CN111583747A - 机器人教学实训平台 - Google Patents

Abstract

一种机器人教学实训平台，属于器人教学实验实训设备技术领域，包括六轴串联机器人，机床实训模块、搬运实训模块、五子棋实训模块、临摹实训模块、视觉实训模块分布在六轴串联机器人的四周且位于其操作空间之内，六轴串联机器人包括机器人本体和末端抓手，末端抓手包括夹爪气缸，夹爪气缸安装在机器人本体的末端法兰上，两个夹爪相对设置在夹爪气缸的两个输出端，夹爪的连接端与夹爪气缸的输出端固定连接，两个夹爪的自由端开有贯穿的气管接孔，接气管从两个夹爪的外侧插入气管接孔，六轴串联机器人能够抓取抓手备件库中物料以及为被抓取的抓手供气，机器人末端抓手配合抓手备件库，具有两种吸取和抓取两种功能。

Description

机器人教学实训平台

技术领域

本发明属于机器人教学实验实训设备技术领域，具体涉及与一种多模块的机器人教学实训平台。

背景技术

随着现代化工业生产的迅速发展，自动化控制技术的集成应用正起着越来越重要的作用。由气动、液压、传感器、PLC、网络及通讯等技术的相互渗透而形成的机电一体化技术已成为当今工业科技的重要组成部分，它的应用范围涉及工业、农业、交通、能源、国防等众多领域。机电一体化系统主要由机械装置、动力源、传感器、执行装置、控制器五个要素构成，机电一体化专业综合实训课程是集气压技术、液压技术、电机及电气控制技术、自动检测技术、PLC及其自动控制技术、网络通讯技术于一体的专业技能综合训练课程。课程紧扣机电一体化技术的核心技术环节，即检测、控制与执行三大技术环节展开，同时引入最新的网络控制技术。训练时应遵循以学生为中心、以培养学生实践能力为中心和以培养学生素质为中心的原则，通过实训使学生既能掌握机电一体化专业的理论知识，又能从事机电设备或自动化生产线操作、安装、调试、维修、维护及设计改造等方面的工作，并具有良好的职业素质。

现有的机电一体化专业教学训练中，学生通常无法到生产现场去控制工业机器人来进行学习机器人控制，通过老师的讲解学生又无法直观的去感受，因此学生往往无法真正掌握知识点，无法学以致用。随着技能教学要求的提高，机器人教学实训平台应运而生。

现有的机器人教训平台的模块单一，多个模块之间无法协同作业，机器人末端抓手跟换时间长；或者机器人末端配备配有具有多种功能的抓手单元，通过转动调出所需功能的抓手单元，造成机器人末端抓手的负载较大，稳定性差。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种模块的机器人教学实训平台，机器人末端抓手配合抓手备件库，具有两种吸取和抓取两种功能，无需更换末端抓手或者采用复杂的末端夹具，结构简单、稳定性好。

本发明采用的技术方案如下：一种机器人教学实训平台，包括六轴串联机器人、机床实训模块、搬运实训模块、五子棋实训模块、临摹实训模块和视觉实训模块；机床实训模块、搬运实训模块、五子棋实训模块、临摹实训模块、视觉实训模块和六轴串联机器人设置在框架的上端面，六轴串联机器人设置在框架的上端面的中间，机床实训模块、搬运实训模块、五子棋实训模块、临摹实训模块、视觉实训模块分布在六轴串联机器人的四周且位于六轴串联机器人的操作空间之内，其特征在于，六轴串联机器人包括机器人本体和末端抓手，末端抓手包括夹爪气缸，夹爪气缸安装在机器人本体的末端法兰上，两个夹爪相对设置在夹爪气缸的两个输出端，夹爪的连接端与夹爪气缸的输出端固定连接，两个夹爪的自由端开有贯穿的气管接孔，接气管从两个夹爪的外侧插入气管接孔；抓手备件库包括第一吸取抓手和临摹抓手；第一吸取抓手包括吸取基壳，吸取基壳为薄壁矩形框，吸取基壳的两侧开有两个气孔，第一吸盘固定在吸取基壳的内部且位于其下部，吸取基壳的两个气孔与第一吸盘相接，临摹抓手包括临摹基壳，临摹基壳为薄壁矩形框，临摹基壳的两侧开孔，临摹基壳与为吸取基壳外部尺寸相同，临摹焊枪的连接端固定在临摹基壳的内部且位于其下部，临摹焊枪的自由端为带有尖端的勾爪。

