工业机器人示教编程实验装置

一、功能简介
ZR-BRI06型 工业机器人基础教学作业站针对学校的教学特别点，综合了理（工业机器人编程课程理论知识）、虚（工业机器人虚拟拟真实训任务）、实（实训作业站与实训任务配套）一体化教学特征，选用功能优良的设备，应用最新自动化技术，融合"智能制造、智慧工厂"理念，应用"模型块化、简易化"设计方法，可充分学习掌控把握工业机器人及其周边应用技术，切实掌控把握相关实操技能，基础教学实训作业站设定有如下特征：
1、知识面覆盖广：该实训装置综合应用了多学科技术，适用来机械原理、自动控制原理、电气控制与可编程控制器、传感器与检验测试技术、计算机数值控制技术等课程的实践教学，具体实践内容含有概括：工业机器人基础教学， 智能视觉系统的应用，电气控制与可编程控制器应用，传感器与检验测试技术应用，计算机数值控制技术，工业总线技术等。
2、功能重量优良：应用市场占有率高、应用界限广的ABB品牌ABB IRB 120型工业机器人和自动化控制行业领军品牌的德国SIEMENS公司S7-2 00 SMART系列PLC控制系统，保证平台设备功能完全适用学校的基础教学需求，综合考虑了控制模型块的可拓展功能，经过总线模型块可将多套作业站结合连接起来；
3、运行平稳可靠：气动执行设备应用企业实际应用中常用的日本SMC品牌和台湾*rTAC品牌优质气动结合套件；电气控制元件应用企业实际应用中常用的法国Schneider品牌和日本OMRON品牌继电器、接触器、按钮等元件，以保证设备功能可靠和丰富；
4、技术领先开放：工业机器人与PLC以及其他外围器件的电气接线全部引出到作业台面，并使用通用端子，可便利完成作业站的信号连接实训， 便利对作业站控制构造实行拆分教学、常规维护、简便排错维护和工业机器人应用二次研发等实训实操；PLC控制结合套件为模型块化设计，可以按照需求随意添加所需功能模型块，便利工业机器人系统功能拓展；
5、资源丰富配套：配套的教学资源与工业机器人离线编程拟真系统精密集合，与作业站深入融合，可在系统中建立与真实作业站等比例的虚拟模型并实行轨迹规划、调节与拟真，充分体现出离线编程相对于在线示教的技术优越性和实操便捷性；配套的课程资源由华昱智汇自主研发，涵盖了基础技术课程理论、实训实操过程、维护排错技巧、系统搭建调节测试、离线编程应用等全部内容，含有实体教学资料及实训指导书、PPT课件、实操影像、专家讲解等全方位资源，便利教学作业的开展，提升学员学习掌控把握兴趣。 图 1 工业机器人示教编程实训作业站 二、模型块配备
1、轨迹模型块
如图 2所示，基础功能模型块分为基础轨迹练习区、离线编程练习区、坐标系偏移练习区和复杂工序技艺轨迹练习区。在基础轨迹练习区，基础轨迹含有概括的矩形轨迹、三角形轨迹和圆弧轨迹等，经过基础轨迹区域可完成示教编程基础动作指令、精确定位和轨迹逼近等实训功能。离线编程区域设计了一个基础的椭圆轨迹和一个带有复杂弯曲线的企鹅图案，椭圆轨迹既可以经过多点示教编程和离线编程两种方法完成，经过对比，可以直观的理解两种编程方法的差异和应用场合，企鹅轨迹的测绘制作提升了学员在学习掌控把握过程中的趣味性。在坐标系偏移练习区，有三个带有平面坐标系的三角形轨迹，经过此部分可实训坐标系的建立及动作轨迹的平移和旋转。
复杂工序技艺轨迹练习区由一条贴附在 3D 轨迹板凸起部分的复杂样条弯曲线构成。在工业机器人抓持笔工量具后，可在此部分完成模仿涂胶和焊接复杂轨迹的动作功 能，可以在动作过程中练习调节工量具姿态。 图2 基础功能模型块 2、智能料库模型块
