CN110060534A - 虚实结合的机器人教育综合实训室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种虚实结合的机器人教育综合实训室，包括多个机器人手臂、多个机器人控制柜、多个实训工作平台、多个机器人手爪、虚拟调试实训工作区、智能工厂虚拟仿真实训区，各机器人手爪分别安装在各机器人手臂的前端，各机器人手臂分别与各机器人控制柜连接，多个所述机器人控制柜与所述虚拟调试实训工作区和智能工厂虚拟仿真实训区信号连接；所述实训工作平台包括实训工件，各机器人手臂通过各机器人手爪与各实训工件相配合。该机器人教育综合实训室为培训人员提供按指定的轨迹学习编写机器人自动操作程序，实现了机器人基础教学应用的虚实结合实训。

Description

虚实结合的机器人教育综合实训室

技术领域

本发明涉及机器人教育领域，尤其涉及一种虚实结合的机器人教育综合实训室。

背景技术

虚拟调试是虚拟现实技术在工业领域的应用，通过虚拟技术创建出物理制造环境的数字复制品，以用于测试和验证产品设计的合理性。在教育方面以及智能制造方面上，通常在虚拟仿真软件中利用PLC控制系统实现虚拟机器人以及其周边虚拟设备的自动运行。在PLC程序逻辑验证上，大多只是对PLC程序本身的逻辑关系进行验证，缺少PLC程序与实体设备综合运用时的逻辑关系验证，即缺少验证PLC程序是否能正确地驱动实体设备以完成其设计的功能。因为在虚拟调试中，很容易忽略真实设备的有效行程、运行速度、干涉、碰撞等问题，导致PLC程序在虚拟智能终端和在实体设备中的运行之间存在很大差别，导致在虚拟智能终端中验证通过的PLC程序在实体设备中运行时发生撞机、运行逻辑错误、设备干涉等问题。

因此，亟需开发一种帮助培训人员面向机器人基础教学应用的虚实结合实训工作平台。

发明内容

本发明的目的在于提供一种虚实结合的机器人教育综合实训室，该机器人教育综合实训室为培训人员提供按指定的轨迹学习编写机器人自动操作程序，实现了机器人基础教学应用的虚实结合实训。

其技术方案如下：

虚实结合的机器人教育综合实训室，包括多个机器人手臂、多个机器人控制柜、多个实训工作平台、多个机器人手爪、虚拟调试实训工作区、智能工厂虚拟仿真实训区，各机器人手爪分别安装在各机器人手臂的前端，各机器人手臂分别与各机器人控制柜连接，多个所述机器人控制柜与所述虚拟调试实训工作区和智能工厂虚拟仿真实训区信号连接；所述实训工作平台包括实训工件，各机器人手臂通过各机器人手爪与各实训工件相配合。

还包括安全围栏，所述安全围栏围闭间隔形成多个工作区间，各所述机器人手臂、实训工作平台安装在各所述工作区间内，各所述机器人控制柜安装在与各所述机器人手臂相对应的工作区间外，所述虚拟调试实训工作区、智能工厂虚拟仿真实训区位于所述工作区间外。

还包括输送带，间隔在两相邻的所述机器人手臂之间的安全围栏设有输送通孔，所述输送带穿过所述输送通孔，两相邻的所述机器人手臂通过所述输送带输送传递配合。

所述虚拟调试实训工作区包括多个第一计算机、多个第一办公台，各所述第一计算机分别放置在各所述第一办公台上；所述智能工厂虚拟仿真实训区位包括多个第二计算机、多个第二办公台，各所述第二计算机分别放置在各所述第二办公台上，所述第一计算机、第二计算机与所述机器人控制柜信号连接。

所述实训工作平台还包括柔性平台、料架，所述料架安装在所述柔性平台上，所述实训工件包括搬运工件，所述搬运工件安装在所述料架上，所述机器人手爪包括搬运手爪，所述机器人手臂通过所述搬运手爪与所述搬运工件相配合。

所述实训工作平台还包括定位固定夹具，所述实训工件还包括弧焊工件，所述弧焊工件通过所述定位固定夹具安装在所述柔性平台上，所述机器人手爪还包括仿真弧焊手爪，所述机器人手臂通过所述仿真弧焊手爪与所述弧焊工件相配合。

