CN107825443A - 多功能组合式工业机器人开放式实训系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多功能组合式工业机器人开放式实训系统，其包括：安全防护栏、编程计算机及移动小车、快速装夹平台、机器人外部接线板、描图操作模块、触摸屏、PLC及驱动模块、机器人控制柜及示教盒、超静音空气压缩机、机器人底座、位于机器人底座上的工业机器人、自动输送线模块及搬运模块、快换工具装置、以及工具挂板。本发明教学系统模块化设计，每个功能模块相对独立，用户可根据实验项目需求选择应用和组合相应功能模块。所有功能模块合理布局放置于工业快速装夹平台上，可以完成工业机器人绘图、码垛、搬运、排列、装配等实训功能，旨在培养学生的工业机器人编程能力和系统测试、操作维护能力，达到快速提高职业技能，提高就业竞争力。

Description

多功能组合式工业机器人开放式实训系统

技术领域

本发明适用于教学系统的技术领域，具体涉及一种多功能组合式工业机器人开放式实训系统。

背景技术

近年来，工业机器人在各个领域迅速发展，《2016-2021年中国工业机器人行业产销需求预测与转型升级分析报告》中数据显示：2016年我国全年工业机器人产量已经达到7.24万台，同比增长了34.3％；今年1-4月份，我国工业机器人产量达35073台，同比增长51.7％，增长幅度很大。2016年至2017年，美洲和欧洲的机器人销量预计年均增长6％，在亚洲/澳洲预计年均增长16％。IFR预测，至2017年底，全球范围内工厂工业机器人保有量预计将达200万台，数据如图1佐证。

伴随着机器换人浪潮的到来，对这类技术技能型人才的需求变得越来越迫切。当前 机器人行业的增长速度与专业人才的需求存在很大的缺口，全国范围内的人才缺口已达 百万人以上。如何快速高效高质量的培养企业所需的工业机器人相关技能人才成为高等 教育迫切需要解决的问题。随着各高职高校工业机器人专业建设发展，除师资培养外，更急需一系列接近工业实际应用并且针对技能培训需求专门做了优化设计的工业机器

发明内容

本发明的目的在于提供一种旨在培养学生的工业机器人编程能力和系统测试、操作维护能力的多功能组合式工业机器人开放式实训系统。

本发明提供一种多功能组合式工业机器人开放式实训系统，其包括：安全防护栏、位于安全防护栏外的编程计算机及移动小车、位于安全防护栏内的快速装夹平台、机器人外部接线板、描图操作模块、触摸屏、PLC及驱动模块、机器人控制柜及示教盒、超静音空气压缩机、机器人底座、位于机器人底座上的工业机器人、自动输送线模块及搬运模块、快换工具装置、以及工具挂板；其中，所述工具挂板位于安全防护栏的内壁上；机器人外部接线板、描图操作模块、触摸屏、PLC及驱动模块、超静音空气压缩机、和自动输送线模块及搬运模块均位于快速装夹平台上；机器人控制柜及示教盒和机器人底座均位于安全防护栏内部。

优选地，所述机器人外部接线板、描图操作模块、超静音空气压缩机、和自动输送线模块及搬运模块位于快速装夹平台的一侧，触摸屏和PLC及驱动模块位于快速装夹平台的另一侧。

优选地，所述快速装夹平台上设有5个简单模块和10个复杂模块。

优选地，所述5个简单模块包括TCP标定模块、绘图模块、所述描图操作模块、图块搬运操作模块、零件码垛操作模块；所述10个复杂模块包括自动输送线模块、搬运模块、组装模块、码垛模块、视觉系统模块、汽车模型模块、车窗存储模块、斜面模块、检测排列模块、和仓储模块。

优选地，所述10个复杂模块通过不同组合完成工业机器人10项集成训练项目，10项集成训练项目包括输送搬运作业、输送组装作业、输送码垛作业、视觉搬运作业、视觉组装作业、视觉码垛作业、视觉输送作业、车窗涂胶装配作业、斜面搬运作业、和检测排列作业，其中，所述自动输送线模块及搬运模块为所述所述自动输送线模块和搬运模块的统称。

