CN210574412U - 机器人综合仿真教学平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于仿真教学平台技术领域，具体涉及机器人综合仿真教学平台。其技术方案为：机器人综合仿真教学平台，包括平台主体，平台主体上分别安装有仿真演示器、示教器、伺服电机、伺服驱动器、运动控制器、外部IO拓展模块、电机调试模块，伺服电机的输出端与伺服驱动器的输入端连接，伺服驱动器的输出端与运动控制器连接，仿真演示器包括显示器；所述平台主体上设置有滑轨，滑轨内套设有滑块，滑块的另一端交接有升降机构，升降机构的另一端通过止推轴承与仿真演示器连接；仿真演示器的下端设置有支板，支板置于平台主体上。本实用新型提供了一种仿真演示器方便移动以保证观看效果、避免阻挡其他装置的机器人综合仿真教学平台。

Description

机器人综合仿真教学平台

技术领域

本实用新型属于仿真教学平台技术领域，具体涉及机器人综合仿真教学平台。

背景技术

近期，《中国制造2015》、《机器人产业发展规划(2016-2020年)》等文件正式发布，明确指出要组织实施机器人产业人才培养计划，加强院校机器人相关学科专业建设，加大机器人职业培训教育力度，加快培养机器人行业急需的高层次技术研发、管理、操作、维修等各类人才。同时，由于人力成本的快速上升，全球产业结构深度调整，越来越多的企业装配自动化设备来提高产能、降低人力成本。由此看出，中国作为“世界工场”正在快速进行技术升级，顺应制造技术的向前发展，自动化生产时代的到来已是一种趋势。可以预计，未来的几年中，企业对于自动化高层次人才的需求越来越大，而目前我国能够掌握机器人操作、调试、维修的技能人才极度缺乏，国内大中专院校机器人专业开设起步阶段。所以，开设机器人相关专业，对学校，对社会都是十分有意义的。

开设机器人专业、建设机器人实训基地为适应目前高素质、复合型人才培养的需要，通过教学、实操训练可以为企业培养大量自动化高层次人才，避免将来人才缺乏的问题。随着“机器换人”速度加快，不论是本体制造商、系统集成商还是最终用户均需要大量从事机器人使用、安装、调试及维护人员。机器人作业系统生产线自动化程度一般比较高，大量手工操作人员被机器人替换，但每条线仍然需要配置名若干名技术支持人员，负责机器人作业系统的巡视，保证系统运转正常。随着“机器换人”速度加快，现场大量设备需升级改造，需要能够完成机器人生产线自动化方案设计，升级改造技术的人员。

机器人综合仿真教学平台提供完善的工业机器人示教编程的方案，包括不同坐标系下的点动、示教文件的编程、按照示教文件选择单步或者连续执行，支持实时更改机器人速度等；提供标准6自由度、Scara、Delta、十字坐标机械手等结构模型，方便根据不同的需求更换机器人模型；提供不同的机器人外围设备模型，包括夹具、工具等；提供针对不同行业应用的工艺包，如打磨、喷涂等；可以按照一定的数据格式导入导出仿真出的数据文件，该数据文件可以直接在真实的工业机器人上运行；提供与仿真设备相配套的工业机器人，两者有着非常好的兼容性和移植性。

现有的机器人综合仿真教学平台的仿真演示器为固定安装，不方便移动。由于仿真教学平台所包含的装置较多，仿真演示器只能固定于某个位置。仿真演示器的位置较远时使用人员不方便观看显示器，仿真演示器安装较近时将阻挡使用人员对其他装置进行操作。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型目的在于提供一种仿真演示器方便移动以保证观看效果、避免阻挡其他装置的机器人综合仿真教学平台。

本实用新型所采用的技术方案为：

机器人综合仿真教学平台，包括平台主体，平台主体上分别安装有仿真演示器、示教器、伺服电机、伺服驱动器、运动控制器、外部IO拓展模块、电机调试模块，伺服电机的输出端与伺服驱动器的输入端连接，伺服驱动器的输出端与运动控制器连接，仿真演示器包括显示器；所述平台主体上设置有滑轨，滑轨内套设有滑块，滑块的另一端交接有升降机构，升降机构的另一端通过止推轴承与仿真演示器连接；仿真演示器的下端设置有支板，支板置于平台主体上。

优选地，所述升降机构包括多边形管，多边形管内通过止推轴承连接有丝杠螺母组件，丝杠螺母组件的输出端通过止推轴承与仿真演示器连接；多边形管上通过轴承连接有用于驱动丝杠螺母组件动作的驱动组件，驱动组件与丝杠螺母组件连接。

