一种多功能工业机器人教学工作站的制作方法

本发明涉及教学设备领域，尤其涉及一种多功能工业机器人教学工作站。

背景技术：

目前，工业机器人在自动化生产系统中的应用逐渐普及，特别是随着《中国制造2025》规划全面铺开，工业机器人操作编程人员在制造行业的需求逐渐提升。各中高职院校承担着输送和培养工业机器人应用人才的重要责任，对工业机器人的技能培养也越来越重要。但目前相关的教学设备十分匮乏，而已有的工业机器人教学设备仅针对某一工艺功能或加工过程，且结构分散，整体性和紧凑性差，自动化集成度低，不能充分满足教学需求。

综上所述，急需一种集多功能于一体，能够充分满足教学需求，结构整体性和紧凑性好，自动化集成度高的多功能工业机器人教学工作站。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种集多功能于一体，能够充分满足教学需求，结构整体性和紧凑性好，自动化集成度高的多功能工业机器人教学工作站。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种多功能工业机器人教学工作站，包括具有工作台面的工作台柜和工业机器人示教器，所述工作台面上安装有工业机器人本体、涂胶单元、码垛单元、视觉检测单元、装配单元和监视系统，所述工作台柜的内部安装有工业机器人控制器，所述工业机器人控制器分别与工业机器人本体、视觉检测单元和装配单元连接；

所述工业机器人示教器与工业机器人控制器通信连接；

所述监视系统包括监视摄像装置和与监视摄像装置连接的监视显示装置，所述监视摄像装置用于拍摄工作台柜及工作站的操作情况，并实时传输至监视显示装置进行显示；

所述视觉检测单元包括视觉检测控制器和与视觉检测控制器连接的视觉检测显示装置；

所述视觉检测控制器与工业机器人控制器连接，用于检测物料的颜色、轮廓、尺寸数据及对吸盘工具吸取物料的位置，并将数据信息及位置信息传输至工业机器人控制器；

所述工业机器人控制器接收视觉检测结果并输出至视觉检测显示装置进行显示；

还包括物料单元，所述物料单元包括原料平台、芯片物料和盖板物料，所述原料平台安装在工作台面上，芯片物料和盖板物料均放置在原料平台上。

作为本发明的多功能工业机器人教学工作站的一种改进方案，所述装配单元包括芯片装配位平台，所述芯片装配位平台上放置有PCB板，所述工业机器人本体在芯片装配位平台处动作，以完成芯片物料和盖板物料在PCB板上的装配。

作为本发明的多功能工业机器人教学工作站的一种改进方案，还包括螺丝供料单元，所述螺丝供料单元安装在工作台面上，用于将螺丝顶出取螺丝位置。

作为本发明的多功能工业机器人教学工作站的一种改进方案，还包括工具快换系统，所述工具快换系统包括机器人连接端、快换工具和工具连接端；

所述机器人连接端的一端可拆卸地连接在工业机器人本体的末端；

所述快换工具包括均通过工具支架安装在工作台面上的涂胶工具、夹爪工具、吸盘工具和锁螺丝工具，分别用于完成模拟工业机器人涂胶、码垛物料夹取、吸取芯片和盖板物料、以及吸取螺丝并装配锁紧的操作；

所述工具连接端的一端与快换工具连接，所述工具连接端的另一端可拆卸地连接在机器人连接端的另一端。

作为本发明的多功能工业机器人教学工作站的一种改进方案，所述涂胶单元包括安装在工作台面上的拱形面板，所述拱形面板上贴设有轨迹贴纸，所述轨迹贴纸上印制有涂胶轨迹。

作为本发明的多功能工业机器人教学工作站的一种改进方案，所述码垛单元包括安装在工作台面上的码垛起始平台和码垛终止平台，所述码垛起始平台上放置有码垛物料。

作为本发明的多功能工业机器人教学工作站的一种改进方案，所述工作台面的外周排布有若干个线槽。

作为本发明的多功能工业机器人教学工作站的一种改进方案，所述工作台柜的底部设置有若干个万向滚轮。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种多功能工业机器人教学工作站，该教学工作站将工业机器人控制器、工业机器人本体、涂胶单元、码垛单元、视觉检测单元、装配单元和监视系统集中安装在一台工作台柜上，通过工业机器人示教器实际操作模拟工业机器人在3C行业中的真实应用，使教学内容与就业内容接轨，充分满足学校对学生开展工业机器人教育的需求，整个工业机器人教学工作站不仅结构整体性和紧凑性良好，而且能够实现工业机器人的自主作业，自动化集成度高。

