工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)教學(xué)工作站
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工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)教學(xué)工作站
工業(yè)機(jī)器人不同于其他機(jī)電設(shè)備，是一種實(shí)現(xiàn)某種工藝過程的柔性平臺，工藝種類完全由其所安裝的末端執(zhí)行器和配套的周邊設(shè)備決定。對于工業(yè)機(jī)器
人基礎(chǔ)教學(xué)，不能僅針對工業(yè)機(jī)器人本身的功能和操作進(jìn)行教學(xué)，也不可過分專注于結(jié)合工藝實(shí)現(xiàn)的真實(shí)應(yīng)用方式，而是要著眼于工業(yè)機(jī)器人工作站系
統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人基本結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)操作、工作站系統(tǒng)調(diào)試和搭建、工業(yè)機(jī)器人及周邊設(shè)備編程和通訊等內(nèi)容的實(shí)訓(xùn)。
工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)教學(xué)工作站-站位型，如圖1所示，由工業(yè)機(jī)器人、基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)臺、綜合實(shí)訓(xùn)臺、工具及工具庫、操控臺、安全組件和配套設(shè)施組成，針對
職業(yè)院校的教學(xué)特點(diǎn)，綜合理、虛、實(shí)一體化教學(xué)特征，選用性能優(yōu)良的設(shè)備，采用最新自動(dòng)化技術(shù)，融合“智能制造、智慧工廠”理念，采用“模塊
化、簡易化”設(shè)計(jì)方法，可充分學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人及其周邊應(yīng)用技術(shù)，確實(shí)掌握相關(guān)實(shí)操技能，不減少實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目和真實(shí)工廠應(yīng)用特點(diǎn)的前提下盡可能確保
教學(xué)過程的方便、安全。
工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)教學(xué)工作站-站位型主要應(yīng)用在工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)操作教學(xué)階段，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人基本結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)操作、參數(shù)配置、在線示教編程、簡
單語言編程、工具更換、復(fù)雜軌跡規(guī)劃及編程、模擬上下料和碼垛工藝應(yīng)用、模擬涂膠和打磨拋光工藝應(yīng)用、IO通訊及工業(yè)以太網(wǎng)總線通信、離線編程
應(yīng)用等教學(xué)內(nèi)容，實(shí)訓(xùn)房式設(shè)計(jì)特別適合于車間型實(shí)訓(xùn)基地，為學(xué)生掌握基礎(chǔ)編程能力和調(diào)試技能提供硬件支撐，滿足教學(xué)需求。
圖1工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)教學(xué)工作站-站位型
.2 技術(shù)參數(shù)
l 輸入電源：交流三相五線制380V，頻率50Hz
l 額定功率：5kW
l 安全保護(hù)：急停開關(guān)、漏電保護(hù)、短路保護(hù)、過載保護(hù)
l 整體尺寸：3000mm×3500mm×2000mm（可根據(jù)場地實(shí)際情況定制）
.3 實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目
l 工作站結(jié)構(gòu)認(rèn)知
l 關(guān)鍵設(shè)備的特性和參數(shù)設(shè)置
l 工業(yè)機(jī)器人及周邊設(shè)備的維護(hù)及典型錯(cuò)誤排查
l 工業(yè)機(jī)器人手動(dòng)控制及基本參數(shù)設(shè)置
l 工業(yè)機(jī)器人IO通信及PLC信息交互
l 工業(yè)機(jī)器人單軸運(yùn)動(dòng)與線性運(yùn)動(dòng)控制
l 工業(yè)機(jī)器人工具TCP參數(shù)標(biāo)定
l 工業(yè)機(jī)器人工件坐標(biāo)系參數(shù)標(biāo)定及多坐標(biāo)系切換
l 基于關(guān)鍵點(diǎn)的軌跡編程（精確定位/圓弧逼近）
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l 基于樣條曲線的軌跡編程
l 條件判斷語句的用法及編程
l 循環(huán)語句的用法及編程
l 子程序的編程及調(diào)用
l 模擬碼垛工藝應(yīng)用編程
l 模擬上下料工藝應(yīng)用編程
l 模擬工件的拾取應(yīng)用編程
l 以工件坐標(biāo)系為基準(zhǔn)的軌跡編程
l 模擬涂膠工藝應(yīng)用編程
l 模擬打磨拋光工業(yè)應(yīng)用編程
l 工業(yè)機(jī)器人與PLC的通訊與聯(lián)調(diào)
l 基于RobotArt的工作站搭建與配置
l 基于RobotArt的簡單平面軌跡離線編程應(yīng)用
l 基于RobotArt的復(fù)雜空間軌跡離線編程應(yīng)用