优选地，所述丝杠螺母组件包括丝杠，驱动组件与丝杠连接，丝杠的一端通过止推轴承连接于多边形管内，丝杠螺纹连接有螺母，螺母上固定有伸缩管，伸缩管的另一端通过止推轴承与仿真演示器连接。

优选地，所述驱动组件包括转动杆，转动杆通过轴承连接于多边形管的侧壁上，转动杆伸出多边形管的一端连接有手轮，转动杆的另一端连接有主动锥齿轮，主动锥齿轮啮合有从动锥齿轮，从动锥齿轮安装于丝杠螺母组件上。

优选地，所述滑轨沿平台主体的桌沿方向布置。

优选地，所述仿真演示器内安装有仿真软件，仿真软件包括电气系统的连线学习模块、机器人仿真学习模块、机器人三维建模知识模块、机器人电机调试模块运动学算法模块、伺服调试技术学习模块、总线技术模块、外部扩展传感器应用学习模块；电机调试模块内安装有电机监测与调试软件。

优选地，所述运动控制器的型号为GTC-RC800；示教器的型号为GRP-2000；伺服驱动器的型号为GTHD；外部IO拓展模块的型号为gLink200。

本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型的平台主体上分别安装有仿真演示器、示教器、伺服电机、伺服驱动器、运动控制器、外部IO拓展模块、电机调试模块，从而本实用新型可提供完善的工业机器人示教编程的方案，方便学生学习机器人学科的相关课程。滑块能在滑轨内任意滑动，则仿真演示器的位置能根据需要进行调整。仿真演示器的支板搭在平台主体上，避免仿真演示器倾倒。在需要对除仿真演示器以外的其他装置进行操作时，将仿真演示器推到较远位置，方便使用者对其他装置进行操作。当需要观看仿真演示器的屏幕或需要对仿真演示器进行操作，将仿真演示器拉近，方便使用者近距离操作仿真演示器，也方便使用者观看仿真演示器的显示器上的内容。本实用新型的仿真演示器的安装更加灵活，可根据需要调整其位置，可相应提高教学质量。

2.驱动组件能驱动丝杠螺母组件动作，则丝杠螺母组件在多边形管内动作。丝杠螺母组件的螺母被多边形管限制转动，则丝杠螺母组件的输出端能相应伸缩。丝杠螺母组件能通过止推轴承推动仿真演示器升降，保证仿真演示器的高度合适。使用者可根据自己身高调整仿真演示器的高度，方便使用者对仿真演示器进行操作，也保证了仿真演示器的显示器高度与使用者的高度匹配。

3.当驱动组件驱动丝杠转动时，螺母能被多边形管限制转动，则螺母能相对于多边形管移动。伸缩管随螺母移动，则伸缩管能通过止推轴承推动仿真演示器升降。丝杆螺母组件具有确定的传动比，保证了仿真演示器能更加精确地调整高度。

4.当转动手轮时，转动杆转动，转动杆带动主动锥齿轮转动。则在主动锥齿轮的驱动下，从动锥齿轮带动丝杠螺母组件动作。通过控制手轮的转动角度来控制仿真演示器的升降高度，方便操作。

5.滑轨沿平台主体的桌沿方向布置，则方便将仿真演示器推到不阻挡其他装置的位置或靠近桌边以方便操作的位置，提高了使用者的使用便利性。

6.通过使用本实用新型，使用者可进行电气系统的连线学习、机器人仿真学习、机器人三维建模知识学习、机器人电机调试模块运动学算法学习、伺服调试技术学习、总线技术学习、外部扩展传感器应用学习，方便了机器人相关课程的学习，操作更加方便。电机调试模块内安装有电机监测与调试软件，方便对电机进行监测和调试。

7.运动控制器的型号为GTC-RC800。在原有GUC-T电机调试模块的基础上集成了常用机器人的功能信号，重新设计了GUC结构，使得RC800成为一款功能较全、结构紧凑、能稳定保持高性能的机器人电机调试模块。

示教器的型号为GRP-2000。示教器是学生与机器人间的主要交流界面，学生通过示教器可直接移动机器人并可对机器人进行各种操作、示教、编程。机器人的各种信息、状态通过示教器显示给出。此外，还可以通过示教器对机器人进行各种配置，使得本实用新型的功能更加完备。

