工业机器人多功能实训操作品台实验装置

京工JGLLL-380型 工业机器人多功能实训操作品台随着德国工业4.0的提出，我国中国制造2025的推行，东莞出现了首个无人工厂，然而未来的无人工厂并不是完全淘汰工人，而是把工人从体力劳动与简单脑力劳动中完全解放，扮演更有创造性和挑战性的角色。将来中国智慧化无人工厂会越来越多，对掌握电气和工业机器人的高端人才需求也会愈来愈大。目前，全球每销售5台机器人，就有一台是在中国安装的。“按照目前中国机器人安装量的增长速度，人才需求早处于干渴状态了”。工业机器人是一个复杂的系统工程，不是买来就能用的，需要对其进行编程，把机器人本体与控制软件、应用软件、周边设备等结合起来，组成一条完整的生产线，才能进行生产。但是，相关具体的操作，由于技术要求较高，并且属于新兴领域，人才缺口巨大。机器人运营商拓野机器人董事长凌琳坦言：在中国推行工业机器人技术，遇到的最大瓶颈不是谁买，而是谁会用。码垛、搬运、装卸、投料、装配、分拣、焊接、喷釉等行业，伴随工业机器人技术的进步，其适应的工种也越来越多。理论上，制造业生产中任何使用人工的工序，都可以通过工业机器人来实现。目前，全球工业机器人厂商呈蓬勃发展之势，厂商竞争亦日趋激烈，机器人对人工的替代作用将会更明显。中国制造2025，要落到实处产生效果，关键还在于人才。中国制造不仅需要科技领军型人才，也需要大批技能高超的技工队伍。因为在今后的智能化工厂及智能化制造过程中整个生产模式将发生很大变化。大量应用电子软件等新产品新技术对在一线的生产人员提出了更高要求，这在客观上需要职业教育能够培养出大量合格人员。适应工业的发展，为高职院校培养机器人技术型人才，我北京京工科业科教设备有限公司研发了JGLLL-380型工业机器人综合实训平台。该装备围绕工业机器人工业应用情景和教学技能核心技能点，覆盖了基础训练应用实训、搬运入库应用实训、写字轨迹应用实训、码垛应用实训、模拟涂胶实训、工具坐标TCP标定实训、自动生产线应用实训等多功能一体化实训装备，是一个适合用于机器人教学的典型装备。北京京工科业科教设备有限公司提供公司网址 和WWW.BJHJWY.COM联系电话手机同微信号体图1整体图2整体图31.该系统的教学要求实训装置综合应用多学科技术，适用于PLC控制系统设计实训、工业机器人编程与维护、典型自动化生产工艺控制过程、传感器与检测技术、毕业设计等课程的实践教学。除此之外，该综合实训装置具有如下特点：1.1功能齐全该系统涵盖工厂中机器人的抓取、搬运、码垛、轨迹模拟等应用。1.2涉及的专业领域广该系统涉及了工业机器人、自动控制、位置控制、电机控制、气动控制、可编程控制器、传感器应用、网络通讯等多种技术，涵盖了自动化控制、计算机应用、等多种专业领域。1.3适用的专业课程：该系统适用于PLC控制系统设计实训、工业机器人编程与维护、典型自动化生产工艺控制过程、传感器与检测技术、毕业设计等课程的实践教学。1.4实验实训内容1.4.1工业机器人编程与操作1.4.2工业机器人软件使用；1.4.3工业机器人的集成及应用1.4.4工业机器人设备维护与维修1.4.5工业机器人搬运与码垛应用1.4.6工业机器人轨迹模拟应用1.4.7工业机器人轨迹绘图应用1.4.8电气安装与调试1.4.9机械安装与调试1.4.10 PLC编程与应用1.4.11气动控制元件的安装与调试2.