CN104766527B - 集多元岗位能力训练于一体的工业机器人教学装置 - Google Patents

集多元岗位能力训练于一体的工业机器人教学装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了集多元岗位能力训练于一体的工业机器人教学装置，包括ABB工业机器人，ABB工业机器人安装在工作台中心区域，ABB工业机器人的工业机器人手爪前方安装有工业机器人搬运单元，工业机器人搬运单元一侧设有工业机器人码垛单元和工业机器人输送机构、另一侧设有工业机器人轨迹绘制单元，工业机器人轨迹绘制单元后方设有工业机器人打磨抛光单元，工业机器人码垛单元后方设有工装摆放架，工作台的一角安装有示教器，工作台7内部安装有控制柜，ABB工业机器人分别连接控制柜和示教器。本发明的有益效果是采用了模块化开放式设计结构，适于教学应用。

Description

集多元岗位能力训练于一体的工业机器人教学装置
技术领域
本发明属于机器人技术领域，涉及集多元岗位能力训练于一体的工业机器人教学装置。
背景技术
目前中国已经是世界上工业机器人保有量第一大国，中国工业机器人爆发式增长的背后引发的最大的就是工业机器人应用型人才的匮乏。职业教育作为中国培养应用型技能性人才的重要摇篮，为社会培养合格的应用型工业机器人这种急需人才显然迫在眉睫。作为培养应用型人才的职业院校，是否拥有得力的教学实训装置对人才培养质量的好坏起到关键的作用，然而与PLC等相比工业机器人价格较高，而国内多数职业院校的办学经费有限或处于不足的状态，让很多职业院校面明知工业机器人实训装置迫切性，但对对高昂的工业机器人实训装置望而却步，只能采用仿真的模式开展纸上谈兵式教学，影响教学效果。
另外，国内一些生产教学仪器的厂商，生产基于工业机器人的FMS或者CIMS 教学装置，这种“高大上”的教学仪器动不动就要价上百万，然而高昂设备的背后却没有带来与之相匹的教学效果，由于这种教学装置控制过程复杂，让职业院校的学生一头雾水，摸不到头绪，一旦某个小环节出现故障，整套设备瘫痪，面对维修困难的FMS或者CIMS教学装置只能有偿求助生产企业，造成学校不敢让学生动用装置，只能演示，形成了“中看不中用”的尴尬局面，因此这种基于工业机器人的FMS或者CIMS教学装置引起很多行内人士的批评和否定。
另外，国内工业机器人主要应用在物料搬运、码垛上料/卸料、零件打磨抛光以及焊接等领域，占工业机器人应用领域的70％以上，呈现应用领域多元化的特征。根据职业院校依托行业，立足岗位的办学宗旨，教学设备必须具有岗位针对性，而目前国内几大教具生产商生产的工业机器人实训装置只能实现一种岗位能力训练，因此高昂的工业机器人教学装置没有发挥高昂的教学回报，大大降低了工业机器人装置性价比，削弱了职业院校购买工业机器人的热情。
发明内容
本发明的目的在于提供集多元岗位能力训练于一体的工业机器人教学装置。
本发明所采用的技术方案是包括ABB工业机器人，ABB工业机器人安装在工作台中心区域，ABB工业机器人的工业机器人手爪前方安装有工业机器人搬运单元，工业机器人搬运单元一侧设有工业机器人码垛单元和工业机器人输送机构、另一侧设有工业机器人轨迹绘制单元，工业机器人轨迹绘制单元后方设有工业机器人打磨抛光单元，工业机器人码垛单元后方设有工装摆放架，工作台的一角安装有示教器，工作台内部安装有控制柜，ABB工业机器人分别连接控制柜和示教器；所述工业机器人手爪、工业机器人搬运单元、工业机器人码垛单元、工业机器人输送机构、工业机器人轨迹绘制单元以及工业机器人打磨抛光单元均设有独立的气路和电路***，且各单元模块之间均留有气源和线路接口；所述工业机器人手爪包括母体工装，母体工装为U型爪安装在前端，母体工装的U型爪上设有真空气路口，能够直接抓取方形工件进行搬运入库工作；母体工装抓取真空吸盘工装、画笔工装以及打磨抛光工装。
