TC-JXJQR工業機器人實訓平臺方案
設備概述
隨著社會對人才需求的發展，我們的教學方式也希望能提供比較多的系統的工程應用訓練和工程創新訓練，同時渴望探索尋求新的教學方法，開發新的課程體系，以培養高素質，強實踐能力，受企業歡迎的畢業生。在探索新的教學方法，課程體系的時候，我們考慮尋找一個能進行綜合系統的創新實踐的平臺。
機器人是非常典型的機電一體化系統，它融合了機械、電子、傳感器、計算機軟硬件、控制、人工智能和造型技術等眾多的先進技術，是高等學校開展工程訓練、教學實驗、課外創新活動和科研為理想的平臺。
機器人創新實訓室的建設可以為學生和教師提供一個綜合的創新教育平臺和教學研究平臺，引導學生進行單片機和微控制器、數字電子和模擬電子、數字邏輯、檢測技術與傳感器、工業控制、機器人學等課程的學習和實踐，并通過采用系統的方法對實驗教學內容、方法和手段進行創新，使學生既能了解基本原理，又能了解實際的測控方法和對象，理論聯系實際，科學主導工程；提高學生的創新能力和動手能力，提升整個專業的教學水平，廣泛性的激發學習者的興趣和激情。同時為學校參加中國大學機器人電視大賽和中國機器人大賽等提供硬件和軟件支持，使學生能夠廣泛適用于機電一體化、電氣工程、自動化工程等方向的就業需求，同時滿足高校專業教學實驗和科學研究的要求。
因此，采用機器人作為機電、自動化、計算機、檢測與控制技術的教學實驗平臺是各相關工程專業的選擇，這就是我們建設專業機器人創新實訓設備的目的和動力。
圖1 工業機器人實訓平臺
一、技術要求
1、第三代教學臺，以六軸工業機器人為核心，模塊化設計理念，配有多個功能單元，且相互獨立；通過更換不同實訓功能單元，即可完成不同實訓任務的目的。也可多個模塊組合使用形成一套模擬產線體系；
2、裝置以機器人本體同品牌的控制器件及其軟件實現系統控制；
3、所有實訓功能模塊，包括機器人本體，都安裝在同一主體臺面上；
4、裝置能模擬再現多種工業應用場景，包含以下模塊：基礎型實訓操作、軌跡描繪實訓、搬運實訓、碼垛實訓、視覺應用實訓；
5、實訓桌體單元采用金屬材質的辦公桌形式，桌體表面用標準鋁型材拼接，非機器人工作區鋪有硅膠墊片，便于寫作或其他用途；
6、桌體尺寸應不小于700mm*1300mm*700mm(L*W*H)；
7、系統主要技術規格：3相/單相AC220-230V±10%，消耗電力0.4KVA，環境溫度0℃-40℃，環境濕度20%-85%（無結露）。
二、工業機器人實訓平臺簡介
工業機器人實訓平臺主要由實驗桌體、電氣控制柜、機器人本體模塊、實驗教學模塊以及各種夾具快換裝置。
3.1實驗桌體
1．該設備實訓桌體由桌面、桌體框架組成，桌面由標準工業鋁型材拼接而成，便于更換和固定教學模塊及其他，在非機器人工作區域的臺面上鋪有膠墊，便于寫作和拆裝其他零件模塊。
2．桌體框架由鈑金焊接而成表面烤漆，機器人控制柜 以及電氣控制柜都集成其內部空間里，還留有抽屜以及其他存儲空間；
3．電控柜在桌體前方，且安裝透明有機玻璃門半，方便接線和調試程序。于電氣安裝板上安裝PLC、交流接觸器、開關電源、安全繼電器等電氣元件。交流接觸器提供設備電源的接入與斷開，開關電源為設備運行提供必要的安全操作電源；繼電器作為控制信號的轉換為外部多種控制方法提供便。
3.2機器人本體模塊
3.2.1機器人設備
1．國際知名品牌機器人，有效負載3-6kg，工作半徑541mm，位置重復精度±0.02mm；
2．機器人本體應安裝在穩固的實訓臺上；
