CN110364046A - 一种模块化机器人教学实训平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人教学领域，具体是一种模块化机器人教学实训平台,包括用于支撑六自由度工业机器人的型材实训桌、设置在型材实训桌上的模块定位基台，还包括：双气动手爪夹具、输送线基础码垛与视觉检测分拣码垛单元、工具快换单元、模拟焊接打磨模块、模拟压铸模块、模拟轨迹与书写模块、模拟搬运码垛模块、气动控制系统、模拟装配与立体库存储模块、电气控制单元，本发明通过各个模块组成，结构简单、紧凑，占用空间小，更换方便，在有限的实训平台可用面积内实现机器人书写、上下料、搬运、码垛、模拟焊接、打磨、工具切换类众多功能，同时也可以进行电气线路设计、PLC编程与调试、机器人编程、机器人视觉检测软件编程类多方面训练。

Description

一种模块化机器人教学实训平台

技术领域

本发明涉及机器人教学领域，具体是一种模块化机器人教学实训平台。

背景技术

随着机器人在各行业的广泛应用，机器人教育也变得越来越重要，机器人教学实训平台也应运而生。机器人教学实训平台具有很好的演示效果，同时也能够培养学生们的动手操作能力。现有的机器人教学实训平台结构复杂、执行元件多、占地面积大、价格偏高等缺点。首先，结构复杂、执行元件多容易分散学生的注意力，在有限的教学时间内，不能够达到所要演示的效果，且复杂的结构容易出现故障，增加维修成本；其次，偏大的占地面积也不易于教师的管理教学，也很难实现一人一机或少人一机的实训要求，不利于提高学生的动手能力。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种模块化机器人教学实训平台。

一种模块化机器人教学实训平台,包括用于支撑六自由度工业机器人的型材实训桌、设置在型材实训桌上的模块定位基台，还包括：

双气动手爪夹具，设置在六自由度工业机器人的末端上，用于协助六自由度工业机器人完成抓取、搬运、码垛、书写、焊接模拟、打磨类操作；

输送线基础码垛与视觉检测分拣码垛单元，设置在型材实训桌上且与六自由度工业机器人配合，用于进行码垛和智能分拣；

工具快换单元，设置在型材实训桌上，用于配合六自由度工业机器人进行工具切换；

模拟焊接打磨模块，设置在模块定位基台上，用于实现模拟打磨；

模拟压铸模块，设置在模块定位基台上，用于实现模拟压铸；

模拟轨迹与书写模块，设置在模块定位基台上，用于实现模拟轨迹与书写；

模拟搬运码垛模块，设置在模块定位基台上，用于实现模拟搬运码垛；

气动控制系统，设置在工具快换单元与模拟焊接打磨模块之间，用于提供气动的驱动力；

模拟装配与立体库存储模块，设置在远离六自由度工业机器人的一端上且与六自由度工业机器人配合，根据不同的数据将装配的工件放置好；

电气控制单元，设置在模块定位基台与模拟装配与立体库存储模块之间，用于进行电气控制。

所述的型材实训桌的边角处设置有三色警示灯、安全光幕、机器人示教器，所述的模块定位基台上设置有定位基台架、设置在定位基台架上的若干组定位基板、设置在定位基板上的定位螺纹销。

所述的模块定位基台上设置有用于定位的手旋把手。

所述的双气动手爪夹具包括夹爪一、夹爪二、与夹爪一、夹爪二配合的气动手指一、与气动手指一配合的连接座底板、设置在连接座底板上的气动手指二、与气动手指二配合的两组夹爪三。