附图说明

图1是本发明优选实施例提供的多功能工业机器人教学工作站的立体一；

图2是本发明优选实施例提供的多功能工业机器人教学工作站的立体图二；

图3是本发明优选实施例提供的工作台柜的内部结构示意图。

图中：

1、工作台柜；2、门；3、线槽；4、万向滚轮；5、机器人连接端；6、工具连接端；7、涂胶工具；8、夹爪工具；9、吸盘工具；10、锁螺丝工具；11、工具支架；12、拱形面板；13、工业机器人控制器；14、码垛起始平台；15、码垛终止平台；16、码垛物料；17、原料平台；18、芯片物料；19、盖板物料；20、视觉检测单元；21、视觉检测控制器；22、芯片装配位平台；23、PCB板；29、监视摄像头；30、摄像头支架；31、监视器；32、监视器支架；33、工业机器人本体；34、视觉检测结果显示屏；36、螺丝供料单元。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本实施例提出一种优选的多功能工业机器人教学工作站，如图1至图3所示，该工业机器人教学工作站包括具有工作台面的工作台柜1、工业机器人本体33、工业机器人控制器13、工业机器人示教器、工具快换系统、涂胶单元、码垛单元、异形芯片原料单元、视觉检测单元20、异形芯片装配单元、螺丝供料单元36、监视系统等组件。

本实施例的工作台柜1的侧面开设有门2，工作台柜1的内部可储物。工作台柜1上表面的工作台面外周设置有线槽3，能够方便各电缆线的布局。为了方便工作台柜1的整体移动，工作台柜1的底部设置有若干个万向滚轮4，可以使教学者更全面的观察设备的结构和工作过程，提升教学质量和教学效果。上述的工业机器人本体33、工具快换系统、涂胶单元、码垛单元、视觉检测单元20、异形芯片装配单元、螺丝供料单元36和监视系统均安装在工作台面上。工业机器人控制器13安装在工作台柜1的内部。工业机器人控制器13分别与工业机器人本体33、视觉检测单元20和异形芯片装配单元连接。工业机器人本体33由工业机器人控制器13控制完成指定动作。工业机器人示教器与工业机器人控制器13通信连接，间接控制工业机器人本体33运动。工业机器人示教器具有存储有工业机器人本体33动作指令的存储模块，可以存档某一运动指令到工业机器人控制器13中，并且可反复调取存档的运动指令使工业机器人本体33执行相应运动。

具体的，工业机器人示教器的存储模块中存档有一系列工业机器人本体33的动作指令文件，动作指令文件可以通过工业机器人示教器直接输入并编辑，也可以通过在计算机中运行的离线编程软件进行编制，并通过U盘等存储介质或网络传输到工业机器人控制器13中，控制工业机器人本体33完成指定动作。工业机器人本体33在涂胶单元、码垛单元和装配单元处动作，以分别完成物料涂胶、码垛和装配工艺。

工具快换系统包括机器人连接端5、快换工具和工具连接端6。机器人连接端5的一端可拆卸地连接在工业机器人本体33的末端。快换工具包括涂胶工具7、夹爪工具8、吸盘工具9和锁螺丝工具10四件机器人操作工具，以上四件操作工具分别用于完成模拟工业机器人涂胶、码垛物料夹取、吸取芯片和盖板物料、以及吸取螺丝并装配锁紧的操作，且均通过工具支架11安装在工作台面上。工具连接端6的一端与快换工具固定连接，工具连接端6的另一端可拆卸地连接在机器人连接端5的另一端，如此实现工业机器人本体33末端不同操作工具的更换，方便实用。