伺服驱动器的型号为GTHD，其采用了创新的软硬件设计，具备优异的伺服性能和业内领先的功率密度，用途极为广泛，且性价比极高。GTHD引入了新型电流回路设计，可实现业内领先的频率响应(高达3.0kHz)。CDHD具有高级自整定控制功能，可将跟踪误差和定位时间缩减至零，此外还使用了防震算法，能够消除机械共振。

外部IO拓展模块的型号为gLink200。gLink200模块可以实现数字量和模拟量控制。它适用领域广泛，包括机器人、数控机床、木工机械、印刷机械、装配生产线、电子加工设备、激光加工设备以及PCB钻铣设备等。gLink200模块以各类电机调试模块为主机，提供gLink-I协议、200协议和300协议。gLink200模块提供C语言等函数库和Windows动态链接库，实现复杂的控制功能。用户能够将这些控制函数与自己控制系统所需的数据处理、界面显示、用户接口等应用程序模块集成在一起，建造符合特定应用需求的控制系统，以适应各种应用领域的要求。

本实用新型的有益效果不限于此描述，为了更好的便于理解，在具体实施方式部分进行了更加详细的描述。

本实用新型的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本实用新型的实践而获知。本实用新型的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本实用新型实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本实用新型能够实现的上述和其他目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的使用状态示意图；

图3是本实用新型的部分结构图。

图中：1-平台主体；2-滑块；3-多边形管；4-丝杠螺母组件；5-驱动组件；11-仿真演示器；12-示教器；13-伺服电机；14-伺服驱动器；15-运动控制器；16-外部IO拓展模块；17-电机调试模块；18-滑轨；41-丝杠；42-螺母；43-伸缩管；51-转动杆；52-手轮；53-主动锥齿轮；54-从动锥齿轮；112-支板。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1：

如图1、图2、图3所示，本实用新型包括平台主体1，平台主体1上分别安装有仿真演示器11、示教器12、伺服电机13、伺服驱动器14、运动控制器15、外部IO拓展模块16、电机调试模块17，伺服电机13的输出端与伺服驱动器14的输入端连接，伺服驱动器14的输出端与运动控制器15连接，仿真演示器11包括显示器111；其特征在于：所述平台主体1上设置有滑轨18，滑轨18内套设有滑块2，滑块2的另一端交接有升降机构，升降机构的另一端通过止推轴承与仿真演示器11连接；仿真演示器11的下端设置有支板112，支板112置于平台主体1上。

平台主体1上分别安装有仿真演示器11、示教器12、伺服电机13、伺服驱动器14、运动控制器15、外部IO拓展模块16、电机调试模块17，从而本实用新型可提供完善的工业机器人示教编程的方案，方便学生学习机器人学科的相关课程。滑块2能在滑轨18内任意滑动，则仿真演示器11的位置能根据需要进行调整。仿真演示器11的支板112搭在平台主体1上，避免仿真演示器11倾倒。在需要对除仿真演示器11以外的其他装置进行操作时，将仿真演示器11推到较远位置，方便使用者对其他装置进行操作。当需要观看仿真演示器11的屏幕或需要对仿真演示器11进行操作，将仿真演示器11拉近，方便使用者近距离操作仿真演示器11，也方便使用者观看仿真演示器11的显示器111上的内容。本实用新型的仿真演示器11的安装更加灵活，可根据需要调整其位置，可相应提高教学质量。

更进一步，所述滑轨18沿平台主体1的桌沿方向布置。滑轨18沿平台主体1的桌沿方向布置，则方便将仿真演示器11推到不阻挡其他装置的位置或靠近桌边以方便操作的位置，提高了使用者的使用便利性。

实施例2：

如图3所示，在实施例1的基础上，所述升降机构包括多边形管3，多边形管3内通过止推轴承连接有丝杠螺母组件4，丝杠螺母组件4的输出端通过止推轴承与仿真演示器11连接；多边形管3上通过轴承连接有用于驱动丝杠螺母组件4动作的驱动组件5，驱动组件5与丝杠螺母组件4连接。

驱动组件5能驱动丝杠螺母组件4动作，则丝杠螺母组件4在多边形管3内动作。丝杠螺母组件4的螺母42被多边形管3限制转动，则丝杠螺母组件4的输出端能相应伸缩。丝杠螺母组件4能通过止推轴承推动仿真演示器11升降，保证仿真演示器11的高度合适。使用者可根据自己身高调整仿真演示器11的高度，方便使用者对仿真演示器11进行操作，也保证了仿真演示器11的显示器111高度与使用者的高度匹配。