进一步，所述工作台四周设有玻璃栅板和光幕，防止ABB工业机器人的工业机器人手爪伸出安全范围危及学生。
进一步，所述母体工装抓取画笔工装，画笔工装前端安装有画笔，画笔采用软笔，工业机器人手爪驱动画笔在工业机器人轨迹绘制单元上画各样的形状，模拟轨迹焊接和涂胶，训练焊接和涂胶过程的均匀性；母体工装抓取打磨抛光工装，打磨抛光工装前端安装有带有转动轴的微型电机，微型电机的转动轴上安装有毛毡抛光轮，通过微型电机驱动毛毡抛光轮对工件面进行抛光。
进一步，所述工装摆放架用来摆放真空吸盘工装、画笔工装、抛光工装；
进一步，所述工业机器人搬运单元包括网格坐标机构，训练学生通过搬运手爪工装对实验件运输中相关动作轨迹的应用，实现在该单元的物料搬运；网格坐标机构由铝型材搭建，通过丝网印刷将网格印制在铝板上，网格间距30× 30mm，搬运平台上印有坐标数字，用以定位码垛坐标，和工业机器人手爪配合进行各种搬运实训。实验件为9个圆形的物体，每个实验件的尺寸φ24×20mm，上印1～9数字号码。
进一步，所述工业机器人轨迹绘制单元由画图机构和画图板组成，实现在该单元的模拟轨迹绘图，模拟轨迹焊接和涂胶，训练焊接和涂胶过程的均匀性，画图机构上安装有快速锁紧螺钉，画图板通过快速锁紧螺钉压紧在画图机构的台面上，有利于画图板损坏时快速更换。
进一步，所述工业机器人码垛单元为4层的仓储库，每层4个仓位用来摆放工件，由工业机器人手爪搬运工件至指定的仓位；仓储库由铝型材搭建，仓位容量16个，尺寸70×120mm，仓储库总体尺寸534×520×120mm。
进一步，所述工业机器人输送机构包括输送架和传送带，传送带一端的输送架上安装有光电传感器，光电传感器感应到工件放置时，传送带转动使工件输送到到工业机器人手爪能抓取位。
进一步，所述工业机器人打磨抛光单元为抛光台，被抛光工件固定在抛光台上，被抛光工件采用不锈钢，抛光台采用铝型材制作。本单元实现机器人通过工业机器人手爪实现在该单元的模拟打磨抛光。打磨抛光一两个平面或者曲面，训练机器人微调和关节变换的能力。
进一步，所述工作台下部采用钢焊接而成，带有脚轮和脚杯；工作台外形大体尺寸为：长1600*宽1400*高800mm；工作台包括工作台台板，用于安放机器人和各单元，侧面安装有散热风机，用来使工作台内部热量散出，工作台底部安装有万向轮，用来移动，工作台侧面安装有有机玻璃门，方便控制柜的安装和检修。
附图说明
图1为本发明集多元岗位能力训练于一体的工业机器人教学装置侧面示意图；
图2为本发明集多元岗位能力训练于一体的工业机器人教学装置俯视图；
图3为本发明母体工装结构示意图；
图4为本发明母体工装与真空吸盘工装结构示意图；
图5为本发明母体工装与画笔工装结构示意图；
图6为本发明母体工装与打磨抛光工装结构示意图；
图7为本发明工装摆放架结构示意图；
图8为本发明搬运单元结构示意图；
图9为本发明轨迹绘制单元结构示意图；
图10为本发明工业机器人码垛单元结构示意图；
图11为本发明输送机构结构示意图；
图12为本发明打磨抛光单元结构示意图；
图13为本发明工作台结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明装置如图1和图2所示包括ABB工业机器人1，ABB工业机器人1 安装在工作台7中心区域，ABB工业机器人1的工业机器人手爪9前方安装有工业机器人搬运单元4，工业机器人搬运单元4一侧设有工业机器人码垛单元2 和工业机器人输送机构3、另一侧设有工业机器人轨迹绘制单元5，工业机器人轨迹绘制单元5后方设有工业机器人打磨抛光单元6，工业机器人码垛单元2后方设有工装摆放架12，工作台7的一角安装有示教器8，工作台7内部安装有控制柜10，ABB工业机器人1分别连接控制柜10和示教器8。
