GOE20R9E-A16機器人智能制造實訓平臺

一、       功能概述

GOE20R9E-A16（圖1.1）機器人智能制造實訓平臺是上海國詣機器人科技有限公司面向高校和職業(yè)院校機器人、智能制造等專業(yè)的教學、實訓需求，自主研制的基于工業(yè)機器人的智能制造實訓系統(tǒng)。實訓平臺具有從機器人示教編程、機床上下料、智能分揀、搬運碼垛到打磨、焊接，以及機器視覺等功能，具有實訓內容多、功能全、設計緊湊、布局合理外形美觀等特點。是各大中專院校開展機器人與智能制造實訓和人才培養(yǎng)的理想裝備。

通過本實訓平臺，可開展與工業(yè)機器人基礎知識和相關應用的教學和培訓，既可以使學生熟悉工業(yè)機器人的基本操作、編程調試、了解和掌握工業(yè)機器人的常見故障處理及維護等基礎知識和技能，同時也能夠對智能制造、典型機器人應用系統(tǒng)集成的設計開發(fā)等綜合應用開展教學和訓練。

圖 1.1

GOE20R9E-A16包含六軸工業(yè)機器人、機器人第七軸（機器人地軌）、六工位升降循環(huán)旋轉料倉、模擬機床、砂帶打磨機、視覺檢測模塊、自動皮帶輸送分揀線、裝箱模塊、立體倉庫模塊、碼垛模塊、激光雕刻模塊、工具快換模塊、裝配模塊、視覺定位模塊、模擬焊接涂膠模塊、工控機、PLC擴展等各種應用模塊。幾乎涵蓋了工業(yè)機器人在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)應用中的各種工作場景。

學生在掌握了機器人的基礎知識后，可自主通過本實訓平臺進行各種應用開發(fā)，自行開發(fā)現(xiàn)代工業(yè)應用中各種機器人應用組合及實訓學習或者應用場景展示。

二、       設備整體參數(shù)

1、  輸入電源：交流單相220V/50Hz；

2、  額定功率：約5kW；

3、  整機尺寸：2000x1500X1600mm（L x W x H）；

4、  無額外氣源要求；

5、  安全保護：急停開關、漏電保護、短路保護、過載保護

三、       可開展的實驗內容

GOE20R9E-A16配備各種應用模塊，可針對機器人在工業(yè)應用中的不同場景開展各種基于工業(yè)機器人的實驗以及應用展示。

1）機器人基礎操作實驗

2）機床上下料實驗

3）打磨拋光實驗

4）自動裝配實驗

5）激光雕刻實驗

6）輸送分揀實驗

7）視覺檢測定位實驗

8）軌跡焊接涂膠實驗

9）視覺分揀裝箱實驗

10）智能倉儲實驗

11）搬運碼垛實驗

12）智能制造全流程生產(chǎn)實驗

GOE20R9E-A16具備各種真實的應用模塊，可開發(fā)多種實訓課程，通過各種不同模塊之間的組合，可開發(fā)出幾十種不同的應用組合，真實呈現(xiàn)機器人在實際工業(yè)生產(chǎn)中的具體應用，具有極強的學習拓展以及實際應用。

四、       各模塊功能描述

4.1工業(yè)機器人

工業(yè)機器人的分類工業(yè)機器人在分類時可按照功能、結構、關節(jié)數(shù)量、應用領域等條件進行分類，這里我們從最直觀的關節(jié)數(shù)與結構為例對工業(yè)機器人分為：串聯(lián)六關節(jié)機器人、并聯(lián)三/四關節(jié)機器人(Delta)、水平四關節(jié)機器人(SCARA)、七關節(jié)機器人(噴涂、協(xié)作)。

 

串聯(lián)六關節(jié)型工業(yè)機器人

串聯(lián)六關節(jié)型工業(yè)機器人（圖4.1.1）是當今工業(yè)領域中最常見的工業(yè)機器人的形態(tài)之一，適合用于諸多工業(yè)領域的機械自動化作業(yè)比如，自動裝配、加工、搬運、焊接(點焊、弧焊)、表面處理、測試、測量等工作。

