一种工业机器人实践教学系统的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种工业机器人实践教学系统。

背景技术：

申请公布号为cn106128276a的中国发明专利申请公开了一种工业机器人实践教学系统，其结构如图1所示，包括实训台1a，设置在实训台1a上的六轴机器人2a、位于六轴机器人2a行程范围内的多个模块化设计的教学模组，例如基础教学模组3a、搬运教学模组4a和码垛教学模组5a等。

但是现有的工业机器人实践教学系统存在以下技术问题：将工业机器人2a与多个教学模组一起设置在实训台上，一方面对工业机器人2a的体积会有一定的要求，即限制了工业机器人2a的选型，从而限制了工业机器人2a的工业应用和行程范围，难以满足工业化的生产需求，另一方面也不便于对实训台1a上的模组进行自由组合和扩展，不利于丰富教学内容，难以满足教学工作的需求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种有利于多个教学模组的自由组合和扩展，可同时适用工业生产需求和教学工作的工业机器人实践教学系统。

本发明的技术解决方案是：一种工业机器人实践教学系统，包括工业机器人，其特征在于：还包括基础教学模组实训台、搬运码垛教学模组实训台、数控机床上下料教学模组实训台和视觉随线跟踪教学模组实训台，所述各实训台与工业机器人相分离且位于工业机器人的行程范围内。

采用上述结构后，本发明具有以下优点：

本发明工业机器人实践教学系统将各实训台与工业机器人分开，不会限制工业机器人的选型，可满足工业化的生产需求；将各实训台分开，可方便丰富和扩展各实训台的功能，并便于对多个实训台进行自由组合和扩展，有利于丰富教学内容，可满足教学工作的需求。

作为优选，所述各实训台的底部的四个角处均设有万向轮和可升降的脚杯。该设置可方便移动并定位实训台，以方便与其他模组灵活组合。

作为优选，所述各实训台内均设有一子plc控制器，所述各实训台上还设有接线盒以及设置在接线盒上的开关面板，所述各开关面板分别通过各自的接线盒与各自的子plc控制器电连接，所述各子plc控制器均与工业机器人的机器人控制柜通信连接。在各模组下设置与工业机器人通信连接的子plc控制器，可利用子plc控制器与工业机器人交互信息，并对模组进行直接控制，由于plc控制器接口丰富，从而使得控制简单方便，另外设置开关面板可方便人机交互以控制机器人的生产教学活动。

作为优选，还包括总控制柜和上位机，所述总控制柜内设有主plc控制器，所述各子plc控制器之间、以及主plc控制器与各子plc控制器和机器人控制柜之间均通过以太网通信连接，所述上位机与主plc控制器远程通信连接。该设置可利用主plc控制器来监视各实训台和工业机器人的工作状态，并利用上位机进行远程集中管理以协调各实训台和工业机器人的分散控制，从而可完成工业控制网络的集成。

作为优选，还包括设置在工业机器人和各实训台四周的安全防护装置。该设置可使工业机器人工作更加安全，不会对操作人员造成伤害。

作为优选，所述基础教学模组实训台包括第一台体以及设置在第一台体上的轨迹编程训练教具，所述轨迹编程训练教具上设有尖锥和直角用于完成工具坐标系和工件坐标系的标定，所述轨迹编程训练教具上还设有多个向下凹陷的图案用于进行轨迹示教，所述轨迹编程训练教具通过上下翻转机构可平放或倾斜安装在第一台体上。该设置将轨迹编程训练教具通过上下翻转机构安装在第一台体上，当翻转上下翻转机构使轨迹编程训练教具平放时可用于二维轨迹示教，当翻转上下翻转机构使轨迹编程训练教具倾斜时可用于三维轨迹示教，因此示教难度更大，内容更丰富。

作为优选，所述第一台体上还设有销钉振动盘和销钉孔训练教具。该设置可示教销钉振动盘上的销钉如何安装在销钉孔训练教具的销钉孔上，即将轨迹编程具体化到工业生产中的具体工艺，从而更加丰富了基础教学的内容。