l 基于RobotArt的模擬搬運(yùn)碼垛離線編程應(yīng)用
l 基于RobotArt的模擬上下料離線編程應(yīng)用
l 基于RobotArt的寫字繪圖離線編程應(yīng)用
.4 主要配置
l 工業(yè)機(jī)器人：ABB IRB 1410、KUKA KR5 Arc、STEP SA1400、FANUC R-0iB
l PLC：SIEMENS、OMRON、MITSUBISHI
l 模擬工藝：搬運(yùn)、碼垛、上下料、焊接、涂膠、打磨
l 氣動(dòng)組件：AirTAC、SMC
l 電氣組件：OMRON、Schneider、Rittal
.5 核心功能
工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)教學(xué)工作站（站位型）根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和復(fù)雜度分為基礎(chǔ)教學(xué)部分和綜合教學(xué)部分，互相配合補(bǔ)充滿足實(shí)訓(xùn)要求。基礎(chǔ)教學(xué)部分以基礎(chǔ)操
作和軌跡編程為教學(xué)核心，工業(yè)機(jī)器人配合筆形工具在軌跡圖板上實(shí)現(xiàn)TCP參數(shù)標(biāo)定、坐標(biāo)系定義及變換、不同類型軌跡規(guī)劃等實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，結(jié)合工具架
和模擬工件完成典型工藝模擬應(yīng)用實(shí)訓(xùn)。綜合教學(xué)部分以模擬生產(chǎn)流水線為主線，利用工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)取料、搬運(yùn)、上下料，將整個(gè)過程流暢地串聯(lián)起
來，配合與PLC的聯(lián)動(dòng)控制，真實(shí)模擬工廠應(yīng)用效果，提高綜合應(yīng)用能力。
工作站選用小負(fù)載大臂展工業(yè)機(jī)器人用來將所有加工工序串聯(lián)起來，可根據(jù)學(xué)校需求更換不同品牌近似規(guī)格型號的產(chǎn)品，為確保設(shè)備使用一貫性和穩(wěn)定
性，建議采用瑞士ABB品牌的IRB 1410型、德國KUKA品牌的KR5Arc型、中國STEP品牌的SA 1400型和日本FANUC品牌的R-0iB型，如圖2所示，四款
工業(yè)機(jī)器人的額定負(fù)載、工作范圍和重復(fù)定位精度基本相同，滿足工作站使用要求。
氣動(dòng)抓手，如圖3所示，采用德國SCHUNK品牌采用高性能氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)組件實(shí)現(xiàn)動(dòng)作，通過間隙最小的交叉滾子導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)精確抓取，橢圓形驅(qū)動(dòng)活塞實(shí)現(xiàn)
最大抓取力，可通過電磁開關(guān)進(jìn)行檢測確保過程可靠性，結(jié)構(gòu)材料采用鋁合金并進(jìn)行防銹處理。氣動(dòng)抓手根據(jù)不同應(yīng)用環(huán)境有三種狀態(tài)：軌跡編程中用
于夾持筆形工具、碼放物體時(shí)用于抓取模擬物料、模擬涂膠及打磨拋光應(yīng)用時(shí)用于抓取模擬工件。
圖3氣動(dòng)抓手
基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)臺配合工業(yè)機(jī)器人可完成工業(yè)機(jī)器人操作方式選擇、速度調(diào)整、坐標(biāo)系設(shè)定及手動(dòng)操作機(jī)器人等基礎(chǔ)操作實(shí)訓(xùn)，程序編寫、啟動(dòng)執(zhí)行程序和停
止程序等運(yùn)動(dòng)編程實(shí)訓(xùn)，機(jī)器人零點(diǎn)設(shè)定及系統(tǒng)維護(hù)等技能實(shí)訓(xùn)，工具TCP標(biāo)定、基坐標(biāo)系設(shè)置、復(fù)雜運(yùn)動(dòng)軌跡編程、子程序練習(xí)等能力實(shí)訓(xùn)。工具架
包含工具庫、物料庫及固定工具支架，工具庫可同時(shí)存放3個(gè)筆形工具，具有筆形工具到位檢測功能，料塊庫可同時(shí)存放15個(gè)模擬物料，筆形工具固定
支架配合模擬工件可以進(jìn)行模擬焊接、涂膠、打磨實(shí)訓(xùn)，采用工具固定、工業(yè)機(jī)器人夾持工件完成加工工藝過程，豐富實(shí)訓(xùn)操作內(nèi)容?；A(chǔ)實(shí)訓(xùn)臺、工
具架及模擬工具如圖4所示。
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圖4基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)臺、工具架及模擬工件
綜合實(shí)訓(xùn)臺上合理分布有模擬上下料組件和模擬碼垛組件，用來模擬真實(shí)工廠流水線加工作業(yè)過程，通過工業(yè)機(jī)器人的配合確保生產(chǎn)線正常運(yùn)行，組件
采用鋁合金型材為結(jié)構(gòu)支撐件，利用氣缸和步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，配合類型豐富的傳感器檢測物料位置及氣缸運(yùn)行狀態(tài)，如圖5所示。綜合實(shí)訓(xùn)臺用來進(jìn)行
工業(yè)機(jī)器人結(jié)合工藝應(yīng)用的綜合實(shí)訓(xùn)，可完成工業(yè)機(jī)器人模擬上下料實(shí)訓(xùn)、模擬碼垛實(shí)訓(xùn)、模擬生產(chǎn)線綜合實(shí)訓(xùn)，提高學(xué)生對工業(yè)機(jī)器人結(jié)合應(yīng)用的綜
