CN205984112U - 一种工业机器人教学工作站 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种工业机器人教学工作站，涉及教学设备领域。其包括工业机器人本体、视觉检测控制器、物料装配位平台、驱动装置、滑轨、PLC控制器、检测装置和检测结果提示装置，视觉检测控制器检测物料的颜色、轮廓、尺寸数据及物料的位置，并将数据及位置信息传输至工业机器人控制器；物料装配位平台的底部设置有与滑轨配合的滑槽；检测装置可检测检测位置的物料是否装配正确；PLC控制器控制驱动装置驱动物料装配位平台沿滑轨运动至检测位置，接收检测装置检测到的检测信号，并传输至工业机器人控制器；PLC控制器根据检测装置的检测结果控制检测结果提示装置开启。本申请结构整体性和紧凑性好，自动化装配精度和集成度高，充分满足教学需求。

Description

一种工业机器人教学工作站

技术领域

本实用新型涉及教学设备领域，尤其涉及一种工业机器人教学工作站。

背景技术

工业机器人装配系统以其自动化程度高、装配精度高、稳定性好、能适应极端环境等特点而广泛应用于汽车制造、航空、电子产品制造等各个领域。机器人装配系统已经有了较成熟的发展，小到微米级的电子元件制造，大到大型工业设备的生产，无不体现着机器人装配系统在现代工业生产中的重要地位。

随着机器人在工业系统中的应用逐渐普及，特别是随着《中国制造2025》规划全面铺开，机器人操作编程人员在制造行业的需求逐渐提升。各中高职院校承担着输送和培养机器人使用人才的重要责任，对工业机器人使用的教育也越来越重视。例如，中国专利号为CN201410247340.4的专利公开了一种工业机器人实训系统，该工业机器人实训系统包括具有手爪的工业机器人和与工业机器人电连的主控制器，虽然可供学生练习通过主控制器控制工业机器人动作的技术，掌握工业机器人与主控制器相结合以完成如装配生产任务的知识，但是该实训系统结构整体性和紧凑性差，同时未引入视觉、激光等检测装置，无法实现工业机器人的自主作业，且在不同物料的装配过程中无法得知物料是否装配正确，容易造成装配物料后的产品可能存在不满足产品要求的情况，从而降低了物料自动化装配精度和产品的合格率，无法充分满足教学需求。

综上所述，急需一种结构整体性和紧凑性好，自动化装配精度高，能够充分满足教学需求的工业机器人教学工作站。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本实用新型提供一种结构整体性和紧凑性好，自动化装配精度高，能够充分满足教学需求的工业机器人教学工作站。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

一种工业机器人教学工作站，包括具有工作台面的工作台柜，所述工作台柜的内部安装有工业机器人控制器，所述工作台面上安装有供料单元、工业机器人本体、视觉检测控制器、物料装配位平台、驱动装置、滑轨、PLC控制器和检测装置；

所述视觉检测控制器与工业机器人控制器连接，用于检测物料的颜色、轮廓、尺寸数据及对吸盘工具吸取物料的位置，并将数据信息及位置信息传输至工业机器人控制器；

所述检测装置用于检测位于检测位置的物料是否装配正确；

所述物料装配位平台与驱动装置连接，所述物料装配位平台的底部对称设置有两条与滑轨配合的滑槽；

所述PLC控制器分别与驱动装置、检测装置和工业机器人控制器连接，所述PLC控制器控制驱动装置驱动物料装配位平台沿滑轨运动至检测位置，接收检测装置检测到的检测信号，并传输至工业机器人控制器；

