CN206982663U - 手眼伺服作业机器人实训装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种手眼伺服作业机器人实训装置，包括：平台、位于平台上表面的工业机器人；工业机器人包括：机器人本体、真空吸盘、气动控制回路、示教锥、示教器、以及机器人控制系统；输送带机构；输送带机构包括：输送带、带动输送带动作的电机；所述输送带位于动作臂的下方；自动送料机构；自动送料机构位于输送带的上料端；立体仓库；所述立体仓库位于输送带的下料端；托盘；托盘位于输送带的一侧；视觉系统；视觉系统包括：安装于平台上表面的安装支架、安装于安装支架上的相机和光源；可编程控制器；可编程控制器的I/O端口分别与机器人本体、电机、自动送料机构电连接；控制视觉系统动作的工控机系统。

Description

手眼伺服作业机器人实训装置

技术领域

本实用新型涉及机器人教学设备技术领域，特别是涉及一种手眼伺服作业机器人实训装置。

背景技术

随着“工业4.0”和“中国制造2025”的发展战略，在新一轮科技革命、产业变革与中国加快转变经济发展方式形成的历史性交汇点，智能制造和智能产品的重要性已经凸显。掌握最前沿工业机器人应用技能的人才也成为越来越多制造企业的需求点，国内的高等院校以及各类技能培训机构越来越多的将工业机器人的应用作为教学方向，机器人实训系统可作为一体化教学平台，用于培养机器人技术应用及专业研发人才，也可作为机器人技术应用与推广的展示平台。

一般的机器人实训系统仅针对机器人的某项应用实现单一化的功能与流程，如能在一个系统中实现多种机器人的应用，即可降低成本，又能提高综合应用技能。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种手眼伺服作业机器人实训装置；该手眼伺服作业机器人实训装置采用模块化设计，通过拆分与组装，构架出不同形式的训练项目，解决了传统实训系统训练项目单一化的问题，具有更好的可拓展性。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种手眼伺服作业机器人实训装置，至少包括：

由铝型材拼接而成的平台；

位于平台上表面的工业机器人；上述工业机器人包括：机器人本体、用于拾取零件的真空吸盘、控制真空吸盘动作的气动控制回路、用于坐标系标定的示教锥、示教器、以及控制机器人本体动作的机器人控制系统；上述真空吸盘安装于机器人本体的动作臂上；所述机器人控制系统与机器人本体电连接；

位于平台上表面的输送带机构；所述输送带机构包括：输送带、带动输送带动作的电机；所述输送带位于动作臂的下方；

位于平台上表面的自动送料机构；所述自动送料机构位于输送带的上料端；

位于平台上表面的立体仓库；所述立体仓库位于输送带的下料端；所述立体仓库自上而下分为三层结构；

位于平台上表面的托盘；所述托盘位于输送带的一侧；

位于输送带上方的视觉系统；所述视觉系统包括：安装于平台上表面的安装支架、安装于安装支架上的相机和光源；

可编程控制器；所述可编程控制器的I/O端口分别与机器人本体、电机、自动送料机构电连接；

控制视觉系统动作的工控机系统；所述工控机系统包括显示器、配有视觉系统采集卡的主机箱；所述主机箱通过以太网与相机进行数据交互。

进一步：在所述平台上表面的四周安装有安全光栅。

进一步：所述平台下方设置有储放可编程控制器、主机箱的储物柜；所述储物柜的前表面和后表面均开设有门。

进一步：所述自动送料机构包括：安装在平台上的安装架、用于工件底部定位的定位底板、用于机构内部存储工件的定位筒、筒状结构的存料仓、用于将工件推至输送带上的气缸、用于检测工件有无的光电传感器；所述光电传感器的信号输出端子与气缸的触发端子电连接。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

本系统通过不同设备的组合搭配，可完成四项实训任务：一、机器人、输送带机构、立体自动送料机构、立体仓库的下面两层、同种尺寸圆形工件组合，可完成机器人输送带跟踪抓取工件并入库的训练项目。二、机器人、输送带机构、立体自动送料机构、托盘、同种尺寸圆形工件组合，可完成机器人输送带跟踪抓取工件并码垛的训练项目。三、机器人、视觉系统、输送带机构、立体自动送料机构、立体仓库的最上面一层、三种不同尺寸圆形工件组合，可完成机器人基于视觉系统智能识别工件规格并精确引导定位抓取及放置在相应正确位置的训练项目。四、机器人、视觉系统、输送带机构、托盘、七巧板拼图工件组合，可完成机器人对任意拼图图案的智能拼装。该系统设置了四项演示项目，但其功能并不仅限于该四项，还可通过设备的随意搭配组合、设备位置的更改以及工件性状的改变，开发出更多的实训项目，使训练内容更加丰富，一套实训系统中完成更多可开发性的教学与学习，使设备投入成本降低。

