教学机器人工作站

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品　　牌：同创教育

产品型号：教学机器人

制造厂商：昆山市同创科教设备有限公司

适用范围：高教 职教

所在地区：江苏 苏州 昆山

　　TC-JXJQR工业机器人实训平台方案

　　设备概述

　　随着社会对人才需求的发展，我们的教学方式也希望能提供比较多的系统的工程应用训练和工程创新训练，同时渴望探索寻求新的教学方法，开发新的课程体系，以培养高素质，强实践能力，受企业欢迎的毕业生。在探索新的教学方法，课程体系的时候，我们考虑寻找一个能进行综合系统的创新实践的平台。

　　机器人是非常典型的机电一体化系统，它融合了机械、电子、传感器、计算机软硬件、控制、人工智能和造型技术等众多的先进技术，是高等学校开展工程训练、教学实验、课外创新活动和科研为理想的平台。

　　机器人创新实训室的建设可以为学生和教师提供一个综合的创新教育平台和教学研究平台，引导学生进行单片机和微控制器、数字电子和模拟电子、数字逻辑、检测技术与传感器、工业控制、机器人学等课程的学习和实践，并通过采用系统的方法对实验教学内容、方法和手段进行创新，使学生既能了解基本原理，又能了解实际的测控方法和对象，理论联系实际，科学主导工程；提高学生的创新能力和动手能力，提升整个专业的教学水平，广泛性的激发学习者的兴趣和激情。同时为学校参加中国大学机器人电视大赛和中国机器人大赛等提供硬件和软件支持，使学生能够广泛适用于机电一体化、电气工程、自动化工程等方向的就业需求，同时满足高校专业教学实验和科学研究的要求。

　　因此，采用机器人作为机电、自动化、计算机、检测与控制技术的教学实验平台是各相关工程专业的选择，这就是我们建设专业机器人创新实训设备的目的和动力。

图1 工业机器人实训平台

　　一、技术要求

　　1、第三代教学台，以六轴工业机器人为核心，模块化设计理念，配有多个功能单元，且相互独立；通过更换不同实训功能单元，即可完成不同实训任务的目的。也可多个模块组合使用形成一套模拟产线体系；

　　2、装置以机器人本体同品牌的控制器件及其软件实现系统控制；

　　3、所有实训功能模块，包括机器人本体，都安装在同一主体台面上；

　　4、装置能模拟再现多种工业应用场景，包含以下模块：基础型实训操作、轨迹描绘实训、搬运实训、码垛实训、视觉应用实训；

　　5、实训桌体单元采用金属材质的办公桌形式，桌体表面用标准铝型材拼接，非机器人工作区铺有硅胶垫片，便于写作或其他用途；

　　6、桌体尺寸应不小于700mm*1300mm*700mm(L*W*H)；

　　7、系统主要技术规格：3相/单相AC220-230V±10%，消耗电力0.4KVA，环境温度0℃-40℃，环境湿度20%-85%（无结露）。

　　二、工业机器人实训平台简介

　　工业机器人实训平台主要由实验桌体、电气控制柜、机器人本体模块、实验教学模块以及各种夹具快换装置。

　　3.1实验桌体

　　1．该设备实训桌体由桌面、桌体框架组成，桌面由标准工业铝型材拼接而成，便于更换和固定教学模块及其他，在非机器人工作区域的台面上铺有胶垫，便于写作和拆装其他零件模块。

　　2．桌体框架由钣金焊接而成表面烤漆，机器人控制柜 以及电气控制柜都集成其内部空间里，还留有抽屉以及其他存储空间；

　　3．电控柜在桌体前方，且安装透明有机玻璃门半，方便接线和调试程序。于电气安装板上安装PLC、交流接触器、开关电源、安全继电器等电气元件。交流接触器提供设备电源的接入与断开，开关电源为设备运行提供必要的安全操作电源；继电器作为控制信号的转换为外部多种控制方法提供便。