所述工业机器人控制器与工业机器人本体连接，用于控制工业机器人本体在物料装配位平台上装配物料；

还包括检测结果提示装置，所述检测结果提示装置与PLC控制器连接，所述PLC控制器根据检测装置的检测结果控制检测结果提示装置开启。

作为本实用新型的工业机器人教学工作站的一种改进方案，述驱动装置为无杆气缸驱动系统，所述无杆气缸驱动系统包括无杆气缸，所述无杆气缸通过气缸安装架安装在工作台面上。

作为本实用新型的工业机器人教学工作站的一种改进方案，所述检测结果提示装置为蜂鸣器。

作为本实用新型的工业机器人教学工作站的一种改进方案，所述检测结果提示装置为检测结果指示灯。

作为本实用新型的工业机器人教学工作站的一种改进方案，还包括到位传感器，所述到位传感器与PLC控制器连接，用于检测物料装配位平台是否推送至检测位置。

作为本实用新型的工业机器人教学工作站的一种改进方案，还包括视觉检测显示屏，所述视觉检测显示屏与视觉检测控制器连接；

所述工业机器人控制器接收视觉检测控制器检测到的视觉检测结果并输出至视觉检测显示屏进行显示。

作为本实用新型的工业机器人教学工作站的一种改进方案，所述视觉检测显示装置为液晶显示屏。

作为本实用新型的工业机器人教学工作站的一种改进方案，还包括工业机器人示教器，所述工业机器人示教器与工业机器人控制器通信连接，所述工业机器人示教器内存储有工业机器人本体的动作指令。

(三)有益效果

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供了一种工业机器人教学工作站，该教学工作站将工业机器人控制器、工业机器人本体、物料装配位平台、视觉检测控制器、驱动装置、滑轨、PLC控制器、检测装置集中安装在一台工作台柜上，通过实际操作模拟工业机器人在3C行业中的真实应用，使教学内容与就业内容接轨，充分满足学校对学生开展工业机器人教育的需求，整个工业机器人教学工作站不仅结构整体性和紧凑性良好，能够实现工业机器人的自主作业，自动化装配精度高，自动化集成度高。

附图说明

图1是本实用新型优选实施例提供的工业机器人教学工作站的立体图一；

图2是本实用新型优选实施例提供的工业机器人教学工作站的立体图二；

图3是本实用新型优选实施例提供的芯片装配位平台与滑轨的装配结构示意图；

图4是本实用新型优选实施例提供的无杆气缸驱动系统的装配结构示意图；

图5是本实用新型优选实施例提供的视觉检测控制器的结构示意图；

图6是本实用新型优选实施例提供的到位传感器与检测结果指示灯的装配结构示意图。

图中：

1、工作台柜；2、门；3、线槽；4、万向滚轮；5、机器人连接端；6、工具连接端；9、吸盘工具；10、锁螺丝工具；11、工具支架；13、滑槽；17、原料平台；18、芯片物料；19、盖板物料；20、视觉检测单元；21、视觉检测控制器；22、芯片装配位平台；23、PCB板；24、滑轨；25、无杆气缸驱动系统；26、检测装置；27、到位传感器；28、检测结果指示灯；29、监视摄像头；30、摄像头支架；31、监视器；32、监视器支架；33、工业机器人本体；34、液晶显示屏；35、PLC控制器；36、螺丝供料单元；37、无杆气缸；38、气缸安装架。

具体实施方式

为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。

本实施例提出一种优选的工业机器人教学工作站，如图1至图6所示，该工业机器人教学工作站包括具有工作台面的工作台柜1、工业机器人本体33、工业机器人控制器、工业机器人示教器、工具快换系统、异形芯片原料单元、视觉检测单元20、异形芯片装配单元、螺丝供料单元36、监视系统等组件。

本实施例的工作台柜1的侧面开设有门2，工作台柜1的内部可储物。工作台柜1上表面的工作台面外周设置有线槽3，能够方便各电缆线的布局。为了方便工作台柜1的整体移动，工作台柜1的底部设置有若干个万向滚轮4，可以使教学者更全面的观察设备的结构和工作过程，提升教学质量和教学效果。上述的工业机器人本体33、工具快换系统、视觉检测单元20、异形芯片装配单元、螺丝供料单元36和监视系统均安装在工作台面上。工业机器人控制器安装在工作台柜1的内部。工业机器人控制器分别与工业机器人本体33、视觉检测单元20和异形芯片装配单元连接。工业机器人本体33由工业机器人控制器控制完成指定动作。工业机器人示教器与工业机器人控制器通信连接，间接控制工业机器人本体33运动。工业机器人示教器具有存储有工业机器人本体33动作指令的存储模块，可以存档某一运动指令到工业机器人控制器中，并且可反复调取存档的运动指令使工业机器人本体33执行相应运动。