附图说明：

图1为本实用新型优选实施例的立体结构示意图；

图2为本实用新型优选实施例中示教锥结构示意图；

图3为实训项目一完成后效果示意图；

图4为实训项目二完成后效果示意图；

图5为实训项目三完成后效果示意图；

图6为实训项目四完成后效果示意图；

图7为本实用新型优选实施例中视觉系统组成示意图；

图8为本实用新型优选实施例中真空吸盘气动控制回路示意图；

图9为本实用新型优选实施例中立体自动送料机构具体结构示意图；

其中：1-平台；2-机器人；3-机器人控制系统；4-真空吸盘；5-示教器；6-输送带机构；7-编码器；8-立体自动送料机构；9-立体仓库；10-托盘；11-视觉系统；12-电控系统安装板；13-人机界面控制盒；14-报警灯；15-显示器；16-主机箱；17-安全光栅；18-示教锥；19-同种尺寸圆形工件；20-三种不同尺寸圆形工件；21-七巧板拼图工件；22-相机组件；23-光源；24-安装支架；25-相机通讯线缆；26-安装架；27-立体自动送料机构存料仓；28-气缸推杆；29-定位筒；30-定位底板；31-光电传感器A；32-光电传感器B；33-光电传感器C。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1至图9，一种手眼伺服作业机器人实训装置，包括：

一体式铝型材平台1，桌面以上全部采用铝型材拼接而成，用于安装各类主体设备及控制操作设备，且该结构便于设备位置的随意更改；桌面以下用于放置相应设备的控制系统，且桌面以下放置空间采用前后双开门式结构，便于安装与维修；平台与地面接触的四角采用万向轮与脚杯的组合，既便于整体的移动，也便于保持整体平台的固定；

工业机器人2，本体位于桌面以上，工业机器人2包括真空吸盘4，可用于本实训系统中各类零件的拾取，真空吸盘4采用气动控制回路；示教锥18，用于坐标系的标定；示教器5，用于机器人2的操作与编程；机器人控制系统3，位于桌面以下，通过动力电缆与数据传输电缆与本体连接，动力电缆与数据传输电缆均通过桌面内部走线，既保证美观又具有安全作用；

输送带机构6，用于传输工件，位于机器人2前方，采用伺服电机驱动，配有编码器7，可实时准确获得工件传输位置和速度；输送带机构6的上料端安装有光电传感器B32，输送带机构6的下料端安装有光电传感器C33；

立体自动送料机构8，位于输送带机构6上方的一端，采用立体结构的方式，可节省占地空间，出料口处采用光电传感器A31加气缸组合的方式，可自动完成将工件送料至输送带机构6上，也可智能检测立体自动送料机构8内工件的有无；利用光电传感器A31能够对出料口处的工件有无进行检测，光电传感器检测结果为一个二值信号，即一个高电平一个低电平，高低电平分别代表一种检测结果(有工件、没有工件)。

立体仓库9，位于输送带机构6的另一端，机器人2本体旁，该立体仓库9采用三层结构，下面两层用于放置同种尺寸圆形工件19，最上面一层用于放置三种不同尺寸圆形工件20，各层与框架之间均采用同种规格的螺栓连接，可随意更换位置；

托盘10，位于机器人2本体的另一侧，该托盘10有两个作用，一是用于完成同种尺寸圆形工件19码垛项目时放置的区域，二是用于完成七巧板拼图工件21拼图项目时放置的区域。

视觉系统11，位于输送带机构6上方，视觉系统11包括相机组件22、光源23、视觉系统安装支架24以及相机通讯线缆25；相机组件22包括相机和镜头；视觉系统的安装高度及镜头的选型满足对输送带上工件精确识别的视野范围；

可编程控制器PLC，用于整体设备的总控，可编程控制器PLC包括CUP、通讯模块、IO模块、断路器、接触器、开关电源、伺服驱动器、继电器、接线端子，以上这些均固定于位于桌面下方的电控系统安装板12上，安装板上布置一定数量的滑轨，方便元器件的随意拆卸和组装，安装板与平台之间采用螺栓连接，更改电控系统时方便拆卸；包括人机界面控制盒13，位于桌面上一角，采用触摸屏完成界面上的操作与显示，控制盒上设有启动、停止、复位、急停按钮，手/自动旋钮、系统运行状态指示灯；报警灯14位于桌面上另一角，用于显示系统的运行状态；