　　3.2机器人本体模块

　　3.2.1机器人设备

　　1．国际知名品牌机器人，有效负载3-6kg，工作半径541mm，位置重复精度±0.02mm；

　　2．机器人本体应安装在稳固的实训台上；

　　3．本体到控制器3～7M长电缆；

　　4．驱动方式：AC伺服方式；

　　5．主体质量：26KG；

　　6．标准周期时间：0.35秒；

　　7．防护等级：IP40；

　　8．示教器：5.7*彩色触摸屏，显示语种：中/日/英；

　　9．PC离线编程模拟软件：FDonDESK Pro；

　　10．通讯功能：EthernetI/P基板，DeviceNet基板，CC-link基板，Profibus基板，ProfiNet基板；

　　11．I/O基板：标准I/O基板32I，32Q，标准I/O基板64I，64Q，标准I/O基板8I，8Q；

　　3.2.2机器人控制装置

　　1．操作SW：紧急停止、模式切换；

　　2．标准控制轴数：6轴，控制轴数：7轴；

　　3．网络：Ethernet；

　　4．电源规格：3相/单相：220V/230V，环境温度：0-40度，环境湿度：20~85%（无结露）；

　　5．示教方式：示教再现、机器人语言；

　　6．程序选择数：9，999种；

　　7．示教器：5.7寸彩色LCD触摸屏，单手3档启用开关SW，紧急停止按钮；

　　8．专用安全输入：外部紧急停止、安全插头、外部启动、保护停止；

　　9．消耗电力：0.4KVA；

　　10．外形尺寸：369mm（W）*490 mm（D）*173mm（H）；

　　11．存储容量：256MB，外部存储装置接口：USB存储器；

　　3.3、手爪模块单元

　　1．气动平行手指夹具，选用SMC的气动元件，通过电磁阀控制气路来操控手指的开合；

　　2．轨迹教学手抓笔，选用油性笔能再描绘贴纸上进行真实的轨迹绘画作业，也可更换TCP教学针，作TCP教学用途；

　　另可加配：

　　1、吸盘夹具，选用SMC的气动元件，通过电磁阀的来控制气路通断，再有压缩控制进入真空发生器产生负压，从而使得吸盘夹具可吸附产品；

　　2．气动打磨工具，采用压缩空气驱动打磨工具快速旋转，从而带动其夹持的道具进行打磨、抛光、机加工等（打磨加工教学零件为非金属材质）；

　　3．工具手抓快换单元，选用知名品牌快换装置，所有工具手抓放置在，快换工具架上，根据教学需求自动切换手抓。

　　3.4、实验教学模块

　　1、平面轨迹教学模块

　　平面轨迹教学模块以钣金或者铝板为载体，载体配置一块画有中国地图的硬塑板，机器人选择合适的气指沿着表面轨迹进行移动，该模块可自由调节角度，通过控制器采集运动信息，观察机器人的平面运动轨迹，学习和掌握机器人在曲面上运动的特性。

　　2、曲面轨迹教学模块

　　曲面轨迹教学模块以钣金或者铝板为载体，载体配置一块任性较好的硬塑板，通过调节硬塑板安装的位置，可以将硬塑板进行弯曲形成不同角度的曲面，机器人选择合适的气指沿着曲面进行移动，通过控制器采集运动信息，观察机器人的曲面运动轨迹，学习和掌握机器人在曲面上运动的特性。

　　3.5、电器柜单元

　　1．电气控制器单元，主要由PLC、触摸屏控制单元和外部控制按钮等组成；

　　2．PLC 控制单元，PLC 主机端子与智能电气模块连接，对PLC 输入输出信号进行接收、检测，再通过标准电气接口控制各个单元自动化运行。智能电气模块采用标准化设计，输入输出接口开放，PLC 控制单元由1台PLCS7-1500 系列，及安装导轨和PROFINET接口等组成，250KB 程序，1 MB 数据；48 ns；集成2x PN 接口；6HSC@100kHz；集成的PROFINET 接口设计技术，具有可扩展性强和灵活度高的特性；

　　3．触摸屏控制单元，位于实训桌体台面，由触摸屏、控制按钮、金属框架和铝型材组成，触摸屏和其下部的控制按钮安装在金属框架内；

　　（1）触摸屏KPT 700 屏幕大小应不小于154.1 x 85.9 mm (7")；屏幕分辨率应不小于800 x 480像素；色彩65536色；CPU 主频应不小于600MHZ；数据存储器容量应不小于128M，程序存储器容量应不小于256 MB；配有RS422/485 接口，传输速率应不小于187.5 Kb/s；额定电压+24 V，误差正负20%，允许电压范围19.2 到28.8V。触摸屏在装置中用于设定系统的选项、显示称重信息、显示系统的报警信息、各工位选择及对应系统参数反馈显示和手自动模式切换；

