CN110619806A - 模块化教学制造平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模块化教学制造平台，其包括：仓储模块、机器人模块、工具快换模块、3D打印模块、切削加工模块、打磨及装配模块、视觉检测模块、物料分拣模块；所述3D打印模块、物料分拣模块、仓储模块分布于所述机器人模块的一侧，所述打磨及装配模块、工具快换模块、视觉检测模块分布于所述机器人模块的另一侧，所述切削加工模块设置于所述机器人模块的一端。本发明的制造平台具有分体设置的、模块化设计的实训机构，各实训机构之间可根据实际的教育需求进行灵活组装，充分满足了实际的教学需求。同时，各个模块也可独立工作，以便于独立、重点演示需求的实训环节，提高对于学生的教学效果。

Description

模块化教学制造平台

技术领域

本发明涉及一种教学设备，尤其涉及一种模块化教学制造平台。

背景技术

机器人实训台是一种既能胜任机电类专业教学实验，又能进行相关专业职业技能训练、考评的平台。现有的工业机器人实训平台包含工业机器人、智能视觉系统、伺服电气系统、PLC控制系统、机械机构及气动机构，可以实现对高速传输的工件进行分拣、检测、搬运等操作。可进行机器人编程、机械组装、电气设计(PLC、智能视觉)等训练，适合高校相关专业的实训教学、工程训练及技能比赛。然而，现有的机器人实训台通常为集成式，即各个实训工位集成在一个机架上，彼此不可分割，无法根据实际实训的需求进行调整，不利于满足多元化的教学需求。因此，针对上述问题，有必要提出进一步地解决方案。

发明内容

本发明旨在提供一种模块化教学制造平台，以克服现有技术中存在的不足。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种模块化教学制造平台，其包括：仓储模块、机器人模块、工具快换模块、3D打印模块、切削加工模块、打磨及装配模块、视觉检测模块、物料分拣模块；

所述3D打印模块、物料分拣模块、仓储模块分布于所述机器人模块的一侧，所述打磨及装配模块、工具快换模块、视觉检测模块分布于所述机器人模块的另一侧，所述切削加工模块设置于所述机器人模块的一端；

所述机器人模块包括：机器人以及驱动所述机器人进行直线运动的第一直线电机；

所述3D打印模块包括：3D打印机以及设置于所述3D打印机中气动夹具；

所述物料分拣模块包括：传送带、沿所述传送带传送方向间隔设置的多个下料单元；

所述仓储模块包括：物料架、托盘、叉料机构，所述物料架包括：两个相对设置的架体、设置于所述架体之间且自上而下排列的多个支撑架，任一两个支撑架上搁置有所述托盘，所述叉料机构包括：物料叉、驱动所述物料叉沿平行于横架方向运动的第二直线电机、驱动所述物料叉升降运动的第三直线电机；

所述打磨及装配模块包括：样品料台、多个快换打磨头以及装配夹具，所述多个快换打磨头由各自的支架所固定，装配夹具包括：夹持气缸、电机回转机构以及气电旋转接头，所述夹持气缸通过所述气电旋转接头与所述电机回转机构相连接；

所述视觉检测模块包括：检测光源以及位于所述检测光源上方的检测相机；

所述工具快换模块包括：多个各自独立设置在快换架上的多个快换头；

所述切削加工模块为一数控车床。

作为本发明的模块化教学制造平台的改进，所述机器人及其直线电机设置于一独立的平台上，所述机器人采用型号为ER7L-C10的机器人。

作为本发明的模块化教学制造平台的改进，所述下料单元包括：下料滑槽、光电传感器、推料气缸；所述下料滑槽设置于所述传送带面向所述机器人模块的一侧，且所述下料滑槽倾斜设置，其一端靠近所述传送带的边缘，所述推料气缸设置于所述传送带的另一侧，并与所述下料滑槽对应设置，所述光电传感器靠近所述推料气缸设置，并位于所述传送带的上方。

