一种轨迹再现工业机器人实训系统的制作方法

本实用新型一种轨迹再现工业机器人实训系统涉及工业机器人技术领域，特别是一种适用于教学、实验中使用的轨迹再现工业机器人实训系统。

背景技术：

在工业机器人专业的现代职业教育中，为了激发学生对于工业机器人的学习兴趣和深入学习的动力，通常需要使用一些典型的实训设备来对学生进行专业技能培养，使学生在一系列符合企业真实工作环境和要求的实验实训过程中，掌握工业机器人的操作、维护和编程等方面的职业技能，为企业培养复合型的专业人才。

已有的工业机器人的实训平台，学习内容和主题过于枯燥，机械结构较为复杂，开放性不强，难以满足专业课程的学习要求，不利于激发学生的学习兴趣和培养学生的创新意识。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述不足之处提供一种轨迹再现工业机器人实训系统，将写字绘图的创意融入三轴直角坐标工业机器人的实训过程，解决了实训系统结构较为复杂和学习内容过于枯燥的问题。

本实用新型是采用以下技术方案实现的：

轨迹再现工业机器人实训系统包括支架和控制柜，支架设置在控制柜上；

支架上设有相邻的第一工作台面和第二工作台面，在第一工作台面旁还设有安装臂，在安装臂端部装有带光源的智能相机，所述安装臂与支架之间以转轴方式相连，安装臂能在支架上转动；

所述第二工作台面为机器人工作台，在第二工作台面上安装有一对平行的直线导轨，在这对直线导轨之间安装有第二安装架，第二滚珠丝杆安装在第二安装架上，在第二安装架的端部安装有第二伺服电机，第二伺服电机的输出轴与第二滚珠丝杆相连，实现机器人在Y轴方向的移动；在第二安装架上还垂直地设有整体式步进电动平台，在整体式步进电动平台外侧的中间位置安装有水笔，所述水笔在与整体式步进电动平台平行的Z轴方向移动，实现水笔的抬、落，从而实现机器人在Z轴方向的移动；

在直线导轨旁设有平行于直线导轨的第一安装架，第一安装架上装有第一滚珠丝杆，在导轨端部设有第一伺服电机，第一伺服电机的输出轴与第一滚珠丝杆相连，所述第一滚珠丝杆由第一伺服电机驱动，实现机器人在X轴方向的移动；所述第一滚珠丝杆与第二滚珠丝杆相垂直；

控制柜内部设有网孔板，在网孔板上安装有网孔板分立器件，所述网孔板分立器件包括空气开关、接触器、电源滤波器、开关电源、伺服驱动器、步进驱动器、光源控制器、机器人控制器和接线端子等，机器人控制器通过工业现场总线与工业PC、伺服驱动器、步进驱动器和光源控制器等设备通讯，实现机器人的示教和监控，使用时可按照实训内容要求自由组合器件和接线；

在控制柜侧边还设有突出的控制面板，在控制面板上设有显示屏和控制按键，所述显示屏和控制按键均和机器人控制器相连，显示屏用于显示机器人的工作状态，控制按键用于传送控制指令到机器人控制器；所述控制按键包括启动、使能、学习、点动和急停等常用控制功能。

所述安装臂包括互相垂直的竖臂和横臂，竖臂垂直于支架，带光源的智能相机装在横臂端部。

在直线导轨端部还设有行程开关，用于检测工业机器人在第一滚珠丝杆和第二滚珠丝杆方向上的行进位置。

所述第一伺服电机、第二伺服电机、整体式步进电动平台、行程开关、智能相机和光源分别通过接线端子与控制柜内的航空插头相连，航空插头再通过导线与网孔板上的控制设备相连，所述控制设备包括空气开关、接触器、电源滤波器、开关电源、伺服驱动器、步进驱动器、光源控制器、机器人控制器、接线端子等，所述控制设备均为分立器件。

本实用新型的优点：机械结构复杂度低、空间轨迹易于求解和定位精度高等特点，其学习门槛相对较低，适合作为入门级的工业机器人实训平台，而且操作简单，维护方便，成本较低，可用于工业机器人技术、伺服控制技术、机器视觉等相关课程的实验实训环节，可组合实现伺服系统控制、步进系统控制、现场总线通讯、机器视觉操控、直角坐标工业机器人操控等多个实训项目。实训项目既有演示性与验证性实验，也有设计性和综合性实验，实验内容设置科学、合理，能激发学生的学习热情和主观能动性，有利于学生掌握工业机器人的工作原理和提升机器人的操作维护技能，具有较好的推广价值。

附图说明

以下将结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1是本实用新型轨迹再现工业机器人实训系统的结构示意图；

