一种象棋排布机器人实训平台的制作方法

本发明涉及教学实训平台技术领域，具体涉及一种基于DELTA机器人课程开发的象棋排布机器人实训平台。

背景技术：

随着中国经济改革和产业结构的调整升级，特别是我国加入世界贸易组织后，企业之间的竞争将在很大程度上表现为对技能人才的竞争，由此将极大地激发我国广大高职院校学生在机器人学习、掌握技术、能力培养方面的热情。传统“标准化”课程已不能满足企业对人才专业性的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种将理论与实践高度概括化、抽象化及简约化，利用象棋为道具，增强学生学习的趣味性，在保留最本质的工业特色时，仍能吸引学生，寓教于乐，更好地服务于教学与实训的象棋排布机器人实训平台。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：一种象棋排布机器人实训平台，它包含控制系统、机械本体、外设机构，控制系统、外设机构均与机械本体连接；

其中，所述的机械本体包含一基板，基板外缘呈三等分式向外部延伸出安装端，三个安装端下方分别安装有伺服电机；每个伺服电机的下端均连接有驱动杆，驱动杆下端铰接有从动杆；基板的上端中部安装的伺服电机下端垂直连接有旋转轴，旋转轴的下端设置有抓取中心，且从动杆的端部均与抓取中心连接；

所述的外设机构包含控制柜、相机、光源，控制柜上部水平设置有支架，支架的一侧倾斜设置有控制面板，控制面板上设置有触摸屏及手动操作按钮，支架上部设置有一象棋棋盘，象棋棋盘外部围设有一透明罩；机械本体的基板安装在透明罩的上端，相机安装在基板上端，光源安装在基板的下端；

所述的控制系统包含光源控制器、PLC、PC、伺服驱动器、示教器、I/O板、通讯板。市电通过滤波器分别连接光源控制器、PLC及数个相并联的伺服驱动器，数个伺服驱动器分别与伺服电机连接，且伺服驱动器均与PLC连接；光源控制器与光源连接；相机、示教器分别与通讯板连接；I/O板分别连接传感器和电磁阀；PLC分别与PC、I/O板、通讯板、触摸屏连接。

作为本发明的进一步改进；所述的抓取中心下端设置有吸盘，棋子的抓取由吸盘实现，吸盘上装有真空吸盘和气动对接装置，吸取任意可到达位置内的棋子。

作为本发明的进一步改进；所述的相机安装在机械本体顶部，与旋转轴平行放置，且相机采用信捷公司X-Sight工业相机。

作为本发明的进一步改进；所述的示教器通过通讯板与PLC通讯，作为机器人的操作面板，主要用于操作者与机器人之间进行交互操作，实现实时监测、参数修正等功能，比如数据寄存器、I/O等，而且报警信息也可以实时显示。

作为本发明的进一步改进；所述的伺服驱动器为DS3E系列总线型伺服驱动器。

作为本发明的进一步改进；所述的控制系统安装在控制柜中，且控制系统的PLC、接触器、熔断器、断路器、电机驱动器、电源、端子排等电控元件与布线布置在挂板上，挂板设置在控制柜中，完全可视。

本发明使用过程中，需要安装机器人安装框架来固定机器人机构，安装框架的结构及安装方式则根据现场工艺需求进行定制。机械本体带动末端操作器，实现各种运动和操作，它的结构形式多种多样，完全根据任务需要而定，其追求的目标是高精度、高速度、高灵活性、大工作空间和模块化。

考虑到教学时场地的限制，采用静平台，在平台上放上象棋棋子，通过机器视觉系统拍摄托盘中棋子的照片，反馈位置、个数、有无等情况，并驱动机器臂实现对目标棋子的准确抓取，并根据触摸屏上预设的象棋棋子布局进行放置。

采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：

学习内容以就业为导向，侧重生产实践中的通用技术，兼顾技术知识的科学性、先进性、系统性及完整性。在贯彻教学要点的基础上，初期通过生动有趣的学习形式的设计来提高个人学习效益，由实训者自我发起、自我调控、自我负责的学习。这与企业对新时期人才培养的技能方向是一致的，但更有利于培养学习者树立自我学习、终身学习的学习意识。

