CN213025062U - 一种协作机器人基础实验平台 - Google Patents

Abstract

一种协作机器人基础实验平台，其包括应用开发模块，基础编程模块，料库工具模块，CNC上下料加工模块，自适应打磨模块，人机协作装配模块和移动机器人模块。本申请的协作机器人基础实验平台能够满足协作机器人集成、操作、应用、维护等教学需求，提供了一种适用于高校或教育培训机构等使用的教学实验平台，通过基础实验使学生掌握协作机器人及周边***相关技术，提高操作与应用开发能力。

Description

一种协作机器人基础实验平台

技术领域

本发明设计协作机器人教学实验领域，具体涉及一种协作机器人基础实验平台。

背景技术

目前机器人的发展正处在向智能化转变的高速发展时期，即从“机器”到“人”的转变。纵观机器人的发展规律，第一代机器人：按人编的程序干活。这些机器人按严格意义来说不属于机器人，因为它们只能重复一种动作，以一种固定的模式去作。第二代机器人：由电脑控制，可根据需要按不同的程序完成不同的工作，这就使得机器人在很多人类所不能完成的工作上大展拳脚，解决了很多工业生产和生活中的难题。第三代机器人：也叫智能机器人，它们具有人的五官及大脑，可以认识周围的环境和自身的状态，并能进行分析判断，然后采取相应的行动。协作机器人正是在第二代向第三代转变的过程中逐渐形成的一种新型机器人形式，已经逐渐成为工业细分领域的主要应用对象。协作机器人是一种可以安全的与人类进行直接交互或接触的机器人，由于其固有的安全性，如力反馈和碰撞检测的应用，拓展了机器人功能内涵中“人”的属性，具备一定的自主行为和协作能力，可以说，它是人类最默契的合作伙伴，能够与人相互配合，安全地完成指定作业。

协作机器人具有易用性、灵活性和安全性特点。其中，易用性是其近年来迅速发展的必备条件，灵活性是其被人类广泛应用的必要前提，安全性是其安全工作的基本保障。这三个主要特点决定了它在工业机器人领域中的重要地位，其应用场景比传统工业机器人更为广阔。

协作机器人作为一个机器人行业内的新兴市场，首要挑战就是人才缺乏，这体现在了产品整个生命周期，专业人员的匮乏导致团队建设进展缓慢，影响产品更新迭代速度，进而影响公司和产业的发展。面对这一挑战，必然伴随着新的机遇，为了满足协作机器人集成、操作、应用、维护等人才的迫切需求，协作机器人教育建设必须加快推进，这便是协作机器人带给我们的机遇。

伴随着协作机器人在工业机器人细分领域的高速发展，对于相关人才的需求日益扩大，目前高校对协作机器人的教学还未启动或停留在书本上，限制了学生的动手操作和应用开发能力。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于为了解决目前协作机器人人才教育需求，本发明提供一种协作机器人基础实验平台，通过基础实验使学生掌握协作机器人及周边***相关技术，提高操作与应用开发能力。

本申请提供一种协作机器人基础实验平台，其包括应用开发模块，基础编程模块，料库工具模块，CNC上下料加工模块，自适应打磨模块，人机协作装配模块和移动机器人模块。

进一步，所述应用开发模块设置有开发主机以及用于机器人应用开发的配套开发单元，工作台面通过旋转支架安装有液晶显示单元，在人机协作操作时，可将液晶显示单元旋转折叠；所述应用开发模块还设置有用于上位控制***运行的平板电脑单元，并设有磁吸支架。

进一步，所述基础编程模块设有可实现基础编程训练的3D曲面轨迹编程操作单元，其包括可移动的3D轨迹板以及POM板材，3D轨迹板移开之后可在所述POM板上开展任务拓展训练；所述基础编程模块还设有常用物料放置转运盒单元。

进一步，所述料库工具模块设有快换工具单元，设有多种机械快换工具，可完成物料的抓取和组装工作，所述料库工具模块还设有双工位旋转台送料组装单元，采用旋转气缸，双旋转工位，将人一侧放置物料后，旋转气缸旋转180°至机器人组装工位，由机器人进行两端轴承组装。

进一步，所述CNC上下料加工模块设有CNC数控***及操作面板单元，所述CNC数控***包含数控车削数控***；所述CNC上下料加工模块还设有模拟机床单元，采用气动自动开合机床门，卡盘和尾座采用气动结构，能够模拟工件装夹动作和顶紧动作。