图2是本实用新型智能相机的控制原理图；

图3是本实用新型的实施例2中轨迹再现工业机器人实训系统的工作原理框图；

图4是图3的具体控制过程图。

图中：1、支架，2、第一工作台面，3、第二工作台面，4、第一伺服电机，5、第二伺服电机，6、第一滚珠丝杆，7、第二滚珠丝杆，8、直线导轨，9、整体式步进电动平台，10、行程开关，11、智能相机，12、光源，13、控制柜，14、安装臂，14-1、竖臂，14-2、横臂，15、控制面板，16、显示屏，17、控制按键。

具体实施方式

参照附图1~2，本实用新型轨迹再现工业机器人实训系统包括支架1和控制柜13，支架1设置在控制柜13上；

支架1上设有相邻的第一工作台面2和第二工作台面3，在第一工作台面2旁还设有安装臂14，在安装臂14端部装有带光源的智能相机11，所述安装臂14与支架1之间以转轴方式相连，安装臂14能在支架1上转动；

所述第二工作台面3为机器人工作台，在第二工作台面3上安装有一对平行的直线导轨8，在这对直线导轨8之间安装有第二安装架，第二滚珠丝杆7安装在第二安装架上，在第二安装架的端部安装有第二伺服电机5，第二伺服电机5的输出轴与第二滚珠丝杆7相连，实现机器人在Y轴方向的移动；在第二安装架上还垂直地设有整体式步进电动平台9，在整体式步进电动平台9外侧的中间位置安装有水笔，所述水笔在与整体式步进电动平台9平行的Z轴方向移动，实现水笔的抬、落，从而实现机器人在Z轴方向的移动；

在直线导轨8旁设有平行于直线导轨的第一安装架，第一安装架上装有第一滚珠丝杆6，在导轨端部设有第一伺服电机4，第一伺服电机4的输出轴与第一滚珠丝杆6相连，所述第一滚珠丝杆6由第一伺服电机4驱动，实现机器人在X轴方向的移动；所述第一滚珠丝杆6与第二滚珠丝杆7相垂直；

控制柜13内部设有网孔板，在网孔板上安装有空气开关、接触器、电源滤波器、开关电源、伺服驱动器、步进驱动器、光源控制器、机器人控制器、接线端子等分立器件，机器人控制器通过工业现场总线与工业PC、伺服驱动器、步进驱动器和光源控制器等设备通讯，实现机器人的示教和监控，使用时可按照实训内容要求自由组合器件和接线；

在控制柜13侧边还设有突出的控制面板15，在控制面板15上设有显示屏16和控制按键17，所述显示屏16和控制按键17均和机器人控制器相连，显示屏16用于显示机器人的工作状态，控制按键17用于传送控制指令到机器人控制器；所述控制按键17包括启动、使能、学习、点动和急停等常用控制功能。

所述安装臂14包括互相垂直的竖臂14-1和横臂14-2，竖臂14-1垂直于支架1，带光源的智能相机11装在横臂14-2端部。

在直线导轨8端部还设有行程开关10，用于检测工业机器人在第一滚珠丝杆6和第二滚珠丝杆7方向上的行进位置。

所述第一伺服电机4、第二伺服电机5、整体式步进电动平台9、行程开关10、智能相机11和光源分别通过接线端子与控制柜13内的航空插头相连，航空插头再通过导线与网孔板上的控制设备相连，所述控制设备包括空气开关、接触器、电源滤波器、开关电源、伺服驱动器、步进驱动器、光源控制器、机器人控制器、接线端子等分立器件。

该轨迹再现工业机器人实训系统可实现工业机器人实训课程中伺服电机、步进电机运动等基本实训环节，同时配合滚珠丝杆6和7、行程开关10，智能相机11等可组合实现伺服系统控制、步进系统控制、现场总线通讯、机器视觉操控、直角坐标工业机器人操控等多个实训项目，实训项目设置科学合理，基本涵盖工业机器人技术的各项技能要求。

实施例1：

参照附图2，轨迹再现工业机器人实训系统中的智能相机11分别通过串口和以太网口与机器人控制器和PC机相连，通过PC机中图像处理软件进行预先的编程，并通过轮廓定位工具和脚本工具识别目标图案，同时将程序下载到智能相机11中，当机器人控制器得到拍照指令后启动智能相机11拍摄图像，获取相应目标图案在相机坐标系下的轮廓及像素坐标，再通过串口以Modbus通信方式将数据传给机器人控制器进行分析和处理。

实施例2：

参照附图3～4，轨迹再现工业机器人实训系统运行之前，通过控制面板上的控制按键选择控制功能，在显示屏中设置相关参数，在智能相机设置目标图案的像素坐标数据；机器人控制器利用上位机下载的相关程序控制机器人X轴、Y轴和Z轴方向的运动轨迹，具体控制过程如图4所示：机器人控制器将相机坐标系下的目标图案的像素坐标数据转换为机器人坐标系下的基座标数据，再根据机器人运动学方程规划机器人X轴和Y轴方向的运动轨迹，同时机器人控制器给出Z轴方向的控制信号，实现抬笔和落笔功能。