作为本发明的模块化教学制造平台的改进，所述物料叉包括：连接板、设置于所述连接板上滑动台，所述滑动台由电机驱动，靠近或者远离所述物料架。

作为本发明的模块化教学制造平台的改进，所述托盘上开设有定位孔和适于物料放置的定位槽，所述滑动台上设置有与所述定位孔相适应的定位销。

作为本发明的模块化教学制造平台的改进，所述仓储模块还包括进出料平台，所述进出料平台和物料架分布于所述叉料机构的两侧。

作为本发明的模块化教学制造平台的改进，所述夹持气缸具有两个夹爪，两个夹爪通过相互靠近执行夹持动作，任一夹爪具有适于夹持的弧形面。

作为本发明的模块化教学制造平台的改进，所述打磨及装配模块还包括：吹气嘴，所述吹气嘴朝向所述装配夹具设置。

作为本发明的模块化教学制造平台的改进，所述检测光源为一面光源，所述面光源的发光面形成适于产品放置的工作面。

作为本发明的模块化教学制造平台的改进，所述快换架包括：竖直设置的支撑架、连接于所述支撑架顶部的水平设置的连接架、安装于所述连接架上的多个快换板，任一快换板的两端设置有镂空槽，任一所述镂空槽中放置有所述快换头。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的制造平台具有分体设置的、模块化设计的实训机构，各实训机构之间可根据实际的教育需求进行灵活组装，充分满足了实际的教学需求。同时，各个模块也可独立工作，以便于独立、重点演示需求的实训环节，提高对于学生的教学效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的模块化教学制造平台的立体示意图；

图2为图1中机器人模块的立体放大图；

图3为图1中仓储模块的立体放大图；

图4为图1中分拣模块的立体放大图；

图5为图1中3D打印模块的立体放大图；

图6为图1中打磨及装配模块的立体放大图；

图7为图1中视觉检测模块的立体放大图；

图8为图1中工具快换模块的立体放大图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的的模块化教学制造平台包括：仓储模块1、机器人模块2、工具快换模块3、3D打印模块4、切削加工模块5、打磨及装配模块6、视觉检测模块7、物料分拣模块8。

在示例性的实施例中，所述3D打印模块4、物料分拣模块8、仓储模块1分布于所述机器人模块2的一侧，所述打磨及装配模块6、工具快换模块3、视觉检测模块7分布于所述机器人模块2的另一侧，所述切削加工模块5设置于所述机器人模块2的一端。

如此，上述布置方式中，所述3D打印模块4、物料分拣模块8、仓储模块1用于集中完成原料的供料、产品的打印制造，所述打磨及装配模块6、工具快换模块3、视觉检测模块7则用于完成后续的加工和检测。本实施例中，所述3D打印模块4、物料分拣模块8、仓储模块1依次设置，打磨及装配模块6、工具快换模块3、视觉检测模块7依次设置。根据不同的教学目的，在其他组合方式中，上述各个模块也可以按照需求的方式进行排布。

如图2所示，为了解决周转的问题，在示例性的实施例中，所述机器人模块2包括：机器人21以及驱动所述机器人21进行直线运动的第一直线电机22。其中，所述机器人21及其直线电机设置于一独立的平台23上，所述机器人21为现有的机器人，例如可采用型号为ER7L-C10的机器人。通过设置所述第一直线电机22，扩大了机器人21的工作范围，机器人21从工具台上换取需要的工具手爪，实现机床上下料、抛光打磨、协助装配等功能。

如图3所示，为了解决原料仓储的问题，在示例性的实施例中，所述仓储模块1包括：物料架11、托盘12、叉料机构13，所述物料架11包括：两个相对设置的架体111、设置于所述架体111之间且自上而下排列的多个支撑架112、任一两个支撑架112上搁置有所述托盘12，所述叉料机构13包括：物料叉131、驱动所述物料叉131沿平行于横架111方向运动的第二直线电机132、驱动所述物料叉131升降运动的第三直线电机133。

进一步地，为了便于物料叉131控制托盘12离开所在的物料架11，所述托盘12上开设有定位孔和适于物料放置的定位槽，所述滑动台上设置有与所述定位孔相适应的定位销。所述物料叉131包括：连接板1311、设置于所述连接板1311上滑动台1312，所述滑动台1312由电机驱动，靠近或者远离所述物料架11，所述定位销设置于所述滑动台1312上。此外，所述仓储模块1还包括进出料平台，所述进出料平台和物料架11分布于所述叉料机构13的两侧。