GOE20R9E-A16采用六關節(jié)機器人，型號為IRB 1200 7/0.7；

圖 4.1.1

圖 4.1.2

 

 

四關節(jié)型機器人

四關節(jié)型機器人（圖4.1.2）相對于六關節(jié)型機器人省去了第五關節(jié)(腕關節(jié))和第四關節(jié)(小臂旋轉),這種機器人在搬運、碼垛中有著更快和更為穩(wěn)定的節(jié)拍，在相同臂展及結構下，四關節(jié)機器人相比六關節(jié)機器人擁有的負載相對更大一些，這更有助于快速的搬運重物。

圖 4.1.2

 

 

水平四關節(jié)機器人(SCARA)

SCARA機器人（圖4.1.3）有3個旋轉關節(jié)，其軸線相互平行，在平面內進行定位和定向運動。另一個關節(jié)是移動關節(jié)，用于完成機器人末端在垂直于平面方向上的運動。SCARA機器人廣泛應用于塑料工業(yè)汽車工業(yè)、電子產(chǎn)品工業(yè)、藥品工業(yè)和食品工業(yè)等領域。它的主要職能是快速搬取零件和裝配工作。

圖 4.1.3

 

并聯(lián)三/四關節(jié)機器人(Delta)

Delta機器人（圖4.1.4）又名并聯(lián)機器人或蜘蛛手機器人，具有3個空間自由度和1個轉動自由度，通過示教編程或視覺系統(tǒng)捕捉目標物體，由三個并聯(lián)的伺服軸確定抓具中心(TCP)的空間位置，實現(xiàn)目標物體的快速拾取、分揀、裝箱、搬運、加工等操作。主要應用于乳品、食品、藥品和電子產(chǎn)品等行業(yè)具有重量輕、體積小、速度快、定位精、成本低、效率高等特點。

圖 4.1.4

 

人機協(xié)作型機器人

人機協(xié)作型機器人（圖4.1.5）是設計和人類在共同工作空間中有近距離互動的機器人，這種機器人可以完成靈活度要求較高的精密電子零部件的裝配與分揀工作，在工作時能與人類并肩作戰(zhàn)，機器人全身都覆蓋有感知裝置，即使在工作中觸碰到人類也能及時做出相應的反應以便可以繼續(xù)作業(yè)。

圖 4.1.5

 

4.2機器人第七軸

機器人第七軸又稱機器人軌道，用于擴大機器人作業(yè)半徑，擴展機器人使用范圍功能，主要應用于焊接、鑄造、機械加工、智能倉儲、汽車、航天等行業(yè)領域。

機器人第七軸一般分為機器人地軌（圖4.2.1）和機器人天軌（圖4.2.2）兩種，如圖

圖 4.2.1

圖 4.2.2

GOE20R9E-A16采用地軌方式擴展為機器人第七軸（圖4.2.3），機械結構包括兩根精密直線導軌，一根精密研磨滾珠絲杠，由伺服電機驅動，完成機構運動，并通過PLC與機器人通訊完成機器人在第七軸行程范圍內的任意位置進行作業(yè)，在保證機器人工作精度需求的前提下擴大機器人有效工作半徑。

防塵以及安全防護方面，設置兩個限位開關以及一個原點開關，以及兩端兩個柔性機械限位。直線導軌以及滾珠絲杠配備風琴防護罩，即防塵，又能有效阻止異物卡入，保證機器人第七軸運行過程中人、物、設備的安全性。

圖 4.2.3

 

4.3工具快換模塊

圖 4.3.1

圖 4.3.2

工具快換盤模塊共由一個機器人快換端和五個工具快換端組成，機器人快換端安裝在機器人法蘭末端無需拆卸，當進行不同的模塊工作需求時，直接更換不同的工具快換端，以切換不同的末端執(zhí)行工具，快速切換機器人工作。