进一步，所述自适应打磨模块设有待打磨件料库单元和六维力控打磨工具，可实现XYZ三个空间坐标轴上的力和力矩的精确测量和自适应打磨待加工工件；所述自适应打磨模块还设有手动滑台单元，通过X、Z轴手摇操作，实现在X、Z轴方向上的移动，完成打磨件位置调节，机器人自适应打磨的实验任务。

进一步，所述人机协作装配模块设有装配快换工具单元，工具端配备机械快换头与机器人端机械快换头配套，可实现不同工具间无人为干涉的自动切换，所述人机协作装配模块还设有翻转装配单元，通过旋转气缸实现2个不同位置的装配任务；所述人机协作装配模块还设有力控装配单元，平台设有输出轴及齿轮放置工装，可实现机器人力反馈自动装配任务。

进一步，所述移动机器人模块采用整体钢结构焊接而成，下方设有4个可调节万向轮，可实现手动推动移动，所述移动机器人模块内部集成直流电池，可供模块全部用电设备的正常运行使用，所述移动机器人模块内部集成供气装置，可实现机器人末端吸取物料的用气使用；所述移动机器人模块台面设有6自由度协作机器人单元，其第六轴末端集成工业2D彩色相机，可实现抓取定位和颜色识别功能。所述移动机器人模块台面还设有可拆装的工具或物料安装单元。

进一步，所述模块外观框采用碳素矩型钢焊接框架结构，表面喷塑处理；双面设置上翻鸥翼门，每组上翻鸥翼门采用左右双氮气弹簧撑杆支撑，采用透明防护视窗以及左右双导轨滑轨结构。

进一步，上述各个模块都独立设置在单独的模块外观框内，并根据各个模块的使用功能按照教学顺序进行整合排布。

本技术的优点在于：

采用模块化分体设计，各模块可实现独立的实验内容，又可自由组合实现综合拓展实验任务；

各模块外观框架采用碳素矩型钢焊接框架结构，表面喷塑处理，双面上翻鸥翼门设计可满足人机协同作业而不产生干涉，透明亚克力视窗，满足防护的同时又便于观看台体内部结构；

每组上翻鸥翼门采用左右双氮气弹簧撑杆支撑，正面采用一字不锈钢拉长拉手，便于门开合操作；

台体正面底部采用推拉式抽屉样式配盘结构，采用左右双导轨滑轨结构，正面设置一组发光灯箱LOGO，美观简洁；

模块间采用无线通讯：远程I/O模块由适配器模块、I/O模块、电源模块以及终端模块组成；适配器模块可以选配PROFINET、EtherCAT、CC-Link、DeviceNET和PROFIBUS-DP总线类型；可搭配不同种类和数量的I/O模块；

硬件设备类型丰富，包括轨迹编程、机械快换、料库、六维力传感器、电动夹爪、模拟CNC、滑台模组、旋转装配台、开发主机、平板电脑、数控操控面板等；组合形式多样：可实现自由组合和拓展，完成多样化的实验任务。

附图说明

图1示出了根据本申请的协作机器人基础实验平台总视图；

图2示出了根据本申请的应用开发模块的结构示意图；

图3示出了根据本申请的基础编程模块的结构示意图；

图4示出了根据本申请的料库工具模块的结构示意图；

图5示出了根据本申请的CNC上下料加工模块的结构示意图；

图6示出了根据本申请的自适应打磨模块的结构示意图；

图7示出了根据本申请的人机协作装配模块的结构示意图；

图8示出了根据本申请的移动机器人模块的结构示意图；

图9示出了根据本申请的模块外观框架的结构示意图；

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

一种协作机器人基础实验平台，其特征在于：其包括应用开发模块1，基础编程模块2，料库工具模块3，CNC上下料加工模块4，自适应打磨模块5，人机协作装配模块6，移动机器人模块7。

根据本申请的协作机器人基础实验平台，其中应用开发模块1：该模块设有开发主机，工作台面通过旋转支架安装有液晶显示单元8，既满足显示需求，也可在人机协作操作时，将其旋转折叠，不妨碍操作。该模块设有平板电脑单元9用于上位控制***运行，可实现人脸识别、语音控制等功能，设有磁吸支架，便于使用。该模块配套开发单元10，包含五子棋、四巧板等物料用于机器人应用开发；