进一步地，还包括第二吸取抓手，第二吸取抓手的安装基壳与第一吸取抓手的吸取基壳相同，第二吸取抓手的吸盘孔径大于第一吸取抓手的第一吸盘孔径。

进一步地，还包括写字抓手，写字抓手的安装基壳与临摹抓手的临摹基壳相同，写字笔竖直固定在临摹基壳的内部且位于其下部。

进一步地，五子棋实训模块包括棋盘、带有凹陷的栅格平台，栅格平台中放置单色棋子，第一工业相机通过安装支架设置在五子棋实训模块远离六轴串联机器人的一侧，第一工业相机对棋盘进行拍照，六轴串联机器人抓取平台中棋子放置到棋盘上。

进一步地，视觉实训模块包括工件定位机构、多面体放置库和识别平板，多面体放置库设置在工件定位机构和识别平板之间，多面体放置库的侧面均开有一个通孔，工件插入多面体放置库的通孔中，第二工业相机设置在识别平板的一侧，六轴串联机器人带动其上夹爪从多面体放置库中抓取工件放置到工件定位机构上以及从工件定位机构上抓取轴类工件放置到识别平板上，第二工业相机用于检测工件在识别平板上的精确位置。

进一步地，临摹实训模块包括临摹平台，临摹平台上设有内凹的曲线单元，临摹平台上设有贯穿的圆孔和至少一个多边形孔，贯穿的圆孔和至少一个多边形孔设有对应的圆形单元和至少一个多边形单元，临摹平台的下方设有至少一个顶升气缸，顶升气缸用于顶起圆形单元和多边形单元。

进一步地，搬运实训模块包括工件放置平台，物料放置平台上带有凹槽，物料放置平台的一侧凹槽中放置工件，物料放置平台的一侧凹槽空置。

有益效果：（1）实训平台包括六轴串联机器人、机床实训模块、搬运实训模块、五子棋实训模块、临摹实训模块和视觉实训模块，实训平台涉及到平面曲线轨迹规划、平面多形状轨迹规划、门字型搬运轨迹规划、平面图像的采集与分析、立体多角度抓取物料规划，此种组合涵盖了普通高等院校、职业院校的教学与实训需求；（2）六轴串联机器人包括机器人本体和末端抓手，末端抓手采用夹爪气缸带动夹爪，两个夹爪的自由端开有贯穿的气管接孔，接气管从两个夹爪的外侧插入气管接孔；气管接孔与第一吸盘相接，为第一吸盘提供供气；临摹抓手包括临摹基壳，临摹基壳为薄壁矩形框，临摹基壳的两侧开孔，临摹基壳与为吸取基壳外部尺寸相同，临摹焊枪的连接端固定在临摹基壳的内部且位于其下部，临摹焊枪的自由端为带有尖端的勾爪，末端抓手和抓手备件库中抓手配合能偶达到抓取、吸取以及临摹的功能，无需停机更换抓手，多个实训模块之间可以相互配合进行联动。

附图说明

图1 为本发明装置的整体结构示意图。

图2 为本发明装置中抓手备件库的结构示意图。

图3 为本发明装置中六轴串联机器人中末端抓手的结构示意图。

图4 为本发明装置中局部结构示意图。

图中：1.六轴串联机器人；111.夹爪气缸；112.夹爪；113.气管接孔；2.机床实训模块；3.搬运实训模块；301.物料放置平台；4.五子棋实训模块；401.棋盘；402.第一工业相机；403.栅格平台；5.临摹实训模块；501.临摹平台；502.曲线单元；503.五边形单元；504.三角形单元；505.四边形单元；506.圆形单元；6.视觉实训模块；601.工件定位机构；602.多面体放置库；603.识别平板；604.第二工业相机；7.框架；8.抓手备件库；801.临摹抓手；811.模拟焊枪；812.临摹基壳；802.第一吸取抓手；821.气孔；822.吸取基壳；803.第二吸取抓手；804.写字抓手；841.写字笔。