所述的夹爪一上设置有黄铜柱，所述的夹爪二上开有气孔装有气动接头。

所述的输送线基础码垛与视觉检测分拣码垛单元包括支柱、设置在支柱上的工业相机和相机光源、设置在相机光源下端的输送线、安装在输送线末端的定位挡板、传感器、码垛板、与码垛板配合的基础码垛推料气缸、与基础码垛推料气缸配合的基础码垛料仓、设置在基础码垛推料气缸旁的视觉识别码垛推料气缸、与视觉识别码垛推料气缸配合的料仓、设置在输送线上且与基础码垛推料气缸、视觉识别码垛推料气缸配合的上经挡料板一、上经挡料板二。

所述的工具快换单元包括工具固定架、设置在工具固定架上且按照顺序放置的书写笔、吸盘、TCP工具、笔形打磨电机。

所述的模拟焊接打磨模块包括模块基板、设置在模块基板上的电机安装板及焊接架、设置在电机安装板上的步进电机、与步进电机连接的步进电机驱动器、与步进电机驱动器连接的联轴器、在焊接架两侧均有设置且与联轴器连接的支撑轴、与支撑轴配合的转动圆盘，所述的模块基板上设置有分别与两组支撑轴配合的带座轴承。

所述的模拟压铸模块包括压铸模块基板、设置在压铸模块基板上的上料位及压铸位、设置在上料位上的料仓、与料仓配合的上料气缸、设置在压铸模块基板上且与上料气缸配合的无杆气缸、设置在压铸位上的压铸气缸。

所述的模拟轨迹与书写模块包括轨迹模拟基板、设置在轨迹模拟基板上的轨迹模拟单元和书写单元，所述的轨迹模拟单元包括支撑板、设置在支撑板上的轨迹模拟板、设置在轨迹模拟板上的TCP标定尖锥，所述的书写单元包括书写底板、设置在书写底板上的A4纸。

所述的模拟搬运码垛模块包括模拟搬运基板、设置在模拟搬运基板上的码垛板及物料暂存板、设置在物料暂存板上的码垛块。

所述的焊接架上设置有用于夹持焊接工件的快速夹钳。

所述的模拟装配与立体库存储模块包括用于放置小方块的立体库模块基板、设置在立体库模块基板上的模拟立体货架、装配单元和RFID读写器，所述的装配单元包括用于放置装配工件的装配料仓、用于将装配料仓内的装配工件推出来的上料气缸。

本发明的有益效果是：本发明通过各个模块组成，结构简单、紧凑，占用空间小，更换方便，在有限的实训平台可用面积内实现机器人书写、上下料、搬运、码垛、模拟焊接、打磨、工具切换类众多功能，同时也可以进行电气线路设计、PLC编程与调试、机器人编程、机器人视觉检测软件编程类多方面训练。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的模块定位基台立体结构示意图；

