设有对应的配套使用说明书、配套课程包、教材学材、数字化资源包。