所述实训工件还包括书写板，所述书写板通过所述定位固定夹具安装在所述柔性平台上，所述机器人手爪还包括龙飞凤舞手爪，所述机器人手臂通过所述龙飞凤舞手爪与所述书写板相配合。

所述实训工件还包括点焊工件，所述点焊工件通过所述定位固定夹具安装在所述柔性平台上，所述机器人手爪还包括仿真点焊手爪，所述机器人手臂通过所述仿真点焊手爪与所述点焊工件相配合。

所述实训工作平台还包括平台夹具，所述实训工件还包括画龙点睛模块，所述画龙点睛模块通过所述平台夹具安装在所述柔性平台上，所述机器人手爪还包括过曲线手爪，所述机器人手臂通过所述过曲线手爪与所述画龙点睛模块相配合。

所述实训工件还包括穿山越岭实训模块，所述穿山越岭实训模块通过所述平台夹具安装在所述柔性平台上，所述机器人手臂通过所述过曲线手爪与所述穿山越岭实训模块相配合。

还包括多个工件手爪放置台，各所述工件手爪放置台分别安装在各所述工作区间内，各所述工件手爪放置台、实训工作平台分别位于各所述机器人手爪的两相反侧。

需要说明的是：

前述“第一、第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于对名称的区分。

下面对本发明的优点或原理进行说明：

1、本虚实结合的机器人教育综合实训室包括多个机器人手臂、多个机器人控制柜、多个实训工作平台、多个机器人手爪、虚拟调试实训工作区、智能工厂虚拟仿真实训区，实训工作平台具有实训工件，各机器人手臂通过各机器人手爪与各实训工件相配合，模拟机器人真实操作；

需要实训时，培训人员从智能工厂虚拟仿真实训区向机器人控制柜发出虚拟动作指令，机器人控制柜根据虚拟动作指令，在模拟测试环境中控制机器人手臂进行相应的仿真操作，获取仿真操作的第一输出信息；机器人控制柜判断第一输出信息中是否包含有预设的第一缺陷信息，如是，调节实训工件的放置位置和/或虚拟动作指令，根据调节后的实训工件的放置位置和/或虚拟动作指令，再次在模拟测试环境中控制机器人手臂进行相应的仿真操作，并再次获取仿真操作的第二输出信息，直到仿真操作后获取的第二输出信息不包含预设的第一缺陷信息；机器人手臂接收实体动作指令，根据实体动作指令，在真实测试环境中进行相应的实体操作，获取实体操作的第三输出信息；机器人控制柜判断第三输出信息中是否包含有第二缺陷信息，如是，调节虚拟动作指令后，再根据调节后的虚拟动作指令调节实体动作指令，根据调节后的实体动作指令再次进行机器人手臂操作，并再次获取机器人手臂操作的第四输出信息，直到机器人手臂操作后的第四输出信息不包含第二缺陷信息；

由此可见，通过智能工厂虚拟仿真实训区、机器人控制柜和机器人手臂对PLC程序进行双重逻辑验证，不仅能有效避免PLC程序在实际生产运行中可能存在的安全隐患，还能使让培训人员了解到PLC程序在虚拟智能终端和实体设备中运行的不同，通过多次调试和检讨分析，能让学生养成习惯思维，使其在PLC编程时就避免大部分可能在实体设备发生的问题，缩短调试的时间。

该机器人教育综合实训室通过虚拟调试和实体调试的双重逻辑验证来避免PLC程序在实际生产运行中可能存在的安全隐患，为培训人员提供按指定的轨迹学习编写机器人自动操作程序，实现了机器人基础教学应用的虚实结合实训。

2、安全围栏根据现场实际要求设计制作，将设备工作区域与人员活动区域隔开，防止机器人手臂在自动运行过程中由于人为的进入导致的安全事故，保证人员的生命财产安全。

3、输送带的设置，实现两个机器人手臂在两个工作区间之间的联线作业。

4、虚拟调试实训工作区包括多个第一计算机、多个第一办公台，智能工厂虚拟仿真实训区位包括多个第二计算机、多个第二办公台，第一计算机、第二计算机与机器人控制柜信号连接，实现了虚拟调试实训工作区的第一计算机、智能工厂虚拟仿真实训区的第二计算机与机器人控制柜的信号互联互通。