合復(fù)雜操作及編程能力，使學(xué)生掌握工業(yè)機(jī)器人基本技能后可將其綜合應(yīng)用于實(shí)際需求，增加工業(yè)機(jī)器人操作應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。
圖5綜合實(shí)訓(xùn)臺
綜合實(shí)訓(xùn)臺上所有設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制通過高性能PLC實(shí)現(xiàn)，如圖6所示，提供多種品牌選擇以適應(yīng)學(xué)校前期基礎(chǔ)教學(xué)，確保延續(xù)性，同時(shí)在型號選擇時(shí)以應(yīng)
用范圍廣、性能優(yōu)良為先，使用模塊化設(shè)計(jì)產(chǎn)品提高系統(tǒng)組態(tài)靈活性，包含豐富的應(yīng)用模塊增加實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，也為后期技術(shù)升級和改造留有接口。
圖6 PLC組件
操控臺由操作面板、IO組件和觸摸屏構(gòu)成，布置在工作站正前方，實(shí)現(xiàn)對工作站的運(yùn)行控制和IO實(shí)訓(xùn)操作，實(shí)訓(xùn)時(shí)可將參考資料和教材放置于上面，如
圖7所示。操作面板由鑰匙開關(guān)、指示燈和按鈕組成，可實(shí)現(xiàn)對工作站運(yùn)行控制、模式切換、狀態(tài)監(jiān)控和急停操作，通過按鈕也可對模擬生產(chǎn)線工作臺的
運(yùn)行進(jìn)行控制。IO組件數(shù)字量IO由綠色指示燈和撥位開關(guān)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)與PLC和工業(yè)機(jī)器人數(shù)字量IO模塊的通信控制。觸摸屏作為人機(jī)交互接口，7寸TFT
真彩液晶屏，分辨率800×480，支持PROFINET總線通訊，可以實(shí)現(xiàn)對工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行模式和程序控制、模擬生產(chǎn)線工作臺相關(guān)氣動(dòng)元件和電動(dòng)元件控
制、工作站運(yùn)行監(jiān)控等功能。
圖7操控臺
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為保證工業(yè)機(jī)器人及周邊設(shè)備安全，在工業(yè)機(jī)器人手部安裝工藝工具時(shí)都會(huì)加裝防碰撞傳感器，確保及時(shí)感測到工業(yè)機(jī)器人末端工具與周邊設(shè)備或人員
發(fā)生碰撞并立即停機(jī)。工作站為豐富實(shí)訓(xùn)內(nèi)容、貼近真實(shí)應(yīng)用效果、提高設(shè)備安全，選用德國SCHUNK品牌氣動(dòng)機(jī)器人防碰撞傳感器，如圖8所示。防
碰撞傳感器有效保護(hù)機(jī)器人和操作設(shè)備，防止由碰撞或超負(fù)荷造成設(shè)備損壞，提供了可靠的電信號監(jiān)測、線纜斷裂監(jiān)控功能，利用特殊結(jié)構(gòu)達(dá)到只在一
個(gè)位置卡入，由此在超負(fù)荷后零點(diǎn)始終一樣，確保定位精度，同時(shí)無預(yù)定斷裂位置，而是在發(fā)生碰撞后的簡單手動(dòng)重新定位，簡化操作步驟。
圖8防碰撞傳感器
工作站提供了安全圍欄，將人員與設(shè)備物理隔離，保證安全，如圖9所示。安全圍欄由鋁合金和鋼化玻璃構(gòu)成，安裝有關(guān)門檢測傳感器防止工業(yè)機(jī)器人運(yùn)
行中人員進(jìn)入引發(fā)危險(xiǎn)，提供三色報(bào)警燈提示工作站當(dāng)前狀態(tài)，并在多個(gè)顯著位置設(shè)置系統(tǒng)急停開關(guān)，可在發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)及時(shí)停止設(shè)備運(yùn)行。
圖9安全圍欄
工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)教學(xué)工作站-多工藝CHL-JC-11 多工藝
.1 產(chǎn)品介紹
工業(yè)機(jī)器人是機(jī)電一體化技術(shù)的集中體現(xiàn)平臺，通過與不同電氣設(shè)備和加工工藝結(jié)合可完成制造過程中多個(gè)工序要求，是實(shí)現(xiàn)智能制造的最優(yōu)執(zhí)行終
端。對于工業(yè)機(jī)器人實(shí)操教學(xué)，絕不能僅局限于工業(yè)機(jī)器人本身的功能介紹和操作實(shí)訓(xùn)，而是要著眼于工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)，將工業(yè)機(jī)器人、機(jī)械結(jié)
構(gòu)、自動(dòng)控制、傳感器應(yīng)用、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、視覺檢測等通用技術(shù)融合集成，配合多種工藝實(shí)現(xiàn)，以工業(yè)機(jī)器人為核心平臺，實(shí)現(xiàn)綜合教學(xué)實(shí)訓(xùn)過程。
工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)教學(xué)工作站-多工藝，如圖1所示，針對基礎(chǔ)操作和工藝應(yīng)用兩個(gè)方面分別進(jìn)行針對性優(yōu)化開發(fā)，采用模塊化集成設(shè)計(jì)，將多項(xiàng)主流應(yīng)用
技術(shù)融入工作站的功能之中，結(jié)合職業(yè)院校的教學(xué)特點(diǎn)，綜合了“理-虛-實(shí)”一體化教學(xué)特征，以典型實(shí)訓(xùn)任務(wù)為出發(fā)點(diǎn)，采用模塊化設(shè)計(jì)理念，讓學(xué)