具体实施方式

如图1-图4所示，机器人教学实训平台包括箱式框架7，框架7采用铝型材进行搭建，福马轮安装在框架7底部的四个顶点，方便搬运。

框架7的下底面设置底板，框架7的内部设置电气柜及相应的电气控制部件，框架7的上底面由平铺的铝型材制成，能够承受较大负载，铝型材上开有多个通孔，用于穿过控制电线和气管，框架7的四侧面设置护板，其中一侧面的护板为可开合的门状结构，方便设备维护和深入学习，框架7的上底面两侧设置对称的透明护板，护板上设置安全光栅，防止设备工作时，操作者误入，框架7的上底面还包括交互显示屏，按钮控制台，设置在透明护板的外侧，方便操作，交互显示屏，按钮控制台提供了两者操作方式供操作者选择。

机床实训模块2、搬运实训模块3、五子棋实训模块4、临摹实训模块5、视觉实训模块6和六轴串联机器人1设置在框架7的上端面，六轴串联机器人1设置在框架7的上端面的中间，机床实训模块2、搬运实训模块3、五子棋实训模块4、临摹实训模块5、视觉实训模块6分布在六轴串联机器人1的四周且位于六轴串联机器人1的操作空间之内，抓手备件库8紧靠六轴串联机器人1设置，抓手备件库8用于提供适应于上述实训模块抓取所需的抓手。

六轴串联机器人1包括机器人本体和末端抓手，末端抓手包括夹爪气缸111，夹爪气缸111安装在机器人本体的末端法兰上，两个夹爪112相对设置在夹爪气缸111的两个输出端，夹爪112的连接端与夹爪气缸111的输出端固定连接，两个夹爪112的自由端开有贯穿的气管接孔113，接气管从两个夹爪112的外侧插入气管接孔113。

五子棋实训模块4包括棋盘401、带有凹陷的栅格平台403，栅格平台403中放置黑色的棋子或者白色棋子，本实施例中栅格平台403放置黑色棋子，六轴串联机器人1抓取平台中棋子放置到棋盘401上，另一方由操作者指棋。

抓手备件库8中包括第一吸取抓手802，第一吸取抓手802包括吸取基壳822，吸取基壳822为薄壁矩形框，吸取基壳822的两侧开有两个气孔821，第一吸盘固定在吸取基壳822的内部且位于其下部，吸取基壳822的两个气孔821与第一吸盘的气体通道相接，两个气孔821分别用于抽真空以及破真空；夹爪112抓取吸取基壳822时，夹爪112内侧的气管接孔113与吸取基壳822两侧的气孔821相通，夹爪112的内侧面为平面，吸取基壳822与夹爪112接触面为平面，减少气体泄露，提高吸盘吸附力。

五子棋实训模块4的一侧还设置与控制系统通信的第一工业相机402，第一工业相机402通过安装支架设置在棋盘401远离六轴串联机器人1的一侧，防止与六轴串联机器人1的运动轨迹相干涉。第一工业相机402对棋盘401进行拍照，视觉处理系统从照片上提取信息去检测棋盘401上的黑白子的布置情况，根据操作者预先设定的算法来计算下一步落子位置，六轴串联机器人1从栅格平台403中吸取黑棋放置到对应位置。

基于机器视觉的五子棋人机对弈实训模块，通过机器视觉实验，学生可以学习相机标定、棋子快速识别与定位的图像算法。通过自行设计的对弈算法，学生可以学习树状智能搜索算法的原理，以及学习机器人控制程序，了解机器人轨迹规划的原理，通过修改机器人程序可得到不同的机器人运动规划。

视觉实训模块6包括工件定位机构601、多面体放置库602和识别平板603，多面体放置库602设置在工件定位机构601和识别平板603之间，多面体放置库602的侧面均开有一个通孔，工件插入多面体放置库602的通孔中，第二工业相机604设置在识别平板603的一侧，用于检测工件在识别平板603上的精确位置，六轴串联机器人1带动其上夹爪112从多面体放置库602中抓取工件放置到工件定位机构601上，然后六轴串联机器人1从工件定位机构601上抓取轴类工件放置到识别平板603上，第二工业相机604拍照将信息发给控制系统，六轴串联机器人1接受相应指令，到对应位置抓取工件，然后放置到多面体放置库602。工件定位机构601根据工件的形状设定；本实施例中，工件采用环状的光轴；相应地，工件定位机构601为一个光轴，工件的内孔插入光轴中以定位工件的中轴线位置。