工控机系统，用于运行视觉系统软件及视觉开发，视觉系统软件及视觉开发可以根据具体的需要从市场直接采购，显示器15位于桌面上一侧，用于显示视觉系统处理界面；主机箱16位于桌面以下，主机箱16内配有视觉系统采集卡，与相机通过以太网连接，采集图像信息，并通过板卡内置软件系统进行图像处理及视觉系统开发；

安全防护系统，位于平台上方四角装有安全光栅17，其信号与机器人2安全回路连接，用于检测是否有物体进入机器人2工作范围内，当有物体进入安全光栅17范围内时，设备自动停止运行，待物体脱离安全光栅17范围后，设备方可运行；

多种被训练工件，同种尺寸圆形工件若干19；三种不同尺寸圆形工件一套20；七巧板拼图工件一套21。

本优选实施例主要包括平台1，机器人系统，输送带机构6及编码器7，立体自动送料机构8，立体仓库9，托盘10，视觉系统11；控制系统包括可编程控制器，主要电气元件安装在电控系统安装板12上，还包括人机界面控制盒13、报警灯14；控制系统包括工控机一台，包含显示器15和主机箱16；安全防护系统包括安全光栅17；被训练的工件包括三种类型，同种尺寸圆形工件19若干，三种不同尺寸圆形工件20一套，七巧板拼图工件21一套。本系统通过不同设备的组合搭配，可完成四项实训任务。

机器人2包括机器人本体2、机器人控制系统3、示教器5、示教锥18、真空吸盘4及气动控制回路，通过示教器5可完成机器人2的所有操作、编程和控制；示教锥18安装面具有安装孔，可安装与机器人2末端的法兰盘上，示教锥18结构如图2所示，前端带有尖点，可用于机器人2编程时坐标系的校准和示教；真空吸盘4安装与机器人2末端法兰盘上，采用吸盘结构，可完成任意带有光滑平台工件的拾取；真空吸盘4气动控制回路如图8所示，由空压机、三联件、电磁阀、真空发生器、过滤器、吸盘夹具组成，空压机提供气源，三联件用于过滤净化气源并调节压力作用，电磁阀用于控制气源的通断，真空发生器用于产生负压的真空，过滤器用于对进入吸盘的气体再次过滤，该真空吸盘及气动控制回路可保证工件的任意拾取与放置。由上述设备组成的机器人系统，可用于机器人操作工件过程中各种动作、指令及编程的学习。

立体自动送料机构8的组成及工作原理如图9所示，包括安装架26用于连接在平台1上；定位底板30用于工件底部定位，长度延伸至输送带机构6上方；定位筒29用于机构内部存储工件的整体定位；存料仓27采用一定长度的筒状结构，长度可根据工件数量而定，如工件数量较多，加高长度即可增加存储空间；气缸推杆28用于将工件推至输送带机构6上，通过信号控制气缸推杆28根据需要一次完成一个工件的推送；光电传感器131用于检测机构内工件的有无，当检测到立体自动送料机构8内无工件时，气缸推杆28不进行推送。

机器人2实现输送带机构6上工件的跟踪抓取过程为：如图9所示，输送带机构6一直运转，光电传感器B32为机器人2开始进行输送带跟踪抓取时的开始窗口，光电传感器C33为机器人2开始进行输送带跟踪抓取时的结束窗口，当工件19运行至光电传感器B32位置时，机器人2开始动作并运行至工件上方，通过编码器7计算，使机器人2获得工件19的运动速度和实时位置，再通过真空吸盘4完成工件19的拾取。

实训项目一名为机器人输送带跟踪抓取工件并完成入库。其实施方法为：

将同种尺寸圆形工件19全部存储于立体自动送料机构8的存料仓27内，送料时间间隔可通过程序任意设置和调整；输送带机构6一直保持运转，当有一个工件从立体自动送料机构8中通过气缸推杆28推送至输送带机构6上后，工件自动向前输送；机器人2实现输送带机构6上工件的跟踪抓取过程如上段描述所述；拾取后按顺序送入立体仓库9下面两层的对应工件放置位置，工件放置数设置为8个，当机器人2完成8个工件的抓取入库后，系统自动运行停止，机器人2回到HOME点位置等待后续指令；实训项目一完成后的效果如图3所示。