具体的，工业机器人示教器的存储模块中存档有一系列工业机器人本体33的动作指令文件，动作指令文件可以通过工业机器人示教器直接输入并编辑，也可以通过在计算机中运行的离线编程软件进行编制，并通过U盘等存储介质或网络传输到工业机器人控制器中，控制工业机器人本体33完成指定动作。工业机器人本体33在装配单元处动作，以完成物料装配工艺。

工具快换系统包括机器人连接端5、快换工具和工具连接端6。机器人连接端5的一端可拆卸地连接在工业机器人本体33的末端。快换工具包括吸盘工具9和锁螺丝工具10四件机器人操作工具，以上四件操作工具分别用于完成工业机器人吸取芯片和盖板物料、以及吸取螺丝并装配锁紧的操作，且均通过工具支架11安装在工作台面上。工具连接端6的一端与快换工具固定连接，工具连接端6的另一端可拆卸地连接在机器人连接端5的另一端，如此实现工业机器人本体33末端不同操作工具的更换，方便实用。

该工业机器人教学工作站还包括异形芯片原料单元，异形芯片原料单元包括原料平台17、芯片物料18和盖板物料19，原料平台17安装在工作台面上。颜色、轮廓、尺寸和功能不同的异形芯片物料18以及盖板物料19放置于原料平台17上。

视觉检测单元20为工业级智能视觉系统，其包括视觉检测控制器21和液晶显示屏34，视觉检测控制器21和液晶显示屏34均与工业机器人控制器连接。视觉检测控制器21可用来检测异形芯片及盖板物料19的颜色、轮廓、尺寸等数据，同时可对吸盘工具9吸取物料的位置进行判断，并将视觉检测结果传输至工业机器人控制器。工业机器人控制器接收视觉检测结果并输出至液晶显示屏34，同时根据检测信号控制工业机器人本体33是否进入异形芯片装配功能模块进行装配工作。其中，液晶显示屏34显示视觉检测结果，以供操作人员一目了然的查看，方便快捷。

异形芯片装配单元包含PLC控制器35和多个芯片装配工位，每个芯片装配工位包括芯片装配位平台22、PCB板23、滑轨24、驱动装置、检测装置26、到位传感器27和检测结果指示灯28。其中，PCB板23置于芯片装配位平台22上。芯片装配位平台22与滑轨24滑动连接。进一步的，芯片装配位平台22的底部对称设置有两条与滑轨24配合的滑槽13，驱动装置可驱动芯片装配位平台22沿滑轨24运动。为了节省安装空间，驱动装置采用无杆气缸驱动系统25，其包括无杆气缸37，无杆气缸37通过气缸安装架38安装在工作台面上。到位传感器27与PLC控制器35连接，到位传感器27可检测芯片装配位平台22是否已推送到检测位置。检测装置26固定于滑轨24的末端，可检测检测位置的芯片是否装配正确。检测结果指示灯28与PLC控制器35连接，检测结果指示灯28根据检测装置26检测到的芯片装配正确或错误，分别指示绿色和红色。检测结果指示灯28可方便操作人员一目了然的查明芯片装配的正确与否，以便及时修正。PLC控制器35与工业机器人控制器连接，可接收到位传感器27的检测信号，控制无杆气缸驱动系统25驱动芯片装配位平台22滑 动、控制检测装置26检测装配芯片后的PCB板23是否满足产品要求、接收检测装置26传输的检测结果并控制检测结果指示灯28点亮。由于该教学工作站的装配单元具有检测装置26、到位传感器27和检测结果指示灯28，因此，不仅实现了物料的高精度自动化装配，而且方便操作，充分满足教学需求。

