CN213518913U - 工业机器人仿真实训系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种工业机器人仿真实训系统，包括上位机和实训箱，所述实训箱包括箱体以及设置于所述箱体内的可编程控制器、触摸屏和微型周边设备，所述周边设备为机器人工作站中的周边设备；所述触摸屏分别与所述上位机和可编程控制器通信连接；所述可编程控制器与所述微型周边设备连接；所述上位机内集成有虚拟机器人工作站仿真模型。本实用新型采用虚实结合的方式，实现一个完整的工作站；实体部分采用实训箱的方式，不增加现有通用机器人实训室的场地压力，体积小，便于携带。

Description

工业机器人仿真实训系统

技术领域

本实用新型涉及实训设备技术领域，尤其涉及一种工业机器人仿真实训系统。

背景技术

各类职业教育职业培训中，通常采用实体的工业机器人搭建模拟的工作站进行教学，但是实体工作站价格贵、体积大，导致配置的工作站较少，实训工位少，不便于大班教学。因此，目前广泛使用仿真平台用于辅助教学。仿真平台改善了纯理论教学的枯燥乏味，增加了教学的直观性，锻炼了学生的动手实践能力。仿真平台尤其适合用于学习比较不直观的知识，适合实训平台因场地、投资等原因不容易搭建的场合。仿真平台相对实体的实训平台比，具有投资较小、占用场地较小、操作安全性较好等特点，因而伴随软件行业快速发展，仿真平台也快速发展。

目前，工作站仿真实训平台采用分模块进行仿真，例如：工业机器人采用RobotStudio软件进行仿真，PLC采用S7-200SIM仿真软件，触摸屏采用自带的离线模拟功能。使用时，学生分别完成工业机器人编程、PLC(可编程控制)编程、触摸屏编程进行训练。然而，由于工控产品厂家众多，各自都有自己的仿真软件，各个软件API接口开放较小，不方便进行信号交互。实际上，使用现有分模块训练的方式，难以组成一个完整的工业机器人工作站，学生编写完成各个部分的程序，也无法验证程序的正确性和工作站节拍。这种仿真平台使用起来不方便，学习效果比较一般。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种工业机器人仿真实训系统，通过虚实结合的方式实现完整的机器人工作站。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种工业机器人仿真实训系统，包括上位机和实训箱，所述实训箱包括箱体以及设置于所述箱体内的可编程控制器、触摸屏和微型周边设备，所述周边设备为机器人工作站中的周边设备；所述触摸屏分别与所述上位机和可编程控制器通信连接；所述可编程控制器与所述微型周边设备连接；所述上位机内集成有虚拟机器人工作站仿真模型。

进一步地，还包括交换机，所述交换机设置于所述箱体内，所述触摸屏通过所述交换机分别与所述上位机和可编程控制器通信连接。

进一步地，还包括信号输入输出板，所述信号输入输出板设置于所述箱体内，所述信号输入输出板与所述可编程控制器连接。

进一步地，还包括主令电器，所述主令电器与所述信号输入输出板连接。

进一步地，还包括报警灯塔，所述报警灯塔与所述信号输入输出板连接。

进一步地，所述微型周边设备包括微型输送机构和微型翻转机构中的至少一种。

进一步地，所述微型输送机构包括第一伺服电机和同步带，所述第一伺服电机与所述同步带连接；所述微型翻转机构包括第二伺服电机和翻转盘，所述第二伺服电机与所述翻转盘连接。

进一步地，还包括电源模块，所述电源模块分别与所述可编程控制器、触摸屏和微型周边设备连接。

进一步地，所述箱体包括箱底和箱盖，所述触摸屏设置于所述箱盖内侧。

进一步地，还包括工件台模型，所述工件台模型设置于所述箱体内。

本实用新型的有益效果在于：采用虚实结合的方式，将各个模块进行有机融合，组建一个完整的工作站；实体部分采用实训箱的方式，不增加现有通用机器人实训室的场地压力，体积小，便于携带和管理。

附图说明

图1为本实用新型的一种工业机器人仿真实训系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一的结构示意图；