优选地，所述TCP标定模块包括固定底板、定位柱、和不锈钢拉手；绘图模块包括绘图固定底板、绘图纸、磁铁、和不锈钢拉手；描图操作模块包括固定底板、刻蚀弧面板、和不锈钢拉手；图块搬运操作模块包括固定底板、图块、和不锈钢拉手；零件码垛操作模块包括物料底板、码垛零件、和不锈钢拉手。

优选地，所述自动输送线模块包括自动输送线组件、固定底板、和不锈钢拉手；搬运模块包括摆放平台、样件、固定底板、和不锈钢拉手；组装模块包括由装配工件、定位平台、固定底板、和不锈钢拉手；码垛模块包括样件、码垛平台、固定底板、和不锈钢拉手；视觉系统模块包括CCD工业视觉系统、支架、固定底板、和不锈钢拉手；汽车模型模块包括车窗存储装置、汽车车窗、固定底板、和不锈钢拉手；车窗存储模块包括车窗存储装置、和汽车车窗；斜面模块包括斜面编码平台、样件、固定底板、和不锈钢拉手；检测排列模块包括光纤放大器、光纤传感器、玻璃板、检测装置、固定底板、和不锈钢拉手；仓储模块包括仓库、检测工件、固定底板、和不锈钢拉手。

本发明教学系统模块化设计，每个功能模块相对独立，用户可根据实验项目需求选择应用和组合相应功能模块。所有功能模块合理布局放置于工业快速装夹平台上，通过与PLC开放式控制系统安全插拔电缆连接，可以完成工业机器人绘图、码垛、搬运、排列、装配等实训功能，旨在培养学生的工业机器人编程能力和系统测试、操作维护能力，达到快速提高职业技能，提高就业竞争力。

附图说明

图1为2005-2018年我国市场工业机器人销量趋势图(台)；

图2为本发明多功能组合式工业机器人开放式实训系统的立体图；

图3为图2所示多功能组合式工业机器人开放式实训系统另一角度的立体图；

图4为图2所示多功能组合式工业机器人开放式实训系统的俯视图；

图5为图2所示多功能组合式工业机器人开放式实训系统的主视图。

具体实施方式

本发明揭示一种工业机器人综合应用实训室，工业机器人综合应用实训室用于多功能组合式工业机器人开放式实训系统，其包括串联机器人结构展示墙、并联机器人结构展示墙、36套互动式学习区桌椅、可移动液晶交互式智能平板及系统、平板触摸屏、应用展示多媒体系统软件、模块化积木式可拆装串联机器人及展示台、仿人形舞蹈机器人及展示台、LEGO机器人创新套装及展示台、扫地机器人及展示台、擦窗机器人及展示台等。

多功能组合式工业机器人开放式实训系统主要包括了工业机器人技术、多种作业技术、电机及调速技术、传感器检测技术、视觉检测技术、PLC编程技术、气动技术等技术。本发明教学系统占地面积约为3400mm×2800mm。

如图2至图5所示，多功能组合式工业机器人开放式实训系统包括：安全防护栏1、位于安全防护栏1外的编程计算机及移动小车2、位于安全防护栏1内的快速装夹平台 3、机器人外部接线板4、描图操作模块5、触摸屏6、PLC及驱动模块7、机器人控制柜及示教盒8、超静音空气压缩机9、机器人底座10、位于机器人底座10上的工业机器人 11、自动输送线模块及搬运模块12、快换工具装置13、以及工具挂板14。

其中，工具挂板14位于安全防护栏1的内壁上；机器人外部接线板4、描图操作模块5、触摸屏6、PLC及驱动模块7、超静音空气压缩机9、和自动输送线模块及搬运模块12均位于快速装夹平台3上；机器人外部接线板4、描图操作模块5、超静音空气压缩机9、和自动输送线模块及搬运模块12位于快速装夹平台3的一侧，触摸屏6和PLC 及驱动模块7位于快速装夹平台3的另一侧；快换工具装置13和机器人底座10平行放置在安全防护栏1内；机器人控制柜及示教盒8和机器人底座10均位于安全防护栏1 内部。