3．本體到控制器3～7M長電纜；
4．驅動方式：AC伺服方式；
5．主體質量：26KG；
6．標準周期時間：0.35秒；
7．防護等級：IP40；
8．示教器：5.7*彩色觸摸屏，顯示語種：中/日/英；
9．PC離線編程模擬軟件：FDonDESK Pro；
10．通訊功能：EthernetI/P基板，DeviceNet基板，CC-link基板，Profibus基板，ProfiNet基板；
11．I/O基板：標準I/O基板32I，32Q，標準I/O基板64I，64Q，標準I/O基板8I，8Q；
3.2.2機器人控制裝置
1．操作SW：緊急停止、模式切換；
2．標準控制軸數：6軸，控制軸數：7軸；
3．網絡：Ethernet；
4．電源規格：3相/單相：220V/230V，環境溫度：0-40度，環境濕度：20~85%（無結露）；
5．示教方式：示教再現、機器人語言；
6．程序選擇數：9，999種；
7．示教器：5.7寸彩色LCD觸摸屏，單手3檔啟用開關SW，緊急停止按鈕；
8．專用安全輸入：外部緊急停止、安全插頭、外部啟動、保護停止；
9．消耗電力：0.4KVA；
10．外形尺寸：369mm（W）*490 mm（D）*173mm（H）；
11．存儲容量：256MB，外部存儲裝置接口：USB存儲器；
3.3、手爪模塊單元
1．氣動平行手指夾具，選用SMC的氣動元件，通過電磁閥控制氣路來操控手指的開合；
2．軌跡教學手抓筆，選用油性筆能再描繪貼紙上進行真實的軌跡繪畫作業，也可更換TCP教學針，作TCP教學用途；
另可加配：
1、吸盤夾具，選用SMC的氣動元件，通過電磁閥的來控制氣路通斷，再有壓縮控制進入真空發生器產生負壓，從而使得吸盤夾具可吸附產品；
2．氣動打磨工具，采用壓縮空氣驅動打磨工具快速旋轉，從而帶動其夾持的道具進行打磨、拋光、機加工等（打磨加工教學零件為非金屬材質）；
3．工具手抓快換單元，選用知名品牌快換裝置，所有工具手抓放置在，快換工具架上，根據教學需求自動切換手抓。
3.4、實驗教學模塊
1、平面軌跡教學模塊
平面軌跡教學模塊以鈑金或者鋁板為載體，載體配置一塊畫有中國地圖的硬塑板，機器人選擇合適的氣指沿著表面軌跡進行移動，該模塊可自由調節角度，通過控制器采集運動信息，觀察機器人的平面運動軌跡，學習和掌握機器人在曲面上運動的特性。
|
2、曲面軌跡教學模塊
曲面軌跡教學模塊以鈑金或者鋁板為載體，載體配置一塊任性較好的硬塑板，通過調節硬塑板安裝的位置，可以將硬塑板進行彎曲形成不同角度的曲面，機器人選擇合適的氣指沿著曲面進行移動，通過控制器采集運動信息，觀察機器人的曲面運動軌跡，學習和掌握機器人在曲面上運動的特性。
3.5、電器柜單元
1．電氣控制器單元，主要由PLC、觸摸屏控制單元和外部控制按鈕等組成；
2．PLC 控制單元，PLC 主機端子與智能電氣模塊連接，對PLC 輸入輸出信號進行接收、檢測，再通過標準電氣接口控制各個單元自動化運行。智能電氣模塊采用標準化設計，輸入輸出接口開放，PLC 控制單元由1臺PLCS7-1500 系列，及安裝導軌和PROFINET接口等組成，250KB 程序，1 MB 數據；48 ns；集成2x PN 接口；6HSC@100kHz；集成的PROFINET 接口設計技術，具有可擴展性強和靈活度高的特性；
3．觸摸屏控制單元，位于實訓桌體臺面，由觸摸屏、控制按鈕、金屬框架和鋁型材組成，觸摸屏和其下部的控制按鈕安裝在金屬框架內；