图3为本实用新型实施例一的实训箱的安装结构示意图；

图4为本实用新型实施例一的电气主回路原理示意图一；

图5为本实用新型实施例一的电气主回路原理示意图二；

图6为本实用新型实施例一的电气控制回路原理图。

标号说明：

1、上位机；2、实训箱；3、可编程控制器；4、触摸屏；5、微型周边设备；6、交换机；7、信号输入输出板；8、电源模块；

21、箱底；22、箱盖。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

名词解释：

机器人工作站：指以一台或多台机器人为主，配以相应的周边设备，如变位机、输送机、工装夹具等，或借助人工的辅助操作一起完成相对独立的一种作业或工序的一组设备组合。

主令电器：用作闭合或断开控制电路，以发出指令或作程序控制的开关电器。它包括按钮、凸轮开关、行程开关、脚踏开关、接近开关、倒顺开关、紧急开关、钮子开关等。

请参阅图1，一种工业机器人仿真实训系统，包括上位机和实训箱，所述实训箱包括箱体以及设置于所述箱体内的可编程控制器、触摸屏和微型周边设备，所述周边设备为机器人工作站中的周边设备；所述触摸屏分别与所述上位机和可编程控制器通信连接；所述可编程控制器与所述微型周边设备连接；所述上位机内集成有虚拟机器人工作站仿真模型。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：采用虚实结合的方式，可实现一个完整的工作站，且体积小，便于携带和管理。

进一步地，还包括交换机，所述交换机设置于所述箱体内，所述触摸屏通过所述交换机分别与所述上位机和可编程控制器通信连接。

由上述描述可知，通过设置交换机，可解决触摸屏与可编程控制器之间端口不匹配的问题。同时，通过交换机连接触摸屏、上位机和可编程控制器，可组成一个小型工业网络，实现机器人工作站周边设备与虚拟机器人的联合仿真。

进一步地，还包括信号输入输出板，所述信号输入输出板设置于所述箱体内，所述信号输入输出板与所述可编程控制器连接。

进一步地，还包括主令电器，所述主令电器与所述信号输入输出板连接。

由上述描述可知，可受培训者根据工业机器人应用场景进行定义可编程控制器的输入输出信号。

进一步地，还包括报警灯塔，所述报警灯塔与所述信号输入输出板连接。

由上述描述可知，可直观地提醒受培训者。

进一步地，所述微型周边设备包括微型输送机构和微型翻转机构中的至少一种。

进一步地，所述微型输送机构包括第一伺服电机和同步带，所述第一伺服电机与所述同步带连接；所述微型翻转机构包括第二伺服电机和翻转盘，所述第二伺服电机与所述翻转盘连接。

由上述描述可知，可实现对可编程控制器编程的训练及伺服控制器技术的训练。

进一步地，还包括电源模块，所述电源模块分别与所述可编程控制器、触摸屏和微型周边设备连接。

由上述描述可知，通过设置电源模块，可为实训箱内的设备供电。

进一步地，，所述箱体包括箱底和箱盖，所述触摸屏设置于所述箱盖内侧。

由上述描述可知，通过将触摸屏设置在箱盖内侧，节约箱体空间，且便于受培训者操作。

进一步地，还包括工件台模型，所述工件台模型设置于所述箱体内。

由上述描述可知，通过设置工件台模型，便于受培训者直观了解实体的外观。

实施例一

请参照图2-6，本实用新型的实施例一为：一种工业机器人仿真实训系统，可应用于工业机器人的仿真培训。如图2所示，包括上位机1和实训箱2，所述上位机1内集成有仿真软件和虚拟机器人工作站仿真模型；所述实训箱2包括箱体以及设置于所述箱体内的可编程控制器3、触摸屏4和微型周边设备5，所述触摸屏4分别与所述上位机1和可编程控制器3通信连接；所述可编程控制器3与所述微型周边设备5连接。