作为优选，所述搬运码垛教学模组实训台包括第二台体、设置在第二台体上的自动传送带、以及设置在自动传送带末端的立体仓储架，所述第二台体上位于自动传送带末端与立体仓储架之间还设有搬运机械手。在实训台上位于自动传送带末端与立体仓储架之间设置搬运机械手，可利用搬运机械手来将自动传送带上的产品搬运到立体仓储架内，这样只要搬运机械手设置得足够轻巧，就不会与立体仓储架发生干涉，因此无需限制工业机器人的体积和选型，从而使工业机器人的应用范围和行程范围均不会受到限制，因此可很好地同时适用工业化生产和教学工作。

作为优选，所述视觉随线跟踪教学模组实训台包括第三台体以及设置在第三台体上的两条相互平行的用于运输托盘的自动输送线，所述两条自动输送线的起始端设有托盘自动进给装置用于储存并释放托盘到自动输送线上，所述两条自动输送线沿流水方向依次设有上料工位、振动工位和视觉工位，所述振动工位下设有振动装置用于使经过振动工位的托盘发生振动以改变产品在托盘内的位置，所述视觉工位的上方设有图像采集装置，所述自动输送线的末端设有托盘收集装置。该视觉随线跟踪教学模组实训台模拟了实际的工业生产过程，内容丰富多样，可同时适用工业化生产和教学工作。

作为优选，所述托盘自动进给装置包括第一壳体、设置在第一壳体内的第一上料机构和第一推料装置，所述第一上料机构包括用于由下而上单列存储托盘的托盘架、丝杆传动机构、用于驱动丝杆传动机构的电机，所述第一壳体的上方位于托盘架所在的位置处设有缺口，所述托盘架通过丝杆传动机构可在第一壳体的缺口处上下升降，所述第一推料装置包括设置在第一壳体上的支架、设置在支架上的第一前后直线驱动装置、以及设置在第一前后直线驱动装置活动端上的用于使托盘架内的托盘弹出的第一推块。该托盘自动进给装置结构简单，操作方便，只要由电机驱动丝杆传动机构使托盘架上升穿过第一壳体的缺口伸出到第一壳体外，就可将托盘由下而上单列存储在托盘架上，然后再驱动丝杆传动机构使托盘架下降至第一壳体内的相应位置，就可由第一前后直线驱动装置推动第一推块使托盘架上的托盘弹出并滑动到自动输送线上。

作为优选，所述数控机床上下料教学模组实训台包括第四台体、以及设置在第四台体上的数控机床和第二上料机构，所述第二上料机构包括用于由下而上单列叠放物料的储料装置和第二推料装置，所述储料装置固设在数控机床的一侧，所述储料装置的底部通过一向下倾斜的滑槽与数控机床的一夹料平台相连通，所述第二推料装置设置在储料装置的底部用于将储料装置最底部的物料推向滑槽而到达夹料平台上。该设置使得在上料时只需利用工业机器人将物料依次叠放在储料装置上，利用第二推料装置一推即可完成上料，产品加工完成后只要用工业机器人抓取夹料平台上的产品即可完成下料，因此上下料非常方便。