GOE20R9E-A16共配置了五個不同的末端工具；分別為機床上下料手爪、裝配手爪、機器人打磨手爪、激光雕刻模塊、真空吸盤工具，不同的工具類型為學生提供更廣泛的工業(yè)應用認知。

4.4機床上下料模塊

圖 4.4.1

機床上下料基本完整的系統(tǒng)包括數(shù)控機床、機器人、上下料倉、上下料手爪等。

GOE20R9E-A16機器人實訓臺采用六工位升降循環(huán)料倉，四個為擺料位，即人工上下料位置。一個為機器人取料位，即機器人取毛坯物料；一個為機器人卸料位，即加工完成后的物料由機器人放置此工位。

上下料手爪采用水平并列式雙手爪，雙手爪結構為上下料機器人標準配置，一個手爪從機床下料的之后，機器人無需大幅度移動回來，可實現(xiàn)另一個手爪及時上料，這樣節(jié)省機床上下料整個工作流程的節(jié)拍。

兩個抓手配置彈性壓緊板，機器人取毛坯料時，需要對毛坯料進行預壓緊然后抓手夾緊取料，機器人在進行機床上料時，機器人抓手先張開，預壓彈性板將物料壓緊貼合在機床卡盤基準端面上，然后機床卡盤夾緊。如此才能保證機器人在機床上料時可以保證物料能夠和機床卡盤的基準端面貼合緊密，確保加工精度。

 

4.5打磨拋光模塊

圖 4.5.1

圖 4.5.2

機器人打磨分為工具型打磨機器人、工件型打磨機器人、機器人+磨床（機器人負責上下料，類似與機床上下料）

GOE20R9E-A16機器人實訓臺采用機器人抓取工件（輪轂）貼近砂帶打磨機進行模擬打磨，因考慮到安全、噪音、粉塵等因素，實驗室不建議進行真實打磨作業(yè)。

4.6機器人裝配模塊

 

圖 4.6.1

機器人裝配是柔性自動化裝配系統(tǒng)的典型應用，由機器人，控制器，末端執(zhí)行器和傳感器系統(tǒng)組成。

末端執(zhí)行器為適應不同的裝配對象而設計成各種手爪和手腕等；傳感器系統(tǒng)又來獲取裝配機器人與環(huán)境和裝配對象之間相互作用的信息。

GOE20R9E-A16機器人實訓臺進行滾珠滑套、導套、導柱的裝配。

裝配流程為裝配機器人抓手抓取導套，放入裝配定位機構→導套定位→抓取滾珠滑套→插入導套→滾珠滑套自然落下→抓取導柱→插入滾珠滑套→機器人下壓→導入壓到位→裝配完成。

4.7機器人激光雕刻模塊

圖 4.7.1

激光雕刻屬于激光焊接的一種應用，機器人攜帶激光雕刻頭對工件進行激光雕刻加工。

GOE20R9E-A16機器人實訓臺采用5000mw激光雕刻頭，可對亞克力板進行雕刻加工，考慮到激光的危險性，尤其是對眼鏡的意外損傷，此模塊設置了激光防護罩，進行此模塊實驗時，必須嚴格遵守安全規(guī)范，激光雕刻頭對焦時，需佩戴防輻射眼鏡，裸眼不得盯住激光對焦點觀看，以防造成不可恢復的損傷。

機器人攜帶激光雕刻頭進行雕刻加工時，為防止萬一可能產(chǎn)生的電氣或機械故障帶來的機器人失控現(xiàn)象，激光雕刻頭上配備了傾角傳感器（圖4.7.1），程序預設±15°偏移時，激光無法開啟，整套系統(tǒng)關停，以保證人身安全。

此實驗具有危險性，不建議開此實驗課，可運用內部已經(jīng)配備的自動化演示實驗進行機器人雕刻加工實驗觀察即可。

4.8輸送分揀模塊

圖 4.8.1

 