设备主要技术参数2.1系统组成该实训装置可以提供多种实训工作站：主要包括1）机器人本体工作站 2）柔性平台工作站（包括供料搬运）3）写字轨迹描绘工作站 4）码垛工作站 5）工作台6）示教单元7）工具坐标TCP标定工作站 8）工装摆放架9）控制单元 10）实训工件11）转接台2.2系统电器柜与气源基本技术参数：输入电源：AC 220VAC10%，50Hz；整机功率：2Kw；气源要求：0.4-0.6MPa（压力），55L/MIN（流量）；安全保护措施：具有过载、短路、漏电等功能；2.3设备数量及技术规范2.3.1系统主要设备明细及要求序号名称规格数量单位备注1工业机器人含六自由度工业机器人本体、控制器、示教器1套1-9项内容为工业机器人专业模块化工业机器人应用教学系统需求详细参数见2.3.22柔性平台工作站由供料机构、旋转机械抓手、放料台等组成，可根据要求添加机构1套3电控系统由PLC、人机界面及低压电气组成1套5码垛工作站主体铝合金加工制作，包括码垛工作站、工装摆放架等1套6机器人手爪工装主要由母体工装、搬运手爪工装、画笔工装、真空吸嘴工装等组成1套7出入库工作站由两层的立体仓库、真空吸嘴工装等组成1套8写字轨迹描绘由可擦式写字板、画笔工装、铝合金搭建架等组成1套9气动系统由空气压缩机、电磁阀、真空发生器等气动元件组成1套10接线操作面板接线面板采用安全插座，安全导线进行连接1套11工作台铝型材和钣金焊接构成1套12PLC该系统采用西门子S7-1200CPU1、电源AC电源型：AC100V-240V 50/60Hz DC。2、输入端口规格：DC24V，57mA (无电压触点、或者漏型输入时:NPN开集电极晶体管输入,源型输入时:PNP开集电极输入)。3、输出规格：继电器输出型：2A/1点、8A/4点COM 8A/8点COM AC250V。4、增配SM1221 SM1222 输入输出模块1套3.系统的主要组成说明3.1工业机器人工作站 本系统采用的是六轴机器人，可根据要求更改其他机器人类型。机器人底座由10MM钢板焊接、喷漆等工艺而成，可承载200KG以上物体。1）动作类型：多关节型；控制轴数6轴； 2) 最大活动半径：1389mm； 3) 手部最大负载（第6轴）：8KG 4) 机器人重量：180kg； 5) 机器人 底座尺寸340 x 340mm 6) 驱动方式：交流伺服驱动； 7) 自带防碰撞检测，无需外配 8) 重复定位精度：不低于0.05mm； 9) 轴运动：轴动作范围 J1回转轴+170 -170 J2立臂轴+ 120 - 85 J3横臂轴+ 85 - 165 J4腕轴+ 180 - 180 J5腕摆轴+ 135 - 135 J6腕转轴+ 360- 360 10) 轴运动速度： J1回转轴130/s J2立臂轴130/s J3横臂轴130/s J4腕轴270/s J5腕摆轴170/s J6腕转轴455/s 11) 最大扭矩： J4腕轴14Nm J5腕摆轴12Nm J6腕转轴7Nm 12) 控制轴数量：6 13) 手动操作速度4段可调14) 机器人本机、控制系统、驱动、电机为同一厂家制造，方便日后维修； 15) 示教盒:尺寸6.4寸彩色液晶16) J1，J2，J3减速器采用：进口RV减速器 17) CPU card DRAM模块：32MB； 18) FROM模块：32 MB； 19) SRAM模块：2MB；3.1.2、机器人控制器参数指标 1）控制柜构造：密闭型 2）电源：3相AC380V(+10%-15%)，50/60 Hz 3）控制柜重量：125kg 4）相对湿度：最大90% 5）输入输出信号：输入/32，输出/32，可扩展 6）驱动单元: 交流伺服 7)加减速控制: 软件伺服控制 8)接口: RS-232 9)周边温度：0 +45(运转时)，-10 +60(运输保管时)3.1.3、控制柜功能说明 1）具有独立示教器，坐标系选择：关节、直角、工具及用户坐标系 2）示教点修改：插入，删除或修改 3）轨迹确认：单步前进，后退，连续行进 4）速度调整：在机器人工作中和停止中均可微调快捷功能：直接打开功能、多窗口功能 5）应用：搬运、焊接、喷涂等领域。 6）安全措施 a安全速度设定：可实现5级调速(微动、低速、中速、高速、超高速)。 