其中，描图操作模块5简单模块，自动输送线模块及搬运模块12是复杂模块的统称，而不是特指具体模块。

本发明多功能组合式工业机器人开放式实训系统还包括机器人末端工具、简单实训模块和复杂实训模块，机器人末端工具具体包括绘图笔工具、手爪夹具、吸盘工具和胶枪工具。

可快速更换安装在快速装夹平台3上的5个简单模块,5个简单模块包括TCP标定模块、绘图模块、描图操作模块5、图块搬运操作模块、零件码垛操作模块，这5个简单模块满足工业机器人5项基本操作训练需求，另配置10个复杂模块，10个复杂模块包括自动输送线模块、搬运模块、组装模块、码垛模块、视觉系统模块、汽车模型模块、车窗存储模块、斜面模块、检测排列模块、和仓储模块，10个复杂模块通过不同组合完成工业机器人10项集成训练项目，10项集成训练项目包括输送搬运作业、输送组装作业、输送码垛作业、视觉搬运作业、视觉组装作业、视觉码垛作业、视觉输送作业、车窗涂胶装配作业、斜面搬运作业、和检测排列作业。

5个简单模块介绍如下：

TCP标定模块：包括固定底板、定位柱、和不锈钢拉手，可以完成绘图笔工具的TCP设定。绘图模块：包括绘图固定底板、绘图纸、磁铁、和不锈钢拉手，通过操作机器人利用绘图笔工具在绘图纸上进得绘图作业,可以训练对机器人基本的点示教，直线、曲线运动足迹的掌握。描图操作模块：包括固定底板、刻蚀弧面板、和不锈钢拉手，通过绘图笔工具在平面、曲面上蚀刻不同图形规则的图案，可以学习对工业机器人基本的点示教，直线、曲线运动足迹。图块搬运操作模块：包括固定底板、图块、和不锈钢拉手，工业机器人通过吸盘工具把底板一侧的物料拾取搬运到另一侧过程，可以实现多边形和圆形物料的搬运。零件码垛操作模块：包括物料底板、码垛零件、和不锈钢拉手，工业机器人通过吸盘工具按要求拾取码垛零件块进行码垛任务，能练习对工业机器人码垛的理解并快速编程示教的强化训练。

10个复杂模块介绍如下：

自动输送线模块和搬运模块为自动输送线模块及搬运模块12的简称。

自动输送线模块：包括自动输送线组件、固定底板、和不锈钢拉手，通过自动输送线将样件输送至设定位置，来完成工件的输送作业。搬运模块：包括摆放平台、样件、固定底板、和不锈钢拉手，通过工业机器人吸盘工具将摆放的样件从一存储仓格搬运至另一存储仓格内，完成样件的搬运作业。组装模块：包括由装配工件(三种不同工件组成)、定位平台、固定底板、和不锈钢拉手，通过工业机器人快换工具分别不同方位进行三种工件组装作业，训练对工业机器人精确定位的学习。码垛模块：包括样件、码垛平台、固定底板、和不锈钢拉手，通过工业机器人吸盘工具将散乱放置的样件搬运至仓格内并有序摆放，完成样件的码垛作业。视觉系统模块：包括CCD工业视觉系统、支架、固定底板、和不锈钢拉手，能够运用视觉定位检测功能完成相应模块设定的作业。汽车模型模块：包括车窗存储装置、汽车车窗、固定底板、和不锈钢拉手，通过工业机器人末端快换工具进行模拟胶枪涂胶，完成车窗涂胶装配作业，训练对工业机器人点的示教、工业机器人运动轨迹选择等。车窗存储模块：包括车窗存储装置、和汽车车窗，具备汽车车窗的存储功能，能够协助完成车窗涂胶装配作业。斜面模块：包括斜面编码平台、样件、固定底板、和不锈钢拉手，通过工业机器人末端快换工具能够完成工件斜面搬运作业。检测排列模块：包括光纤放大器、光纤传感器、玻璃板、检测装置、固定底板、和不锈钢拉手，通过工业机器人末端快换工具运用光纤传感器，对存放在仓格内的玻璃板进行检测，能够完成工件检测排列作业。仓储模块：包括仓库、检测工件、固定底板、和不锈钢拉手，具备检测排列作业工件的存储功能，能够协助完成检测排列作业。