当然，上述的检测结果指示灯28还可以采用蜂鸣器来替换，同样能够提示操作者芯片是否正确装配。

螺丝供料单元36安装在工作台面上，螺丝供料单元36供电后可将一枚螺丝顶出至取螺丝位置，在锁螺丝工具10将螺丝取出后，自动再次将一枚螺丝顶出至取螺丝位置。

监视系统包括监视摄像头29和与监视摄像头29电连接的监视器31。监视器31通过监视器支架32安装在工作台面上。监视摄像头29通过摄像头支架30安装在工作台面上，可拍摄工作台柜1及周边一定范围内的人员及设备操作情况，并实时传输到监视器31进行显示。

本实施例以3C行业典型的工艺应用为背景，能够支持工业机器人完成异形芯片的分拣、异形芯片在PCB板23上的装配，实现工业机器人操作、钳工装配、电工电子、PLC应用、气动控制、视觉检测等技能要点的教学。

通过上述组件间控制信号的交互共可形成三个功能模块：视觉检测功能模块、异形芯片装配功能模块和操作监控模块。各模块工作方法如下：

1、视觉检测功能模块

A、工业机器人配合视觉检测单元20的动作指令可由工业机器人示教器输入到工业机器人控制器中存档；

B、工业机器人控制器控制工业机器人本体33将吸盘工具9安装至工业机器人本体33的末端；

C、工业机器人控制器控制工业机器人本体33使用吸盘工具9将原 料平台17上的芯片物料18吸取，移动至智能视觉系统位置进行视觉检测，检测过程中工业机器人本体33在检测位置等待检测结果；

D、视觉检测控制器21将检测到的芯片颜色、轮廓、尺寸等数据信息传输至液晶显示屏34；

E、视觉检测控制器21将芯片特征信息和吸盘工具9吸取芯片的位置信号传输至工业机器人控制器，工业机器人控制器根据检测信号判断下一步动作；

F、若检测信号显示PCB板23需要装配此芯片，则工业机器人控制器控制工业机器人本体33进入异形芯片装配功能模块进行装配工作；

G、若检测信号显示PCB板23无需装配此芯片，则工业机器人控制器控制工业机器人本体33丢弃此芯片，重新执行C-E步骤，直至芯片分拣正确。

2、异形芯片装配功能模块

A、工业机器人装配芯片的动作指令可由工业机器人示教器输入到工业机器人控制器中存档；

B、工业机器人控制器控制工业机器人本体33由视觉检测位置移动至芯片装配位平台22位置，根据吸盘吸取芯片的位置信息计算吸盘工具落点，以准确地将芯片装配至PCB板23的芯片槽中；

C、工业机器人控制器需判断PCB板23上多个不同异形芯片是否全部装配完毕；

D、如未完成所有芯片装配工作，工业机器人控制器控制工业机器人本体33由芯片装配位平台22位置移动至原料平台17位置，重复视觉检测功能模块中C-G步骤和本功能模块的B-C步骤，直至完成所有芯片的分拣装配；

E、如已完成所有芯片装配工作，工业机器人控制器传输信号到PLC控制器35，PLC控制器35控制无杆气缸驱动系统25驱动芯片装配位平台22滑动到检测位置；

F、滑动至检测位置后，到位传感器27传输信号到PLC控制器35，PLC控制器35控制检测装置26检测装配后的PCB板23是否满足产品要求；

G、若满足要求，PLC控制器35控制检测结果指示灯28亮绿色，并将检测合格信号传输到工业机器人控制器；

H、若不满足要求，PLC控制器35控制检测结果指示灯28亮红色，并将检测不合格的芯片信息传输到工业机器人控制器；

I、PLC控制器35控制无杆气缸驱动系统25驱动芯片装配位平台22滑回装配位；

J、若工业机器人控制器接收到检测不合格芯片信息，则吸取问题芯片并丢弃，重复视觉检测功能模块中C-G步骤和本功能模块的B-F步骤，直至产品检测合格；

K、若工业机器人控制器接收到检测合格信号，则工业机器人控制器控制工业机器人本体33移动至原料平台17位置吸取盖板；盖板进入视觉检测模块，视觉检测控制器21将吸盘工具9吸取盖板的位置信号传输至工业机器人控制器；

