工業(yè)機(jī)器人綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張 婧

（許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 許昌 461000）

1 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)背景

在高職院校機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)、電氣自動(dòng)化技術(shù)專(zhuān)業(yè)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專(zhuān)業(yè)等教學(xué)和科研領(lǐng)域，對(duì)融入新知識(shí)、新技能的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的現(xiàn)實(shí)需求十分強(qiáng)烈。近年來(lái)，許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院與許昌中意電氣科技有限公司進(jìn)行了積極探索，共同研發(fā)了工業(yè)機(jī)器人綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。該平臺(tái)以案例教學(xué)為導(dǎo)向，充分融入模塊化設(shè)計(jì)理念，較好地實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)學(xué)研的完美結(jié)合。

2 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的主要功能

工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)平臺(tái)集工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)供料、裝配、檢測(cè)、倉(cāng)儲(chǔ)等諸多環(huán)節(jié)于一體，滿(mǎn)足電氣自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、機(jī)械制造與自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)教學(xué)科研需要。該平臺(tái)通過(guò)模仿真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模塊化教學(xué)，幫助學(xué)生掌握各環(huán)節(jié)操作技能，在實(shí)際動(dòng)手能力、編程思維和控制理念等方面得到鍛煉提高[1]。

3 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的組成與結(jié)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)主要由15個(gè)部分按照一定邏輯順序組裝而成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中，1為總底板、2為工業(yè)機(jī)器人、3為工業(yè)機(jī)器人智能復(fù)合夾具、4為大方料推出站、5為中方料推出站、6為小圓料推出站、7為質(zhì)量監(jiān)測(cè)站、8為攝像頭支架、9為視覺(jué)傳感器系統(tǒng)、10為組裝站、11為膠合站、12為中轉(zhuǎn)平臺(tái)、13為智能倉(cāng)儲(chǔ)站、14為智能倉(cāng)儲(chǔ)搬運(yùn)裝置、15為廢品框。

圖1 工業(yè)機(jī)器人綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)

4 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的教學(xué)功能分析

工業(yè)機(jī)器人綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)預(yù)設(shè)8個(gè)教學(xué)功能，既可以滿(mǎn)足相關(guān)專(zhuān)業(yè)可編程控制器技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人在線(xiàn)編程、視覺(jué)傳感技術(shù)等課程的需求，又可以滿(mǎn)足最后一個(gè)學(xué)期相關(guān)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)綜合課程的需求。

（1）大方料供料單元。由大方料供料倉(cāng)、大方料推出裝置、物料臺(tái)、物料檢測(cè)裝置組成，功能是大方料從供料倉(cāng)內(nèi)被氣缸推出裝置推到物料臺(tái)。傳感器進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)被推到物料臺(tái)的大方料是否到位，并把到位信號(hào)傳送給工業(yè)機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人到物料臺(tái)抓取大方料，送到質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)檢測(cè)大方料是否合格，如果有缺陷，工業(yè)機(jī)器人則將其送往廢料框；如果無(wú)缺陷，則將其送往裝配站裝配。

（2）中方料供料單元。由中方料供料倉(cāng)、中方料推出裝置、物料臺(tái)、物料檢測(cè)裝置組成，功能是中方料從供料倉(cāng)內(nèi)被氣缸推出裝置推到物料臺(tái)，傳感器檢測(cè)其是否到位，并把到位信號(hào)傳送給工業(yè)機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人到物料臺(tái)抓取中方料，送到質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)檢測(cè)方料是否合格，如果有缺陷，工業(yè)機(jī)器人則將其送往廢料框；如果無(wú)缺陷，則將其送往裝配站裝配。

（3）小圓料供料單元。由小圓料供料倉(cāng)、小圓料推出裝置、物料臺(tái)、物料檢測(cè)裝置組成，功能是將小圓料從供料倉(cāng)內(nèi)被氣缸推出裝置推到物料臺(tái)，傳感器檢測(cè)其是否到位，并把到位信號(hào)傳送給工業(yè)機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人到物料臺(tái)抓取小圓料，送到質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)檢測(cè)小圓料是否合格，如果有缺陷，工業(yè)機(jī)器人則將其送往廢料框；如果無(wú)缺陷，則將其送往裝配站裝配。