在学习的中后期，可通过模块化重组，搭建真实的工业现场，学生不再是进行简单的编程操作，而是完成具体的工业作业。通过对本实训平台的较少改动，即可完成从教育型机器人到工业型机器人的转型，提高科技教育含量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的实施例的立体结构示意图；

图2为图1的主视图；

图3为图2的左视图；

图4为本发明所提供的实施例的控制系统原理框图；

图5为本发明所提供的实施例的棋子抓取流程图；

附图标记：

1—控制柜；2—型材支架；3—象棋棋盘；4—玻璃罩；5—相机；6—基板；7—驱动杆；8—旋转轴；9—从动杆；10—抓取中心；11—触摸屏；12—控制面板；13—光源；14—光源控制器；15—PLC；16—PC；17—示教器；18—I/O板；19—通讯板；20—传感器；21—电磁阀；M1—伺服电机一；M2—伺服电机二；M3—伺服电机三；M4—伺服电机四。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1-图3，本具体实施方式采用以下技术方案：一种象棋排布机器人实训平台，它包含控制柜1、型材支架2、象棋棋盘3、玻璃罩4、相机5、基板6、驱动杆7、旋转轴8、从动杆9、抓取中心10、触摸屏11和控制面板12；

控制柜1上部水平设置有型材支架2，型材支架2的一侧倾斜设置有控制面板12，控制面板12上设置有触摸屏11及手动操作按钮，型材支架2上部设置有一象棋棋盘3，象棋棋盘3外部围设有一玻璃罩4；基板6安装在玻璃罩4的上端，基板6外缘呈三等分式向外部延伸出安装端，三个安装端下方分别安装有伺服电机一M1、伺服电机二M2、伺服电机三M3；每个伺服电机的下端均连接有驱动杆7，驱动杆7下端铰接有从动杆9；基板6的上端中部安装的伺服电机四M4下端垂直连接有旋转轴8，旋转轴8的下端设置有抓取中心10，且从动杆9的端部均与抓取中心10连接；相机5安装在基板6上端，与旋转轴8平行放置，基板6的下端安装有光源（图中未示出）；

请参阅图4，所述的控制柜1内部安装有控制系统，控制系统包含光源控制器14、PLC 15、PC 16、示教器17、I/O板18、通讯板19、传感器20、电磁阀21，市电通过滤波器FLT分别连接光源控制器14、PLC 15及四个相并联的伺服驱动器，四个伺服驱动器分别与伺服电机一M1、伺服电机二M2、伺服电机三M3及伺服电机四M4连接，且四个伺服驱动器均与PLC 15连接；光源控制器14与光源13连接；PLC 15分别与PC 16、触摸屏11、I/O板18、通讯板19连接，且I/O板18分别连接传感器20和电磁阀21；相机5、示教器17分别与通讯板19连接。且控制系统的PLC、接触器、熔断器、断路器、电机驱动器、电源、端子排等电控元件与布线布置在挂板上，挂板设置在控制柜1中，完全可视。示教器通过通讯板与PLC通讯，作为机器人的操作面板，主要用于操作者与机器人之间进行交互操作，实现实时监测、参数修正等功能，比如数据寄存器、I/O等，而且报警信息也可以实时显示。所述的抓取中心10下端设置有吸盘，棋子的抓取由吸盘实现，吸盘上装有真空吸盘和气动对接装置，吸取任意可到达位置内的棋子。

所述的相机6采用信捷公司X-Sight工业相机。

所述的伺服驱动器为DS3E系列总线型伺服驱动器。

本具体实施方式可以完成PLC、人机、伺服系统、视觉检测等常规控制系统的学习外，还可实现基于视觉的机械臂的点动、静态抓取、码垛、分拣、寻轨迹等多项机器人实验，加入象棋因素，更增添了实验的趣味性，激发学生学习的兴趣。实际使用时可用于几下相关课程：