生在學(xué)習(xí)過程中具有明確的目標(biāo)性，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，可以利用單一工作站解決工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)教學(xué)過程中涉及的教學(xué)點(diǎn)和技能點(diǎn)，提高實(shí)訓(xùn)設(shè)備的利用
率。
工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)教學(xué)工作站-多工藝主要應(yīng)用在工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)操作教學(xué)階段，針對工業(yè)機(jī)器人基本參數(shù)設(shè)置、軌跡編程以及結(jié)合周邊應(yīng)用設(shè)備和模擬加
工工藝的實(shí)訓(xùn)教學(xué)，該工作站以工業(yè)機(jī)器人為平臺，融合了自動(dòng)控制、加工工藝、視覺檢測、標(biāo)簽識別、裝配檢測等綜合技術(shù)，是進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人技術(shù)
教學(xué)的最佳硬件平臺，有助于學(xué)生從系統(tǒng)級了解工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用方式的操作方法，完善基礎(chǔ)技術(shù)操作能力和調(diào)試技能，滿足多層次個(gè)性化教學(xué)需求。
圖1工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)教學(xué)工作站-多工藝
.2 技術(shù)參數(shù)
l 輸入電源：交流單相220V，頻率50Hz
l 額定功率：5kW
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l 安全保護(hù)：急停開關(guān)、漏電保護(hù)、短路保護(hù)、過載保護(hù)
l 整體尺寸：3000mm×1500mm×1500mm
.3 實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目
l 工作站結(jié)構(gòu)認(rèn)知
l 關(guān)鍵設(shè)備的特性和參數(shù)設(shè)置
l 工業(yè)機(jī)器人及周邊設(shè)備的維護(hù)及典型錯(cuò)誤排查
l 工業(yè)機(jī)器人手動(dòng)控制及基本參數(shù)設(shè)置
l 工業(yè)機(jī)器人IO通信及PLC信息交互
l 工業(yè)機(jī)器人單軸運(yùn)動(dòng)與線性運(yùn)動(dòng)控制
l 工業(yè)機(jī)器人工具TCP參數(shù)標(biāo)定
l 工業(yè)機(jī)器人工件坐標(biāo)系參數(shù)標(biāo)定及多坐標(biāo)系切換
l 工業(yè)機(jī)器人多類型工具快速更換
l 工業(yè)機(jī)器人第七軸運(yùn)動(dòng)控制
l 簡單平面軌跡、復(fù)雜空間軌跡編程
l 物料搬運(yùn)與碼垛實(shí)訓(xùn)
l 活塞取料及激光切割加工實(shí)訓(xùn)
l 活塞加工后去毛刺、打磨、拋光實(shí)訓(xùn)（手持零件及手持工具）
l 活塞智能視覺檢測及殘次品剔除實(shí)訓(xùn)
l 活塞良品貼條碼及條碼數(shù)據(jù)采集實(shí)訓(xùn)
l 活塞、缸體、連桿、活塞銷、曲軸銷的裝配實(shí)訓(xùn)
l 活塞發(fā)動(dòng)機(jī)功能檢測及入庫實(shí)訓(xùn)
l 基于RobotArt的工作站模型環(huán)境搭建與配置
l 基于RobotArt的簡單平面軌跡及復(fù)雜空間軌跡離線編程應(yīng)用
l 基于RobotArt的寫字繪圖離線編程應(yīng)用
l 基于RobotArt的搬運(yùn)碼垛工藝離線編程應(yīng)用
l 基于RobotArt的激光切割工藝離線編程應(yīng)用
l 基于RobotArt的去毛刺工藝離線編程應(yīng)用
l 基于RobotArt的打磨工藝離線編程應(yīng)用
l 基于RobotArt的拋光工藝離線編程應(yīng)用
l 基于RobotArt的裝配工藝離線編程應(yīng)用
.4 主要配置
l 工業(yè)機(jī)器人：ABB IRB 120、KUKA KR6 R700、STEP SD500、FANUC LR Mate 200iD
l PLC：SIEMENS、OMRON、MITSUBISHI
l 模擬工藝：激光切割、去毛刺、打磨、拋光、裝配、檢測
l 機(jī)械快換：EINS
l 視覺檢測：OMRON、KEYENCE
l 伺服驅(qū)動(dòng)：MITSUBISHI
l 氣動(dòng)組件：AirTAC、SMC
l 電氣組件：OMRON、Schneider、Rittal
.5 核心功能
工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)教學(xué)工作站（多工藝）根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和復(fù)雜度分為基礎(chǔ)教學(xué)部分和綜合教學(xué)部分，如圖2所示。基礎(chǔ)教學(xué)部分以基礎(chǔ)操作和軌跡編程為教
學(xué)核心，工業(yè)機(jī)器人配合定制工具在3D軌跡圖板上實(shí)現(xiàn)TCP參數(shù)標(biāo)定、坐標(biāo)系定義及變換、不同類型軌跡規(guī)劃、模擬搬運(yùn)碼垛等實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。綜合教學(xué)部