（4）質(zhì)量監(jiān)測(cè)單元。由視覺(jué)傳感器、檢測(cè)平臺(tái)組成，功能是工業(yè)機(jī)器人把大方料、中方料、小圓料按照裝配的需要，依次送到檢測(cè)平臺(tái)處進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。對(duì)物料是否到位進(jìn)行檢測(cè)，如果物料放置到位，上方的視覺(jué)傳感器會(huì)對(duì)物料進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。如果有缺陷，工業(yè)機(jī)器人會(huì)把缺陷物料送到廢料框，按次品處理，物料不再向下道工序流轉(zhuǎn)；如果無(wú)缺陷，則把物料送至裝配站裝配。

（5）產(chǎn)品裝配單元。由移動(dòng)裝置、移動(dòng)氣缸、仿真組裝氣缸組成，功能是把工業(yè)機(jī)器人依次送來(lái)的大方料、中方料、小圓料送到兩個(gè)裝配平臺(tái)，根據(jù)產(chǎn)品的裝配要求，按照一定的裝配工藝把物料進(jìn)行裝配。

（6）膠合單元。由移動(dòng)裝置、移動(dòng)氣缸、仿真膠合氣缸組成，功能是工業(yè)機(jī)器人把裝配好的產(chǎn)品搬運(yùn)至膠合站，氣缸把產(chǎn)品移到膠合站的膠合位置按一定的膠合工藝進(jìn)行膠合，形成成品。

（7）智能倉(cāng)儲(chǔ)單元。由步進(jìn)電機(jī)、導(dǎo)向光杠、絲杠、機(jī)械手、機(jī)械手手爪組成，功能是傳感器檢測(cè)到成品已被送至中轉(zhuǎn)平臺(tái)后，智能倉(cāng)儲(chǔ)單元進(jìn)行成品入庫(kù)操作，按照控制要求，把成品放入指定庫(kù)位。入庫(kù)操作是由3個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別控制機(jī)械手朝3個(gè)方向移動(dòng)，即左右移動(dòng)、上下移動(dòng)和前后移動(dòng)。移動(dòng)到指定庫(kù)位后，機(jī)械手放置產(chǎn)品至該庫(kù)位，完成成品的入庫(kù)。每個(gè)庫(kù)位安裝一個(gè)傳感器，檢測(cè)到庫(kù)位中產(chǎn)品擺放到位后，機(jī)械手會(huì)按照控制要求退回到初始位置，準(zhǔn)備下一次抓取工件。

（8）綜合聯(lián)調(diào)。應(yīng)用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，結(jié)合獨(dú)立的實(shí)訓(xùn)模塊，完成綜合聯(lián)調(diào)的自動(dòng)化流程，進(jìn)而檢驗(yàn)相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)訓(xùn)練成效，并通過(guò)綜合聯(lián)調(diào)助推學(xué)生綜合實(shí)踐能力的整體提高。主要流程：首先，從供料倉(cāng)將大方料推到物料臺(tái)，確認(rèn)位置正確后，工業(yè)機(jī)器人抓取大方料，送到質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)合格的大方料送往裝配站進(jìn)行裝配。其次，中方料、小圓料按照大方料流程進(jìn)行抓取、檢測(cè)和運(yùn)送。再次，工業(yè)機(jī)器人根據(jù)產(chǎn)品裝配要求進(jìn)行裝配，并把裝配好的產(chǎn)品搬運(yùn)至膠合站進(jìn)行膠合，形成成品。最后，工業(yè)機(jī)器人把成品送至中轉(zhuǎn)平臺(tái)，并放入指定庫(kù)位，完成成品的入庫(kù)。在綜合聯(lián)調(diào)的各個(gè)流程中，產(chǎn)品檢測(cè)傳感器檢測(cè)到相應(yīng)產(chǎn)品擺放到位后，機(jī)械手會(huì)按照控制要求退回到初始位置，準(zhǔn)備下一次抓取工件，進(jìn)而確保聯(lián)調(diào)的連續(xù)性和持續(xù)性[2]。

5 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)機(jī)器人綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)研發(fā)后，在許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院等職業(yè)院校的機(jī)電一體化技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)等多個(gè)專(zhuān)業(yè)教學(xué)和科研中廣泛應(yīng)用，取得顯著教學(xué)效果。在實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的后期改進(jìn)中，可根據(jù)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展及應(yīng)用需求，從多機(jī)器人協(xié)同工作等方面進(jìn)行完善，縮短理論與實(shí)踐的差距，不斷滿(mǎn)足智能制造產(chǎn)業(yè)對(duì)學(xué)生技術(shù)技能的新需求，為培養(yǎng)更多高素質(zhì)、高級(jí)技能型人才奠定良好基礎(chǔ)。