1、机器人技术：DELTA机械手属于工业并联机构，可实现工业并联功能，涵盖和表现工业并联机器人所有技术。

2、PLC技术：DELTA机械手应用信捷PLC控制，可实现编程学习及工业常用控制操作。

3、气动技术：机械手末端安装气动吸盘，配以电磁阀、调压过滤器等气动元件，涵盖典型气路连接。

4、传感器：机械手涵盖电机编码器、光电传感器等类型，可简单学习传感器基础知识。

5、触摸屏组态技术：学习人机交互界面的设计与组态软件的使用。

6、精密机械装配：机械手可拆装至螺钉级，锻炼装配工艺与动手能力。

7、伺服系统：了解应用伺服系统驱动机械臂。

8、机器视觉：学习机器视觉在工业中的典型应用，包含硬件选型、安装，视觉组态软件的使用，视觉与其他外围控制设备的组网、组合使用等。

9、通讯技术：学习典型运动控制系统组成如触摸屏、视觉系统、伺服系统等之间的通讯实现。

本具体实施方式具有以下特点：

（1）可用于多学科、多课程教学；

（2）科学思维与科学方法的培养；

实训教学课程开发的理论依据源于教学设计，由企业需求、岗位定位、学习需求、确认目标、建立课程、选择教学策略、选择教学资源、实施实训课程这几个重要内容层层递进。

学习内容以就业为导向，侧重生产实践中的通用技术，兼顾技术知识的科学性、先进性、系统性及完整性。在贯彻教学要点的基础上，初期通过生动有趣的学习形式的设计来提高个人学习效益，由实训者自我发起、自我调控、自我负责的学习。这与企业对新时期人才培养的技能方向是一致的，但更有利于培养学习者树立自我学习、终身学习的学习意识。

而在学习的中后期，可通过模块化重组，搭建真实的工业现场，学生不再是进行简单的编程操作，而是完成具体的工业作业。通过对本实训平台的较少改动，即可完成从教育型机器人到工业型机器人的转型，提高科技教育含量。

（3）DELTA机器人实训系统的优势；

a.创新性：

将机器视觉与DELTA机器人相结合，符合“中国制造2025”背景下的技术发展要求，学生能借助该平台学习并掌握前沿技术，而“排布象棋”创意的引入则有效解决了目前多数工业机器人平台学习主题过于枯燥，学生不愿学习与操作的难题，融趣味性于一体，是学生在轻松的学习形式下，愉悦地学习并掌握相关知识，真正做到寓教于乐。

b.开放性：

DELTA机器人具有较高的开放性，学生可以对常见的伺服控制和轨迹规划算法进行研究，并根据需要定制底层指令、编辑底层控制程序及控制算法等二次开发。通过对控制器的整体流程和功能结构进行构思和规划，还可为进一步研制新型控制器提供条件。

c.实用性：

将伺服电机固定在基座上，这样就可以减轻机器机构上的重量。当需要直接驱动时，把电机固定在基座上是一个必要的条件。因此，DELTA机器人非常适合直接驱动的情况，另一个优点就是它的刚度很高，这些特征可以得到更多的精准度和更快的操作。

从操作形式上看，操作系统面向用户，具有更强的人机交互性，根据用户行为记录，从浏览习惯、使用顺序、使用频率、操作方式、图标含义等方面多次优化人机界面。因此，当前操作系统采用图块编程模式，全程中文显示，操作简单、快捷、初学者上手易，短时间的专业培训即可操作，特别适合现场工作人员操作，提高编程效率。

本发明应用于课堂演示、实验教学等环节时，能满足本学科专业不同课程的教学要求。中后期根据实践需求，亦可轻松将该设备模块化重组或拓展，进一步提升其应用价值。利用本发明，不仅继承了传统教学实验内容，符合现阶段的教学要求，而且增加了更多实际动手操作的教学课程，同步培养学生的科学知识和实践操作技能。训练学生将所学知识应用于生产实践，使学生走向工作岗位能够胜任岗位需求、获得可持续发展能力的保证。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下， 能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。