　　（2）控制按钮包括设备控制按钮组、设备启动开关组，其中设备控制按钮包含四个功能按钮：启动、停止、复位、急停等或其他自定义功能。设备启动开关包括三个控能开关，打开设备主线路的电源开关，控制PLC、伺服控制器、步进驱动器等驱动的电源开关，机器人启动开关。

　　4．电气控制单元配置单：

　　（1）1台PLC S7-1200系列；

　　（2）1付安装导轨；

　　（3）1个12MB存储卡；

　　（4）1个PM1507：输入120 V / 230 V AC 自适应，输出24 V / 3 A；

　　（5）1只断路器；

　　（6）1只开关电源；

　　（7）多套继电器；

　　（8）1只断路器；

　　（9）1台触摸屏；

　　（10）3个启动、停止、复位按钮；

　　（11）1个急停按钮；

　　（12）1个工业级电源开关；

　　三、实验平台教学功能

　　1．工业机器人认知

　　（1）学习机器人构成原理；

　　（2）学习机器人的控制原理；

　　（3）学习机器人使用须知；

　　2．机器人安全使用教学

　　（1）将操控面板上的开关接线接入机器人安全链板；

　　（2）通过操控开关查看不同的安全接点的功能作用；

　　（3）培养学习者安全操作规划和安全意识；

　　3．．平面轨迹教学

　　（1）机器人切换TCP手抓，并将TCP手抓中的顶针更换成记号笔；

　　（2）将印有中国地图的平面模块板固定在桌面上；

　　（3）平面模块上除了自身打印的中国地图外还可将轨迹教学图案贴纸贴在上面；

　　（4）机器人携带教学笔对轨迹进行描绘；

　　（5）通过此单元学习简单的机器人路径示教编程；

　　6．曲面轨迹教学

　　（1）机器人切换TCP手抓，并将TCP手抓中的顶针更换成记号笔；

　　（2）将曲面教学模块固定在桌面上；

　　（3）把应用轨迹图案的教学贴纸粘贴在曲面平台上；

　　（4）机器人携带教学笔对轨迹进行描绘；

　　（5）通过此单元学习机器路劲轨迹编程示教和模拟弧焊轨迹教学；

　　可扩展相关教学内容：

　　1、搬运教学

　　（1）机器人切换吸盘手抓；

　　（2）将七巧板教学模块固定在桌面上；

　　（3）通过示教编程把相对应的形状的七巧板放到对应形状的凹槽里；

　　（4）通过此单元学习机器人基础搬运应用；

　　2．码垛教学

　　（1）机器人切换吸盘手抓；

　　（2）将码垛教学平板固定在桌面上；

　　（3）通过示教编程把小木块码放成不同要求的垛型；

　　（4）通过此单元学习机器人码垛应用；

　　3．打磨抛光教学

　　（1）机器人切换气动打磨工具手抓；

　　（2）将打磨教学工件固定在桌面上或通过其他模块夹具固定；

　　（3）示教机器人对工件的周边毛刺进行打磨抛光处理；

　　（4）通过此单元学习机器人打磨应用；

　　4．装配教学

　　（1）机器人切换平行手抓手抓；

　　（2）将平面装配板固定在桌面上；

　　（3）机器人抓取相应的教学产品，将它们组合装配在一起；

　　（4）通过此单元学习机器人装配应用；

　　5．机器人通讯教学

　　（1）通过PLC和操控面板等控制元器件和机器人控制柜连接；

　　（2）学习通讯接线方式、通讯编码规则等；

　　6．机器人视觉应用

　　（1）机器人切换吸盘手抓；

　　（2）将视觉固定在桌面上；

　　（3）将教学工件放在相机视野下；

　　（4）相机将识别并定位处理信息发送给机器人；

　　（5）机器人根据相关信息做出相应的动作；

　　（6）通过此单元学习机器人与视觉的应用；

　　四、实训平台课程学习资料

　　5.1课程内容框架

　　本课程基于工业机器人典型工作任务和安全操作规范开发而成。共计6个教学项目，25个教学任务，满足职业院校工业机器人技术相关专业或教学方向的授课需求；

　　课程由教材、工作页、教学PPT、数字化资源和题库五大元素组成；

　　教材主要用于教师教学参考，工作页用于学生上课测评，教学PPT可用于教学演示和重点知识强化，数字化资源为趣味导入素材，同时也可以辅助老师将枯燥的理论知识趣味化、教学难度高的原理知识科普化，从而加快学生理解速度、提高学生学习兴趣、提升教师教学质量。

　　其中课程内容目录如下：

　　文档资源库

　　5.2资源清单