一种自动分拣实训装置及方法与流程

本发明涉及实训教学设备技术领域，具体涉及一种自动分拣实训装置及方法。

背景技术：

现有的自动分拣实训装置，采用敞开柜体形式，主要机械结构件在台面上，主要电气元器件在台面下的抽屉内；台面上提供接插件用来连接机械结构件与抽屉内的电气元器件，工作原理是：供料机构转动料盘内拨杆，将工件送至出料口后，气缸抓手将工件放到传送带上，然后进行识别，并根据工件种类存放到料库中，但是，存在以下缺点，

（1）由于料盘内是拨杆转动，存在设计缺陷，导致供料机构容易卡死，造成供料机构的电机堵转，损害电机，降低使用寿命；

（2）气缸抓手的抓取结构比较简单，无法满足学生的实训需求；

（3）由于气缸抓手直接推送落料，但是，传送带的速度过快，导致无法准确推送工件，所以传送带速度受到严格限制；

（4）目前大量客户对rfid（射频识别技术）需求旺盛，现有的机电一体化实训装置无此功能，无法满足客户需求；

（5）电气元器件在台面下的抽屉内，不方便拆装；

（6）台面上提供接插件不是端子排，接插件与实际的工业环境不符，无法满足实训要求。

如何克服上述问题，是当前需要解决的。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有的自动分拣实训装置，所存在的不足。本发明的自动分拣实训装置及方法，有效保护了设备的安全，采用真实的工业机器人，系统配置rfid（射频识别系统），并配端子排，与工业环境匹配，满足职业院校对接线实训内容的需求；所有元器件发位置均可调整，位置可左右互换，增加实训内容的变换性，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种自动分拣实训装置，包括工作台架，所述工作台架上表面的设置有边框形状的线槽，所述工作台架上表面还安装有直流电源组件、plc控制器、继电器、端子排、触摸屏控制面板，，所述直流电源组件为plc控制器、继电器提供工作电源，还与端子排相连接，所述端子排的引出线进入线槽，并与示教器组件、供料机构、机器人、传输分拣机构、变频器、触摸屏控制面板、射频读写器的供电端、信号端分别连接，

所述示教器组件、供料机构、机器人、传输分拣机构、变频器、触摸屏控制面板、射频读写器均安装在工作台架上表面，

所述机器人用于将供料机构上的工件传输到传输分拣机构，所述工件存在多种类型，且内部嵌入有rfid芯片，所述传输分拣机构将不同类型的工件，放入指定的储料槽中。

前述的一种自动分拣实训装置，所述机器人安装工作台架上，真空发生器、电磁阀、过滤器、气源处理器和吸盘组成真空回路，所述真空发生器、电磁阀、过滤器、气源处理器均设置在工作台架上，所述过滤器提供清洁气源，所述电磁阀依次与真空发生器、安装在机器人的机器人驱动臂上的吸盘相连接，并提供吸附工件的动力源。

前述的一种自动分拣实训装置，所述工作台架底部四角均安装有万向轮，所述万向轮的一侧均安装有可调节的支撑腿。

前述的一种自动分拣实训装置，所述工件设置有三种类型，包括金属工件、白色非金属工件、黑色非金属工件。

前述的一种自动分拣实训装置，所述传输分拣机构，包括定位块、被动轴、传动带机构、立柱、测速器、第一旋转气缸、第二旋转气缸、挡料板、主动轴、联轴器、减速电机、反光板、第一储料槽、第二储料槽、第三储料槽、落料检测传感器、颜色检测传感器、金属检测传感器和光纤传感器，

所述立柱为两个，呈左、右对称安装在工作台架上表面，所述传动带机构设置在两个立柱之间，所述主动轴位于传动带的后端部，并通过联轴器与减速电机相连接，所述被动轴设置在传动带的前端部，所述主动轴驱动传动带机构传动，