从而，物料叉131在第二直线电机132和第三直线电机133的驱动下，运动到一个托盘12的下方，并将托盘12抬起，此时定位销与定位槽相配合。物料叉131携带托盘12及其上的物料放置在进出料平台上，等待机器人21抓取该托盘12。

如图4所示，为了满足模拟物料分拣的教学目的，在示例性的实施例中，所述物料分拣模块8包括：传送带81、沿所述传送带81传送方向间隔设置的多个下料单元82。

其中，所述下料单元82包括：下料滑槽821、光电传感器822、推料气缸823；所述下料滑槽821设置于所述传送带81面向所述机器人模块2的一侧，且所述下料滑槽821倾斜设置，其一端靠近所述传送带81的边缘，所述推料气缸823设置于所述传送带81的另一侧，并与所述下料滑槽821对应设置，所述光电传感器822靠近所述推料气缸823设置，并位于所述传送带81的上方。

具体工作时，系统分配下料滑槽821，机器人21将对应物料抓取到传送带81上，光电传感器822识别物料在传送带81上的位置，由对应的推料气缸823将物料推送到对应下料滑槽821中，完成对不同物料的分拣。由此来模拟工业生产现场，对不同类物料的分拣过程。分拣单元模块有自己独立的控制系统，可以单独使用，也可以与主控通过工业以太网通讯，做从站使用。

如图5所示，为了制造具有需求图形的产品，在示例性的实施例中，所述3D打印模块4包括：3D打印机41以及设置于所述3D打印机41中气动夹具(未图示)，上述3D打印机41可设置在一个3D打印平台42上，所述气动夹具被设置为适于夹持经过分拣筛选出的物料，以便于通过3D打印的方式在物料上打印需求的图形。

如图6所示，为了满足对打印得到的产品进行加工的教学需求，在示例性的实施例中，所述打磨及装配模块6包括：样品料台61、多个快换打磨头62以及装配夹具63。具体地，所述多个快换打磨头62由各自的支架所固定。所述装配夹具63包括：夹持气缸631、电机回转机构632以及气电旋转接头633，所述夹持气缸631通过所述气电旋转接头633与所述电机回转机构632相连接。其中，所述夹持气缸631具有两个夹爪，两个夹爪通过相互靠近执行夹持动作，任一夹爪具有适于夹持的弧形面。此外，所述打磨及装配模块6还包括：吹气嘴，所述吹气嘴朝向所述装配夹具63设置。

具体工作时，机器人21将抛光好的印章放置在装配工位夹持气缸631上，3D打印的印章基材设置有螺纹孔，夹持气缸631夹紧，然后机器人21抓取车床加工好的手柄移至装配工位，手柄一端加工有外螺纹，同时电机带动转台旋转，将3D打印的印章与切削加工模块5加工的手柄装配起来。

如图7所示，为了检测加工装配后的产品是否合格，在示例性的实施例中，所述视觉检测模块7包括：检测光源71以及位于所述检测光源71上方的检测相机72。

其中，所述检测相机72尤其安装架固定，并设置在检测光源71的上方，所述检测光源71为一面光源，所述面光源的发光面形成适于产品放置的工作面。

如图8所示，为了满足机器人21不同工具头的快换，在示例性的实施例中，所述工具快换模块3包括：多个各自独立设置在快换架31上的多个快换头32。

其中，所述快换架31包括：竖直设置的支撑架311、连接于所述支撑架311顶部的水平设置的连接架312、安装于所述连接架312上的多个快换板313，任一快换板313的两端设置有镂空槽3131，任一所述镂空槽3131中放置有所述快换头32。

所述切削加工模块5为一数控车床。

本发明的制造平台的工作流程大概为：

机器人先从仓储模块1取出3D打印物料基材，放入3D打印机，3D打印印章图案；机器人识别抓取手柄原料放入车床，车削手柄模型；机器人抓取打印好印章头放入打磨工位，换工具抛光图案；抛光完成后换工具，将印章头放入装配工位；机器人抓取车削好的印章手柄，协助装配工位完成印章的装配；装配好的印章放入视觉检测平台，检测指定特征；检测完，成品入库，RFID写入成品信息。