b安全开关：三位型，伺服电源仅在中间位置能被接通 c用户报警显示：能显示周边设备报警信息 d机械锁定：对周边设备进行运行测试(机器人不动作) e门互锁：只有主电源关闭时，才可开安全门 f报警显示：报警内容及以往报警记录 g输入/输出诊断：可模拟输出编程功能 8）编程方式：菜单引导方式 9）动作控制：关节运动、直线及圆弧插补、工具姿态控制 10）速度设定功能：百分比设定(关节运动) 11）程序控制命令：跳转命令，调用命令，定时命令，机器人停止，机器人工作中一些命令的执行输入/输出命令：模拟输出控制、组方式输入/输出处理。3.1.4示教单元和机器人本体配套，示教盒控制电路的主要功能是对操作键进行扫描并将按键信息送至控制器,同时将控制器产生的各种信息在显示屏上进行显示。3.2 柔性平台工主要由供料仓、旋转工装夹具、PLC等组成。旋转机械手对供料仓推出的物料搬运到物料台上，物料台上装有光纤检测器，在检测物料后发送给PLC，PLC接受到信号后，去触发机器人进行运动。配上码垛平台、立体仓库，可以进行码垛和入库实训。3.3人机界面该系统采用的是昆仑通态TPC7062Ti人机界面，是一套以先进的Cortex-A8 CPU为核心（主频600MHz）的高性能嵌入式一体化触摸屏。该产品设计采用了7英寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率800480），四线电阻式触摸屏（分辨率40964096）。同时还预装了MCGS嵌入式组态软件（运行版），具备强大的图像显示和数据处理功能。与PLC通信负责设备的监控、调试、运行等功能。3.4码垛工作站该工作站由铝型材搭建，平台由长300MM、宽210MM、厚度10MM的铝板精加工而成，并经过静电镀锌处，。和机器人本体配合可以进行各种形状码垛实训。3.5工装摆放架工装摆放架可以容纳四种工装，分别是气爪工装、真空吸盘工装、画笔工装、TCP定点工装。 该系统中配备了机器人抓手快换装置，一台母盘、两台子盘。母盘固定在机器人第六轴的手轴上，当机器人做不同的工作，只需机器人自动去更换工装，无需人工操作，节约时间。3.6入库工作站该工作站由经过静电镀锌处理过的铝板搭建而成，长度：320MM 高度：200MM 宽：160MM,两层、6仓位。和机器人本体配合可以进行入库、出库实训。3.7写字轨迹工作站该工作站由铝合金搭建而成，写字台是白色可擦拭塑胶板，配合机器人、机器人抓手、夹笔工装可进行写字、轨迹描写操作。3.8气动系统空气压缩机 型号OTS-550 电源 220V、额定功率 550W、排气量 40L/min、排气压力 0.7MPa、储气罐容量30L、重量 20KG，气源处理件亚德客 AFC2000，气动控制系统电磁阀组，气动附件等组成。3.9喷涂工作站该工作站由铝板搭建而成，可以上下进行调节方向，实现更好的喷涂角度。喷涂工具是长：450MM，内径：53MM铝制的气动胶枪，胶枪由机器人的输出口控制电磁阀工作。3.10接线操作面板该系统接线方式是采用安全插座，安全导线连接，学生能更方便、更快捷更安全的掌握PLC、机器人、传感器检测的接线方式。接线操作板上分为：PLC输入输出区、传感器信号区、DC24V控制电源区、机器人输入输出区、继电器区，按钮控制区。分布清晰合理，学生更容易上手。3.11工作台主要由铝型材搭建，提供一个工作站的放置平台。工作台下部安装有脚轮和脚杯，；单个工作台外形大体尺寸为：长1600*宽1350*高800mm；机器人安装底板采用钢板固定；3.12 控制系统：主要由后台监控显示器和PLC等控制元器件组成，主要负责设备的监控、调试、运行等功能。2、 机器人电气装调与维修教学与实训软件一、简介机器人电气装调与维修是浙大旭日科技与广州数控机器人合作开发的虚拟仿真教学与实训软件。以前所未有的真实感、趣味性、安全性、便利性，创造出全新的教学与实训体验，广泛应用于机器人电气安装、机器人电气调试、机器人电气维修与保养等课程，显著提升效果、降低成本。是机器人工艺、安装、维修等专业建设的重要组成部分和亮点。