图3是本发明的双气动手爪夹具立体结构示意图；

图4是本发明的工具快换单元立体结构示意图；

图5是本发明的模拟焊接打磨模块立体结构示意图；

图6是本发明的模拟装配与立体库存储模块立体结构示意图；

图7是本发明的输送线基础码垛与视觉检测分拣码垛单元立体结构示意图；

图8是本发明的模拟压铸模块立体结构示意图；

图9是本发明的轨迹模拟与书写模块立体结构示意图；

图10是本发明的模拟搬运码垛模块立体结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

如图1至图10所示，一种模块化机器人教学实训平台,包括用于支撑六自由度工业机器人1的型材实训桌12、设置在型材实训桌12上的模块定位基台10，还包括：

双气动手爪夹具2，设置在六自由度工业机器人1的末端上，用于协助六自由度工业机器人1完成抓取、搬运、码垛、书写、焊接模拟、打磨类操作；

输送线基础码垛与视觉检测分拣码垛单元3，设置在型材实训桌12上且与六自由度工业机器人1配合，用于进行码垛和智能分拣；

工具快换单元4，设置在型材实训桌12上，用于配合六自由度工业机器人1进行工具切换；

模拟焊接打磨模块5，设置在模块定位基台10上，用于实现模拟打磨；

模拟压铸模块5a，设置在模块定位基台10上，用于实现模拟压铸；

模拟轨迹与书写模块5b，设置在模块定位基台10上，用于实现模拟轨迹与书写；

模拟搬运码垛模块5c，设置在模块定位基台10上，用于实现模拟搬运码垛；

气动控制系统9，设置在工具快换单元4与模拟焊接打磨模块5之间，用于提供气动的驱动力；

模拟装配与立体库存储模块13，设置在远离六自由度工业机器人1的一端上且与六自由度工业机器人1配合，根据不同的数据将装配的工件放置好；

电气控制单元14，设置在模块定位基台10与模拟装配与立体库存储模块13之间，用于进行电气控制。

本发明通过各个模块组成，结构简单、紧凑，占用空间小，更换方便，在有限的实训平台可用面积内实现机器人书写、上下料、搬运、码垛、模拟焊接、打磨、工具切换类众多功能，同时也可以进行电气线路设计、PLC编程与调试、机器人编程、机器人视觉检测软件编程类多方面训练。

所述的气动控制系统9、电气控制单元14均为通用设备。

所述的输送线基础码垛与视觉检测分拣码垛单元3、工具快换单元4、模拟焊接打磨模块5、模拟装配与立体库存储模块13上均设置有U型把手501，方便人员对上述各个模块进行移动。

所述的型材实训桌12的边角处设置有三色警示灯6、安全光幕7、机器人示教器8，所述的模块定位基台10上设置有定位基台架101、设置在定位基台架101上的若干组定位基板102、设置在定位基板102上的定位螺纹销103。

所述的三色警示灯6、安全光幕7、机器人示教器8均为教学过程中的通用设备，便于观看者了解并注意安全。

所述的六自由度工业机器人1固定在型材实训桌12上，可任意调节六自由度工业机器人1的安装位置。

所述的模块定位基台10上设置有用于定位模块定位基台10上部件的手旋把手11。

所述的双气动手爪夹具2包括夹爪一25、夹爪二26、与夹爪一25、夹爪二26配合的气动手指一24、与气动手指一24配合的连接座底板23、设置在连接座底板23上的气动手指二21、与气动手指二21配合的两组夹爪三22。

所述的夹爪一25上设置有黄铜柱25a，所述的夹爪二26上开有气孔装有气动接头27。

所述的笔形打磨电机43上设置有用于通电的弹簧触点431。

所述的气动接头27实现夹取TCP工具42时产生真空吸力；夹爪一25上安装的黄铜柱25a，在夹取笔形打磨电机43时弹簧触点431与黄铜柱25a接触实现笔形打磨电机工具43通电。

所述的输送线基础码垛与视觉检测分拣码垛单元3包括支柱31、设置在支柱31上的工业相机32和相机光源33、设置在相机光源33下端的输送线39、安装在输送线39末端的定位挡板35、传感器34、码垛板36、与码垛板36配合的基础码垛推料气缸371、与基础码垛推料气缸371配合的基础码垛料仓372、设置在基础码垛推料气缸371旁的视觉识别码垛推料气缸381、与视觉识别码垛推料气缸381配合的料仓382、设置在输送线39上且与基础码垛推料气缸371、视觉识别码垛推料气缸381配合的上经挡料板一373、上经挡料板二383。

输送线基础码垛与视觉检测分拣码垛单元3的码垛部分工作时，推料气缸371将料仓372中的物料推到输送位上经挡料板373定位后输送到输送线39末端，经传感器34和定位板35定位后，输送线39停止，六自由度工业机器人1夹取真空吸盘44将物料取走，放到码垛板36上进行码垛；视觉识别码垛的工件分为正方形、圆形、六边形三种每种两种不同颜色共六个，输送线基础码垛与视觉检测分拣码垛单元3的视觉检测部分工作时，推料气缸381将料仓382中的物料推到输送位上经挡料板383定位后输送到输送线39末端，到达传感器34处时输送线停止，工业相机32识别工件颜色形状并确定工件吸取中心，六自由度工业机器人1通过夹取真空吸盘44将物料取走，发到事先设定好的指定颜色形状的指定位置。