抓手备件库8中配备临摹抓手801，临摹抓手801包括临摹基壳812，临摹基壳812为薄壁矩形框，临摹基壳812的两侧开孔，优选的，临摹基壳812的四侧面均开孔，从而减轻临摹基壳812自重。模拟焊枪的连接端固定在临摹基壳812的内部且位于其下部，临摹焊枪811的自由端为带有尖端的勾爪；六轴串联机器人1夹取临摹抓手801，带动临摹抓手801运动来模拟焊接轨迹。

临摹实训模块5包括临摹平台501，临摹平台501上设有内凹的曲线单元502，临摹平台501上设有贯穿的圆孔和至少一个多边形孔，本实施例中设置三角形孔、四边形孔、五边形孔，相应地，设有对应的圆形单元506、五边形单元503、三角形单元504和四边形单元505；圆形单元506、五边形单元503、三角形单元504和四边形单元505嵌入上述对应形状的圆孔和多边形孔中，临摹平台501的下方设有多个顶升气缸，本实施中，优选设置四个顶升气缸，四个顶升气缸独立运动，四个顶升气缸的缸杆分别与圆形单元506、三角形单元504、四边形单元505、五边形单元503固连，从而顶升气缸能够带有圆形单元506、三角形单元504、四边形单元505、五边形单元503上下运动，顶升气缸分别带动被临摹形状的平面单元上升，从而方便观察操作者模拟焊枪811自由端的运动轨迹。

抓手备件库8中还配备写字抓手804，写字抓手804的外部结构与临摹抓手801相同，写字笔841竖直固定在临摹基壳812的内部且位于其下部，在临摹平台501的上端面能放置白纸，即可以控制六轴串联机器人1抓取写字抓手804进行书写。

搬运实训模块3包括物料放置平台301，物料放置平台301上带有凹槽，物料放置平台301的一侧凹槽中放置工件，物料放置平台301的一侧凹槽空置。

抓手备件库8中包括第二吸取抓手803，第二吸取抓手803的安装基壳与第一吸取抓手802中吸取基壳822结构相同，第二吸取抓手803中吸盘的孔径大于第一吸取抓手802中第一吸盘的孔径，第二吸取抓手803用于吸取较大的物料，第一吸取抓手802与第二吸取抓手803用于吸取不同大小的物料，从而能够适应范围更广。

优选的，本实施例中，第一吸取抓手802的吸取基壳、第二吸取抓手803的安装基壳、临摹抓手801中临摹基壳、写字抓手804的安装基壳的外形和尺寸相同，同一的基壳设计，有利于末端抓手抓取的稳定性。

六轴串联机器人1从物料放置平台301搬运物料放置到另一侧的凹槽中，来培养学生控制机器人点对点搬运的轨迹规划。另外，还可以进行码垛的模型，将物料进行整齐堆垛。

机床实训模块2包括模拟机床，六轴串联机器人1带动其自身抓手抓取待加工的工件放置到模拟机床的三爪卡盘位置，模拟自动上料，然后从三爪卡盘上抓取加工完成后的工件，模拟自动下料。六轴串联机器人1从物料放置平台301上抓取物料放置到模拟机床上来学习数控机床的自动上下料控制

通过“一个机器人配套多个实训模块”的平台设计理念，减少机器人的使用数量来降低成本。同时，实训模块之间的工件可以共享，简化实训模块的占地面积。另一方面，六轴串联机器人1的末端采用夹爪112设计，夹爪112自身可以抓取工件，夹爪112上设置气管接孔113，配合带有吸盘的抓手可以吸取工件，从而使得多个实训模块之间可以连续工作，减少停机更换抓手的时间。

实训平台涉及到平面曲线轨迹规划、平面多形状轨迹规划、门字型搬运轨迹规划、平面图像的采集与分析、立体多角度抓取物料规划，此种组合涵盖了普通高等院校、职业院校的教学与实训需求。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种机器人教学实训平台，包括六轴串联机器人（1）、机床实训模块（2）、搬运实训模块（3）、五子棋实训模块（4）、临摹实训模块（5）和视觉实训模块（6）；