分以活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的加工裝配過程為主線，融合多種先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同加工工藝，提高綜合應(yīng)用能力。
圖2工作站布局
工作站選用桌面型工業(yè)機(jī)器人用來將所有加工工序串聯(lián)起來，可根據(jù)學(xué)校需求更換不同品牌近似規(guī)格型號的產(chǎn)品，為確保設(shè)備使用一貫性和穩(wěn)定性，建
議采用瑞士ABB品牌的IRB 120型、德國KUKA品牌的KR6 R700型、中國STEP品牌的SD 500型和日本FANUC品牌的LR Mate 200iD型，如圖3所示，
四款工業(yè)機(jī)器人的額定負(fù)載、工作范圍和重復(fù)定位精度基本相同，滿足工作站使用要求。
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圖3可選工業(yè)機(jī)器人型號
為擴(kuò)展工業(yè)機(jī)器人的有效工作范圍，通常采用增加外部行走軸實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，如圖4所示，使工業(yè)機(jī)器人可在一定直線范圍內(nèi)自由移動(dòng)，單一機(jī)器人完成多個(gè)
工位的操作。為確保高精度定位和平穩(wěn)運(yùn)行，外部行走模塊采用滾珠直線滑軌支撐，精密滾珠絲杠傳動(dòng)，高性能伺服電機(jī)配合行星齒輪減速器驅(qū)動(dòng)，有
效降低成本同時(shí)大大豐富了教學(xué)內(nèi)容。
圖4外部行走模塊
自動(dòng)化工廠中，需要眾多設(shè)備協(xié)調(diào)配合才能保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這其中PLC控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)聯(lián)合控制的首選設(shè)備。工作站的總控單元同樣選擇了自動(dòng)化控制
領(lǐng)域最為通用的PLC作為核心，如圖5所示，提供多種品牌選擇以適應(yīng)學(xué)校前期基礎(chǔ)教學(xué)，確保延續(xù)性，同時(shí)在型號選擇時(shí)以應(yīng)用范圍廣、性能優(yōu)良為
先，使用模塊化設(shè)計(jì)產(chǎn)品提高系統(tǒng)組態(tài)靈活性，包含豐富的應(yīng)用模塊增加實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，也為后期技術(shù)升級和改造留有接口。
圖5PLC組件
工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的關(guān)鍵是復(fù)雜工作軌跡的精確再現(xiàn)，軌跡規(guī)劃的優(yōu)劣和編程技巧的好壞將直接確定軌跡執(zhí)行的最終效果。基礎(chǔ)教學(xué)部分以3D軌跡圖板為
核心，工業(yè)機(jī)器人利用筆形工具，依據(jù)圖板上已繪制的各種坐標(biāo)系和直線、圓弧、曲線等不同軌跡，結(jié)合拱形起伏創(chuàng)造立體效果，可以讓學(xué)生脫離工藝
應(yīng)用，完全掌握工業(yè)機(jī)器人的操作技能和編程方式，如圖6所示。利用3D軌跡圖板進(jìn)行基礎(chǔ)軌跡編程教學(xué)，利用描圖的直觀效果評價(jià)軌跡編程優(yōu)劣，便
于學(xué)生強(qiáng)化基礎(chǔ)編程技能，掌握軌跡規(guī)劃技巧，在脫離工藝應(yīng)用的情況下，將教學(xué)重點(diǎn)放在工業(yè)機(jī)器人上，為工業(yè)機(jī)器人與周邊設(shè)備和控制系統(tǒng)的配合
實(shí)現(xiàn)打下牢固基礎(chǔ)。同時(shí)，基礎(chǔ)教學(xué)部分還提供了模擬搬運(yùn)碼垛和離線編程寫字實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，豐富教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)興趣。
圖63D軌跡圖板
綜合教學(xué)部分由外部行走模塊、快換工具、自動(dòng)上料模塊、加工制造模塊、視覺檢測模塊、智能裝配模塊和智能料庫組成，以活塞發(fā)動(dòng)機(jī)為主線，如圖7
所示，需要經(jīng)過出庫取料、激光切割、去毛刺、打磨、拋光、視覺檢測、標(biāo)簽識別、裝配等一系列復(fù)雜工序后，才能實(shí)現(xiàn)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)品生產(chǎn)，期間
需要工業(yè)機(jī)器人與不同加工設(shè)備、控制系統(tǒng)、氣動(dòng)元件、檢測傳感等組件進(jìn)行配合，真實(shí)模擬再現(xiàn)了工廠對工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用方式，在充分學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)
器人及其應(yīng)用技術(shù)的同時(shí)，讓學(xué)生體驗(yàn)智能制造。
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圖7活塞發(fā)動(dòng)機(jī)組成
工業(yè)機(jī)器人工具種類直接決定了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用功能，如圖8所示，6種不同功能的工具覆蓋了活塞發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)的完整過程，多個(gè)工具都采用復(fù)合設(shè)