根据本申请的协作机器人基础实验平台，其中基础编程模块2：该模块设有3D曲面轨迹编程操作单元11，可实现基础编程训练及模拟码垛、涂胶、焊接等编程训练，将3D轨迹板移走后，下面设有黑色POM板材，可在该板材上开展视觉抓取等任务拓展训练。该模块设有常用物料放置转运盒单元12，满足转运暂放的使用需求。

根据本申请的协作机器人基础实验平台，其中料库工具模块3：该模块设有快换工具单元13，工具设有多种机械快换工具，可完成物料的抓取和组装工作。该模块设有双工位旋转台送料组装单元14，采用旋转气缸，双旋转工位，将人一侧放置物料后，旋转气缸旋转180°至机器人组装工位，由机器人进行两端轴承组装。该模块设有料库单元15，采用高低错层阶梯结构，总计2层，底层为POM材质轴承零件置放区，顶层为成品组件置放区，成品组件采用专用工装支撑架将组装完毕的组件固定，POM区可以任意拜访需要组装的轴承零件，通过机器人末端视觉进行定位抓取。

根据本申请的协作机器人基础实验平台，其中CNC上下料加工模块4：该模块设有CNC数控***及操作面板单元16，包含数控车削数控***，操作面板为吊装结构，吊架角度可调。该模块设有模拟机床单元17，床身采用钣金结构，表面喷塑处理，机床工作台面为铝合金结构，表面氧化处理，机床门为气动自动开合，卡盘和尾座采用气动结构，能够模拟工件装夹动作和顶紧动作。

根据本申请的协作机器人基础实验平台，其中自适应打磨模块5：该模块设有待打磨件料库单元18，料库材质采用铝合金，表面氧化处理，采用模块化设计，便于移动置放。该模块设有六维力控打磨工具19，可实现XYZ三个空间坐标轴上的力和力矩的精确测量和自适应打磨待加工工件。该模块设有手动滑台单元20，滑台主体材质为铝合金，表面氧化处理，通过X、Z轴手摇操作，实现在X、Z轴方向上的移动，完成打磨件位置调节，机器人自适应打磨的实验任务。

根据本申请的协作机器人基础实验平台，其中人机协作装配模块6：该模块设有装配快换工具单元21，工具端配备机械快换头与机器人端机械快换头配套，可实现不同工具间无人为干涉的自动切换，工具种类有气动夹爪抓取壳体工具、气动夹爪抓取装配轴工具、锁螺丝电批工具。该模块设有翻转装配单元22，通过旋转气缸实现2个不同位置的装配任务。该模块设有力控装配单元23，单元采用铝合金材质，表面氧化处理，由镀铬光轴支撑，平台设有输出轴及齿轮放置工装，可实现机器人力反馈自动装配任务。该模块设有人工上料库托盘单元24，采用黑色POM材质，通过4个定位块配合使用，托盘设有零件放置工装和定位孔。

根据本申请的协作机器人基础实验平台，其中移动机器人模块7：该模块7采用整体钢结构焊接而成，下方设有4个可调节万向轮，可实现手动推动移动，模块7内部集成直流电池，可供模块全部用电设备的正常运行使用，模块7内部集成供气装置，可实现机器人末端吸取物料的用气使用。该模块台面设有6自由度协作机器人单元25，其第六轴末端集成工业2D彩色相机，可实现抓取定位和颜色识别功能。该模块台面设有可拆装的工具或物料安装单元26，采用铝型材拼接而成，方便实用。该模块设有推动扶手27，扶手采用铝合金管结构，嵌入到模块箱体内部，美观实用。该模块设有可快速拆卸带背光logo检修门28，门板采用下方插接，上方卡扣的固定形式，达到外观整洁的目的。该模块设有机器人示教器放置处29，该处设计为嵌入凹陷设计，即满足示教器的挂放，又不影响外观的整体结构。

根据本申请的协作机器人基础实验平台，其模块外观框架：采用碳素矩型钢焊接框架结构，表面喷塑处理；双面上翻鸥翼门30设计可满足人机协同作业而不产生干涉，每组上翻鸥翼门采用左右双氮气弹簧撑杆支撑，正面采用一字不锈钢拉长拉手，便于门开合操作；透明亚克力视窗31，满足防护的同时又便于观看台体内部结构；台面采用铝型材拼接结构32，其所具有的卡槽可实现台面物体的快速固定和拆卸；台体正面底部采用推拉式抽屉样式配盘结构33，采用左右双导轨滑轨结构；正面设置一组发光灯箱LOGO34，美观简洁。