?。?）觸摸屏KPT 700 屏幕大小應不小于154.1 x 85.9 mm (7")；屏幕分辨率應不小于800 x 480像素；色彩65536色；CPU 主頻應不小于600MHZ；數據存儲器容量應不小于128M，程序存儲器容量應不小于256 MB；配有RS422/485 接口，傳輸速率應不小于187.5 Kb/s；額定電壓+24 V，誤差正負20%，允許電壓范圍19.2 到28.8V。觸摸屏在裝置中用于設定系統的選項、顯示稱重信息、顯示系統的報警信息、各工位選擇及對應系統參數反饋顯示和手自動模式切換；
?。?）控制按鈕包括設備控制按鈕組、設備啟動開關組，其中設備控制按鈕包含四個功能按鈕：啟動、停止、復位、急停等或其他自定義功能。設備啟動開關包括三個控能開關，打開設備主線路的電源開關，控制PLC、伺服控制器、步進驅動器等驅動的電源開關，機器人啟動開關。
4．電氣控制單元配置單：
?。?）1臺PLC S7-1200系列；
?。?）1付安裝導軌；
?。?）1個12MB存儲卡；
?。?）1個PM1507：輸入120 V / 230 V AC 自適應，輸出24 V / 3 A；
?。?）1只斷路器；
?。?）1只開關電源；
?。?）多套繼電器；
?。?）1只斷路器；
?。?）1臺觸摸屏；
?。?0）3個啟動、停止、復位按鈕；
?。?1）1個急停按鈕；
?。?2）1個工業級電源開關；
三、實驗平臺教學功能
1．工業機器人認知
?。?）學習機器人構成原理；
?。?）學習機器人的控制原理；
?。?）學習機器人使用須知；
2．機器人安全使用教學
?。?）將操控面板上的開關接線接入機器人安全鏈板；
?。?）通過操控開關查看不同的安全接點的功能作用；
?。?）培養學習者安全操作規劃和安全意識；
3．．平面軌跡教學
?。?）機器人切換TCP手抓，并將TCP手抓中的頂針更換成記號筆；
?。?）將印有中國地圖的平面模塊板固定在桌面上；
?。?）平面模塊上除了自身打印的中國地圖外還可將軌跡教學圖案貼紙貼在上面；
?。?）機器人攜帶教學筆對軌跡進行描繪；
?。?）通過此單元學習簡單的機器人路徑示教編程；
6．曲面軌跡教學
?。?）機器人切換TCP手抓，并將TCP手抓中的頂針更換成記號筆；
?。?）將曲面教學模塊固定在桌面上；
?。?）把應用軌跡圖案的教學貼紙粘貼在曲面平臺上；
?。?）機器人攜帶教學筆對軌跡進行描繪；
?。?）通過此單元學習機器路勁軌跡編程示教和模擬弧焊軌跡教學；
可擴展相關教學內容：
1、搬運教學
?。?）機器人切換吸盤手抓；
?。?）將七巧板教學模塊固定在桌面上；
?。?）通過示教編程把相對應的形狀的七巧板放到對應形狀的凹槽里；
?。?）通過此單元學習機器人基礎搬運應用；
2．碼垛教學
?。?）機器人切換吸盤手抓；
?。?）將碼垛教學平板固定在桌面上；
?。?）通過示教編程把小木塊碼放成不同要求的垛型；
?。?）通過此單元學習機器人碼垛應用；
3．打磨拋光教學
?。?）機器人切換氣動打磨工具手抓；
?。?）將打磨教學工件固定在桌面上或通過其他模塊夾具固定；
?。?）示教機器人對工件的周邊毛刺進行打磨拋光處理；
?。?）通過此單元學習機器人打磨應用；
4．裝配教學
?。?）機器人切換平行手抓手抓；
?。?）將平面裝配板固定在桌面上；
?。?）機器人抓取相應的教學產品，將它們組合裝配在一起；
?。?）通過此單元學習機器人裝配應用；
5．機器人通訊教學
?。?）通過PLC和操控面板等控制元器件和機器人控制柜連接；