計(jì)，以實(shí)現(xiàn)不同的工藝功能。每個(gè)工具均采用工業(yè)級機(jī)械快換組件，如所示，實(shí)現(xiàn)了無需人為干預(yù)，工業(yè)機(jī)器人可在不同工具間自由切換，同時(shí)確保氣
路、電路信號通信正常，大大擴(kuò)展了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用能力。夾爪/筆工具是雙功能復(fù)合工具，筆可以用來在3D軌跡圖板上描繪軌跡實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)教學(xué)，夾
爪是在活塞零件上料時(shí)實(shí)現(xiàn)夾持功能；激光頭/吸盤工具是雙功能復(fù)合工具，激光頭可模擬激光切割頭實(shí)現(xiàn)加工工藝，吸盤工具可用來將切割后的活塞廢
料取出；夾爪工具是單功能工具，用于穩(wěn)定抓取活塞零件實(shí)現(xiàn)去毛刺、打磨、拋光加工；夾爪/吸盤工具是四功能復(fù)合工具，夾爪端采用特殊設(shè)計(jì)，內(nèi)側(cè)
可夾持活塞銷，外側(cè)可夾持活塞桿，同時(shí)完全閉合時(shí)可利用前端將活塞銷頂入到位，吸盤工具則用于在曲軸銷裝配時(shí)吸住活塞零件端面并固定位置；搬
運(yùn)吸盤工具為單功能工具，用于穩(wěn)定吸取活塞缸。
圖8機(jī)械快換及工具
活塞零件的出庫取料工藝是由工業(yè)機(jī)器人配合自動(dòng)上料模塊完成，如圖9所示，垂直料庫用于存放活塞原料，可實(shí)現(xiàn)依次入庫和出庫，傳送帶可將出庫的
活塞原料運(yùn)送到取料點(diǎn)。自動(dòng)上料模塊中包含了伺服電機(jī)控制、步進(jìn)電機(jī)控制、氣動(dòng)控制、傳感器采集等技術(shù)，是工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料工藝所必
須常用技術(shù)，也是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用的典型方式。
圖9自動(dòng)上料模塊
為實(shí)現(xiàn)活塞由原料到產(chǎn)品的加工過程，需要依次經(jīng)過激光切割、去毛刺、打磨和拋光工藝，如圖10所示，工作站提供了小功率激光器用以模擬激光切割
工藝，電動(dòng)切削頭實(shí)現(xiàn)加工面邊緣去毛刺工藝，桌面型砂帶機(jī)實(shí)現(xiàn)加工面打磨工藝，微型拋光輪實(shí)現(xiàn)零件整體拋光工藝。同時(shí)為豐富應(yīng)用方式，激光切
割加工采用工業(yè)機(jī)器人手持激光器實(shí)現(xiàn)加工，其余三種工藝均為工業(yè)機(jī)器人手持工件完成加工。由于編程軌跡相對復(fù)雜，精度要求高，傳統(tǒng)示教編程難
度較大，利用工作站配套的離線編程軟件可以方便快捷地生成所需要的精確軌跡及控制程序，提高效率。
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圖10活塞零件制造加工過程
為剔除已存在的殘次品，工作站利用高精度CCD組件配合分度盤轉(zhuǎn)臺實(shí)現(xiàn)活塞零件端面LOGO的自動(dòng)檢測，如圖11所示，并將檢測結(jié)果傳送到機(jī)器人控
制器判斷是否將該檢測零件放置到廢料區(qū)。并對質(zhì)量合格產(chǎn)品進(jìn)行條碼編號，讀取信息進(jìn)行存儲(chǔ)，達(dá)到加工過程可追溯。
圖11視覺檢測及條碼標(biāo)識
完成活塞零件加工后，工業(yè)機(jī)器人配合不同的工裝實(shí)現(xiàn)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配及測試，如圖12所示。整個(gè)裝配需要經(jīng)歷活塞與活塞桿裝配、活塞桿與曲軸裝
配和活塞發(fā)動(dòng)機(jī)功能測試三個(gè)工序，裝配過程復(fù)雜但明晰，充分地將工業(yè)機(jī)器人的柔性靈活和與周邊設(shè)備的配合體現(xiàn)出來，達(dá)到綜合實(shí)訓(xùn)的目的。完成
裝配后，可利用檢測工位對裝配效果進(jìn)行驗(yàn)證，通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，則成功完成活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)，可放入成品庫中存
儲(chǔ)。
圖12活塞發(fā)動(dòng)機(jī)裝配流程
工作站操控臺上集成了工作站的運(yùn)行控制和模式切換功能，可以在出現(xiàn)危險(xiǎn)緊急停止工作站的運(yùn)行，并提示故障警報(bào)。工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)調(diào)試是應(yīng)用技術(shù)
中的必備技能，工作站在操控臺上提供了多個(gè)內(nèi)置故障設(shè)置點(diǎn)，通過不同的故障設(shè)置組合方式，可以對各個(gè)設(shè)備間的接線進(jìn)行人為設(shè)置故障用來模擬真
實(shí)情況，鍛煉學(xué)生的錯(cuò)誤排查能力和解決問題技能，如圖13所示。
圖13操控臺故障設(shè)置點(diǎn)
隨著工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展，要求其軌跡編程精度和復(fù)雜度大幅度提升，傳統(tǒng)的示教編程已經(jīng)完全無法滿足應(yīng)用要求。離線編程技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)基于精