智能料库分为上下两层，每层设定 4 个工位。每个工位全部可以存放正方形、长方形或圆形的物料。--每个工位装配备有传感检验测试装置，可自行判别此工位是否有物料。 图3 智能料库模型块 3、模仿流水线模型块
模仿流水线模型块由多功能料井、自动上料装置、传送装置、视觉检验测试装置和废料去除装置构成，是一个集工业机器人、PLC、人机交互控制、传感器、气动控制、视觉检验测试等前沿技术的综合性实训平台。
图 4 模仿流水线模型块 多功能料井为铝制材料，可兼容正方形、长方形和圆形三种形状的物料块以固定的姿态到达料井下部，料井下部设定有反射型光纤传感器，当传感器检验测试到有物料落下时，触发自动上料装置，双轴气缸将物料推送到传送装置上。传送装置上电动机协作精密减慢速度器驱动传送带模拟真实工厂的流水线，在流水线的中间设定有视觉检验测试装置，检验测试合格设备可以到达传送带的末端，不合格设备作为废料，由废料去除装置推出传送带。在传送带末端配备有精密传感器感应设备是否到位。
4、视觉检验测试模型块
视觉检验测试装置分为形状识别和颜色识别两部分，形状识别应用高精确度 CCD 视觉系统，检验测试系统的基础作业原理是，首先建立起被检验测试对象的标准图像模板， 然后对生产过程中接受检验测试的对象一一拍照成像，再把每一幅图像，再把每一副 图像与标准图像板实行对比评判，从而区分出不一样物块设备并按要求作相应处置整理。实际上，在线视觉检验测试系统在实行对比评判时，主要是按照受检对象的特征和需 要重点关注的部位，有选用地设定一些检验测试对比区域，并依据所选区域的特征利 用相应的解析方法来实行对比评判，以达到在线检验测试的目的。色标传感器常用来 检验测试特定色标或物体上的斑点，就其原理来说并不是检验测试颜色，它是经过检验测试色 标对光束的反射或吸收量与周围材料相比的不一样而完成检验测试的。色标传感器实际 是一种反向装置，光源垂直于目标物体装配，而接收器与物体成锐角方向装配， 让它只检验测试来自目标物体的散射光，从而避免传感器直接接收反射光，并而且可使 光束聚焦很窄。白炽灯和单色光源全部可用来色标检验测试。

图 5 视觉检验测试连接方法 此模型块将视觉检验测试与工业机器人实行应用整合，赋予机器人智能化的能力， 打造出智能化自动流水线系统，可以学习掌控把握机器视觉与工业机器人协同作业的多个技术难点。此模型块集相机、通信端口及图像处置整理算法等智能图像处置整理系统于一体， 也兼备 PC-BASE 图像处置整理的灵活性。为便利客户教学和研究等用途，视觉检验测试系统设定有良好的开放性，设定有丰富的端口，不限定连接对象，可以完成与外围设备的无缝通信。--从应用程序构筑到模仿均支持进一步自定义研发环境，可以实行二次研发的教学实践。 图 6 拍照图片处置整理流程 5、码垛模型块
搬运码垛是工业机器人应用最广泛的行业之一，此模型块作为流水线下料的存放台，台面上设定有与物料形状对应的 6 个工位。当传送装置末端到位传感器检验测试到有信号时，会出发机器人将物料块从传送带末端搬运到此台面对应的工位。--此模型块设定有两个单独的码垛练习工位，每个工位有三个尺寸相同的长方形码垛块，经过这 6 个码垛块可以练习数组和循环指令的使用。 图 7 码垛模型块 6、机器人工量具模型块
