TC-IJQ-B型中級機器人實訓系統(tǒng)

一、設(shè)備概述：

1、隨著社會對人才需求的發(fā)展，我們的教學方式也希望能提供比較多的系統(tǒng)的工程應用訓練和工程創(chuàng)新訓練，同時渴望探索尋求新的教學方法，開發(fā)新的課程體系，以培養(yǎng)高素質(zhì)，強實踐能力，受企業(yè)歡迎的畢業(yè)生。在探索新的教學方法，課程體系的時候，我們考慮尋找一個能進行綜合系統(tǒng)的創(chuàng)新實踐的平臺。

2、機器人是非常典型的機電一體化系統(tǒng)，它融合了機械、電子、傳感器、計算機軟硬件、控制、人工智能和造型技術(shù)等眾多的先進技術(shù)，是高等學校開展工程訓練、教學實驗、課外創(chuàng)新活動和科研最為理想的平臺。機器人創(chuàng)新實訓室的建設(shè)可以為學生和教師提供一個綜合的創(chuàng)新教育平臺和教學研究平臺，引導學生進行單片機和微控制器、數(shù)字電子和模擬電子、數(shù)字邏輯、檢測技術(shù)與傳感器、工業(yè)控制、機器人學等課程的學習和實踐，并通過采用系統(tǒng)的方法對實驗教學內(nèi)容、方法和手段進行創(chuàng)新，使學生既能了解基本原理，又能了解實際的測控方法和對象，理論聯(lián)系實際，科學主導工程；提高學生的創(chuàng)新能力和動手能力，提升整個專業(yè)的教學水平，廣泛性的激發(fā)學習者的興趣和激情。同時為學校參加中國大學機器人電視大賽和中國機器人大賽等提供硬件和軟件支持，使學生能夠廣泛適用于機電一體化、電氣工程、自動化工程等方向的就業(yè)需求，同時滿足高校專業(yè)教學實驗和科學研究的要求。?

3、因此，采用機器人作為機電、自動化、計算機、檢測與控制技術(shù)的教學實驗平臺是各相關(guān)工程專業(yè)的最佳選擇，這就是我們建設(shè)專業(yè)機器人創(chuàng)新實訓設(shè)備的目的和動因。

二、技術(shù)指標：

1.供電電源：AC220V  50HZ/60HZ 單相三線制，采用安全護套端子；

2.電源控制：自動空氣開關(guān)通斷電源，有短路保護、漏電保護、過載保護、急停保護裝置等；

3.輸出電源：直流穩(wěn)壓電源：24V/3A，具有限流型短路軟保護和自恢復功能；

4.工作環(huán)境：溫度-10℃－+40℃    相對濕度<85％（25℃）  海拔<4000m；

5.整機容量：≤5KVA。

三、設(shè)備簡介：

3.1設(shè)備組成：

模塊化柔性生產(chǎn)制造系統(tǒng)可完成三種料塊的供料、抓取、工件沖壓、組裝、搬運、再分類儲存等一系列的動作，本模塊化柔性生產(chǎn)制造系統(tǒng)能鍛煉學生系統(tǒng)思維的能力，強化學生動手、動腦，“真刀實槍”地完成各工作站機械組裝、氣動元件的組裝、電器元件的安裝、電路接線、工業(yè)機器人編程定位、PLC編程技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子技術(shù)的各項技術(shù)在專業(yè)領(lǐng)域的應用。

3.2設(shè)備指標：

1．設(shè)備包含智能控制器、供料搬運單元、沖壓單元、裝配單元、工業(yè)機器人碼垛搬運單元，該設(shè)備采用模塊化接口，可以快速安裝。

2．ABB六軸工業(yè)機器人技術(shù)指標（可更換不同品牌的機器人）：

工業(yè)機器人參數(shù)規(guī)格:

工作范圍：580mm；

有效荷重：3kg；

自由度：6軸；

集成信號源：10路；

集成氣源：4路；

重復定位精度：0.01mm；

防護等級：IP30；

軸1旋轉(zhuǎn)工作范圍  +165°～-165°最大速度250°/s；

軸2手臂工作范圍  +110°～-110°最大速度250°/s；

軸3手臂作范圍  +70°～-90°最大速度250°/s；

軸4手腕工作范圍  +160°～-160°最大速度320°/s；

軸5彎曲工作范圍  +120°～-120°最大速度320°/s；

軸6翻轉(zhuǎn)工作范圍  +400°～-400°最大速度420°/s；

1kg拾料節(jié)拍：25×300×25mm；

0.58TCP最大速度: 6.2m/s；

TCP最大加速度  28m/s；

加速時間0-1m/s，0.07s；

電源電壓：200-600V，50/60Hz；

變壓器額定功率：3.0kVA；功耗：0.25kW；

機器人底座尺寸：180×180mm；

機器高度700mm；機器人重量：25kg；

外配有DeviceNet模塊。

3．實訓臺：臺體需采用優(yōu)質(zhì)鋼板制作，鋼板厚度不低于1.2mm，表面噴涂處理，臺面采用特殊模具的鋁基板，模塊可以在基板上自由擺放并快速固定。實訓臺能夠方便移動和快速定位。

4．供料單元模塊組成：

1）供料單元：采用井式送料，外形尺寸： 450*790*1103mm（L*W*H）。 包含臺體、料筒、供料機構(gòu)、電磁閥組、電動位置控制器及執(zhí)行器、氣手指、廢料槽、氣源處理器、PLC控制器等。

2）電動位置控制器及執(zhí)行器：步數(shù)64點，可手動調(diào)節(jié)距離，編程采用電腦，示教器，和面板三種方式。最大行程800mm,最大速度:2000mm/s,重復定位精度±0.1mm,搬運重量5KG，伺服驅(qū)動品牌為國際知名品牌。

3）PLC控制器1200：集成的 PROFINET 接口用于編程、HMI 通信和 PLC 間的通信。此外它還通過開放的以太網(wǎng)協(xié)議支持與第三方設(shè)備的通信。該接口帶一個具有自動交叉網(wǎng)線（auto-cross-over）功能的 RJ45 連接器，提供 10/100Mbit/s 的數(shù)據(jù)傳輸速率，支持：高速輸入：SIMATIC S7-1200 控制器帶有多達6個高速計數(shù)器。其中 3 個輸入為 100 kHz，3個輸入為 30 kHz，用于計數(shù)和測量。高速輸出：SIMATIC S7-1200 控制器集成了四個100 kHz 的高速脈沖輸出，用于步進電機或伺服驅(qū)動器的速度和位置控制。（使用 PLCopen 運動控制指令）這四個輸出都可以輸出脈寬調(diào)制信號來控制電機速度、閥位置或加熱元件的占空比。

5．沖壓單元模塊組成：

1）沖壓單元：外形尺寸： 500*790*1200mm（L*W*H），包含臺體、傳輸皮帶、擋料氣缸、推料氣缸、沖壓氣缸、標簽氣缸、氣源處理器、可編程控制器、中間繼電器、傳感器。

2）PLC控制器：22輸入，18輸出，

6．裝配單元模塊組成：

1）裝配單元：外形尺寸：450*790*1170mm（L*W*H），包含臺體、蓋體連續(xù)分揀取樣機構(gòu)、裝配機械手、氣源處理器、可編程控制器、中間繼電器、傳感器等；

2）蓋體連續(xù)分揀取樣機構(gòu)：包含兩套皮帶傳送機構(gòu)；

3）裝配機械手： 3個自由度，伸縮半徑不小于100mm，升降半徑不小于80mm；

4）PLC控制器： 22輸入，18輸出，

7．工業(yè)機器人碼垛搬運單元模塊組成：

1）工業(yè)機器人碼垛搬運單元：外形尺寸：450*790*1200mm（L*W*H），包含臺體、IRB120機器人、氣動機械手、綠色環(huán)保材質(zhì)物料存貯架；

2）機器人夾具，可支持至少兩種料塊的抓取任務(wù)；

3）7寸觸摸屏，支持與PLC的通信；

4）PLC控制器：22輸入，18輸出，

3.3設(shè)備功能：

1．供料單元：

1）供料搬運站的主要功能是把料倉內(nèi)合格的工件按順序供給,不合格的工作放于廢料槽內(nèi)，是整個系統(tǒng)的第一站也是整個工作中最基礎(chǔ)的模塊。