附图说明：

图1为现有工业机器人实践教学系统的结构示意图；

图2为本发明工业机器人实践教学系统的结构示意图；

图3为本发明基础教学模组实训台的结构示意图；

图4为本发明基础教学模组实训台的轨迹编程训练教具的结构示意图；

图5为本发明搬运码垛教学模组实训台的结构示意图；

图6为本发明数控机床上下料教学模组实训台的结构示意图；

图7为本发明数控机床上下料教学模组实训台的储料装置的结构示意图；

图8为本发明数控机床上下料教学模组实训台的滑槽和夹料平台的结构示意图；

图9为本发明视觉随线跟踪教学模组实训台的结构示意图；

图10为本发明视觉随线跟踪教学模组实训台的第一上料机构的结构示意图；

图11为本发明视觉随线跟踪教学模组实训台的第一推料装置的结构示意图；

图12为本发明视觉随线跟踪教学模组实训台的托盘收集装置的结构示意图；

现有技术图中：1a-实训台，2a-六轴机器人，3a-基础教学模组，4a-搬运教学模组，5a-码垛教学模组；

本发明图中：1-工业机器人，2-基础教学模组实训台，3-搬运码垛教学模组实训台，4-数控机床上下料教学模组实训台，5-视觉随线跟踪教学模组实训台，6-万向轮，7-脚杯，8-子plc控制器，9-接线盒，10-开关面板，11-总控制柜，12-机器人控制柜，13-上位机，14-安全防护装置，15-安全护栏，16-安全门，17-安全光幕布，18-第一台体，19-轨迹编程训练教具，20-尖锥，21-直角，22-图案，23-上下翻转机构，24-销钉振动盘，25-销钉孔训练教具，26-第一位置检测装置，27-第二台体，28-自动传送带，29-立体仓储架，30-搬运机械手，31-第二位置检测装置，32-第三位置检测装置，33-架体，34-板件，35-仓储位，36-物料检测传感器，37-第四台体，38-数控机床，39-第二上料机构，40-储料装置，41-第二推料装置，42-滑槽，43-夹料平台，44-第二推块，45-第二前后直线驱动装置，46-第二壳体，47-自动门，48-存放盘，49-第三台体，50-自动输送线，51-托盘自动进给装置，52-上料工位，53-振动工位，54-视觉工位，55-振动装置，56-图像采集装置，57-托盘收集装置，58-位置检测装置，59-挡料装置，61-第一壳体，62-第一上料机构，63-第一推料装置，64-托盘架，65-丝杆传动机构，66-电机，67-缺口，68-支架，69-第一前后直线驱动装置，70-第一推块，71-固定座，72-双层收纳底托，73、74-左右连杆，75-电动伸缩装置。

具体实施方式

下面结合附图，并结合实施例对本发明做进一步的说明。

实施例：

一种工业机器人实践教学系统，包括工业机器人1，所述工业机器人1为现有技术，例如abb公司生产的型号为irb1410-5/1.44的六轴工业机器人，还包括基础教学模组实训台2、搬运码垛教学模组实训台3、数控机床上下料教学模组实训台4和视觉随线跟踪教学模组实训台5，所述各实训台与工业机器人1相分离且位于工业机器人1的行程范围内。

本发明工业机器人实践教学系统将各实训台与工业机器人1分开，不会限制工业机器人1的选型，可满足工业化的生产需求；将各实训台分开，可方便丰富和扩展各实训台的功能，并便于对多个实训台进行自动组合和扩展，有利于丰富教学内容，可满足教学工作的需求。

作为优选，所述各实训台的底部的四个角处均设有万向轮6和可升降的脚杯7。该设置可方便移动并定位实训台，以方便与其他模组灵活组合。

作为优选，所述各实训台内均设有一子plc控制器8，所述各实训台上还设有接线盒9以及设置在接线盒9上的开关面板10，所述各开关面板10分别通过各自的接线盒9与各自的子plc控制器8电连接，所述各子plc控制器8均与工业机器人1的机器人控制柜12通信连接。在各模组下设置与工业机器人1通信连接的子plc控制器8，可利用子plc控制器8与工业机器人1交互信息，并对模组进行直接控制，由于plc控制器接口丰富，从而使得控制简单方便，另外设置开关面板10可方便人机交互以控制机器人的生产教学活动。

作为优选，还包括总控制柜11和上位机13，所述总控制柜11内设有主plc控制器，所述各子plc控制器8之间、以及主plc控制器与各子plc控制器8和机器人控制柜12之间均通过以太网通信连接，所述上位机13与主plc控制器远程通信连接。该设置可利用主plc控制器来监视各实训台和工业机器人1的工作状态，并利用上位机13进行远程集中管理以协调各实训台和工业机器人1的分散控制，从而可完成工业控制网络的集成。

作为优选，还包括设置在工业机器人1和各实训台四周的安全防护装置14，图2中搬运码垛教学模组实训台3放置在安全防护装置14外，是因为设置该模组为备用模组，有些情况下暂时未与其他模组组合使用。该设置可使工业机器人1工作更加安全，不会对操作人员造成伤害。

