工业机器人典型应用实训设备开发设计

1、    工业机器人典型应用实训设备开发设计    朱国云摘 要：本实训设备包含六自由度工业机器人、plc控制系统及供料、输送、打磨、喷涂、装配、码垛、自动工装库机构，可以实现对工件的检测、搬运、码垛、模拟喷涂、打磨、焊接、装配、存储等实训操作，机器人可以自动更换工装（夹具/吸盘、焊枪、喷枪、磨具）。该实训设备各组件均安装在型材桌面上，机械结构、电气控制回路、执行机构相对独立，采用工业标准件设计。通过此实訓设备可以进行机械组装、电气线路设计与接线、plc编程与调试、工业机器人编程与调试等方面训练，有效解决了教学设备功能单一，单台设备可实训项目偏少的不足，有

2、效促进了专业建设和发展。关键词：工业机器人 自由度 工作站 plc：tp242.2 ：a ：1003-9082（2017）12-0-01引言工业机器人对于高强度、重复性、恶劣环境工作岗位具有更好的适应性，是填补劳动力结构性短缺的最佳选择；随着机器人应用的日益广泛和装机容量的直线上升，对这类技术人员的需求也变得越来越迫切。过去我国机器人的研究主要集中在有限的大专院校和科研单位，而且主要以科学研究为主，工业现场严重缺乏该类人才，这已经成为制约机器人应用和推广的瓶颈问题之一。工业机器人应用与维护专业作为一个比较新兴的专业，教学资源相对不足，特别是实训教学设备价格昂贵，功能单一，很多学校无法足量采购，

3、一定程度上限制了专业建设和发展，我们与某教仪公司联合研制的工业机器人典型应用实训设备是一个多功能的教学平台，可以实现对工件的检测、搬运、喷涂（模拟）、装配、码垛、存储等操作，机器人可以自动更换工装，能有效训练学生对典型工业机器人工作站安装与调试。一、实训设备系统概述本文中的工业机器人典型应用实训设备以西门子s7300 cpu313c-dp为控制系统，通过机器人、触摸屏、传感器、变频器、直流电机、气动执行元件等配合完成供料到喷涂、打磨、焊接、装配、码垛等典型工业机器人工作站，该设备有两个供料站，第一个供料站是通过机器人把料抓到传送带上，通过三相电机的转动把物料分别送到喷涂、打磨、焊接的工位上，焊

4、接的工位也是出料口，机器人在把料抓到装配台上进行装配，然后入库。第二个供料站是直流电机的转动把物料送到出料口，经机器人进行码垛；设备配有机器人i/o模块、plci/o模块和按钮、led指示灯模块，可完成基于s7-300plc的生产线控制实训、基于abb机器人的工作站安装与调试实训以及基于plc和机器人联合通信的工作站安装与调试实训，已初步开发了超过20个实训项目。二、工业机器人的性能和结构1.机器人本体本设备采用abb irb120系列工业机器人、示教器。irb120型机器人是abb新型第四代机器人，六自由度，具有动作敏捷、结构紧凑、质量轻等优点，控制精度与路径精俱优。2.机器人控制器irc5

5、abb机器人控制器irc5主要包括两部分：控制面板和外部接口，而控制面板主要有：总开关、急停按钮、电机开启和指示以及模式选择开关等；外部接口主要有示教器连接接口、机器人驱动接口、机器人控制接口以及i/o通讯接口等。三、实训设备各工作站设计本设备采用市场通用的西门子s7300 cpu313c-dp作为主控制器，该plc具有16路数字输入和16路数字输出，满足了多功能工作站的需求，配备博图软件使学生掌握最新的技术；配套使用了西门子m420变频器、西门了tp700触摸屏。1.机器人码垛工作站码垛单元的主要结构组成为：abb机器人、1号输送带装置、真空吸盘及真空发生器、加工工具等部分结构组成，当接收到

6、启动信号后，机器人将摆放在料仓里的物料搬运到输送装置上，输送带把料传送到码垛站上进行加工。2.喷涂、打磨、焊接工作站设计喷涂、打磨、焊接工作站的主要结构组成为：abb机器人，2号输送带装置，加工工具等部分结构组成， 当接收到启动信号后，机器人将摆放在料仓里的物料搬运到2号输送装置上，输送带把料传送到喷涂、打磨、焊接站上进行加工。3.自动装配工作站装配单元的主要结构组成为：abb机器人，螺丝，等部分结构组成， 当接收到启动信号后，机器人将摆放在料仓里的物料搬运到输送装置上，输送带把料传送到装配站上进行加工。四、主要教学实训内容本实训设备把plc和机器人的i/o都通过外部引线的方式接了出来，所有电

7、磁阀和传感器接口也都引到了外部接线端子上，这样就大大方面了教学设计的主动性，学生可以根据需要自主进行i/o分配，然后用快插线进行硬件接线，可完成的实训项目可分为三部分。1.西门子plc实训项目一：基于s7-300的启保停控制电路实训项目二：基于s7-300的三色报警灯控制电路实训项目三：基于s7-300的码垛生产线控制实训项目四：基于s7-300的喷涂生产线控制实训实训项目五：基于s7-300的打磨生产线控制实训实训项目六：基于s7-300的焊接生产线控制实训实训项目七：基于s7-300的综合生产线控制实训2.abb机器人实训项目一：abb机器人基本操作项目二：基于abb机器人的搬运工作站装调

8、实训项目三：基于abb机器人的喷涂工作站装调实训项目四：基于abb机器人的打磨工作站装调实训项目五：基于abb机器人的焊接装配工作站装调实训项目六：基于abb机器人自动装配工作工作站装调实训项目七：基于abb机器人的码垛工作站装调实项目八：基于abb机器人的综合工作站装调实训3.plc与机器人综合实训项目一：基于plc和机器人搬运工作站综合实训项目二：基于plc和机器人喷涂工作站综合实训项目三：基于plc和机器人打磨工作站综合实训项目四：基于plc和机器人焊接工作站综合实训项目五：基于plc和机器人自动装配工作站综合实训项目六：基于plc和机器人综合工作站综合实训五、结束语工业机器人在企业生产中得到越来越多的应用，工业机器人工作站安装与调试课程是一门实践性很强的课程，技工院校既要在课程标准、教学场地、教学设备和师资培养方面加大投入力度，但很多工业机器人的典型应用（如焊接和喷涂）对工艺要求特别高，在学校只能进行模拟实训，如何解决实际工艺的问题，一个行之有效的方法是校企合作，学生在掌握了基