其中以上复杂模块可完成如下集成训练项目：

输送搬运作业：包括自动输送线模块和搬运模块，样件由自动输送线输送至设定位置，通过工业机器人末端工具将样件从自动输送线上搬运至存储仓格内，实现输送、抓取、搬运操作。输送组装作业：包括自动输送线模块和组装模块，样件(至少一个工件) 由自动输送线输送至设定位置，通过工业机器人末端快换工具从自动输送线上拾取，按给定程序分别不同方位进行三种工件组装作业，工件组装能训练对工业机器人精确定位和对快换工具安装使用的学习。输送码垛作业：包括自动输送线模块和码垛模块，样件由自动输送线输送至设定位置，通过工业机器人末端工具将样件从自动输送线上搬运至码垛仓格内，并有序摆放，完成样件的输送、抓取、码垛作业。视觉搬运作业：包括视觉系统模块和搬运模块，能够运用视觉的定位检测功能，通过工业机器人末端工具将样件搬运至相应的存储仓格内，完成本模块设定的视觉检测、抓取、搬运作业。视觉组装作业：包括视觉系统模块和组装模块，能够运用视觉的定位检测功能，通过工业机器人末端快换工具分别不同方位进行三种工件组装，完成本模块设定的工件视觉组装作业，训练对工业机器人精确定位和快换工具安装使用的学习。视觉码垛作业：包括视觉系统模块和码垛模块，能够运用视觉定位检测的功能，通过工业机器人末端工具将样件搬运至相应的仓格内，并有序摆放，完成样件的检测、抓取、码垛作业。视觉输送作业：包括视觉系统模块和自动输送线模块，样件由自动输送线输送至设定位置，能够运用视觉定位检测的功能，完成自动化输送、检测作业。车窗涂胶装配作业：包括汽车模型模块和车窗存储模块，通过工业机器人末端快换工具拾取汽车车窗，并控制模拟胶枪进行涂胶，然后把车窗装配到汽车模型上，依次完成前窗、天窗、后窗的拾取、涂胶、装配作业，能训练工业机器人点的示教、工业机器人运动轨迹的选择。斜面搬运作业：包括斜面模块、固定底板、和不锈钢把手，通过工业机器人末端工具将摆放在斜面上的样件从一存储仓格搬运至另一存储仓格内，完成样件的斜面搬运作业。检测排列作业：包括检测排列模块和仓储模块，通过工业机器人末端快换工具，运用光纤传感器对存放在仓储模块仓格内的玻璃板进行检测，来判断玻璃板长边并选择插入方向，能够完成工件检测排列作业。

多功能组合式工业机器人开放式实训系统所有训练项目按两大类配置，一类为无驱动和检测的5个简单模块，实现工业机器人5项基本操作模块项目；另一类为含有驱动装置和(或)检测元件集成的10个复杂模块，通过特定的模块快速搭建组合，实现工业机器人10项集成训练项目。

本发明教学系统模块化设计，每个功能模块相对独立，用户可根据实验项目需求选择应用和组合相应功能模块。所有功能模块合理布局放置于工业快速装夹平台上，通过与PLC开放式控制系统安全插拔电缆连接，可以完成工业机器人绘图、码垛、搬运、排列、装配等实训功能，旨在培养学生的工业机器人编程能力和系统测试、操作维护能力，达到快速提高职业技能，提高就业竞争力。

本发明教学系统是一种功能丰富且最为典型的机电气一体化产品，是为高等院校、职业院校、职业教育培训机构而研制的，适合工业机器人、机电一体化、电气自动化等相关专业的教学和培训；本发明在接近工业生产制造现场基础上又针对教学及实训目的进行了专门设计，强化了机电气一体化的安装与调试能力。

本发明教学系统功能特点

本发明教学系统所应用的模块基本上能够涉及模拟工业机器人各方面的应用，是适合用于机器人教学的典型装备。其主要具备以下功能特点：

采用实训平台加实训功能模块的组合式结构，工业机器人本体配套专门的工具快速更换连接，并按训练需要配套多种适应于操作对象的工具。

功能模块包含PLC及驱动模块、简单实训模块、复杂实训等模块，且不借助工具可以完成所有实训模块的拆卸和更换。快速更换包括模块与实训平台台面之间、复杂模块组合之间进行。