以上各单元用来模拟ABB工业机器人1搬运、码垛、仓储装配、输送、打磨、抛光、焊接、涂胶的工作场景。本教学装置既可以做搬运、码垛、仓储、装配、输送、打磨、抛光、焊接、涂胶的基础应用训练，又可以做FMS综合应用模式训练。
该教具装置综合了自动控制、位置控制、电机控制、气动控制、可编程控制器、传感器等技术，有助于学生对机械设计、电气自动化、自动控制、计算机技术、传感器与检测、工业工程等知识的学习，促进学生对可编程控制器的程序设计、传感与检测、电机驱动及控制等技术的应用能力，提高学生对工业机器人设计、装配、调试等综合能力，是典型的工业机器人训练装置。
所述工作台7四周设有玻璃栅板和光幕11，防止ABB工业机器人1的工业机器人手爪9伸出安全范围危及学生。
工业机器人手爪9通过在工装摆放架12更换抓取手爪工装实现机器人的搬运、码垛、仓储、装配、打磨、输送、抛光、焊接、涂胶功能的训练，方便快捷。
如图3所示，工业机器人手爪9包括母体工装901，母体工装901为U型爪安装在前端，母体工装901的U型爪上设有真空气路口，能够直接抓取方形工件进行搬运入库工作；如图4所示，母体工装901抓取真空吸盘工装902组成搬运手爪工装，二者的气路对接，通过真空吸盘吸附来搬运工件；如图5所示，母体工装901抓取画笔工装903，画笔工装903前端安装有画笔904，画笔904采用软笔，工业机器人手爪9驱动画笔904在工业机器人轨迹绘制单元5上画各样的形状，模拟轨迹焊接和涂胶，训练焊接和涂胶过程的均匀性；如图6所示，母体工装901抓取打磨抛光工装905，打磨抛光工装905前端安装有带有转动轴的微型电机906，微型电机906的转动轴上安装有毛毡抛光轮907，通过微型电机 906驱动毛毡抛光轮907对工件面进行抛光。
如图7所示，工装摆放架12用来摆放真空吸盘工装902、画笔工装903、抛光工装905；
如图8所示，工业机器人搬运单元4包括网格坐标机构401，训练学生通过搬运手爪工装对实验件402运输中相关动作轨迹的应用，实现在该单元的物料搬运；网格坐标机构401由铝型材搭建，通过丝网印刷将网格印制在铝板上，网格间距30×30mm，搬运平台上印有坐标数字，用以定位码垛坐标，和工业机器人手爪9配合进行各种搬运实训。实验件402为9个圆形的物体，每个实验件402 的尺寸φ24×20mm，上印1～9数字号码。
如图9所示，工业机器人轨迹绘制单元5由画图机构501和画图板502组成，实现在该单元的模拟轨迹绘图，模拟轨迹焊接和涂胶，训练焊接和涂胶过程的均匀性。
画图机构501上安装有快速锁紧螺钉，画图板502通过快速锁紧螺钉压紧在画图机构501的台面上，有利于画图板502损坏时快速更换。
如图10所示，工业机器人码垛单元2为4层的仓储库201，每层4个仓位用来摆放工件，由工业机器人手爪9搬运工件至指定的仓位；仓储库201由铝型材搭建，仓位容量16个，尺寸70×120mm，仓储库201总体尺寸534×520×120mm。
如图11所示，工业机器人输送机构3包括输送架301和传送带302，传送带 302一端的输送架301上安装有光电传感器，光电传感器感应到工件放置时，传送带302转动使工件输送到到工业机器人手爪9能抓取位。