5、机器人手臂通过搬运手爪与搬运工件相配合，实现物料的搬运、码垛，可用于学习编写机器人自动搬运、码垛程序。

6、机器人手臂通过仿真弧焊手爪与弧焊工件相配合，模拟真实弧焊过程，可用于学习编写机器人自动弧焊程序。

7、机器人手臂通过仿真点焊手爪与点焊工件相配合，模拟真实点焊过程，可用于学习编写机器人自动点焊程序。

8、实训工件还包括书写板，机器人手爪还包括龙飞凤舞手爪，机器人手臂通过龙飞凤舞手爪与书写板相配合，按照预先编写的机器人程序运动，写出所要写的字。

9、机器人手臂通过过曲线手爪与画龙点睛模块相配合，模拟真实曲线制作过程，按指定的轨迹学习编写机器人自动过曲线程序。

10、机器人手臂通过过曲线手爪与穿山越岭实训模块相配合，提供机器人空间运行轨迹应用实训，训练轨迹的柔顺性、精确性，学习编写机器人空间运行轨迹程序。

11、工件手爪放置台放置各种闲置的机器人手爪及实训工件，机器人手爪是安装在机器人手臂前端的执行器，是直接与实训工件接触的构件，不同的实训项目有不同的机器人手爪及实训工件与其相匹配，因此需更换不同的机器人手爪及实训工件，工件手爪放置台方便更换下来的各种闲置的机器人手爪及实训工件的放置。

附图说明

图1是本发明实施例虚实结合的机器人教育综合实训室的立体示意图一。

图2是图1-A的局部放大图。

图3是图1-B的局部放大图。

图4是图1-C的局部放大图。

图5是本发明实施例虚实结合的机器人教育综合实训室的立体示意图二。

图6是图5-D的局部放大图。

图7是图5-F的局部放大图。

图8是本发明实施例虚实结合的机器人教育综合实训室的平面示意图。

附图标记说明：

10、机器人手臂，20、机器人控制柜，30、实训工作平台，31、实训工件，311、搬运工件，312、弧焊工件，313、画龙点睛模块，314、点焊工件，315书写板，316、穿山越岭实训模块，32、柔性平台，33、料架，34、定位固定夹具，35、平台夹具，40、机器人手爪，41、搬运手爪，42、仿真弧焊手爪，43、仿真点焊手爪，44、过曲线手爪，45龙飞凤舞手爪，50、虚拟调试实训工作区，51、第一计算机，52、第一办公台，60、智能工厂虚拟仿真实训区，61、第二计算机，62、第二办公台，70、安全围栏，71、工作区间，80、输送带，90、工件手爪放置台。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明。

如图1至图8所示，虚实结合的机器人教育综合实训室，包括多个机器人手臂10、多个机器人控制柜20、多个实训工作平台30、多个机器人手爪40、虚拟调试实训工作区50、智能工厂虚拟仿真实训区60，各机器人手爪40分别安装在各机器人手臂10的前端，各机器人手臂10分别与各机器人控制柜20连接，多个机器人控制柜20与虚拟调试实训工作区50和智能工厂虚拟仿真实训区60信号连接；实训工作平台30包括实训工件31，各机器人手臂10通过各机器人手爪40与各实训工件31相配合。

其中，虚实结合的机器人教育综合实训室还包括安全围栏70、输送带80、多个工件手爪放置台90，安全围栏70围闭间隔形成多个工作区间71，各机器人手臂10、实训工作平台30安装在各工作区间71内，各机器人控制柜20安装在与各机器人手臂10相对应的工作区间71外，虚拟调试实训工作区50、智能工厂虚拟仿真实训区60位于工作区间71外；各工件手爪放置台90分别安装在各工作区间71内，各工件手爪放置台90、实训工作平台30分别位于各机器人手爪40的两相反侧；

间隔在两相邻的机器人手臂10之间的安全围栏70设有输送通孔，输送带80穿过输送通孔，两相邻的机器人手臂10通过输送带80输送传递配合。

虚拟调试实训工作区50包括多个第一计算机51、多个第一办公台52，各第一计算机51分别放置在各第一办公台52上；智能工厂虚拟仿真实训区60位包括多个第二计算机61、多个第二办公台62，各第二计算机61分别放置在各第二办公台62上，第一计算机51、第二计算机61与机器人控制柜20信号连接。