作为优选，所述安全防护装置14包括设置在工业机器人1和各实训台四周的安全护栏15，所述安全护栏15的一侧设有安全门16，另一侧设有安全光幕布17，所述安全门16和安全光幕布17为现有技术。该安全防护装置14安全性高、进出方便、结构简单。

作为优选，所述基础教学模组实训台2包括第一台体18以及设置在第一台体18上的轨迹编程训练教具19，所述轨迹编程训练教具19上设有尖锥20和直角21用于完成工具坐标系和工件坐标系的标定，所述轨迹编程训练教具19上还设有多个向下凹陷的图案22用于进行轨迹示教，所述轨迹编程训练教具19通过上下翻转机构23可平放或倾斜安装在第一台体18上，所述上下翻转机构23为现有技术。该设置将轨迹编程训练教具19通过上下翻转机构23安装在第一台体18上，当翻转上下翻转机构23使轨迹编程训练教具19平放时可用于二维轨迹示教，当翻转上下翻转机构23使轨迹编程训练教具19倾斜时可用于三维轨迹示教，因此示教难度更大，内容更丰富。

作为优选，所述第一台体18上还设有销钉振动盘24和销钉孔训练教具25，所述销钉振动盘24为现有技术。该设置可示教销钉振动盘24上的销钉如何安装在销钉孔训练教具25的销钉孔上，即将轨迹编程具体化到工业生产中的具体工艺，从而更加丰富了基础教学的内容。

作为优选，所述销钉振动盘24的出料口处设有第一位置检测装置26。该设置可及时通知工业机器人1抓取销钉，自动化化程度较高。

作为优选，所述搬运码垛教学模组实训台3包括第二台体27、设置在第二台体27上的自动传送带28、以及设置在自动传送带28末端的立体仓储架29，所述第二台体27上位于自动传送带28末端与立体仓储架29之间还设有搬运机械手30，所述搬运机械手30为现有技术，例如三轴机械手。在第二台体27上位于自动传送带28末端与立体仓储架29之间设置搬运机械手30，可利用搬运机械手30来将自动传送带28上的产品搬运到立体仓储架29内，这样只要搬运机械手30设置得足够轻巧，就不会与立体仓储架29发生干涉，因此无需限制工业机器人1的体积和选型，从而使工业机器人1的应用范围和行程范围均不会受到限制，因此可很好地同时适用工业化生产和教学工作。

作为优选，所述自动传送带28的起始端和末端分别设有第二位置检测装置31和第三位置检测装置32，所述第二位置检测装置31和第三位置检测装置32例如光电传感器或行程开关。该设置在第二位置检测装置31检测到有物料进入自动传送带28的起始端时，自动启动自动传送带28，在第三位置检测装置32检测到有物料进入自动传送带28的末端时，自动停止自动传送带28，并使搬运机械手30及时将物料搬运至立体仓储架29存储，自动化程度较高。

作为优选，所述立体仓储架29包括架体33以及设置在架体33上的多层板件34，所述各层板件34上设有多个向下凹陷的仓储位35，所述各仓储位35的底部均设有物料检测传感器36用于检测产品是否放入仓储位35内。该设置可自动检测立体仓储架29的哪些仓储位35被占用，哪些是空的，从而便于搬运码垛动作的自动执行。

作为优选，所述视觉随线跟踪教学模组实训台5包括第三台体49以及设置在第三台体49上的两条相互平行的用于运输托盘的自动输送线50，所述两条自动输送线50的起始端设有托盘自动进给装置51用于储存并释放托盘到自动输送线50上，所述两条自动输送线50沿流水方向依次设有上料工位52、振动工位53和视觉工位54，所述振动工位53下设有振动装置55用于使经过振动工位53的托盘发生振动以改变产品在托盘内的位置，所述视觉工位54的上方设有图像采集装置56，所述自动输送线50的末端设有托盘收集装置57，所述振动装置55为现有技术，由偏心电机产生振动，所述图像采集装置56也为现有技术，例如相机。该视觉随线跟踪教学模组实训台模拟了实际的工业生产过程，内容丰富多样，可同时适用工业化生产和教学工作。