更进一步，所述丝杠螺母组件4包括丝杠41，驱动组件5与丝杠41连接，丝杠41的一端通过止推轴承连接于多边形管3内，丝杠41螺纹连接有螺母42，螺母42上固定有伸缩管43，伸缩管43的另一端通过止推轴承与仿真演示器11连接。当驱动组件5驱动丝杠41转动时，螺母42能被多边形管3限制转动，则螺母42能相对于多边形管3移动。伸缩管43随螺母42移动，则伸缩管43能通过止推轴承推动仿真演示器11升降。丝杆螺母组件4具有确定的传动比，保证了仿真演示器11能更加精确地调整高度。

所述驱动组件5包括转动杆51，转动杆51通过轴承连接于多边形管3的侧壁上，转动杆51伸出多边形管3的一端连接有手轮52，转动杆51的另一端连接有主动锥齿轮53，主动锥齿轮53啮合有从动锥齿轮54，从动锥齿轮54安装于丝杠螺母组件4上。

当转动手轮52时，转动杆51转动，转动杆51带动主动锥齿轮53转动。则在主动锥齿轮53的驱动下，从动锥齿轮54带动丝杠螺母组件4动作。通过控制手轮52的转动角度来控制仿真演示器11的升降高度，方便操作。

实施例3：

在实施例1或实施例2的基础上，所述仿真演示器11内安装有仿真软件，仿真软件包括电气系统的连线学习模块、机器人仿真学习模块、机器人三维建模知识模块、机器人电机调试模块运动学算法模块、伺服调试技术学习模块、总线技术模块、外部扩展传感器应用学习模块；电机调试模块17内安装有电机监测与调试软件。

通过使用本实用新型，使用者可进行电气系统的连线学习、机器人仿真学习、机器人三维建模知识学习、机器人电机调试模块运动学算法学习、伺服调试技术学习、总线技术学习、外部扩展传感器应用学习，方便了机器人相关课程的学习，操作更加方便。电机调试模块17内安装有电机监测与调试软件，方便对电机进行监测和调试。

运动控制器15的型号为GTC-RC800。在原有GUC-T电机调试模块的基础上集成了常用机器人的功能信号，重新设计了GUC结构，使得RC800成为一款功能较全、结构紧凑、能稳定保持高性能的机器人电机调试模块。

示教器12的型号为GRP-2000。示教器是学生与机器人间的主要交流界面，学生通过示教器可直接移动机器人并可对机器人进行各种操作、示教、编程。机器人的各种信息、状态通过示教器显示给出。此外，还可以通过示教器对机器人进行各种配置，使得本实用新型的功能更加完备。

伺服驱动器14的型号为GTHD，其采用了创新的软硬件设计，具备优异的伺服性能和业内领先的功率密度，用途极为广泛，且性价比极高。GTHD引入了新型电流回路设计，可实现业内领先的频率响应(高达3.0kHz)。CDHD具有高级自整定控制功能，可将跟踪误差和定位时间缩减至零，此外还使用了防震算法，能够消除机械共振。

外部IO拓展模块16的型号为gLink200。gLink200模块可以实现数字量和模拟量控制。它适用领域广泛，包括机器人、数控机床、木工机械、印刷机械、装配生产线、电子加工设备、激光加工设备以及PCB钻铣设备等。gLink200模块以各类电机调试模块为主机，提供gLink-I协议、200协议和300协议。gLink200模块提供C语言等函数库和Windows动态链接库，实现复杂的控制功能。用户能够将这些控制函数与自己控制系统所需的数据处理、界面显示、用户接口等应用程序模块集成在一起，建造符合特定应用需求的控制系统，以适应各种应用领域的要求。

工作原理：

仿真软件内包含的多种机器人模型，工件模型，工具模型；可以在系统库中调取，同时用户也可以自定义加载相关模型。系统由1台ER3A-C60机器人(3kg)、电柜、多功能平台桌子，操作工位(打磨，装配几何描图，码垛)、同步带、PLC以及护栏等构成。仿真软件机器人与平台电机运动同步，为机器人教学提供易教、易学方案，提高机器人操作过程的安全性和可扩展性。

MCT2008是运动控制器15的功能演示和调试软件，通过该软件可以查看和监控控制器状态、配置板卡、测试控制器不同功能模块、调试电机系统等。详细的使用说明可使用该软件的帮助功能。