实训工作平台30还包括柔性平台32、料架33、定位固定夹具34、平台夹具35，料架33安装在柔性平台32上，实训工件31包括搬运工件311、弧焊工件312、书写板、点焊工件314、画龙点睛模块313、穿山越岭实训模块，搬运工件311安装在料架33上，机器人手爪40包括搬运手爪41、仿真弧焊手爪42、龙飞凤舞手爪45、仿真点焊手爪43、过曲线手爪44，机器人手臂10通过搬运手爪41与搬运工件311相配合；

弧焊工件312、书写板、点焊工件314分别通过定位固定夹具34安装在柔性平台32上，机器人手臂10通过仿真弧焊手爪42与弧焊工件312相配合；

机器人手臂10通过龙飞凤舞手爪45与书写板相配合；

机器人手臂10通过仿真点焊手爪43与点焊工件314相配合；

画龙点睛模块313通过平台夹具35安装在所述柔性平台32上，机器人手臂10通过所述过曲线手爪44与画龙点睛模块313相配合；

穿山越岭实训模块通过平台夹具35安装在柔性平台32上，机器人手臂10通过过曲线手爪44与穿山越岭实训模块相配合。

本实施例具有如下优点：

1、本虚实结合的机器人教育综合实训室包括多个机器人手臂10、多个机器人控制柜20、多个实训工作平台30、多个机器人手爪40、虚拟调试实训工作区50、智能工厂虚拟仿真实训区60，实训工作平台30具有实训工件31，各机器人手臂10通过各机器人手爪40与各实训工件31相配合，模拟机器人真实操作，需要实训操作时，培训人员把编写好的机器人自动操作程序录入到机器人控制柜20里，然后机器人控制柜20控制机器人手臂10动作，机器人手臂10控制机器人手爪40对实训工件31进行操作；虚拟调试实训工作区50用于虚拟调试机器人手臂10操作，智能工厂虚拟仿真实训区60用于虚拟智能工厂控制机器人操作；

该机器人教育综合实训室为培训人员提供按指定的轨迹学习编写机器人自动操作程序，实现了机器人基础教学应用的虚实结合实训。

2、安全围栏70根据现场实际要求设计制作，将设备工作区域与人员活动区域隔开，防止机器人手臂10在自动运行过程中由于人为的进入导致的安全事故，保证人员的生命财产安全。

3、输送带80的设置，实现两个机器人手臂10在两个工作区间71之间的联线作业。

4、虚拟调试实训工作区50包括多个第一计算机51、多个第一办公台52，智能工厂虚拟仿真实训区60位包括多个第二计算机61、多个第二办公台62，第一计算机51、第二计算机61与机器人控制柜20信号连接，实现了虚拟调试实训工作区50的第一计算机51、智能工厂虚拟仿真实训区60的第二计算机61与机器人控制柜20的信号互联互通。

5、机器人手臂10通过搬运手爪41与搬运工件311相配合，实现物料的搬运、码垛，可用于学习编写机器人自动搬运、码垛程序。

6、机器人手臂10通过仿真弧焊手爪42与弧焊工件312相配合，模拟真实弧焊过程，可用于学习编写机器人自动弧焊程序。

7、机器人手臂10通过仿真点焊手爪43与点焊工件314相配合，模拟真实点焊过程，可用于学习编写机器人自动点焊程序。

8、实训工件31还包括书写板，机器人手爪40还包括龙飞凤舞手爪45，机器人手臂10通过龙飞凤舞手爪45与书写板相配合，按照预先编写的机器人程序运动，写出所要写的字。

9、机器人手臂10通过过曲线手爪44与画龙点睛模块313相配合，模拟真实曲线制作过程，按指定的轨迹学习编写机器人自动过曲线程序。

10、机器人手臂10通过过曲线手爪44与穿山越岭实训模块相配合，提供机器人空间运行轨迹应用实训，训练轨迹的柔顺性、精确性，学习编写机器人空间运行轨迹程序。

11、工件手爪放置台90放置各种闲置的机器人手爪40及实训工件31，机器人手爪40是安装在机器人手臂10前端的执行器，是直接与实训工件31接触的构件，不同的实训项目有不同的机器人手爪40及实训工件31与其相匹配，因此需更换不同的机器人手爪40及实训工件31，工件手爪放置台90方便更换下来的各种闲置的机器人手爪40及实训工件31的放置。