L、工业机器人控制器控制工业机器人本体33由视觉检测位置移动至芯片装配位平台22位置，根据吸盘吸取盖板的位置信息计算吸盘工具落点，以准确地将盖板落至PCB板23上；

M、工业机器人控制器控制工业机器人本体33将吸盘工具9放回工具支架11上，装上锁螺丝工具10，移动至螺丝供料单元36拾取螺丝；

N、工业机器人控制器控制工业机器人本体33将螺丝装配到盖板并打紧，最终完成产品安装工作；

O、完成所有装配动作后，工业机器人控制器控制工业机器人本体33将锁螺丝工具10放回工具支架11上并复位。

3、操作监控模块

监视摄像头29拍摄工作台柜1及周边一定范围内的人员及设备操作 情况，实时传递到监视器31进行显示，供教学人员查看。

本实施例的教学工作站将工业机器人控制器、工业机器人本体、视觉检测单元、异形芯片装配单元、螺丝供料单元和监视系统等集中安装在一台工作台柜上，通过工业机器人示教器实际操作模拟工业机器人在3C行业中的真实应用，使教学内容与就业内容接轨，充分满足学校对学生开展工业机器人教育的需求，整个工业机器人教学工作站不仅结构整体性和紧凑性良好，而且能够实现工业机器人的自主作业，自动化装配精度高，自动化集成度高。

以上结合具体实施方式描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种工业机器人教学工作站，其特征在于，包括具有工作台面的工作台柜(1)，所述工作台柜(1)的内部安装有工业机器人控制器，所述工作台面上安装有供料单元、工业机器人本体(33)、视觉检测控制器(21)、物料装配位平台、驱动装置、滑轨(24)、PLC控制器(35)和检测装置(26)；

所述视觉检测控制器(21)与工业机器人控制器连接，用于检测物料的颜色、轮廓、尺寸数据及对吸盘工具吸取物料的位置，并将数据信息及位置信息传输至工业机器人控制器；

所述检测装置(26)用于检测位于检测位置的物料是否装配正确；

所述物料装配位平台(22)与驱动装置连接，所述物料装配位平台(22)的底部对称设置有两条与滑轨(24)配合的滑槽(13)；

所述PLC控制器(35)分别与驱动装置、检测装置(26)和工业机器人控制器连接，所述PLC控制器(35)控制驱动装置驱动物料装配位平台沿滑轨(24)运动至检测位置，接收检测装置(26)检测到的检测信号，并传输至工业机器人控制器；

所述工业机器人控制器与工业机器人本体(33)连接，用于控制工业机器人本体(33)在物料装配位平台上装配物料；

还包括检测结果提示装置，所述检测结果提示装置与PLC控制器(35)连接，所述PLC控制器(35)根据检测装置(26)的检测结果控制检测结果提示装置开启。

2.根据权利要求1所述的工业机器人教学工作站，其特征在于：所述驱动装置为无杆气缸驱动系统，所述无杆气缸驱动系统包括无杆气缸(37)，所述无杆气缸(37)通过气缸安装架(38)安装在工作台面上。

3.根据权利要求1所述的工业机器人教学工作站，其特征在于：所述检测结果提示装置为蜂鸣器。

4.根据权利要求1所述的工业机器人教学工作站，其特征在于：所述检测结果提示装置为检测结果指示灯(28)。

5.根据权利要求1所述的工业机器人教学工作站，其特征在于：还包括到位传感器(27)，所述到位传感器(27)与PLC控制器(35)连接，用于检测物料装配位平台是否推送至检测位置。

6.根据权利要求1所述的工业机器人教学工作站，其特征在于：还包括视觉检测显示屏，所述视觉检测显示屏与视觉检测控制器(21)连接；

所述工业机器人控制器接收视觉检测控制器(21)检测到的视觉检测结果并输出至视觉检测显示屏进行显示。

7.根据权利要求6所述的工业机器人教学工作站，其特征在于：所述视觉检测显示装置为液晶显示屏(34)。

8.根据权利要求1所述的工业机器人教学工作站，其特征在于：还包括工业机器人示教器，所述工业机器人示教器与工业机器人控制器通信连接。