所述定位块安装在传动带机构前端部的上表面，所述测速器、第一旋转气缸、第二旋转气缸分别安装在传动带机构的一侧边，且第一旋转气缸、第二旋转气缸旋转方向一致，所述挡料板安装在传动带机构后端部的上表面，所述反光板、第一储料槽、第二储料槽、第三储料槽、落料检测传感器、颜色检测传感器、金属检测传感器和光纤传感器依次安装在传动带机构的另一侧边，且第一储料槽、第二储料槽、第三储料槽间隔距离可调。

前述的一种自动分拣实训装置，所述射频读写器设置在传动带机构的另一侧边，与反光板同侧。

一种自动分拣实训装方法，包括

传感器识别方式：传输分拣机构通过颜色检测传感器和金属检测传感器来区分工件，并将不同类型的工件放入指定的储料槽中；

rfid芯片识别方式，传输分拣机构通过安装在工件内的rfid芯片来区分工件，并将不同类型的工件放入指定的储料槽中。

前述的一种自动分拣实训装方法，传感器识别方式，包括以下步骤，

（a1），将三种不同类型的工件放置到供料机构的供料盘中；

（a2），检测供料机构上供料口是否存在工件，若无工件，则启动供料机构；若供料口存在工件则执行（a3）；

（a3），检测到供料机构的供料口存在工件到位，机器人将该工件放置到传动带机构前端部的定位块上；

（a4），光纤传感器检测到工件到位后，减速电机开始启动，减速电机的转速由变频器控制，减速电机带动传动带机构运动，同时，测速器实时检测传动带机构的皮带运动的线速度；

（a5），当工件经过金属检测传感器和颜色检测传感器后，根据金属检测传感器和颜色检测传感器的反馈信号来判断工件对应的材质；

（a6），若工件为金属材质工件，传动带机构继续运动，同时第一旋转气缸动作，第一旋转气缸上的拨叉会向皮带方向转30°，工件碰到第一旋转气缸上的拨叉后，并其的作用下滑出皮带，并滑进第三储料槽的底部，此时，落料检测传感器会计数一次；若工件为白色非金属材质工件，传动带机构继续运动，第二旋转气缸动作，第二旋转气缸上的拨叉会向皮带方向转°，工件碰到第二旋转气缸上的拨叉后，并其的作用下滑出皮带，并滑进第二储料槽的底部，此时，落料检测传感器会继续计数一次；若工件为黑色非金属材质工件，传动带机构继续运动，直到工件碰到传动带机构后端部的挡料板，工件会在挡料板、传动带机构的合力作用下滑出传动带机构，并滑进第一储料槽的底部，此时，落料检测传感器会继续计数一次；

（a7），重复（a3）-（a6），直到在供料机构的供料口检测不到存在工件的存在，此时，落料检测传感器的累积计数与（a2）放置到供料机构的供料盘中工件数量相同，机器人回到初始位置，结束传感器识别方式。

一种自动分拣实训装方法，rfid芯片识别方式，包括以下步骤，

（b1）将三种不同类型的工件放置到供料机构的供料盘中；

（b2），检测供料机构上供料口是否存在工件，若无工件，则启动供料机构；若供料口存在工件则执行（b3）；

（b3），检测到供料机构的供料口存在工件到位，机器人将该工件悬停到射频读写器正上方，读取rfid芯片的信息，判断工件的类型，然后将机器人将该工件放置到传动带机构前端部的定位块上；

（b4），光纤传感器检测到工件到位后，减速电机开始启动，，减速电机的转速由变频器控制，减速电机带动传动带机构运动，同时，测速器实时检测传动带机构的皮带运动的线速度；

（b5），根据读取rfid芯片的信息，判断工件对应的材质；

（b6），若工件为金属材质工件，传动带机构继续运动，同时第一旋转气缸动作，第一旋转气缸上的拨叉会向皮带方向转°，工件碰到第一旋转气缸上的拨叉后，并其的作用下滑出皮带，并滑进第三储料槽的底部，此时，落料检测传感器会计数一次；若工件为白色非金属材质工件，传动带机构继续运动，第二旋转气缸动作，第二旋转气缸上的拨叉会向皮带方向转30°，工件碰到第二旋转气缸上的拨叉后，并其的作用下滑出皮带，并滑进第二储料槽的底部，此时，落料检测传感器会继续计数一次；若工件为黑色非金属材质工件，传动带机构继续运动，直到工件碰到传动带机构后端部的挡料板，工件会在挡料板、传动带机构的合力作用下滑出传动带机构，并滑进第一储料槽的底部，此时，落料检测传感器会继续计数一次；