以上仅为本发明的具体实施例，并不以此限定本发明的保护范围；在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.虚实结合的机器人教育综合实训室，其特征在于，包括多个机器人手臂、多个机器人控制柜、多个实训工作平台、多个机器人手爪、虚拟调试实训工作区、智能工厂虚拟仿真实训区，各机器人手爪分别安装在各机器人手臂的前端，各机器人手臂分别与各机器人控制柜连接，多个所述机器人控制柜与所述虚拟调试实训工作区和智能工厂虚拟仿真实训区信号连接；所述实训工作平台包括实训工件，各机器人手臂通过各机器人手爪与各实训工件相配合。

2.如权利要求1所述的虚实结合的机器人教育综合实训室，其特征在于，还包括安全围栏，所述安全围栏围闭间隔形成多个工作区间，各所述机器人手臂、实训工作平台安装在各所述工作区间内，各所述机器人控制柜安装在与各所述机器人手臂相对应的工作区间外，所述虚拟调试实训工作区、智能工厂虚拟仿真实训区位于所述工作区间外。

3.如权利要求2所述的虚实结合的机器人教育综合实训室，其特征在于，还包括输送带，间隔在两相邻的所述机器人手臂之间的安全围栏设有输送通孔，所述输送带穿过所述输送通孔，两相邻的所述机器人手臂通过所述输送带输送传递配合。

4.如权利要求1所述的虚实结合的机器人教育综合实训室，其特征在于，所述虚拟调试实训工作区包括多个第一计算机、多个第一办公台，各所述第一计算机分别放置在各所述第一办公台上；所述智能工厂虚拟仿真实训区位包括多个第二计算机、多个第二办公台，各所述第二计算机分别放置在各所述第二办公台上，所述第一计算机、第二计算机与所述机器人控制柜信号连接。

5.如权利要求1至4任一项所述的虚实结合的机器人教育综合实训室，其特征在于，所述实训工作平台还包括柔性平台、料架，所述料架安装在所述柔性平台上，所述实训工件包括搬运工件，所述搬运工件安装在所述料架上，所述机器人手爪包括搬运手爪，所述机器人手臂通过所述搬运手爪与所述搬运工件相配合。

6.如权利要求5所述的虚实结合的机器人教育综合实训室，其特征在于，所述实训工作平台还包括定位固定夹具，所述实训工件还包括弧焊工件，所述弧焊工件通过所述定位固定夹具安装在所述柔性平台上，所述机器人手爪还包括仿真弧焊手爪，所述机器人手臂通过所述仿真弧焊手爪与所述弧焊工件相配合。

7.如权利要求6所述的虚实结合的机器人教育综合实训室，其特征在于，所述实训工件还包括点焊工件，所述点焊工件通过所述定位固定夹具安装在所述柔性平台上，所述机器人手爪还包括仿真点焊手爪，所述机器人手臂通过所述仿真点焊手爪与所述点焊工件相配合。

8.如权利要求5所述的虚实结合的机器人教育综合实训室，其特征在于，所述实训工作平台还包括平台夹具，所述实训工件还包括画龙点睛模块，所述画龙点睛模块通过所述平台夹具安装在所述柔性平台上，所述机器人手爪还包括过曲线手爪，所述机器人手臂通过所述过曲线手爪与所述画龙点睛模块相配合。

9.如权利要求8所述的虚实结合的机器人教育综合实训室，其特征在于，所述实训工件还包括穿山越岭实训模块，所述穿山越岭实训模块通过所述平台夹具安装在所述柔性平台上，所述机器人手臂通过所述过曲线手爪与所述穿山越岭实训模块相配合。

10.如权利要求2至4任一项所述的虚实结合的机器人教育综合实训室，其特征在于，还包括多个工件手爪放置台，各所述工件手爪放置台分别安装在各所述工作区间内，各所述工件手爪放置台、实训工作平台分别位于各所述机器人手爪的两相反侧。