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確的CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行軌跡規(guī)劃，對異性曲線和曲面有更好的貼合算法，解決了去毛刺、打磨等工藝應(yīng)用難題。工業(yè)機(jī)器人多工藝基礎(chǔ)教學(xué)工作站與
RobotArt軟件深入融合，與3D軌跡圖板配合可實(shí)現(xiàn)異性曲線繪制和寫字繪圖趣味實(shí)驗(yàn)，與工藝應(yīng)用部分配合可完成激光切割、去毛刺、打磨、拋光等
加工工藝軌跡的編制，如圖14所示，也可以在虛擬環(huán)境中提前驗(yàn)證編程結(jié)果，實(shí)現(xiàn)軌跡有效性與物體間碰撞檢查，提高真實(shí)設(shè)備的使用率。
圖14RobotArt離線編程應(yīng)用
工業(yè)機(jī)器人分揀實(shí)訓(xùn)工作站 CHL-GY-19
.1 產(chǎn)品介紹
分揀作業(yè)是流水線上的重要環(huán)節(jié)，基于智能視覺的工業(yè)機(jī)器人與人工相比，不但高效、準(zhǔn)確，而且在質(zhì)量、衛(wèi)生等保障能力有著無法替代的優(yōu)勢。與傳
統(tǒng)的機(jī)械分揀作業(yè)相比，基于智能視覺的工業(yè)機(jī)器人分揀則有著適應(yīng)范圍廣、隨時(shí)能變換作業(yè)對象和變換分揀工序的優(yōu)勢，在機(jī)械、食品、醫(yī)藥、化妝
品等領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用，如圖1所示。
圖1工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)流水線上分揀操作
工業(yè)機(jī)器人分揀實(shí)訓(xùn)工作站以真實(shí)工廠應(yīng)用要求為基礎(chǔ)，優(yōu)化功能設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)靈活度，融入實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程，為具有一定工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)操作技能的
學(xué)生提供結(jié)合視覺實(shí)現(xiàn)分揀工藝的實(shí)訓(xùn)平臺，如圖2所示。工業(yè)機(jī)器人分揀實(shí)訓(xùn)工作站由工業(yè)機(jī)器人、智能視覺系統(tǒng)、輸送裝置、上料裝置、安全防護(hù)組
件及配套設(shè)備構(gòu)成，利用工業(yè)機(jī)器人這一柔性執(zhí)行單元，結(jié)合去毛刺工藝實(shí)現(xiàn)的實(shí)際加工單元，可以完成對不同形狀、不同顏色的零件進(jìn)行智能分揀。
在學(xué)生充分學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)操作后，完全掌握參數(shù)設(shè)置、軌跡編程等技能基礎(chǔ)上，結(jié)合智能視覺技術(shù)完成與真實(shí)工廠應(yīng)用相同的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，了解分
揀工作站的構(gòu)成及維護(hù)，縮短崗前培訓(xùn)過程，提高就業(yè)競爭力。
圖2工業(yè)機(jī)器人分揀實(shí)訓(xùn)工作站
工業(yè)機(jī)器人分揀實(shí)訓(xùn)工作站是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分揀的實(shí)訓(xùn)平臺，利用工業(yè)機(jī)器人配合智能視覺相機(jī)，可在傳送帶定速運(yùn)行的狀態(tài)下對隨機(jī)擺放物料的顏色、輪
廓和位置進(jìn)行特征識別和提取參數(shù)，工業(yè)機(jī)器人準(zhǔn)確定位零件位置并抓取，極大地提高了工作效率和準(zhǔn)確率，降低產(chǎn)品破損率。
.2 技術(shù)參數(shù)
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l 輸入電源：交流單相220V，頻率50Hz
l 額定功率：4kW
l 安全保護(hù)：急停開關(guān)、漏電保護(hù)、短路保護(hù)、過載保護(hù)
l 整體尺寸：3000mm×3500mm×2000mm（可根據(jù)場地實(shí)際情況定制）
.3 實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目
l 工作站結(jié)構(gòu)認(rèn)知
l 并聯(lián)工業(yè)機(jī)器人的基本操作特點(diǎn)
l 并聯(lián)工業(yè)機(jī)器人的手動(dòng)控制及簡單編程實(shí)訓(xùn)
l 關(guān)鍵設(shè)備的特性和參數(shù)設(shè)置
l 工業(yè)機(jī)器人及周邊設(shè)備的維護(hù)及典型錯(cuò)誤排查
l 吸盤工具TCP參數(shù)標(biāo)定
l 智能視覺系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置及應(yīng)用實(shí)訓(xùn)
l 智能視覺系統(tǒng)針對不同顏色零件的識別實(shí)訓(xùn)
l 智能視覺系統(tǒng)針對不同形狀零件的識別實(shí)訓(xùn)
l 輸送裝置與上料裝置的參數(shù)設(shè)置及操作實(shí)訓(xùn)
l 工業(yè)機(jī)器人與輸送裝置的聯(lián)調(diào)實(shí)訓(xùn)
l 工業(yè)機(jī)器人與智能視覺系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)實(shí)訓(xùn)
l 工作站整體運(yùn)行聯(lián)調(diào)實(shí)訓(xùn)
.