机床实训模块（2）、搬运实训模块（3）、五子棋实训模块（4）、临摹实训模块（5）、视觉实训模块（6）和六轴串联机器人（1）设置在框架（7）的上端面，六轴串联机器人（1）设置在框架（7）的上端面的中间，机床实训模块（2）、搬运实训模块（3）、五子棋实训模块（4）、临摹实训模块（5）、视觉实训模块（6）分布在六轴串联机器人（1）的四周且位于六轴串联机器人（1）的操作空间之内，其特征在于，六轴串联机器人（1）包括机器人本体和末端抓手，末端抓手包括夹爪气缸（111），夹爪气缸（111）安装在机器人本体的末端法兰上，两个夹爪（112）相对设置在夹爪气缸（111）的两个输出端，夹爪（112）的连接端与夹爪气缸（111）的输出端固定连接，两个夹爪（112）的自由端开有贯穿的气管接孔（113），接气管从两个夹爪（112）的外侧插入气管接孔（113）；抓手备件库（8）包括第一吸取抓手（802）和临摹抓手（801）；第一吸取抓手（802）包括吸取基壳（822），吸取基壳（822）为薄壁矩形框，吸取基壳（822）的两侧开有两个气孔（821），第一吸盘固定在吸取基壳（822）的内部且位于其下部，吸取基壳（822）的两个气孔（821）与第一吸盘相接，临摹抓手（801）包括临摹基壳（812），临摹基壳（812）为薄壁矩形框，临摹基壳（812）的两侧开孔，临摹基壳（812）与为吸取基壳（822）外部尺寸相同，临摹焊枪（811）的连接端固定在临摹基壳（812）的内部且位于其下部，临摹焊枪（811）的自由端为带有尖端的勾爪。

2.根据权利要求1所述的机器人教学实训平台，其特征在于，还包括第二吸取抓手（803），第二吸取抓手（803）的安装基壳与所述第一吸取抓手（802）的吸取基壳（822）相同，第二吸取抓手（803）的吸盘孔径大于第一吸取抓手（802）的吸盘孔径。

3.根据权利要求1所述的机器人教学实训平台，其特征在于，还包括写字抓手（804），写字抓手（804）的安装基壳与临摹抓手（801）的临摹基壳（812）相同，写字笔（841）竖直固定在临摹基壳（812）的内部且位于其下部。

4.根据权利要求1所述的机器人教学实训平台，其特征在于，所述五子棋实训模块（4）包括棋盘（401）、带有凹陷的栅格平台（403），栅格平台（403）中放置单色棋子，第一工业相机（402）设置在五子棋实训模块（4）远离六轴串联机器人（1）的一侧，第一工业相机（402）对棋盘（401）进行拍照，六轴串联机器人（1）抓取平台中棋子放置到棋盘（401）上。

5.根据权利要求1所述的机器人教学实训平台，其特征在于，所述视觉实训模块（6）包括工件定位机构（601）、多面体放置库（602）和识别平板（603），多面体放置库（602）的侧面均开有一个通孔，工件插入多面体放置库（602）的通孔中，第二工业相机（604）设置在识别平板（603）的一侧，六轴串联机器人（1）带动其上夹爪（112）从多面体放置库（602）中抓取工件放置到工件定位机构（601）上以及从工件定位机构（601）上抓取轴类工件放置到识别平板（603）上，第二工业相机（604）用于检测工件在识别平板（603）上的精确位置。

6.根据权利要求1所述的机器人教学实训平台，其特征在于，所述临摹实训模块（5）包括临摹平台（501），临摹平台（501）上设有内凹的曲线单元（502），临摹平台（501）上设有贯穿的圆孔和至少一个多边形孔，贯穿的圆孔和至少一个多边形孔设有对应的圆形单元（506）和至少一个多边形单元（503、504、505），临摹平台（501）的下方设有至少一个顶升气缸，顶升气缸用于顶起圆形单元（506）和多边形单元。

7.根据权利要求1所述的机器人教学实训平台，其特征在于，所述搬运实训模块（3）包括物料放置平台（301），物料放置平台（301）上带有凹槽，物料放置平台（301）的一侧凹槽中放置工件，物料放置平台（301）的一侧凹槽空置。

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