涂胶单元包括安装在工作台面上的拱形面板12，拱形面板12上贴设有轨迹贴纸，轨迹贴纸上印制有涂胶轨迹。由于涂胶轨迹包括不同形状的产品外壳图形，因此，涂胶单元整体模拟了各种形状的3D轮廓线，适用范围广。

码垛单元包括安装在工作台面上的码垛起始平台14和码垛终止平台15，码垛起始平台14上放置有码垛物料16。

该工业机器人教学工作站还包括异形芯片原料单元，异形芯片原料单元包括原料平台17、芯片物料18和盖板物料19，原料平台17安装在工作台面上。颜色、轮廓、尺寸和功能不同的异形芯片物料18以及盖板物料19放置于原料平台17上。

视觉检测单元20为工业级智能视觉系统，其包括视觉检测控制器21和视觉检测结果显示屏34，视觉检测控制器21和视觉检测结果显示屏34均与工业机器人控制器13连接。视觉检测控制器21可用来检测异形芯片及盖板物料19的颜色、轮廓、尺寸等数据，同时可对吸盘工具9吸取物料的位置进行判断，并将视觉检测结果传输至工业机器人控制器13。工业机器人控制器13接收视觉检测结果并输出至视觉检测结果显示屏34，同时根据检测信号控制工业机器人本体33是否进入异形芯片装配功能模块进行装配工作。其中，视觉检测结果显示屏34显示视觉检测结果，以供操作人员一目了然的查看，方便快捷。

异形芯片装配单元包含多个芯片装配工位，每个芯片装配工位包括芯片装配位平台22，芯片装配位平台22上放置有PCB板23，工业机器人本体33在芯片装配位平台22处动作，以完成芯片物料18和盖板物料19在PCB板23上的装配。

螺丝供料单元36安装在工作台面上，螺丝供料单元36供电后可将一枚螺丝顶出至取螺丝位置，在锁螺丝工具10将螺丝取出后，自动再次将一枚螺丝顶出至取螺丝位置。

监视系统包括监视摄像头29和与监视摄像头29电连接的监视器31。监视器31通过监视器支架32安装在工作台面上。监视摄像头29通过摄像头支架30安装在工作台面上，可拍摄工作台柜1及周边一定范围内的人员及设备操作情况，并实时传输到监视器31进行显示。

本实施例以3C行业典型的工艺应用为背景，能够支持工业机器人完成异形芯片的分拣、异形芯片在PCB板23上的装配以及装配产品的后续涂胶、码垛工序操作，实现工业机器人操作、钳工装配、电工电子、PLC应用、气动控制、视觉检测等技能要点的教学。

通过上述组件间控制信号的交互共可形成五个功能模块：涂胶功能模块、码垛功能模块、视觉检测功能模块、异形芯片装配功能模块和操作监控模块。各模块工作方法如下：

1、涂胶功能模块

A、工业机器人的涂胶动作指令可由离线编程软件编程生成程序文本并通过可插拔存储介质(U盘)导入到工业机器人控制器13中存档；

B、工业机器人控制器13根据离线编程导入的动作指令控制工业机器人本体33将涂胶工具7安装至工业机器人本体33的末端；

C、工业机器人控制器13根据离线编程导入的动作指令控制工业机器人本体33带动涂胶工具7根据涂胶单元的涂胶轨迹沿轨迹行进，模拟涂胶工艺；

D、完成所有沿涂胶轨迹行进动作后，工业机器人控制器13根据离线编程导入的动作指令控制工业机器人本体33将涂胶工具7放回工具支架11上并复位。

2、码垛功能模块

A、工业机器人的码垛动作指令可由离线编程软件编程生成程序文本并通过可插拔存储介质(U盘)导入到工业机器人控制器13中存档；

B、工业机器人控制器13控制根据离线编程导入的动作指令工业机器人本体33将夹爪工具8安装至工业机器人本体33的末端；

C、工业机器人控制器13根据离线编程导入的动作指令控制工业机器人本体33使用夹爪工具13将码垛起始平台14上的码垛物料16抓取移动至码垛终止平台15，模拟码垛工艺；