作为优选，所述上料工位52、振动工位53和视觉工位54处均设有第四位置检测装置58和用于挡止托盘的挡料装置59。该设置可使托盘定位在相应的工位处以方便正确操作。

作为优选，所述托盘自动进给装置51包括第一壳体61、设置在第一壳体61内的第一上料机构62和第一推料装置63，所述第一上料机构62包括用于由下而上单列存储托盘的托盘架64、丝杆传动机构65、用于驱动丝杆传动机构65的电机66，所述第一壳体61的上方位于托盘架64所在的位置处设有缺口67，所述托盘架64通过丝杆传动机构65可在第一壳体61的缺口67处上下升降，所述第一推料装置63包括设置在第一壳体61上的支架68、设置在支架68上的第一前后直线驱动装置69、以及设置在第一前后直线驱动装置69活动端上的用于使托盘架64内的托盘弹出的第一推块70。该托盘自动进给装置51结构简单，操作方便，只要由电机66驱动丝杆传动机构65使托盘架64上升穿过第一壳体61的缺口67伸出到第一壳体61外，将托盘由下而上单列存储在托盘架64上，然后再驱动丝杆传动机构65使托盘架64下降至第一壳体61内的相应位置，就可由第一前后直线驱动装置69推动第一推块70使托盘架64上的托盘弹出并滑动到自动输送线50上。

作为优选，所述托盘收集装置57包括与第三台体49相连的固定座71、以及设置在固定座71上的双层收纳底托72，所述双层收纳底托72的底部的一侧通过左右连杆73,74与固定座71相连，另一侧通过电动伸缩装置75与固定座71相连，所述左右连杆73,74的一端均与双层收纳底托72的底部相铰接，另一端均与固定座71相铰接，所述电动伸缩装置75的一端与双层收纳底托72的底部相铰接，另一端与固定座71相铰接，所述电动伸缩装置75例如电动气缸。该设置可通过调节电动伸缩装置75的长度，即可使自动输送线50上的托盘调节至于双层收纳底托72的上层或下层相对齐，从而可在其中一层装满托盘后，利用另一层来装托盘，从而能够实现收集托盘与转运托盘同时进行。

作为优选，所述数控机床上下料教学模组实训台4包括第四台体37、以及设置在第四台体37上的数控机床38和第二上料机构39，所述第二上料机构39包括用于由下而上单列叠放物料的储料装置40和第二推料装置41，所述储料装置40固设在数控机床38的一侧，所述储料装置40的底部通过一向下倾斜的滑槽42与数控机床38的一夹料平台43相连通，所述第二推料装置41设置在储料装置40的底部用于将储料装置40最底部的物料推向滑槽42而到达夹料平台43上。该设置使得在上料时只需利用工业机器人1将物料依次叠放在储料装置40上，利用第二推料装置41一推即可完成上料，产品加工完成后只要用工业机器人1抓取夹料平台43上的产品即可完成下料，因此上下料非常方便。

作为优选，所述第二推料装置41包括设置在储料装置40底部远离滑槽42一侧的第二推块44以及设置在底座上用于驱动第二推块44朝向滑槽42滑动的第二前后直线驱动装置45，所述第一前后直线驱动装置69和第二前后直线驱动装置45例如电动气缸。所述第二推料装置41结构简单、易于实现。

作为优选，所述数控机床38设置在一第二壳体46内，所述储料装置40固设在第二壳体46外的一侧，且第二壳体46在该侧设有一开口，所述滑槽42的一端与第二壳体46内的夹料平台43相连，另一端通过开口与第二壳体46外的储料装置40的底部相连。将数控机床38安装在第二壳体46内使结构更加简洁，使用更加安全，将储料装置40设置在第二壳体46外方便上料。