本申请的协作机器人基础实验平台能够满足协作机器人集成、操作、应用、维护等教学需求，提供了一种适用于高校或教育培训机构等使用的教学实验平台，伴随着协作机器人在工业机器人细分领域的高速发展，对于相关人才的需求日益扩大，使得高校对协作机器人的教学不仅仅停留在书本上，能够提供直接可操作地教学模式，提高学生的动手操作和应用开发能力。

Claims (10)

1.一种协作机器人基础实验平台，其特征在于：其包括应用开发模块，基础编程模块，料库工具模块，CNC上下料加工模块，自适应打磨模块，人机协作装配模块和移动机器人模块，各个模块都独立设置在单独的模块外观框内，并根据各个模块的使用功能按照教学顺序进行整合排布。

2.根据权利要求1所述的协作机器人基础实验平台，其特征在于，所述应用开发模块设置有开发主机以及用于机器人应用开发的配套开发单元，工作台面通过旋转支架安装有液晶显示单元，在人机协作操作时，可将液晶显示单元旋转折叠；所述应用开发模块还设置有用于上位控制***运行的平板电脑单元，并设有磁吸支架。

3.根据权利要求2所述的协作机器人基础实验平台，其特征在于，所述基础编程模块设有可实现基础编程训练的3D曲面轨迹编程操作单元，其包括可移动的3D轨迹板以及POM板材，3D轨迹板移开之后可在所述POM板上开展任务拓展训练；所述基础编程模块还设有常用物料放置转运盒单元。

4.根据权利要求3所述的协作机器人基础实验平台，其特征在于，所述料库工具模块设有快换工具单元，设有多种机械快换工具，可完成物料的抓取和组装工作，所述料库工具模块还设有双工位旋转台送料组装单元，采用旋转气缸，双旋转工位，将人一侧放置物料后，旋转气缸旋转180°至机器人组装工位，由机器人进行两端轴承组装。

5.根据权利要求4所述的协作机器人基础实验平台，其特征在于，所述CNC上下料加工模块设有CNC数控***及操作面板单元，所述CNC数控***包含数控车削数控***；所述CNC上下料加工模块还设有模拟机床单元，采用气动自动开合机床门，卡盘和尾座采用气动结构，能够模拟工件装夹动作和顶紧动作。

6.根据权利要求5所述的协作机器人基础实验平台，其特征在于，所述自适应打磨模块设有待打磨件料库单元和六维力控打磨工具，可实现XYZ三个空间坐标轴上的力和力矩的精确测量和自适应打磨待加工工件；所述自适应打磨模块还设有手动滑台单元，通过X、Z轴手摇操作，实现在X、Z轴方向上的移动，完成打磨件位置调节，机器人自适应打磨的实验任务。

7.根据权利要求6所述的协作机器人基础实验平台，其特征在于，所述人机协作装配模块设有装配快换工具单元，工具端配备机械快换头与机器人端机械快换头配套，可实现不同工具间无人为干涉的自动切换，所述人机协作装配模块还设有翻转装配单元，通过旋转气缸实现2个不同位置的装配任务；所述人机协作装配模块还设有力控装配单元，平台设有输出轴及齿轮放置工装，可实现机器人力反馈自动装配任务。

8.根据权利要求7所述的协作机器人基础实验平台，其特征在于，所述移动机器人模块采用整体钢结构焊接而成，下方设有4个可调节万向轮，可实现手动推动移动，所述移动机器人模块内部集成直流电池，可供模块全部用电设备的正常运行使用，所述移动机器人模块内部集成供气装置，可实现机器人末端吸取物料的用气使用。

9.根据权利要求1所述的协作机器人基础实验平台，其特征在于，所述移动机器人模块的台面设有6自由度协作机器人单元，其第六轴末端集成工业2D彩色相机，可实现抓取定位和颜色识别功能；所述移动机器人模块的台面还设有可拆装的工具或物料安装单元。

10.根据权利要求9所述的协作机器人基础实验平台，其特征在于，所述模块外观框采用碳素矩型钢焊接框架结构，表面喷塑处理；双面设置上翻鸥翼门，每组上翻鸥翼门采用左右双氮气弹簧撑杆支撑，采用透明防护视窗以及左右双导轨滑轨结构。

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