如图12所示，工业机器人打磨抛光单元6为抛光台601，被抛光工件固定在抛光台601上，被抛光工件采用不锈钢，抛光台601采用铝型材制作。本单元实现机器人通过工业机器人手爪9实现在该单元的模拟打磨抛光。打磨抛光一两个平面或者曲面，训练机器人微调和关节变换的能力。
如图13所示，工作台7下部采用钢焊接而成，带有脚轮和脚杯；工作台7 外形大体尺寸为：长1600*宽1400*高800mm；工作台7包括工作台台板701，用于安放机器人和各单元，侧面安装有散热风机702，用来使工作台内部热量散出，工作台7底部安装有万向轮703，用来移动，工作台7侧面安装有有机玻璃门704，方便控制柜10的安装和检修。
本发明的优点还在于：
该实训装置综合应用了多学科技术，适用于机械原理、自动控制原理、电气控制与可编程控制器、传感器与检测技术、计算机控制技术等课程的实践教学。除此之外，该综合实训装置具有如下特点：
(1)教学装置为模块化开放式设计结构，每个模块都有独立的气路和电路***，模块间留有气源和线路接口，这样可以根据需要组成不同模块的选配，功能模块可以自由增减，搭配非常灵活。不仅可以作为独立的***单独使用，也可以作为子***与其它类似设备组合。模块之间可以更换，方便二次开发。
(2)各种气动元件、电气元件以及机械运动执行机构的工作过程及运行状态具有直观性；
(3)母体工装在抓取打磨抛光工装和真空吸盘工装时，电路和气路能够自动对接，无需人工辅助。
(4)教学装置具有手动和自动控制方式，通过手动控制可对装置机械传动机构、电机、限位保护开关、电磁阀、气缸、气爪等主要器件工作性能是否正常进行检测；
(5)工作台用铝型材和钢板焊接组成，桌面特有的T型槽，方便机械另部件和电器元件的拆卸安装，工作台的电器安装板可以向外抽出，方便电路布局和安装调试，另外工作台的桌脚装有带刹车滚轮，便于装置移动位置；
(6)具有良好的安全性能。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.集多元岗位能力训练于一体的工业机器人教学装置，其特征在于：包括ABB工业机器人(1)，ABB工业机器人(1)安装在工作台(7)中心区域，ABB工业机器人(1)的工业机器人手爪(9)前方安装有工业机器人搬运单元(4)，工业机器人搬运单元(4)一侧设有工业机器人码垛单元(2)和工业机器人输送机构(3)、另一侧设有工业机器人轨迹绘制单元(5)，工业机器人轨迹绘制单元(5)后方设有工业机器人打磨抛光单元(6)，工业机器人码垛单元(2)后方设有工装摆放架(12)，工作台(7)的一角安装有示教器(8)，工作台(7)内部安装有控制柜(10)，ABB工业机器人(1)分别连接控制柜(10)和示教器(8)；所述工业机器人手爪(9)、工业机器人搬运单元(4)、工业机器人码垛单元(2)、工业机器人输送机构(3)、工业机器人轨迹绘制单元(5)以及工业机器人打磨抛光单元(6)均设有独立的气路和电路***，且各单元模块之间均留有气源和线路接口；所述工业机器人手爪(9)包括母体工装(901)，母体工装(901)为U型爪安装在前端，母体工装(901)的U型爪上设有真空气路口，能够直接抓取方形工件进行搬运入库工作；母体工装(901)抓取真空吸盘工装(902)、画笔工装(903)以及打磨抛光工装(905)。
2.按照权利要求1所述集多元岗位能力训练于一体的工业机器人教学装置，其特征在于：所述工作台(7)四周设有玻璃栅板和光幕(11)，防止ABB工业机器人(1)的工业机器人手爪(9)伸出安全范围危及学生。