所述的工具快换单元4包括工具固定架41、设置在工具固定架41上且按照顺序放置的书写笔45、真空吸盘44、TCP工具42、笔形打磨电机43。

六自由度工业机器人1通过配备双气动手爪夹具2上的气动手指一24分别夹取真空吸盘44、书写笔45、TCP工具42、笔形打磨电机工具43完成抓取、搬运、码垛、书写、焊接模拟、打磨类操作。

所述的模拟焊接打磨模块5包括模块基板50、设置在模块基板50上的电机安装板53及焊接架58、设置在电机安装板53上的步进电机51、与步进电机51连接的步进电机驱动器52、与步进电机驱动器52连接的联轴器54、在焊接架58两侧均有设置且与联轴器54连接的支撑轴56、与支撑轴56配合的转动圆盘57，所述的模块基板50上设置有分别与两组支撑轴56配合的带座轴承55。

所述的焊接架58上设置有用于夹持焊接工件59的快速夹钳58a。

所述的步进电机驱动器52控制步进电机51旋转带动焊接架58旋转，配合六自由度工业机器人1模拟焊接变位机功能，六自由度工业机器人1用气动手指一24夹取真空吸盘44模拟焊枪配合步进电机51走焊接轨迹实现模拟焊接；之后六自由度工业机器人1切换笔形打磨电机工具45并通电配合步进电机51走焊接轨迹实现模拟打磨。

所述的模拟压铸模块5a包括压铸模块基板5a1、设置在压铸模块基板5a1上的上料位5a2及压铸位5a6、设置在上料位5a2上的料仓5a4、与料仓5a4配合的上料气缸5a3、设置在压铸模块基板5a1上且与上料气缸5a3配合的无杆气缸5a5、设置在压铸位5a6上的压铸气缸5a7。

上料位5a2与压铸模块基板5a1固定连接，压铸模块基板5a1上的无杆气缸5a5充当导轨和动力源，压铸位5a6安装在无杆气缸5a5的滑座上滑动，无杆气缸5a5安装在压铸模块基板5a1上。

工作时，六自由度工业机器人1夹取吸盘工具44，无杆气缸5a5推动压铸位5a6向上料位5a2滑动，当靠近上料位5a2时，上料气缸5a3将料仓5a4中的物料随机推进压铸位5a6中，无杆气缸5a5退回到初始位置，压铸完成后，气缸5a7将物料推出一小部分，六自由度工业机器人1夹取真空吸盘44将物料取走，将物料放在压铸模块基板5a1的指定位置。

所述的模拟轨迹与书写模块5b包括轨迹模拟基板5b1、设置在轨迹模拟基板5b1上的轨迹模拟单元和书写单元，所述的轨迹模拟单元包括支撑板5b2、设置在支撑板5b2上的轨迹模拟板5b3、设置在轨迹模拟板5b3上的TCP标定尖锥5b4，所述的书写单元包括书写底板5b6、设置在书写底板5b6上的A4纸5b5。

模拟轨迹与书写模块5b在模拟轨迹工作时，六自由度工业机器人1夹取TCP工具42，在TCP标定尖锥5b4上完成TCP标定训练，然后在轨迹模拟板5b3上完成平面和曲面的轨迹训练；书写工作时，六自由度工业机器人1夹取笔形工具45，在A4纸5b5上完成书写训练。

所述的模拟搬运码垛模块5c包括模拟搬运基板5c1、设置在模拟搬运基板5c1上的码垛板5c2及物料暂存板5c3、设置在物料暂存板5c3上的码垛块5c4。

工作时，六自由度工业机器人1夹取吸盘工具44，从物料暂存板5c3上吸取码垛块5c4在码垛板5c2上码垛，根据码垛块5c4不同的形状对应码垛在码垛板5c2的相应区域内。