2）工作流程：

供料氣缸伸出→推出料塊→料塊到位→電動執(zhí)行器左移至料塊抓取位置→垂直氣缸下降→下降到位→氣手指抓取→抓取到位→垂直氣缸上升→上升到位→電動執(zhí)行器右移至放料位置→垂直氣缸下降→下降到位→氣手指松開→垂直氣缸上升→等待下次供料。

2．沖壓單元：

1）沖壓站的主要功能是把毛坯件沖壓成特定形狀（標簽），并把標簽放入料塊內(nèi)，然后通過皮帶運輸至下一站。

2）工作流程：

當上一站送來工件時→皮帶運行→擋料氣缸動作→沖壓系統(tǒng)中擋料氣缸抬起→推料氣缸推出→沖壓氣缸下降→標簽氣缸吹氣→擋料氣缸、推料氣缸、標簽氣缸復位→皮帶帶動料塊輸送到第三站→等待下次供料。

3．裝配單元：

1）裝配站的主要功能是把裝有標簽的料塊蓋上蓋子，蓋子顏色根據(jù)料塊顏色自動選擇，然后通過皮帶運輸至下一站。

2）工作流程：

當上一站送來工件時→皮帶運行→檢測工件顏色→擋料氣缸動作→根據(jù)工件顏色選擇蓋子顏色→伸縮氣缸伸出→垂直氣缸下降→吸盤吸附→垂直氣缸上升→伸縮氣缸縮回→垂直氣缸下降→吸盤釋放→垂直氣缸上升→皮帶帶動料塊輸送到下一站→等待下次供料。

4．工業(yè)機器人碼垛搬運單元：

1）工業(yè)機器人碼垛搬運單元的主要功能把不同的工件碼放在相對應的存儲倉上。

2）工作流程：

當上一站送來工件時→機械手運行→按照工件顏色將工件碼放在碼盤上→等待下次供料。

3）機器人使用壽命內(nèi)，需要使用機器人離線軟件進行實時程序、IO、機器人3D動態(tài)動作的監(jiān)控；

4）具備遠程機器人系統(tǒng)備份與恢復功能；

5）具備自動工具重量與載荷檢測設(shè)定功能；

6）提供基于VB和C#的二次開發(fā)功能；

7）機器人具備全壽命保養(yǎng)自動維護檢測系統(tǒng)功能；

8）機器人具備運動軌跡實時微調(diào)功能；

9）自帶IO自定義可編程按鈕；

10）具備3D實時舒適搖桿手動操作系統(tǒng)；

11）對終身機器人系統(tǒng)功能進行升級；

12）支持RAPID編程語言規(guī)范，并直接解釋執(zhí)行；

13）機器人控制系統(tǒng)原配固態(tài)存儲器容量不得低于1G，并支持USB擴展為副存儲器；

14）機器人控制系統(tǒng)必須支持運行ROBOTWARE6.0以上的版本；

15）機器人能夠利用RobotStudio軟件進行離線編程和仿真。

3.4生產(chǎn)管理軟件：

生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)MES是處于計劃層和現(xiàn)場自動化系統(tǒng)之間的執(zhí)行層，通過MES在MPS自動生產(chǎn)性中的實際應用，培養(yǎng)學生對MES理念的認識，了解它的功能模型；以及MES與上層管理系統(tǒng)及現(xiàn)場自動化系統(tǒng)之間的關(guān)系，熟悉MES系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)。

MES實現(xiàn)從入庫、派工、報工、出場及設(shè)備狀態(tài)全程追溯，滿足企業(yè)在制品管理、質(zhì)量控管、設(shè)備整合與管 理、問題追溯分析、生產(chǎn)車間實時數(shù)據(jù)采集等關(guān)鍵需求，進而幫助企業(yè)做出更準確的生產(chǎn)管理決策，以因 應市場的瞬息萬變，降低決策風險降低企業(yè)的營運成本。

3.5 MCD機電設(shè)備虛擬調(diào)試軟件：

MCD機電設(shè)備虛擬調(diào)試軟件是在自動化設(shè)備的研究開發(fā)中具有重要作用,是當前自動化研究領(lǐng)域中最新的研究方向之一.本系統(tǒng)利用具有CAD/CAE功能的三維軟件NX,它是集知識性、經(jīng)驗性和實踐性于一體的高科技產(chǎn)品。它可以對MPS的工位的運動狀況、物料的運輸過程、物料的加工過程、物料的裝配過程等各個方面進行仿真，模擬真實的工作環(huán)境。并根據(jù)給定參考點軌跡及運動方式進行實時、動態(tài)的顯示MPS的工作過程.能夠準確的提前反映出設(shè)備在運行過程中會出現(xiàn)的機械問題。