作为优选，所述第二壳体46的正面还设有自动门47用于取出加工完毕后的产品。该设置既可使数控机床38的使用更安全，而且便于下料。

作为优选，所述第二壳体46的正面还设有存放盘48。该设置可方便存放加工完毕后的产品。

上述基础教学实训台可单独使用，其工作过程如下：转动上下翻转机构23使轨迹编程训练教具19平放在第一台体18上，按下开关面板10上的相应按钮以发出二维轨迹示教的指令，子plc控制器8将二维轨迹示教指令发送给工业机器人1，工业机器人1根据轨迹编程训练教具19上的尖锥20和直角21完成工具坐标系和工件坐标系的标定，然后画出与轨迹编程训练教具19上的图案22相一致的轨迹；转动上下翻转机构23使轨迹编程训练教具19倾斜放置在第一台体18上，按下开关面板10上的相应按键以发出三维轨迹示教的指令，过程与二维轨迹示教类似，这里不再赘述；按下开关面板10上的相应按键以发出销钉安装示教指令，plc控制器控制销钉振动盘24振动，当销钉振动盘24出料口处的第一位置检测装置26检测到销钉时，销钉振动盘24停止振动，并向工业机器人1发送抓取指令，工业机器人1抓取销钉振动盘24出料口处的销钉并安装到销钉孔训练教具25上，销钉被抓取后销钉振动盘24会重新开始振动。

上述搬运码垛教学模组实训台3、数控机床上下料教学模组实训台4和视觉随线跟踪教学模组实训台5可联合使用，其工作过程如下：

(1)由上下料教学模组实训台上的数控机床38进行上料和加工：工业机器人1抓取产品由下而上依次存储在储料装置40内，可通过在储料装置40底部设置的光纤传感器检测到储料装置40的底部存在物料时，控制第二推料装置41的第二前后直线驱动装置45驱动第二推块44前移，从而将储料装置40内的物料推向滑槽42而到达夹料平台43上，夹料平台43会夹紧物料并移动至加工位置进行加工，加工完成后，夹料平台43松开物料，自动门47打开，工业机器人1将数控机床38第二壳体46内的产品抓出并放置到存放盘48上，所述夹料平台43为现有技术。

(2)由视觉随线跟踪教学模组实训台5进行供盘：由电机66驱动丝杆传动机构65使托盘架64穿过第一壳体61的缺口67上升至第一壳体61外，将托盘由下而上单列存放在托盘架64上，再由电机66驱动丝杆传动机构65使托盘架64下降至最底下的托盘与第一推料装置63的第一推块70相齐平，由第一前后直线驱动装置69驱动第一推块70前移而将托盘推到到自动输送线50上，完成一次供盘；当托盘输送至自动输送线50上的上料工位52时，将步骤1中存放盘48上的物料放入托盘，当托盘物料装满后会被继续输送至振动工位53，而上料工位52会再次接收到由托盘自动进给装置51推送的托盘，并进行装料；到达振动工位53的托盘会接受振动装置55的振动以改变物料在托盘内的位置；当振动完成后，托盘又被输送至视觉工位54，由图像采集装置56拍照采集物料在托盘中的位置，拍照完成，托盘继续沿自动输送线50传送，当托盘到达自动输送线50的末端时，工业机器人1根据视觉拍照采集的物料类别和坐标将物料中转到搬运码垛教学模组实训台3的自动传送带28上，同时托盘会被回收到托盘收集装置57中，如此循环。

(3)由搬运码垛教学模组实训台3实现物料入库：工业机器人1将物料放置到自动传送带28上后，当自动传送带28的起始端光电传感器检测到有物料进入，自动传送带28开始启动，将物料输送至自动传送带28的末端；当自动传送带28的末端光电传感器检测到物料到达时，停止自动传送带28，三轴搬运机械手30各轴开始移动，三轴搬运机械手30的气爪打开并移动到自动传送带28末端的抓料位置；气爪夹紧并移动到立体仓储架29，根据立体仓储架29每个仓储位35底部的物料检测传感器36来判断哪个仓储位35是空的，移动气抓将物料放置到空的仓储位35上，松开气爪并放下物料；由该仓储位35底部的物料检测传感器36确认物料放置完成后，三轴搬运机械手30移动到过渡点，最后回到原点位置，等待下一次自动传送带28的末端有料时再进行下一次搬运；至此各实训台相互配合完成从物料的加工到成品的物流和立体仓储架29存放。