D、完成所有码垛动作后，工业机器人控制器13根据离线编程导入的动作指令控制工业机器人本体33将夹爪工具8放回工具支架11上并复位。

3、视觉检测功能模块

A、工业机器人配合视觉检测单元20的动作指令可由工业机器人示教器输入到工业机器人控制器13中存档；

B、工业机器人控制器13控制工业机器人本体33将吸盘工具9安装至工业机器人本体33的末端；

C、工业机器人控制器13控制工业机器人本体33使用吸盘工具9将原料平台17上的芯片物料18吸取，移动至智能视觉系统位置进行视觉检测，检测过程中工业机器人本体33在检测位置等待检测结果；

D、视觉检测控制器21将检测到的芯片颜色、轮廓、尺寸等数据信息传输至视觉检测结果显示屏34；

E、视觉检测控制器21将芯片特征信息和吸盘工具9吸取芯片的位置信号传输至工业机器人控制器13，工业机器人控制器13根据检测信号判断下一步动作；

F、若检测信号显示PCB板23需要装配此芯片，则工业机器人控制器13控制工业机器人本体33进入异形芯片装配功能模块进行装配工作；

G、若检测信号显示PCB板23无需装配此芯片，则工业机器人控制器13控制工业机器人本体33丢弃此芯片，重新执行C-E步骤，直至芯片分拣正确。

4、异形芯片装配功能模块

A、工业机器人装配芯片的动作指令可由工业机器人示教器输入到工业机器人控制器13中存档；

B、工业机器人控制器13控制工业机器人本体33由视觉检测位置移动至芯片装配位平台22位置，根据吸盘吸取芯片的位置信息计算吸盘工具落点，以准确地将芯片装配至PCB板23的芯片槽中；

C、工业机器人控制器13需判断PCB板23上多个不同异形芯片是否全部装配完毕；

D、如未完成所有芯片装配工作，工业机器人控制器13控制工业机器人本体33由芯片装配位平台22位置移动至原料平台17位置，重复视觉检测功能模块中C-G步骤和本功能模块的B-C步骤，直至完成所有芯片的分拣装配；

E、工业机器人控制器13控制工业机器人本体33移动至原料平台17位置吸取盖板，盖板进入视觉检测功能模块，视觉检测控制器21将吸盘工具9吸取盖板的位置信号传输至工业机器人控制器13；

F、工业机器人控制器13控制工业机器人本体33由视觉检测位置移动至芯片装配位平台22位置，根据吸盘吸取盖板的位置信息计算吸盘工具落点，以准确地将盖板落至PCB板23上；

G、工业机器人控制器13控制工业机器人本体33将吸盘工具9放回工具支架11上，装上锁螺丝工具10，移动至螺丝供料单元36拾取螺丝；

H、工业机器人控制器13控制工业机器人本体33将螺丝装配到盖板并打紧，最终完成产品安装工作；

I、完成所有装配动作后，工业机器人控制器13控制工业机器人本体33将锁螺丝工具10放回工具支架11上并复位。

5、操作监控模块

监视摄像头29拍摄工作台柜1及周边一定范围内的人员及设备操作情况，实时传递到监视器31进行显示，供教学人员查看。

本实施例的多功能工业机器人教学工作站将工业机器人控制器、工业机器人本体、物料单元、涂胶单元、码垛单元、视觉检测单元、异形芯片装配单元、螺丝供料单元和监视系统等集中安装在一台工作台柜上，通过工业机器人示教器实际操作模拟工业机器人在3C行业中的真实应用，使教学内容与就业内容接轨，充分满足学校对学生开展工业机器人教育的需求，整个工业机器人教学工作站不仅结构整体性和紧凑性良好，而且能够实现工业机器人的自主作业，自动化集成度高。

以上结合具体实施方式描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。