3.按照权利要求1所述集多元岗位能力训练于一体的工业机器人教学装置，其特征在于：所述母体工装(901)抓取真空吸盘工装(902)组成搬运手爪工装，二者的气路对接，通过真空吸盘吸附来搬运工件；母体工装(901)抓取画笔工装(903)，画笔工装(903)前端安装有画笔(904)，画笔(904)采用软笔，工业机器人手爪(9)驱动画笔(904)在工业机器人轨迹绘制单元(5)上画各样的形状，模拟轨迹焊接和涂胶，训练焊接和涂胶过程的均匀性；母体工装(901)抓取打磨抛光工装(905)，打磨抛光工装(905)前端安装有带有转动轴的微型电机(906)，微型电机(906)的转动轴上安装有毛毡抛光轮(907)，通过微型电机(906)驱动毛毡抛光轮(907)对工件面进行抛光。
4.按照权利要求1所述集多元岗位能力训练于一体的工业机器人教学装置，其特征在于：所述工装摆放架(12)用来摆放真空吸盘工装(902)、画笔工装(903)、抛光工装(905)。
5.按照权利要求1所述集多元岗位能力训练于一体的工业机器人教学装置，其特征在于：所述工业机器人搬运单元(4)包括网格坐标机构(401)，训练学生通过搬运手爪工装对实验件(402)运输中相关动作轨迹的应用，实现在该单元的物料搬运；网格坐标机构(401)由铝型材搭建，通过丝网印刷将网格印制在铝板上，网格间距30×30mm，搬运平台上印有坐标数字，用以定位码垛坐标，和工业机器人手爪(9)配合进行各种搬运实训， 实验件(402)为9个圆形的物体，每个实验件(402)的尺寸φ24×20mm，上印1～9数字号码。
6.按照权利要求1所述集多元岗位能力训练于一体的工业机器人教学装置，其特征在于：所述工业机器人轨迹绘制单元(5)由画图机构(501)和画图板(502)组成，实现在该单元的模拟轨迹绘图，模拟轨迹焊接和涂胶，训练焊接和涂胶过程的均匀性，画图机构(501)上安装有快速锁紧螺钉，画图板(502)通过快速锁紧螺钉压紧在画图机构(501)的台面上，有利于画图板(502)损坏时快速更换。
7.按照权利要求1所述集多元岗位能力训练于一体的工业机器人教学装置，其特征在于：所述工业机器人码垛单元(2)为4层的仓储库(201)，每层4个仓位用来摆放工件，由工业机器人手爪(9)搬运工件至指定的仓位；仓储库(201)由铝型材搭建，仓位容量16个，尺寸70×120mm，仓储库(201)总体尺寸534×520×120mm。
8.按照权利要求1所述集多元岗位能力训练于一体的工业机器人教学装置，其特征在于：所述工业机器人输送机构(3)包括输送架(301)和传送带(302)，传送带(302)一端的输送架(301)上安装有光电传感器，光电传感器感应到工件放置时，传送带(302)转动使工件输送到到工业机器人手爪(9)能抓取位。
9.按照权利要求1所述集多元岗位能力训练于一体的工业机器人教学装置，其特征在于：所述工业机器人打磨抛光单元(6)为抛光台(601)，被抛光工件固定在抛光台(601)上，被抛光工件采用不锈钢，抛光台(601)采用铝型材制作。本单元实现机器人通过工业机器人手爪(9)实现在该单元的模拟打磨抛光，
打磨抛光一两个平面或者曲面，训练机器人微调和关节变换的能力。
10.按照权利要求1所述集多元岗位能力训练于一体的工业机器人教学装置，其特征在于：所述工作台(7)下部采用钢焊接而成，带有脚轮和脚杯；工作台(7)外形大体尺寸为：长1600*宽1400*高800mm；工作台(7)包括工作台台板(701)，用于安放机器人和各单元，侧面安装有散热风机(702)，用来使工作台内部热量散出，工作台(7)底部安装有万向轮(703)，用来移动，工作台(7)侧面安装有有机玻璃门(704)，方便控制柜(10)的安装和检修。
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