其中，所述触摸屏用于接收受训者输入的控制指令，所述控制指令包括用于控制上位机中的虚拟机器人工作站仿真模型的第一控制指令和用于控制可编程控制器中的程序的第二控制指令(触摸屏上的人机交互界面及人机交互程序由受培训者设计编写)。

所述周边设备为机器人工作站中的周边设备，但由于实际的周边设备过大，因此本实施例中采用的是微型周边设备(尺寸可依据实训箱的大小而定)，例如微型输送机构(微型输送带)和微型翻转机构(微型翻转机)，微型输送机构和微型翻转机构分别与可编程控制器连接。进一步地，所述微型输送机构包括第一伺服电机和同步带，所述第一伺服电机与所述同步带连接，所述微型翻转机构包括第二伺服电机和翻转盘，所述第二伺服电机与所述翻转盘连接。

所述可编程控制器实际上是与微型周边设备的伺服电机连接，用于控制伺服电机(可编程控制器中存储有受培训者编写的伺服电机的控制程序)。但若仅设置伺服电机，则无法很好地观测到伺服电机的运转状态。例如，对于微型输送机构中，无法很好地观测第一伺服电机驱动同步带传送的长度；对于微型翻转机构，无法很好地观测第二伺服电机驱动翻转盘翻转的角度。因此，通过设置较为完整的微型周边设备，便于受培训者进行观察，使受培训者可验证伺服电机控制程序的可行性，从而实现对可编程控制器编程的训练及伺服控制器技术的训练。

本实施例中，所述上位机为PC机。上位机中运行有RobotStudio仿真软件，虚拟机器人工作站仿真模型采用SolidWorks建模，然后导入RobotStudio中。仿真模型中集成了料库、翻转机、输送机、工业机器人、触摸屏、按钮盒、工件台等。SolidWorks创建的模型只有机械属性，将这些模型导入RobotStudio软件中，利用RobotStudio中的smart组件和机械装置组件，创建工具的TCP、线传感器、面传感器等，实现模型的运动和抓取等。仿真模型的尺寸可以与实体的机器人工作站尺寸1:1，使得仿真平台上的程序便于直接迁移至实体的平台。

进一步地，还包括交换机6，所述交换机6设置于所述实训箱2的箱体内，所述触摸屏4通过所述交换机6分别与所述上位机1和可编程控制器4通信连接。通过设置交换机，可解决触摸屏与可编程控制器之间端口不匹配的问题。同时，通过交换机连接触摸屏、上位机和可编程控制器，可组成一个小型工业网络，实现机器人工作站周边设备与虚拟机器人的联合仿真，方便教学，增强学生的学习体验，进而提高教学的质量和学习效果。

进一步地，所述实训箱2的箱体内还设有信号输入输出板7，所述信号输入输出板7与所述可编程控制器3连接。优选地，还包括主令电器和报警灯塔，所述主令电器和报警灯塔分别与所述信号输入输出板。即所述信号输入输出板集成了主令电器和报警灯塔，用于受培训者根据工业机器人应用场景进行定义可编程控制器的输入输出信号，在此过程，受培训者可学习到可编程控制器的硬件结构。

进一步地，还包括电源模块8，所述电源模块8也设置于所述实训箱2的箱体内，所述电源模块8分别与所述可编程控制器3、触摸屏4、微型周边设备5、交换机6、信号输入输出板7连接，用于为实训箱内的设备供电。

优选地，如图3所示，所述实训箱2的箱体包括箱底21和箱盖22，所述触摸屏4设置于所述箱盖22内侧，避免占用箱底的空间，可将箱底的空间留给其他设置在实训箱内的设备。图3还示出了本实施例中实训箱内其他设备的排布。其中，对于信号输入输出板7，可分为两半，一半为信号输入口，另一半为信号输出口。另外，本实施例的电气主回路原理如图4-5所示；本实施例的电气控制回路原理图如图6所示。