实训项目二名为机器人输送带跟踪抓取工件并按垛型要求完成码垛。其实施方法为：

同样，将同种尺寸圆形工件19全部存储于立体自动送料机构8的存料仓27内，送料时间间隔可通过程序任意设置和调整；输送带机构6一直保持运转，当有一个工件从立体自动送料机构8中通过气缸推杆28推送至输送带机构6上后，工件自动向前输送；机器人2实现输送带机构6上工件的跟踪抓取过程如上段描述所述；拾取后按照设定的码垛程序，将工件按顺序码放到如图1所示的托盘10上，完成码垛程序设定的工件数量后，系统自动运行停止，机器人2回到HOME点位置等待后续指令；实训项目二完成后的效果如图4所示，垛型的设置可任意通过程序更改，而不仅限于图4中的码垛效果。

实训项目三名为基于视觉系统智能识别工件规格完成入库。其实施方法为：

将三种不同尺寸圆形工件20存储于立体自动送料机构8的存料仓27内，三种工件尺寸均不相同，分为大、中、小型工件，存储顺序任意；当任意工件在输送带机构6上运行至如图1所示的视觉系统11工位下时，通过如图7所示的相机及镜头22、光源23及软件程序，可自动识别出工件尺寸和型号，输送至控制系统内；机器人2完成跟踪抓取后，根据获得的工件型号，自动判断在立体仓库9最上层所对应的放置位置；全部完成后，系统自动运行停止，机器人2回到HOME点位置等待后续指令；实训项目三完成后的效果如图5所示，本项目设定了三种尺寸的圆形工件，其形状及数量可根据需要随意更改，不仅限于图5中的演示效果。

实训项目四名为基于视觉系统的机器人七巧板拼图。其实施方法为：

将七块七巧板拼图工件21由人工随机放置于输送带机构6任意起始位置端，对拼图放置位置、姿态、顺序均不作任何要求；当拼图运行至如图1所示的视觉系统11工位下时，通过如图7所示的相机及镜头22、光源23及软件程序，可自动识别出拼图形状，并计算出其位置误差；机器人2完成跟踪抓取后，根据识别出的拼图类型、位置和姿态误差，自动判断该块拼图的正确放置点，并自动计算抓取时该块拼图的位置误差，从而精确完成程序设定好的拼图图案形状；实训项目四完成后的效果如图6所示，本项目设定了用七巧板拼出方形图案，拼图及效果图案可根据需要任意更改，不仅限于图6中的演示效果。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.一种手眼伺服作业机器人实训装置，其特征在于：至少包括：

由铝型材拼接而成的平台；

位于平台上表面的工业机器人；上述工业机器人包括：机器人本体、用于拾取零件的真空吸盘、控制真空吸盘动作的气动控制回路、用于坐标系标定的示教锥、示教器、以及控制机器人本体动作的机器人控制系统；上述真空吸盘安装于机器人本体的动作臂上；所述机器人控制系统与机器人本体电连接；

位于平台上表面的输送带机构；所述输送带机构包括：输送带、带动输送带动作的电机；所述输送带位于动作臂的下方；

位于平台上表面的自动送料机构；所述自动送料机构位于输送带的上料端；

位于平台上表面的立体仓库；所述立体仓库位于输送带的下料端；所述立体仓库自上而下分为三层结构；

位于平台上表面的托盘；所述托盘位于输送带的一侧；

位于输送带上方的视觉系统；所述视觉系统包括：安装于平台上表面的安装支架、安装于安装支架上的相机和光源；

可编程控制器；所述可编程控制器的I/O端口分别与机器人本体、电机、自动送料机构电连接；

控制视觉系统动作的工控机系统；所述工控机系统包括显示器、配有视觉系统采集卡的主机箱；所述主机箱通过以太网与相机进行数据交互。

2.根据权利要求1所述的手眼伺服作业机器人实训装置，其特征在于：在所述平台上表面的四周安装有安全光栅。

3.根据权利要求1所述的手眼伺服作业机器人实训装置，其特征在于：所述平台下方设置有储放可编程控制器、主机箱的储物柜；所述储物柜的前表面和后表面均开设有门。

4.根据权利要求1所述的手眼伺服作业机器人实训装置，其特征在于：所述自动送料机构包括：安装在平台上的安装架、用于工件底部定位的定位底板、用于机构内部存储工件的定位筒、筒状结构的存料仓、用于将工件推至输送带上的气缸、用于检测工件有无的光电传感器；所述光电传感器的信号输出端子与气缸的触发端子电连接。