MCD和自動化系統(tǒng)之間信息的集成應用： 機電設(shè)備的數(shù)字化原型設(shè)計和虛擬仿真調(diào)試方法。我們可以方便的用設(shè)備的數(shù)字化原型，通過OPC DA和真實的PLC進行仿真，驗證。

MCD機電設(shè)備虛擬調(diào)試軟件可以不用等設(shè)備制造出來以后，再進行控制軟件的調(diào)試，設(shè)計階段在軟件環(huán)境中就可以驗證設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)，軟件邏輯的合理性。這樣就能盡可能地避免設(shè)備生產(chǎn)出來才發(fā)現(xiàn)無法滿足實際要求的情況。

在研發(fā)的需求階段建立需求模型，概念設(shè)計階段建立機電一體化的功能模型，概念設(shè)計階段包括系統(tǒng)的機械零件、傳感器和制動器以及運動。在詳細設(shè)計階段根據(jù)功能模型形成產(chǎn)品的裝配、軟件、布局模型。不僅可以提前進入詳細設(shè)計階段，而且大大地提高了詳細設(shè)計階段機械結(jié)構(gòu)、氣動、液壓、電氣、自動化工程等各學科的并行程度。

3.6 機器人離線仿真軟件：

提供機器人離線仿真軟件以及相關(guān)工具軟件，實訓室配置多媒體設(shè)備，便于演示操作。配置討論區(qū)和上機演示區(qū)，可方便實施理實一體化教學。實訓室配備實訓室管理軟件，可方便教師機監(jiān)控、演示、傳送文件。

通過使用機器人離線仿真軟件對實訓項目的操作練習，學習工業(yè)機器人應用的相關(guān)理論知識，訓練學生對工業(yè)機器人系統(tǒng)搭建、程序的編寫、安全操作規(guī)程等技術(shù)和技能。通過一系列系統(tǒng)的實訓項目的訓練，培養(yǎng)學生的工程思維能力、團隊協(xié)作能力、系統(tǒng)規(guī)劃的能力，使學生真正能夠掌握ABB工業(yè)機器人的系統(tǒng)搭建、安裝與調(diào)試、和編程的基本操作知識與技能。

四、實訓項目：

1.供料搬運站機械組裝實訓；

2.供料搬運站的電氣安裝實訓；

3.供料搬運站PLC程序編寫與調(diào)試；

4.沖壓站的電氣安裝；

5.沖壓站PLC程序編寫與調(diào)試；

6.裝配站機械組裝實訓；

7.裝配站的電氣安裝實行；

8.裝配站PLC程序編寫與調(diào)試；

9.機器人碼垛搬運站機械組裝實訓；

10.機器人碼垛搬運站的電氣安裝實訓；

11.機器人碼垛搬運站PLC程序編寫與調(diào)試；

12.機器人碼垛搬運站觸摸屏程序編寫和PLC程序修改；

13.柔性制造系統(tǒng)的機械組裝實訓；

14.柔性制造系統(tǒng)PLC程序編寫與調(diào)試電氣控制；

15.PLC控制的自動往返線路；

16.PLC控制的兩地啟動停止線路；

17.基于PLC的程序運轉(zhuǎn)控制；

18.PLC與人機界面觸摸屏通訊控制；

19.機器人的認識；

20.機器人位置控制及命令語句的實訓；

21.機器人與PLC通信的實訓；

22.機器人高速動作實訓；

23.機器人外圍設(shè)備通信設(shè)置的實訓；

24.各站之間無線通訊實訓；

25.檢測開關(guān)的應用；

26.多種傳感器的應用；

27.氣動元件的應用；

28.PLC的應用；

29.工業(yè)機器人的應用；

30.自動倉儲管理的應用；

31.氣動電路接管和電氣連線；

32.機械部分和氣動部分組裝和拆卸；

33.系統(tǒng)故障診斷與維護；

34.觸摸屏技術(shù)的應用；

35.跨站式數(shù)據(jù)傳遞；

36.組態(tài)軟件的應用。