优选地，所述实训箱的箱体内还可以设置有工件台模型，所述工件台模型即机器人模型，便于受培训者直观了解机器人的外观。

本实施例可克服现有技术中难以组成一个完整工作站的问题。通过虚实集合的RobotStudio与PLC联合仿真的技术，可以实现一个完整工作站，便于工学一体化课程的开展(工学一体化是一种面向应用的学习方式，而分模块的系统无法实现一个完整工作应用场景的学习任务的训练)，且在仿真平台上的程序可直接迁移至实体的平台。实体部分采用实训箱的方式，不增加现有通用机器人实训室的场地压力，体积小，便于携带和管理。作为现有通用机器人实训平台的补充，与现有实训室的工作站一致性较好，增加了实训工位，方便教学。亦可携带实训箱至企业，送教上门开展职业技术技能培训。

实施例二

本实施例是实施例一的一具体应用场景。

某工业机器人分拣工作站因产品变更、节拍变化或机构改变等原因，需要调整机器人工作站。

工业机器人分拣应用场景的学习任务要求是机器人将工件抓取放在输送带上，输送带将工件传送至尾部，传送带中间装有传感器可以识别良品和不良品，机器人根据获取的良品或不良品的信号，将工件分别放在不同料盘。

受培训者根据学习任务要求，(1)将主令电器、报警灯塔与输入输出板通过导线连接；(2)编写可编程控制器程序控制器微型输送机；(3)编写触摸屏画面，点动触摸屏启动按钮，当传感器识别到有工件，同步带运转带动工件运动；(4)传感器检测良品还是不良品，传感器信号给可编程控制器，可编程控制器将信号给虚拟机器人工作站仿真模型中的机器人；(5)机器人将工件放到不同的区域(该步骤在仿真软件中实现)。

综上所述，本实用新型提供的一种工业机器人仿真实训系统，采用虚实结合的方式，将各个模块进行有机融合，组建一个完整的工作站；实体部分采用实训箱的方式，不增加现有通用机器人实训室的场地压力，体积小，便于携带和管理；为现有通用机器人实训平台的补充，与现有实训室的工作站一致性较好，增加了实训工位，方便教学；亦可携带实训箱至企业，送教上门开展职业技术技能培训。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种工业机器人仿真实训系统，其特征在于，包括上位机和实训箱，所述实训箱包括箱体以及设置于所述箱体内的可编程控制器、触摸屏和微型周边设备，所述周边设备为机器人工作站中的周边设备；所述触摸屏分别与所述上位机和可编程控制器通信连接；所述可编程控制器与所述微型周边设备连接；所述上位机内集成有虚拟机器人工作站仿真模型。

2.根据权利要求1所述的工业机器人仿真实训系统，其特征在于，还包括交换机，所述交换机设置于所述箱体内，所述触摸屏通过所述交换机分别与所述上位机和可编程控制器通信连接。

3.根据权利要求1所述的工业机器人仿真实训系统，其特征在于，还包括信号输入输出板，所述信号输入输出板设置于所述箱体内，所述信号输入输出板与所述可编程控制器连接。

4.根据权利要求3所述的工业机器人仿真实训系统，其特征在于，还包括主令电器，所述主令电器与所述信号输入输出板连接。

5.根据权利要求3所述的工业机器人仿真实训系统，其特征在于，还包括报警灯塔，所述报警灯塔与所述信号输入输出板连接。

6.根据权利要求1所述的工业机器人仿真实训系统，其特征在于，所述微型周边设备包括微型输送机构和微型翻转机构中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的工业机器人仿真实训系统，其特征在于，所述微型输送机构包括第一伺服电机和同步带，所述第一伺服电机与所述同步带连接；所述微型翻转机构包括第二伺服电机和翻转盘，所述第二伺服电机与所述翻转盘连接。

8.根据权利要求1所述的工业机器人仿真实训系统，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块分别与所述可编程控制器、触摸屏和微型周边设备连接。

9.根据权利要求1所述的工业机器人仿真实训系统，其特征在于，所述箱体包括箱底和箱盖，所述触摸屏设置于所述箱盖内侧。

10.根据权利要求1所述的工业机器人仿真实训系统，其特征在于，还包括工件台模型，所述工件台模型设置于所述箱体内。

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