?。?）學習通訊接線方式、通訊編碼規則等；
6．機器人視覺應用
?。?）機器人切換吸盤手抓；
?。?）將視覺固定在桌面上；
?。?）將教學工件放在相機視野下；
?。?）相機將識別并定位處理信息發送給機器人；
?。?）機器人根據相關信息做出相應的動作；
?。?）通過此單元學習機器人與視覺的應用；
四、實訓平臺課程學習資料
5.1課程內容框架
本課程基于工業機器人典型工作任務和安全操作規范開發而成。共計6個教學項目，25個教學任務，滿足職業院校工業機器人技術相關專業或教學方向的授課需求；
課程由教材、工作頁、教學PPT、數字化資源和題庫五大元素組成；
教材主要用于教師教學參考，工作頁用于學生上課測評，教學PPT可用于教學演示和重點知識強化，數字化資源為趣味導入素材，同時也可以輔助老師將枯燥的理論知識趣味化、教學難度高的原理知識科普化，從而加快學生理解速度、提高學生學習興趣、提升教師教學質量。
其中課程內容目錄如下：
序號 | 項目單元 | 學習任務 |
1 | 項目一 認知工業機器人 | 了解工業機器人的發展 |
認知工業機器人的種類 | ||
認知工業機器人的組成 | ||
認知工業機器人的一般保養 | ||
2 | 項目二 工業機器人的硬件連接 | 認知工業機器人本體 |
認知工業機器人的控制系統 | ||
認知工業機器人本體與控制柜的連接操作 | ||
認知工業機器人安全保護機制 | ||
3 | 項目三 工業機器人基礎操作 | 配置操作環境 |
查看常用信息 | ||
備份與恢復操作 | ||
手動操縱機器人 | ||
4 | 項目四 工業機器人坐標系的認知 | 工業機器人坐標系 |
設定工具坐標系 | ||
設定工件坐標系 | ||
機器人轉數計數器更新 | ||
5 | 項目五 工業機器人I/O通信操作 | 工業機器人I/O通信種類 |
標準I/O板與DSQC652板的配置 | ||
I/O信號板的定義 | ||
操作系統輸入/輸出I/O信號的關聯 | ||
6 | 項目六 工業機器人基礎編程 | 工業機器人程序數據的類型與分類 |
建立工業機器人程序數據 | ||
認知工業機器人RAPID程序 | ||
建立工業機器人RAPID程序 | ||
認知基本的工業機器人RAPID程序指令 |
|
文檔資源庫
5.2資源清單
序號 | 視頻資源 |
1 | 工業機器人的概述 |
2 | 工業機器人本體介紹 |
3 | 工業機器人控制柜的介紹 |
4 | 工業機器人本體與控制柜的連接 |
5 | 工業機器人示教器基本操作 |
6 | 工業機器人控制柜系統組成 |
7 | 工業機器人虛擬I/O板的設定 |
8 | 工業機器人手動操作的快捷方式 |
9 | 工業機器人轉數計數器更新操作 |
10 |
|
11 | 工業機器人標準I/O板的介紹 |
12 | 工業機器人系統輸入輸出與I/O信號的關聯 |
13 | 工業機器人程序數據的類型與分類 |
14 | 工業機器人創建程序模塊與例行程序 |
15 | 工業機器人RAPID常用指令MOVEABSJ |
16 | 工業機器人創建工件坐標 |
17 | 工業機器人測量工具的使用 |
18 | 工業機器人正確開關機操作 |
19 | 工業機器人設置機器人系統的日期與時間 |
20 | 工業機器人系統狀態信息與事件日志的查看 |
21 | 工業機器人安全保護機制 |
22 | 工業機器人備份與恢復操作 |
23 | 建立工業機器人程序數據 |