综上所述，本发明的制造平台具有分体设置的、模块化设计的实训机构，各实训机构之间可根据实际的教育需求进行灵活组装，充分满足了实际的教学需求。同时，各个模块也可独立工作，以便于独立、重点演示需求的实训环节，提高对于学生的教学效果。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种模块化教学制造平台，其特征在于，所述模块化教学制造平台包括：仓储模块、机器人模块、工具快换模块、3D打印模块、切削加工模块、打磨及装配模块、视觉检测模块、物料分拣模块；

所述3D打印模块、物料分拣模块、仓储模块分布于所述机器人模块的一侧，所述打磨及装配模块、工具快换模块、视觉检测模块分布于所述机器人模块的另一侧，所述切削加工模块设置于所述机器人模块的一端；

所述机器人模块包括：机器人以及驱动所述机器人进行直线运动的第一直线电机；

所述3D打印模块包括：3D打印机以及设置于所述3D打印机中气动夹具；

所述物料分拣模块包括：传送带、沿所述传送带传送方向间隔设置的多个下料单元；

所述仓储模块包括：物料架、托盘、叉料机构，所述物料架包括：两个相对设置的架体、设置于所述架体之间且自上而下排列的多个支撑架，任一两个支撑架上搁置有所述托盘，所述叉料机构包括：物料叉、驱动所述物料叉沿平行于横架方向运动的第二直线电机、驱动所述物料叉升降运动的第三直线电机；

所述打磨及装配模块包括：样品料台、多个快换打磨头以及装配夹具，所述多个快换打磨头由各自的支架所固定，装配夹具包括：夹持气缸、电机回转机构以及气电旋转接头，所述夹持气缸通过所述气电旋转接头与所述电机回转机构相连接；

所述视觉检测模块包括：检测光源以及位于所述检测光源上方的检测相机；

所述工具快换模块包括：多个各自独立设置在快换架上的多个快换头；

所述切削加工模块为一数控车床。

2.根据权利要求1所述的模块化教学制造平台，其特征在于，所述机器人及其直线电机设置于一独立的平台上，所述机器人采用型号为ER7L-C10的机器人。

3.根据权利要求1所述的模块化教学制造平台，其特征在于，所述下料单元包括：下料滑槽、光电传感器、推料气缸；所述下料滑槽设置于所述传送带面向所述机器人模块的一侧，且所述下料滑槽倾斜设置，其一端靠近所述传送带的边缘，所述推料气缸设置于所述传送带的另一侧，并与所述下料滑槽对应设置，所述光电传感器靠近所述推料气缸设置，并位于所述传送带的上方。

4.根据权利要求1所述的模块化教学制造平台，其特征在于，所述物料叉包括：连接板、设置于所述连接板上滑动台，所述滑动台由电机驱动，靠近或者远离所述物料架。

5.根据权利要求4所述的模块化教学制造平台，其特征在于，所述托盘上开设有定位孔和适于物料放置的定位槽，所述滑动台上设置有与所述定位孔相适应的定位销。

6.根据权利要求1所述的模块化教学制造平台，其特征在于，所述仓储模块还包括进出料平台，所述进出料平台和物料架分布于所述叉料机构的两侧。

7.根据权利要求1所述的模块化教学制造平台，其特征在于，所述夹持气缸具有两个夹爪，两个夹爪通过相互靠近执行夹持动作，任一夹爪具有适于夹持的弧形面。

8.根据权利要求1所述的模块化教学制造平台，其特征在于，所述打磨及装配模块还包括：吹气嘴，所述吹气嘴朝向所述装配夹具设置。

9.根据权利要求1所述的模块化教学制造平台，其特征在于，所述检测光源为一面光源，所述面光源的发光面形成适于产品放置的工作面。

10.根据权利要求1所述的模块化教学制造平台，其特征在于，所述快换架包括：竖直设置的支撑架、连接于所述支撑架顶部的水平设置的连接架、安装于所述连接架上的多个快换板，任一快换板的两端设置有镂空槽，任一所述镂空槽中放置有所述快换头。