所述的模拟焊接打磨模块5、模拟压铸模块5a、模拟轨迹与书写模块5b、模拟搬运码垛模块5c均设置在模块定位基台10上用于根据教学需求实现不同的模拟，可实现相互替换，在均处于图上的同一个位置，在使用其中一个模块时，其他模块均放置在外备的储存库中进行储存，需要使用时再拿出进行更换。

所述的模拟装配与立体库存储模块13包括用于放置小方块1344的立体库模块基板131、设置在立体库模块基板131上的模拟立体货架132、装配单元134和RFID读写器135，所述的装配单元134包括用于放置装配工件1341的装配料仓1342、用于将装配料仓1342内的装配工件1341推出来的上料气缸1343。

所述的装配单元134中的上料气缸1343伸出将装配料仓1342里的装配工件1341推到指定位置，六自由度工业机器人1用气动手指一24夹取真空吸盘44吸取小方块1344装入装配工件1341中，六自由度工业机器人1切换气动手指一21将装配好的装配工件1341取出，装配工件1341底部有写好不同数据的电子标签，六自由度工业机器人1夹取装配工件1341移动到RFID读写器135识别数据，根据不同的数据六自由度工业机器人1将装配工件1341放到模拟立体货架132不同的位置。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。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 (10)

1.一种模块化机器人教学实训平台,包括用于支撑六自由度工业机器人(1)的型材实训桌(12)、设置在型材实训桌(12)上的模块定位基台(10)，其特征在于：还包括：

双气动手爪夹具(2)，设置在六自由度工业机器人(1)的末端上，用于协助六自由度工业机器人(1)完成抓取、搬运、码垛、书写、焊接模拟、打磨类操作；

输送线基础码垛与视觉检测分拣码垛单元(3)，设置在型材实训桌(12)上且与六自由度工业机器人(1)配合，用于进行码垛和智能分拣；

工具快换单元(4)，设置在型材实训桌(12)上，用于配合六自由度工业机器人(1)进行工具切换；

模拟焊接打磨模块(5)，设置在模块定位基台(10)上，用于实现模拟打磨；

模拟压铸模块(5a)，设置在模块定位基台(10)上，用于实现模拟压铸；

模拟轨迹与书写模块(5b)，设置在模块定位基台(10)上，用于实现模拟轨迹与书写；

模拟搬运码垛模块(5c)，设置在模块定位基台(10)上，用于实现模拟搬运码垛；

气动控制系统(9)，设置在工具快换单元(4)与模拟焊接打磨模块(5)之间，用于提供气动的驱动力；

模拟装配与立体库存储模块(13)，设置在远离六自由度工业机器人(1)的一端上且与六自由度工业机器人(1)配合，根据不同的数据将装配的工件放置好；

电气控制单元(14)，设置在模块定位基台(10)与模拟装配与立体库存储模块(13)之间，用于进行电气控制。

2.根据权利要求1所述的一种模块化机器人教学实训平台,其特征在于：所述的型材实训桌(12)的边角处设置有三色警示灯(6)、安全光幕(7)、机器人示教器(8)，所述的模块定位基台(10)上设置有定位基台架(101)、设置在定位基台架(101)上的若干组定位基板(102)、设置在定位基板(102)上的定位螺纹销(103)；所述的模块定位基台(10)上设置有用于定位的手旋把手(11)。

3.根据权利要求1所述的一种模块化机器人教学实训平台,其特征在于：所述的双气动手爪夹具(2)包括夹爪一(25)、夹爪二(26)、与夹爪一(25)、夹爪二(26)配合的气动手指一(24)、与气动手指一(24)配合的连接座底板(23)、设置在连接座底板(23)上的气动手指二(21)、与气动手指二(21)配合的两组夹爪三(22)；所述的夹爪一(25)上设置有黄铜柱(25a)，所述的夹爪二(26)上开有气孔装有气动接头(27)。