简单模块无驱动和检测，通过快速更换，可以满足多种工业机器人基础训练的需求。复杂模含有驱动装置和(或)检测元件，可以通过不同模块间的快速安装组合应用，完成设定的十种以上不同机器人作业功能实训，学生可以按实训项目组合模块快速安装实训。

PLC及驱动模块与实训模块位于同一实训平台上，开放式布局，与本体复杂模块根据接线图电缆插拔连接，采用安全插孔和专用安全导线快速连接。包含所有驱动及电源、PLC设备和触摸屏。

复杂实训模块通过航插电缆与PLC控制系统连接，根据实训功能不同，设置不同的安全插拔转接板进行PLC驱动模块与复杂模块之间的电路连接实训。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种多功能组合式工业机器人开放式实训系统，其特征在于，其包括：安全防护栏、位于安全防护栏外的编程计算机及移动小车、位于安全防护栏内的快速装夹平台、机器人外部接线板、描图操作模块、触摸屏、PLC及驱动模块、机器人控制柜及示教盒、超静音空气压缩机、机器人底座、位于机器人底座上的工业机器人、自动输送线模块及搬运模块、快换工具装置、以及工具挂板；其中，所述工具挂板位于安全防护栏的内壁上；机器人外部接线板、描图操作模块、触摸屏、PLC及驱动模块、超静音空气压缩机、和自动输送线模块及搬运模块均位于快速装夹平台上；机器人控制柜及示教盒和机器人底座均位于安全防护栏内部。

2.根据权利要求1所述的多功能组合式工业机器人开放式实训系统，其特征在于：所述机器人外部接线板、描图操作模块、超静音空气压缩机、和自动输送线模块及搬运模块位于快速装夹平台的一侧，触摸屏和PLC及驱动模块位于快速装夹平台的另一侧。

3.根据权利要求1所述的多功能组合式工业机器人开放式实训系统，其特征在于：所述快速装夹平台上设有5个简单模块和10个复杂模块。

4.根据权利要求3所述的多功能组合式工业机器人开放式实训系统，其特征在于：所述5个简单模块包括TCP标定模块、绘图模块、所述描图操作模块、图块搬运操作模块、零件码垛操作模块；所述10个复杂模块包括自动输送线模块、搬运模块、组装模块、码垛模块、视觉系统模块、汽车模型模块、车窗存储模块、斜面模块、检测排列模块、和仓储模块；其中，所述自动输送线模块及搬运模块为所述所述自动输送线模块和搬运模块的统称。

5.根据权利要求4所述的多功能组合式工业机器人开放式实训系统，其特征在于：所述10个复杂模块通过不同组合完成工业机器人10项集成训练项目，10项集成训练项目包括输送搬运作业、输送组装作业、输送码垛作业、视觉搬运作业、视觉组装作业、视觉码垛作业、视觉输送作业、车窗涂胶装配作业、斜面搬运作业、和检测排列作业。

6.根据权利要求4所述的多功能组合式工业机器人开放式实训系统，其特征在于：所述TCP标定模块包括固定底板、定位柱、和不锈钢拉手；绘图模块包括绘图固定底板、绘图纸、磁铁、和不锈钢拉手；描图操作模块包括固定底板、刻蚀弧面板、和不锈钢拉手；图块搬运操作模块包括固定底板、图块、和不锈钢拉手；零件码垛操作模块包括物料底板、码垛零件、和不锈钢拉手。

7.根据权利要求4所述的多功能组合式工业机器人开放式实训系统，其特征在于：所述自动输送线模块包括自动输送线组件、固定底板、和不锈钢拉手；搬运模块包括摆放平台、样件、固定底板、和不锈钢拉手；组装模块包括由装配工件、定位平台、固定底板、和不锈钢拉手；码垛模块包括样件、码垛平台、固定底板、和不锈钢拉手；视觉系统模块包括CCD工业视觉系统、支架、固定底板、和不锈钢拉手；汽车模型模块包括车窗存储装置、汽车车窗、固定底板、和不锈钢拉手；车窗存储模块包括车窗存储装置、和汽车车窗；斜面模块包括斜面编码平台、样件、固定底板、和不锈钢拉手；检测排列模块包括光纤放大器、光纤传感器、玻璃板、检测装置、固定底板、和不锈钢拉手；仓储模块包括仓库、检测工件、固定底板、和不锈钢拉手。