（b7），重复（b3）-（b6），直到在供料机构的供料口检测不到存在工件的存在，此时，落料检测传感器的累积计数与（b2）放置到供料机构的供料盘中工件数量相同，机器人回到初始位置，结束rfid芯片识别方式。

本发明的有益效果是：本发明的自动分拣实训装置及方法，为了解决料盘电机堵转，损害电机的问题，将供料机构内供料盘拨杆转动改为料盘底盘转动；为了满足学校、学生对机器人的需求，将原有的气缸抓手改为工业机器人配合吸盘工作；为了降低传送带对速度要求，将直推气缸，改为旋转气缸；目前大量客户对rfid（射频识别技术）需求旺盛，所以此增加rfid识别；为了与工业环境匹配，满足职业院校对接线实训内容的需求，将主体结构进行优化，将所有元器件全部放在实训桌的桌面上，一目了然，并具有以下有优点：

（1）供料盘在调试和运行过程中，不会发生电机堵转的情况，有效保护了设备的安全；

（2）采用真实的工业机器人，与工业实际贴合紧密，通过吸盘吸附工件，效果良好；

（3）系统配置rfid（射频识别系统），体现物联网的概念；

（4）所有元器件全部放在实训桌的桌面上，一目了然，并配端子排，与工业环境匹配，满足职业院校对接线实训内容的需求；

（5）所有元器件在桌面上的位置均可调整，位置可左右互换，增加实训内容的变换性。

附图说明

图1是本发明的运动控制实训装置的结构示意图；

图2是本发明的运动控制实训装置的俯视图；

图3是本发明的传输分拣机构的结构示意图。

附图中标记的含义如下：

1：工作台架；2：示教器组件；3：供料机构；4：机器人；5：传输分拣机构；6：变频器；7：触摸屏控制面板；8：线槽；9：射频读写器；10：端子排；11：继电器；12：plc控制器；13：直流电源组件；14：真空发生器；15：电磁阀；16：过滤器；17：气源处理器；18：工件；19：定位块；20：被动轴；21：传动带机构；22：立柱；23：测速器；24：第一旋转气缸；25：第二旋转气缸；26：挡料板；27：主动轴；28：联轴器；29：减速电机；30：反光板；31：第一储料槽；32：第二储料槽；33：第三储料槽；34：落料检测传感器；35：颜色检测传感器；36：金属检测传感器；37：光纤传感器；38：机器人驱动臂；39：吸盘；40：万向轮；41：支撑腿。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

如图1及图2所示，本发明的运动控制实训装置，包括工作台架1，所述工作台架1上表面的设置有边框形状的线槽8，所述工作台架1上表面还安装有直流电源组件13、plc控制器12、继电器11、端子排10、触摸屏控制面板7，所述直流电源组件13为plc控制器12、继电器11提供工作电源，还与端子排10相连接，所述端子排10的引出线进入线槽8，并与示教器组件2、供料机构3、机器人4、传输分拣机构5、变频器6、触摸屏控制面板7、射频读写器9的供电端、信号端分别连接，

所述示教器组件2、供料机构3、机器人4、传输分拣机构5、变频器6、触摸屏控制面板7、射频读写器9均安装在工作台架1上表面，

所述机器人4用于将供料机构3上的工件18传输到传输分拣机构5，所述工件18存在多种类型，且内部嵌入有rfid芯片，所述传输分拣机构5将不同类型的工件18，放入指定的储料槽中。