机器人电气装调与维修软件从以下四个方面进行详细介绍：一、机器人电气结构认知；二、机器人电气原理认知；三、机器人电气安装调试；四、机器人电气故障排查。二、优势与特色1）趣味性：机器人电气安装部分采用了练与考的模式，并同样添加了游戏通关的模式，采用整屏显示，滑动隐匿菜单方式，不仅解决了现有仿真软件中示教器遮挡的问题，还极大地增加了机器人仿真教学的趣味性。2）真实感：以广数机器人提供的典型机器人型号为原型，进行高仿真建模，是目前结构最完整、最真实的机器人场景。同时，拥有高度逼近真实的表面外观和细节感受，创造出身临其境般的实训体验。3）项目化教学案例：针对虚拟机器人电气装调仿真实训的需求，精心设计了4个典型的机器人项目化教学案例，包括机器人结构认知、机器人原理认知、机器人安装调试、机器人故障维修，均可直接用于仿真实训，完成不同的虚拟装调任务。每个仿真案例还配套提供电子教案、工艺卡、3D数模等，使教学更方便、更高效。三、机器人电气装调及维修技术参数软件名称功能性能描述虚拟机器人电气装调与维修运行环境单平台模式：虚拟机器人电气装调及维修在同一台电脑或笔记本（WINDOWS）上运行。软件界面* 隐匿式菜单或工具条：软件界面上看不到菜单、功能图标，全部用于显示场景和虚拟设备，以保持界面的纯净。整屏展示：使用完整的屏幕显示场景，而不是将屏幕切割成若干区域。部件认知引出线：引出线将同时显示各部件名称，可根据用户观察视角与设备的距离自动进行层级显示。距离设备越近，显示项目越多。部件提示：鼠标移动到零部件时，自动显示其名称。虚拟装备* 虚拟控制柜：外形尺寸与真实机器人控制柜完全相同，并拥有高度逼真的外观。表面可见结构、零部件与真实控制柜一致，内部零部件同样采用真实尺寸，包括控制柜内部控制器、I/O模块、断路器、接触器、继电器、线路。机器人、示教器：虚拟机器人、示教器外形尺寸与真实机器人、示教器相同，不仅拥有高度逼真的外观还用有逼真的内部元件包括减速器、电机、皮带等。机器人 电气结构 认知 电气元件主要分为伺服单元、控制电源单元、I/O单元、接触器等。 电源控制单元：电箱门锁，开关柜门时，必须用钥匙打开，电箱不使用时，必须锁上柜门，防止电箱内部进入灰尘同时避免其他人员触电；电箱柜控制电源开关，逆时针旋转为关闭电源，反之打开，现在开关为关闭状态；电源关闭键；电源开启键；电源急停键；急停键按下，伺服电源将被切断。示教盒：1、示教盒电源送电，将电箱柜控制电源开关处的黑色手柄顺时针旋转90，示教盒通电；2、示教盒黑色旋钮为模式选择开关可选择再现模式、示教模式、远程模式；3、伺服就绪后选择再现模式按下示教盒启动键开始运行程序，按示教盒暂停键机器人暂停运行程序；按下示教盒急停键，仅机器人停止运行，伺服电源依然有电。 电气单元：切断电源，移开示教盒，打开控制柜门，伺服驱动单元，J1轴控制器，J2轴控制器，J3轴控制器，J4轴控制器，J5轴控制器，J6轴控制器，控制器是机器人的神经中枢，它处理机器人工作过程中得到全部信息，与伺服为构成以太网传输闭环而形成的连接网络。 * 控制单元：通过示教器命令控制继电器及断路器的通断，使机器人电机得电，进而驱动机器人运动。 以控制器为例进行介绍，控制器仅需要通过一根网线便可以与多个总线交流伺服驱动通信，CN1为以太网输入接口，CN2为以太网输出接口，CN3为对应轴电机编码器反馈输入接口，可接入增量式或绝对式编码器信号，参数序列号，参数值增加或减少，循环移动被修改的数据位，返回上一层操作菜单，或操作取消，进入下一层操作菜单，或操作确认，CHARGE指示灯（CHARGE是伺服单元主回路直流母线的高压指示灯），指示灯亮时不允许拆、装伺服单元或电源线、电机线、制动电阻线，POWER指示灯（POWER是伺服单元控制电路电源指示灯）等。* 机器人I/O模块：I/O模块主要用于现场总线进行通信，为程序提供数字及模拟信号输入、输出处理。