輸送分揀模塊采用一條調速皮帶輸送線為主體，架設三個分揀通道。

由預設分揀標準進行判定，物料放上輸送線后，將根據(jù)預設判定所屬通道，對物料進行分揀，工件被推入對應分揀定位槽位，由機器人抓手，分類入盒或是其他工作。

GOE20R9E-A16機器人實訓臺采用氣缸配備推板擋板，對輸送的工件進行阻擋并推到位，每個工位由兩對光電傳感器，分別判定工件到位，氣缸開始推工件，工件入槽到位，機器人可以抓取的判定，屬于真正的工業(yè)分揀應用。

4.9軌跡焊接涂膠模塊

圖 4.9.1

圖 4.9.2

 

本實驗平臺模擬弧焊機器人進行教學實驗相關工作，主要任務是機器人攜帶焊槍或涂膠槍一類末端執(zhí)行器進行平面軌跡示教運行。

同類型的應用有弧焊、涂膠、寫字繪畫、激光雕刻切割等軌跡運行類應用。

機器人通過工具快換盤，換用工具手爪1，夾持模擬焊槍/涂膠槍，在軌跡板上進行手動示教編程，使焊接槍/膠槍的槍尖部位貼近圖形軌跡板中的某一圖形進行沿軌跡運行，以模擬焊接/涂膠的軌跡運行。

4.10視覺檢測模塊

圖 4.10.1

 

視覺檢測模塊由工業(yè)相機、工業(yè)鏡頭、光源、光源控制器、工控機、配套軟件等組成。

GOE20R9E-A16機器人實訓臺視覺模塊有兩部分應用；分別為輪轂分類識別、多邊形工件識別定位

輪轂分類識別

輪轂分類應用模擬工業(yè)現(xiàn)場中視覺分類識別的應用場景，機器人將不同型號的輪轂放到相機識別工作臺，通過PLC通知相機，PC通過相機采集圖像后識別，將識別的分類結果告知機器人，機器人收到識別結果后，將輪轂放入對應的料倉中。此項應用視覺部分通過識別輪轂的內圈不同形狀來實現(xiàn)分類。

多邊形工件識別定位

多邊形工件識別定位模擬工業(yè)現(xiàn)場中的視覺定位應用，工件放置到視覺工作臺上后，人為觸發(fā)視覺軟件識別，軟件識別完成后，將識別的結果通過PLC轉到工業(yè)機器人，工業(yè)機器人收到識別結果后（包括多邊形類型、角度、中心位置）通過偏移量運行到識別位置進行抓取操作。將抓取的工件放入到對應的工件臺上。

4.11智能倉儲模塊

圖 4.11.1

 

智能倉儲共分為空料盒倉庫以及成品倉庫兩個部分，每個部分結構和數(shù)量相同，均為3X4結構。

GOE20R9E-A16機器人實訓臺左邊為空料盒倉庫，需要人工按照一定規(guī)則擺放空料盒，以供平臺進行演示操作時使用，主要是模擬工件裝箱動作。

右邊為成品倉庫，機器人將工件裝盒后，會將料盒以及工件自動碼放進此倉庫。

當進行機器人碼垛實驗時，需要人工將此倉庫按照一定規(guī)則保證料盒到位，然后機器人進行碼垛作業(yè)。

4.12機器人碼垛模塊

圖 4.12.1

 

關節(jié)式碼垛機器人常見本體多為四軸碼垛機器人，也有五軸六軸碼垛機器人，但在實際包裝碼垛物流線中，后兩種碼垛機器人相對較少。碼垛主要在物流線末端進行，碼垛機器人安裝在底座（或固定座）上，其位置的高低由生產(chǎn)線高度、托盤高度及碼垛層數(shù)共同決定。多數(shù)情況下，碼垛精度的要求沒有機床上下料精度高，為節(jié)約成本、降低投入資金、提高效益，四軸碼垛機器人足以滿足日常碼垛要求。