优选的，所述机器人4安装在工作台架1上，真空发生器14、电磁阀15、过滤器16、气源处理器17和吸盘39组成真空回路，所述真空发生器14、电磁阀15、过滤器16、气源处理器17均设置在工作台架1上，所述过滤器16提供清洁气源，所述电磁阀15依次与真空发生器14、安装在机器人4的驱动臂机器人38上的吸盘39相连接，并提供吸附工件18的动力源。

优选的，所述工作台架1底部四角均安装有万向轮40，所述万向轮40的一侧均安装有可调节的支撑腿41。

优选的，所述工件18设置有三种类型，包括金属工件、白色非金属工件、黑色非金属工件，本发明的实施例只设置有三种类型，可以根据需要选择多种不同的工件类型。

如图3所示，所述传输分拣机构5，包括定位块19、被动轴20、传动带机构21、立柱22、测速器23、第一旋转气缸24、第二旋转气缸25、挡料板26、主动轴27、联轴器28、减速电机29、反光板30、第一储料槽31、第二储料槽32、第三储料槽33、落料检测传感器34、颜色检测传感器35、金属检测传感器36和光纤传感器37，

所述立柱22为两个，呈左、右对称安装在工作台架1上表面，所述传动带机构21设置在两个立柱之间，所述主动轴27位于传动带21的后端部，并通过联轴器28与减速电机29相连接，所述被动轴20设置在传动带21的前端部，所述主动轴27驱动传动带机构21传动，

所述定位块19安装在传动带机构21前端部的上表面，所述测速器23、第一旋转气缸24、第二旋转气缸25分别安装在传动带机构21的一侧边，且第一旋转气缸24、第二旋转气缸25旋转方向一致，所述挡料板26安装在传动带机构21后端部的上表面，所述反光板30、第一储料槽31、第二储料槽32、第三储料槽33、落料检测传感器34、颜色检测传感器35、金属检测传感器36和光纤传感器37依次安装在传动带机构21的另一侧边，且第一储料槽31、第二储料槽32、第三储料槽33间隔距离可调。

优选的，所述射频读写器9设置在传输分拣机构5另一侧边，位于工作台架1的中间位置，反光板30能够保证颜色检测传感器35和金属检测传感器36的正常可靠的工作。

本发明的自动分拣实训装方法，包括

传感器识别方式：传输分拣机构5通过颜色检测传感器35和金属检测传感器36来区分工件18，并将不同类型的工件18放入指定的储料槽中；

rfid芯片识别方式，传输分拣机构5通过安装在工件18内的rfid芯片来区分工件18，并将不同类型的工件18放入指定的储料槽中。

其中，所述传感器识别方式，包括以下步骤，

（a1），将三种不同类型的工件18放置到供料机构3的供料盘中；

（a2），检测供料机构3上供料口是否存在工件18，若无工件18，则启动供料机构3；若供料口存在工件18则执行（a3）；

（a3），检测到供料机构3的供料口存在工件18到位，机器人4将该工件18放置到传动带机构21前端部的定位块19上；

（a4），光纤传感器37检测到工件18到位后，减速电机29开始启动，，减速电机29的转速由变频器6控制，减速电机29带动传动带机构21运动，同时，测速器23实时检测传动带机构21的皮带运动的线速度；

（a5），当工件18经过金属检测传感器36和颜色检测传感器35后，根据金属检测传感器36和颜色检测传感器35的反馈信号来判断工件18对应的材质；

（a6），若工件18为金属材质工件，传动带机构21继续运动，同时第一旋转气缸24动作，第一旋转气缸24上的拨叉会向皮带方向转30°，工件18碰到第一旋转气缸24上的拨叉后，并其的作用下滑出皮带，并滑进第三储料槽33的底部，此时，落料检测传感器34会计数一次；若工件18为白色非金属材质工件，传动带机构21继续运动，第二旋转气缸25动作，第二旋转气缸25上的拨叉会向皮带方向转30°，工件18碰到第二旋转气缸25上的拨叉后，并其的作用下滑出皮带，并滑进第二储料槽32的底部，此时，落料检测传感器34会继续计数一次；若工件18为黑色非金属材质工件，传动带机构21继续运动，直到工件碰到传动带机构21后端部的挡料板26，工件18会在挡料板26、传动带机构21的合力作用下滑出传动带机构21，并滑进第一储料槽31的底部，此时，落料检测传感器34会继续计数一次；