4 主要配置
4 主要配置
l 工業(yè)機(jī)器人：ABB IRB 360
l 視覺組件：COGNEX、OMRON
l 電氣組件：OMRON、Schneider、Rittal
.5 核心模塊
ABB IRB 360依靠運(yùn)動(dòng)性能佳、節(jié)拍時(shí)間短、精度高、負(fù)載大等特性，一直處于拾料和包裝技術(shù)的領(lǐng)先地位，占地面積小，節(jié)約安裝空間。ABB IRB
360，如圖3所示，具有3kg的額定負(fù)載，最大工作直徑1130mm，所有金屬部件均采用不銹鋼材質(zhì)，可以應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等行業(yè)，表面平滑易清潔，
潤滑萬向節(jié)具有極佳的耐腐蝕性。利用PickMaster.軟件可輕松設(shè)置應(yīng)用程序，簡化了系統(tǒng)配置過程，提升高速拾料操作效率。TrueMove.和
QuickMove.功能確保了工業(yè)機(jī)器人的最佳運(yùn)行速度和路徑精度，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人對快速傳送帶的高精度跟蹤，提高分揀應(yīng)用的調(diào)試效率。
圖3 ABB IRB 360工業(yè)機(jī)器人
工作站選用與ABB工業(yè)機(jī)器人配套的智能視覺系統(tǒng)，如圖4所示，對工人的經(jīng)驗(yàn)以及編程時(shí)間要求降到最低。ABB集成視覺系統(tǒng)得到Cognex的助力，采
用目前最新進(jìn)的視覺采集和處理技術(shù)，可在生產(chǎn)車間最具挑戰(zhàn)性的條件下工作。該視覺系統(tǒng)直觀且易操作，能夠自動(dòng)選擇特征并擬出參數(shù)，使配置時(shí)間
最小化，在最具挑戰(zhàn)性的視覺應(yīng)用中亦能取得極為可靠的成果。ABB集成視覺系統(tǒng)可以堪稱是機(jī)器人視覺技術(shù)的一次真正意義上的變革，它具備強(qiáng)大的
視覺工具、自動(dòng)對焦、集成照明和光學(xué)器件、更快速的影響捕捉、驅(qū)動(dòng)和控制各類外部照明的能力以及進(jìn)行任何目視檢查的輸入/輸出能力。
圖4智能視覺系統(tǒng)
工業(yè)機(jī)器人分揀實(shí)訓(xùn)工作站采用模塊化設(shè)計(jì)的皮帶輸送裝置，如圖5所示，通過調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，配套高精度編碼器測量當(dāng)前速度和位置信息，使得工業(yè)機(jī)
器人可對其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，自動(dòng)補(bǔ)償工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行位置。輸送裝置前端安裝有振料盤，可以將模擬物料隨機(jī)地放置到輸送帶上，模擬真實(shí)工
廠的原料來源。
圖5輸送裝置
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工作站提供了安全圍欄，將人員與設(shè)備物理隔離，保證安全，如圖6所示。安全圍欄由鋁合金和鋼化玻璃構(gòu)成，安裝有關(guān)門檢測傳感器防止工業(yè)機(jī)器人運(yùn)
行中人員進(jìn)入引發(fā)危險(xiǎn)，提供三色報(bào)警燈提示工作站當(dāng)前狀態(tài)，并在多個(gè)顯著位置設(shè)置系統(tǒng)急停開關(guān)，可在發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)及時(shí)停止設(shè)備運(yùn)行。
產(chǎn)品分類