碼垛多為從自動輸送線上直接抓取工件進行碼垛，我們的工作站因為考慮到上課時間較短，故采用機器人從倉庫直接抓取工件進行碼垛，模擬出庫出貨的碼垛過程。進行碼垛示教前需人工將立體倉庫擺滿工件，并按圖示要求將工件擺放到位。

4.13智能倉儲模塊

圖 4.13.1

 

智能倉儲共分為空料盒倉庫以及成品倉庫兩個部分，每個部分結構和數(shù)量相同，均為   3 X 4結構。

GOE20R9E-A16機器人實訓臺左邊為空料盒倉庫，需要人工按照一定規(guī)則擺放空料盒，以供平臺進行演示操作時使用，主要是模擬工件裝箱動作。

右邊為成品倉庫，機器人將工件裝盒后，會將料盒以及工件自動碼放進此倉庫。

當進行機器人碼垛實驗時，需要人工將此倉庫按照一定規(guī)則保證料盒到位，然后機器人進行碼垛作業(yè)。

5.3智能制造全流程生產(chǎn)模塊

GOE20R9E-A16機器人實訓臺合理化設計，每個模塊并非孤立，而是可以通過任意模塊整合完成完整模擬現(xiàn)代化工廠的全流程生產(chǎn)作業(yè)。

本實訓平臺可開展全流程生產(chǎn)模式為：

涵蓋了簡單工業(yè)生產(chǎn)的全流程作業(yè)，非常具有實驗開發(fā)性以及可實用性。

五、       能夠完成的考核項目

1)   工業(yè)機器人安裝、初始化與備份恢復考核項目

2)   工業(yè)機器人手動控制及基本參數(shù)設置

3)   工業(yè)機器人IO通信及總線通信

4)   工業(yè)機器人單軸運動與線性運動控制

5)   工業(yè)機器人工具TCP參數(shù)標定

6)   工業(yè)機器人工件坐標系參數(shù)標定及多坐標系切換

7)   工業(yè)機器人多類型工具快速更換

8)   工業(yè)機器人與機器人第七軸網(wǎng)絡通訊與集成應用考核項目

9)   簡單平面軌跡、復雜空間軌跡編程

10)  工業(yè)料倉PLC基本編程與調試

11)  工業(yè)機器人機床上下料工藝應用考核項目

12)  工業(yè)機器人打磨拋光應用考核項目

13)  工業(yè)機器人裝箱應用考核項目

14)  工業(yè)機器人出庫入庫應用考核項目

15)  工業(yè)機器人搬運碼垛應用考核項目

16)  工業(yè)機器人柔性裝配應用考核項目

17)  皮帶輸送分揀線PLC編程應用考核項目

18)  工業(yè)機器人快換工具的技術選型與應用考核項目

19)  機器人參數(shù)與通信設置考核項目

20)  機器人示教編程考核項目

21)  機器人離線編程考核項目

22)  CCD相機與光源的組成和工作原理考核項目

23)  工業(yè)視覺顏色識別、尺寸識別、形狀識別案例實操考核項目

24)  工業(yè)機器人與CCD視覺系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊應用考核項目

25)  伺服、步進等電機的參數(shù)設置與驅動應用考核項目

26)  系統(tǒng)單元HMI觸摸屏基本編程與調試考核項目

27)  組態(tài)軟件的安裝與通信設置考核項目

28)  PLC與CCD之間通訊設置考核項目

29)  PLC與工業(yè)機器人網(wǎng)絡通訊應用考核項目

30)  PLC控制伺服、步進電機速度位置功能的應用考核項目

31)  PLC程序故障的設置與排除考核項目

32)  系統(tǒng)參數(shù)故障的設置與排除考核項目

33)  電氣接線故障的設置與排除考核項目

34)  傳感器信號故障的設置與排除考核項目

 

另外，可根據(jù)實際工業(yè)生產(chǎn)需要任意對各模塊進行組合，設定考核項目。