（a7），重复（a3）-（a6），直到在供料机构3的供料口检测不到存在工件18的存在，此时，落料检测传感器34的累积计数与（a2）放置到供料机构3的供料盘中工件18数量相同，机器人4回到初始位置，结束传感器识别方式。

所述rfid芯片识别方式，包括以下步骤，

（b1）将三种不同类型的工件18放置到供料机构3的供料盘中；

（b2），检测供料机构3上供料口是否存在工件18，若无工件18，则启动供料机构3；若供料口存在工件18则执行（b3）；

（b3），检测到供料机构3的供料口存在工件18到位，机器人4将该工件18悬停到射频读写器9正上方，读取rfid芯片的信息，判断工件18的类型，然后将机器人4将该工件18放置到传动带机构21前端部的定位块19上；

（b4），光纤传感器37检测到工件18到位后，减速电机29开始启动，，减速电机29的转速由变频器6控制，减速电机29带动传动带机构21运动，同时，测速器23实时检测传动带机构21的皮带运动的线速度；

（b5），根据读取rfid芯片的信息，判断工件18对应的材质；

（b6），若工件18为金属材质工件，传动带机构21继续运动，同时第一旋转气缸24动作，第一旋转气缸24上的拨叉会向皮带方向转30°，工件18碰到第一旋转气缸24上的拨叉后，并其的作用下滑出皮带，并滑进第三储料槽33的底部，此时，落料检测传感器34会计数一次；若工件18为白色非金属材质工件，传动带机构21继续运动，第二旋转气缸25动作，第二旋转气缸25上的拨叉会向皮带方向转30°，工件18碰到第二旋转气缸25上的拨叉后，并其的作用下滑出皮带，并滑进第二储料槽32的底部，此时，落料检测传感器34会继续计数一次；若工件18为黑色非金属材质工件，传动带机构21继续运动，直到工件碰到传动带机构21后端部的挡料板26，工件18会在挡料板26、传动带机构21的合力作用下滑出传动带机构21，并滑进第一储料槽31的底部，此时，落料检测传感器34会继续计数一次；

（b7），重复（b3）-（b6），直到在供料机构3的供料口检测不到存在工件18的存在，此时，落料检测传感器34的累积计数与（b2）放置到供料机构3的供料盘中工件18数量相同，机器人4回到初始位置，结束rfid芯片识别方式。

本发明的自动分拣实训装方法，放置到供料机构3的供料盘中工件18数量可为15个，从15个重复动作过程中，学员能够良好掌握自动分拣实训的整个过程。

综上所述，本发明的自动分拣实训装置及方法，为了解决料盘电机堵转，损害电机的问题，将供料机构内供料盘拨杆转动改为料盘底盘转动；为了满足学校、学生对机器人的需求，将原有的气缸抓手改为工业机器人配合吸盘工作；为了降低传送带对速度要求，将直推气缸，改为旋转气缸；目前大量客户对rfid（射频识别技术）需求旺盛，所以此增加rfid识别；为了与工业环境匹配，满足职业院校对接线实训内容的需求，将主体结构进行优化，将所有元器件全部放在实训桌的桌面上，一目了然，并具有以下有优点：

（1）供料盘在调试和运行过程中，不会发生电机堵转的情况，有效保护了设备的安全；

（2）采用真实的工业机器人，与工业实际贴合紧密，通过吸盘吸附工件，效果良好；

（3）系统配置rfid（射频识别系统），体现物联网的概念；

（4）所有元器件全部放在实训桌的桌面上，一目了然，并配端子排，与工业环境匹配，满足职业院校对接线实训内容的需求；

（5）所有元器件在桌面上的位置均可调整，位置可左右互换，增加实训内容的变换性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。