综合仿真平台实验室由6套机器人综合仿真教学平台构成。中心实验室由浅入深，由单机到系统，由模拟到实操、技术具有连续性。由实验平台模拟到实际工业现场应用，让学生逐步掌握：电机控制技术、PLC技术、传感器技术、机器人技术、工业机器人现场应用与操作、工业控制与运动控制等机器人实用操作技术、机器人安装、故障检测与处理。在掌握机器人高级技术应用的同时，训练学生设计分析能力、动手能力、操作能力和故障检测维护能力。系统提供开放性的平台，可根据教学需要与专业建设要求开展多层次全方位的二次开发与研究，也可结合机器人技术与当地工业背景开展应用课题研究。机器人综合仿真教学平台是一套集运动控制开发、逻辑控制开发、人机界面组态功能、机器人仿真、伺服系统调试、虚拟仿真于一体的开发平台。用户可在该平台上进行各类工业装备控制系统开发学习。

分屏式实时教学系统：实验室教室内设两台液晶显示屏，可直接将教师机的示教器界面和仿真平台当前显示界面直接通过通讯实时显示在大屏幕上，方便老师教学和学生边听讲边实机进行操作学习。

资源包建设：配置详细说明书以及微短小课程，详细介绍各部分的操作，运行过程，更好的促进学生掌握了解教学仿真平台。与此同时，训练学生设计分析能力、动手能力、操作能力。统提供开放性的平台，可根据教学需要与专业建设要求开展多层次全方位的二次开发与研究，也可结合机器人技术与当地工业背景开展应用课题研究。该实验室将机器人行业比较容易造成人身伤害的机器人本体部分虚拟化，绝对确保学生的人身安全，同时机器人的控制器系统、伺服驱动以及伺服电机均集成在此平台中，实体机器人所涉及到的所有相关知识在该实验室均能得到足够的展示与体验。

该综合仿真教学平台由浅入深，由单机到系统，由模拟到实操、技术具有连续性。由实验平台模拟到实际工业现场应用，让学生逐步掌握：电机控制技术、PLC技术、传感器技术、机器人技术、工业机器人现场应用与操作、工业控制与运动控制等机器人实用操作技术、机器人安装、故障检测与处理。在掌握机器人高级技术应用的同时，训练学生设计分析能力、动手能力、操作能力和故障检测维护能力。系统提供开放性的平台，可根据教学需要与专业建设要求开展多层次全方位的二次开发与研究，也可结合机器人技术与当地工业背景开展应用课题研究。

本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.机器人综合仿真教学平台，包括平台主体(1)，平台主体(1)上分别安装有仿真演示器(11)、示教器(12)、伺服电机(13)、伺服驱动器(14)、运动控制器(15)、外部IO拓展模块(16)、电机调试模块(17)，仿真演示器(11)包括显示器(111)；其特征在于：所述平台主体(1)上设置有滑轨(18)，滑轨(18)内套设有滑块(2)，滑块(2)的另一端交接有升降机构，升降机构的另一端通过止推轴承与仿真演示器(11)连接；仿真演示器(11)的下端设置有支板(112)，支板(112)置于平台主体(1)上。

2.根据权利要求1所述的机器人综合仿真教学平台，其特征在于：所述升降机构包括多边形管(3)，多边形管(3)内通过止推轴承连接有丝杠螺母组件(4)，丝杠螺母组件(4)的输出端通过止推轴承与仿真演示器(11)连接；多边形管(3)上通过轴承连接有用于驱动丝杠螺母组件(4)动作的驱动组件(5)，驱动组件(5)与丝杠螺母组件(4)连接。

3.根据权利要求2所述的机器人综合仿真教学平台，其特征在于：所述丝杠螺母组件(4)包括丝杠(41)，驱动组件(5)与丝杠(41)连接，丝杠(41)的一端通过止推轴承连接于多边形管(3)内，丝杠(41)螺纹连接有螺母(42)，螺母(42)上固定有伸缩管(43)，伸缩管(43)的另一端通过止推轴承与仿真演示器(11)连接。

4.根据权利要求2所述的机器人综合仿真教学平台，其特征在于：所述驱动组件(5)包括转动杆(51)，转动杆(51)通过轴承连接于多边形管(3)的侧壁上，转动杆(51)伸出多边形管(3)的一端连接有手轮(52)，转动杆(51)的另一端连接有主动锥齿轮(53)，主动锥齿轮(53)啮合有从动锥齿轮(54)，从动锥齿轮(54)安装于丝杠螺母组件(4)上。

5.根据权利要求1所述的机器人综合仿真教学平台，其特征在于：所述滑轨(18)沿平台主体(1)的桌沿方向布置。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的机器人综合仿真教学平台，其特征在于：所述运动控制器(15)的型号为GTC-RC800；示教器(12)的型号为GRP-2000；伺服驱动器(14)的型号为GTHD；外部IO拓展模块(16)的型号为gLink200。

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