机器人末端工量具是机器人的执行单元，如图 8 所示此模型块含有概括尖点辅助工量具、笔工量具、气动夹爪工量具和气动吸盘工量具。尖点辅助工量具形状为圆锥，设定有TCP 校准功能，同时可以模仿去毛刺、涂胶工量具。笔工量具、夹爪工量具和吸盘工量具全部配备装备了机械快换工量具，与机器人法兰盘的机械快换工量具配套使用，可完成工量具的快速更换。笔工量具内部设定有缓冲装置，可以有效减少学员初步学习掌控把握机器人实操时，由于不熟练导致刚性碰撞产生对工量具的损坏。笔工量具可以完成轨迹、写字和绘画等实训内容，彩笔可快速更换。夹爪工量具和吸盘工量具应用国际知名品牌， 用来物料的抓取和吸附。 图 8 机器人工量具模型块 7、综合实训功能
由工业机器人、IO 模型块、IO 实操台、高功能 PLC、触摸屏等包括，完成工业机器人 IO 功能数值配备、通信设定及高级程序编程练习，经过 PLC 模仿工业机器人在生产线应用中的相关实训内容。为了模仿工业机器人真实应用环境，操控平台含有高功能 PLC 结合套件，以完成工业机器人与PLC 实行通讯协调作业。PLC 应用德国 SIEMENS 品牌 SIMATIC S7-200 SMART 系列 PLC，如图 68 所示。PLC应用专用高速处置整理芯片，基础指令执行时间可达 0.15μs，在应对繁琐的程序逻辑、复杂的工序技艺要求时从容不迫，在同级别小型 PLC 中遥遥领先；应用模型块化设计， 便利二次升级和拓展；内置数字量写入 24 点、数字量输出 16 点，含有 4 路高速计数器，同时包括了 3 路最高可达 100KHz 的高速脉冲输出，支持 PWM/PTO 输出方法以及多种动作模型，可自由设定动作包络；内置以太网口，包括了强大的编程通信功能，便利快捷地完成程序上传下载和与周边设备的通信，简化组网过程；在继承 SIEMENS 编程系统强大功能的基础上，融入了更多的人性化设计，如新颖的带状式菜单，全位移式界面窗口，便利的程序注释功能，强大的密码保护等。 图 9 SIEMENS 品牌 SIMATIC S7-200 SMART 系列 PLC 8、模型块搭配灵活
台面上全部功能部位件应用模型块化设计，台面上全部功能模型块设定有可拆卸、可重复运用的优点。每个模型块全部有单独的气路和电子回路系统，模型块间留有气源和线路连接口。学校可以按照教学需要实行不一样模型块的选配，在不一样的情况下经过不一样的结合达到不一样的教学效果，功能模型块可以自由增减，搭配非常灵活。--学员在对机器人设备有一定的理解后，可对台面实行二次研发，按照兴趣和需要自主设计趣味性或竞赛性模型块，很大程度上提升了学员的学习掌控把握兴趣。 图 10 台面模型块部位件（可选配） --模型块化机械设计是工业发达国家近二十年来一直应用的一种先进的机械设备设计方法。学员自主设计台面功能模型块可作为《机械设计》课程的综合实训部分。学员按照课上所学机械原理和机械设计的基础知识，在三维（3D）设计系统中完成自己的设计想法，可自行设计机器人末端工量具，台面工装、生产流水线及视觉分拣等。学员也可组队完成整个台面的重新规划，运用设备本体提供的气路和电子回路总线，赋予台面新的设计亮点。此部分也可作为机械设计、机械制造、机电一体化、工业设计等专业的毕业设计内容。
此作业站整体外观统一，设定有外部通讯连接口，所以有配备灵活、方便拓展的优点。各作业站既可以作为单独的功能个体，完成机器人的实训任务。也可以作为相互的拓展模型块，经过电缆紧密拼接组装后构成一个整体的构造。某一个作业站作为主控，其他作业站协同。经过之前所述不一样的设计赋予每个作业站不一样的功能， 可添加节拍控制、生产管理、工业系统工程等管理思路，使其整体完成更加多元化的功能。