4.根据权利要求1所述的一种模块化机器人教学实训平台,其特征在于：所述的输送线基础码垛与视觉检测分拣码垛单元(3)包括支柱(31)、设置在支柱(31)上的工业相机(32)和相机光源(33)、设置在相机光源(33)下端的输送线(39)、安装在输送线(39)末端的定位挡板(35)、传感器(34)、码垛板(36)、与码垛板(36)配合的基础码垛推料气缸(371)、与基础码垛推料气缸(371)配合的基础码垛料仓(372)、设置在基础码垛推料气缸(371)旁的视觉识别码垛推料气缸(381)、与视觉识别码垛推料气缸(381)配合的料仓(382)、设置在输送线(39)上且与基础码垛推料气缸(371)、视觉识别码垛推料气缸(381)配合的上经挡料板一(373)、上经挡料板二(383)。

5.根据权利要求1所述的一种模块化机器人教学实训平台,其特征在于：所述的工具快换单元(4)包括工具固定架(41)、设置在工具固定架(41)上且按照顺序放置的书写笔(45)、吸盘(44)、TCP工具(42)、笔形打磨电机(43)。

6.根据权利要求1所述的一种模块化机器人教学实训平台,其特征在于：所述的模拟焊接打磨模块(5)包括模块基板(50)、设置在模块基板(50)上的电机安装板(53)及焊接架(58)、设置在电机安装板(53)上的步进电机(51)、与步进电机(51)连接的步进电机驱动器(52)、与步进电机驱动器(52)连接的联轴器(54)、在焊接架(58)两侧均有设置且与联轴器(54)连接的支撑轴(56)、与支撑轴(56)配合的转动圆盘(57)，所述的模块基板(50)上设置有分别与两组支撑轴(56)配合的带座轴承(55)；所述的焊接架(58)上设置有用于夹持焊接工件(59)的快速夹钳(58a)。

7.根据权利要求1所述的一种模块化机器人教学实训平台,其特征在于：所述的模拟压铸模块(5a)包括压铸模块基板(5a1)、设置在压铸模块基板(5a1)上的上料位(5a2)及压铸位(5a6)、设置在上料位(5a2)上的料仓(5a4)、与料仓(5a4)配合的上料气缸(5a3)、设置在压铸模块基板(5a1)上且与上料气缸(5a3)配合的无杆气缸(5a5)、设置在压铸位(5a6)上的压铸气缸(5a7)。

8.根据权利要求1所述的一种模块化机器人教学实训平台,其特征在于：所述的模拟轨迹与书写模块(5b)包括轨迹模拟基板(5b1)、设置在轨迹模拟基板(5b1)上的轨迹模拟单元和书写单元，所述的轨迹模拟单元包括支撑板(5b2)、设置在支撑板(5b2)上的轨迹模拟板(5b3)、设置在轨迹模拟板(5b3)上的TCP标定尖锥(5b4)，所述的书写单元包括书写底板(5b6)、设置在书写底板(5b6)上的A4纸(5b5)。

9.根据权利要求1所述的一种模块化机器人教学实训平台,其特征在于：所述的模拟搬运码垛模块(5c)包括模拟搬运基板(5c1)、设置在模拟搬运基板(5c1)上的码垛板(5c2)及物料暂存板(5c3)、设置在物料暂存板(5c3)上的码垛块(5c4)。

10.根据权利要求1所述的一种模块化机器人教学实训平台,其特征在于：所述的模拟装配与立体库存储模块(13)包括用于放置小方块(1344)的立体库模块基板(131)、设置在立体库模块基板(131)上的模拟立体货架(132)、装配单元(134)和RFID读写器(135)，所述的装配单元(134)包括用于放置装配工件(1341)的装配料仓(1342)、用于将装配料仓(1342)内的装配工件(1341)推出来的上料气缸(1343)。