*机器人六轴伺服电机：由伺服驱动装置与伺服电机组成，通过伺服使能系统输入数据再通过驱动输出数据，完成机器人指令控制。J1轴电机，J2轴电机，J3轴电机，J4轴电机，J5轴电机，J6轴电机、电机为交流伺服电机，采用高速、高精度光电编码器进行元件反馈，与高性能驱动单元配合调节机器人高精度的速度和位置控制。其他控制单元：接触器，接触器闭合时，控制器得电；断路器，电控柜内辅助电源开关；接线柱，用于电机电源及编码线路与控制器相连的中间介质；继电器，通过对应输入信号控制接触器，进而完成机器人运动控制。电控柜内部单元模块介绍完毕。机器人电气原理认知通过J1轴的关节运动举例，打开电源，示教器给机器人一个运动指令，I/O模块将输入信号经网线通信传输给J1轴控制器CN1，CN2总线通信输出信号，伺服使能打开，再由CN3端口电机编码器反馈信号，控制器完成电机的信号输出，通过电机编码线及电源线传输给电机，电机通电带动齿轮运转。安装调试维护保养* 电机接线：开始连接电机电源及编码线，J1轴、J2轴线路由此处引出，直接与相应的电机连接，先连接J1轴电机电源线和编码线，再连接J2轴电机电源线和编码线，其余轴电机电源线及编码线沿走线管到机器人肘关节内部，六轴电机电源线、编码线连接完成，可以开始调试。* 电气安装：电控柜内部主要分为伺服单元、控制电源单元、I/O单元、接触器等。电气安装依据从上到下、从里往外顺序安装，首先将机器人J1-J6轴控制器依次安装并将电源线及总线输入、输出线路连接；I/O模块安装位置及安装方法；电源控制单元继电器、接触器、断路器的安装及接线；以安装J6轴控制器为例，通过对角固定法安装螺丝，螺丝拧紧,其他控制器按相同方法安装，连接J6轴控制器电源线，连接制动电阻接线，引出线与机器人线路相连，r处接线端与电源线并联，t处接线端与电源线并联，连接与J6轴电机编码器相连的线路，与J5轴连接的线路需J5轴控制器安装完成后才能连接，完成J6轴控制器安装。* 电气调试：首先打开机器人电柜门手动开启总电源，开启电控柜断路器，控制器指示灯亮，控制器接线无异常；用万用表，测量电源开关电压，主电源开关电压标准为380伏，辅电源开关电压标准为220伏，电控柜内部检查完成（如有缺相，请及时检查电缆线或断路器是否损坏）。主电源断电关闭电控柜门，并锁好，将示教器放回电控柜；开始检查电机电源线及编码线是否有错接，对照插头有插座标注的轴号是否相同，检查J1J6轴电源线和编码线，通过示教器完成机器人动作调试；电气调试完成。* 保养： 日常对控制柜清洁；控制器的状态测试；急停按钮检查方法；相间电压检测；接线检查。关闭电源，打开电控柜门，对电控柜内部进行检查，检查是否有异常污垢，如有查明原因后，尽快打扫；电压维护，用万用表量取两处断路器的相间电压；检查电控柜门，电控柜为全封闭式的构造，确保外部油、烟、气体无法进入；急停按钮维护，上电前确认急停按钮是否能正常工作；对各种急停按钮进行检查，按下控制柜上急停按钮，旋出急停按钮，按下示教器上急停按钮等，确保工作正常。* 常见故障：电气线路断开、机器人线路接错、J1轴控制器烧毁、电气元件碰撞损坏对以上常见故障案例进行故障原因分析及故障排除。 电气线路断开：故障现象：确认电控柜门关闭后，电源送电，电源送电后，示教器黑屏无显示；断电，打开电控柜门；检查电控柜内线路是否有异常，着重检查断路器及供电元件，检查发现短路线上方有一根线路断，确认断路器断电，也可通过测电笔检测，确认断电后，将断开的线路拆除，连接好新的线路，关闭电控柜并锁好，断路器送电，观察设备状态；故障维修完成。故障排查线路接错：故障现象：机器人无动作；断路器断电，移开示教器，打开控制柜门检查电气部分，检查所有控制器线路，发现控制器J1轴、J3轴并联的K、S线接反，确认设备已断电后，将两根接反的线路拆除，按正确的连接线路重新接线完成后，将电控柜柜门关上，断路器送电，机器人动作检验，确认故障是