一种自适应模块化的工业机器人教学实训系统及教学方法与流程

本发明涉及工业机器人教学的技术领域，尤其是涉及一种自适应模块化的工业机器人教学实训系统及使用方法。

背景技术：

随着工业机器人在各行业的广泛应用，工业机器人教育也变得越来越重要，工业机器人教学实训平台也应运而生。工业机器人教学实训平台具有很好的演示效果，同时也能够培养学生们的动手操作能力。

授权公告号为cn208061527u的中国专利公开了一种工业机器人综合实训装置，包括基础台架，基础台架上方安装有实训操作平台，实训操作平台上设置有操作面板模块、工业机器人、基础训练模块、送料模块、输送模块、码垛平台、夹具支架、模拟注塑模块、检测模块、中继端子板、电磁阀座、气源处理模块，所述送料模块为2组，2组送料模块之间并排设置两组输送模块，两组输送模块分别对接码垛平台和夹具支架，工业机器人位于码垛平台一侧，基础训练模块位于工业机器人和气源处理模块之间，气源处理模块前方依次设置电磁阀座、中继端子板、检测模块和模拟注塑模块，所述基础台架下方设置有抽屉，抽屉内安装有控制各模块的电气控制模块，抽屉下方安装有机器人控制模块。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：所有实训模块都是固定安装好的，学生无法进行自主设计和组装；每个模块的训练基本都是单独的训练某个技能或功能，很难通过多个模块的灵活组合，实现一个实训系统的搭建；复杂的结构和模块容易分散学生的注意力，在有限的教学时间内，不能够达到所要演示的效果，且复杂的结构容易出现故障，增加维修成本。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种自适应模块化的工业机器人教学实训系统及使用方法。

本发明的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：

一种自适应模块化的工业机器人教学实训系统，包括：

实训模块库：用于存放全部的实训模块；

实训操作平台：用于放置学生根据具体实训内容所选择的实训模块；

物联网传感器：设置于所述实训操作平台上，用于识别所述学生根据具体实训内容所选择的实训模块并获得识别结果；

plc控制系统：用于根据所述识别结果进行匹配相关的实训内容。

通过采用上述技术方案，将rfid技术与实训模块实现完美结合，实现实训模块硬件与软件及教学资源的自适应功能，实现远程教学，提高教学效率。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述实训模块包括六自由度工业机器人、人机交互模块、视觉检测模块、上料模块、托盘模块、传送带模块、码垛区模块、废料回收模块、快换模块、分度盘模块、颜材检测模块、tcp模拟模块和轨迹规划模块。

通过采用上述技术方案，可以进行工件加工、视觉检测，工件位置检测、电气线路设计与接线、plc编程与调试、机器人编程与调试等多方面训练。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述实训内容包括机器人的认知训练、机器人的入门及简单操作训练、机器人搬运训练、机器人码垛训练、机器人轨迹训练、工件加工训练、汽车玻璃模拟安装训练、模拟焊接训练、机器人tcp训练、机器人控制接线训练、plc编程训练、传感器的认知与了解训练、传感器应用训练、气动元件的原理及应用训练、机器人与视觉检测模块之间的通信训练以及plc控制系统与视觉检测模块之间的数据交换训练。

通过采用上述技术方案，可以进行工件加工、视觉检测，工件位置检测、电气线路设计与接线、plc编程与调试、机器人编程与调试等多方面训练，适合职业院校、技工学校自动化类相关专业《工业机器人与控制技术》、《自动化技术》等课程的实训教学，适合自动化技术人员进行工程训练及技能比赛。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述物联网传感器为复数个rfid阅读器，且所述复数个rfid阅读器间隔设置于所述实训操作平台上，以利于所述复数个rfid阅读器能够识别到放置于所述实训操作平台上的实训模块。

通过采用上述技术方案，在每个实训模块上安装rfid标签，每个标签具有唯一id号码，rfid阅读器间隔安装在所述实训操作平台上，以达到能够覆盖检测到所有放置于所述实训操作平台上的实训模块为准。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述plc控制系统包括plc控制单元、脉冲发生器以及复数个可供选择的接口模块，所述可供选择的接口模块包括漏电开关、空气开关、伺服驱动器、接触器、开关电源、继电器和插座。

通过采用上述技术方案，plc控制系统设置有可供选择的接口模块，有利于适应各种实训内容，达到更高的适配性。

本发明的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：

一种所述的自适应模块化的工业机器人教学实训系统的使用方法，所述物联网传感器识别学生在所述实训模块库中选择并放置在所述实训操作平台上的一个或多个实训模块，并将识别结果发送到所述plc控制系统进行匹配相关的实训内容。

通过采用上述技术方案，将rfid技术与实训模块实现完美结合，实现实训模块硬件与软件及教学资源的自适应功能，实现远程教学，提高教学效率。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述实训模块包括六自由度工业机器人、人机交互模块、视觉检测模块、上料模块、托盘模块、传送带模块、码垛区模块、废料回收模块、快换模块、分度盘模块、颜材检测模块、tcp模拟模块和轨迹规划模块。

通过采用上述技术方案，可以进行工件加工、视觉检测，工件位置检测、电气线路设计与接线、plc编程与调试、机器人编程与调试等多方面训练。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述实训内容包括机器人的认知训练、机器人的入门及简单操作训练、机器人搬运训练、机器人码垛训练、机器人轨迹训练、工件加工训练、汽车玻璃模拟安装训练、模拟焊接训练、机器人tcp训练、机器人控制接线训练、plc编程训练、传感器的认知与了解训练、传感器应用训练、气动元件的原理及应用训练、机器人与视觉检测模块之间的通信训练以及plc控制系统与视觉检测模块之间的数据交换训练。

通过采用上述技术方案，可以进行工件加工、视觉检测，工件位置检测、电气线路设计与接线、plc编程与调试、机器人编程与调试等多方面训练，适合职业院校、技工学校自动化类相关专业《工业机器人与控制技术》、《自动化技术》等课程的实训教学，适合自动化技术人员进行工程训练及技能比赛。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述物联网传感器为复数个rfid阅读器，且所述复数个rfid阅读器间隔设置于所述实训操作平台上，以利于所述复数个rfid阅读器能够识别到放置于所述实训操作平台上的实训模块。

通过采用上述技术方案，在每个实训模块上安装rfid标签，每个标签具有唯一id号码，rfid阅读器间隔安装在所述实训操作平台上，以达到能够覆盖检测到所有放置于所述实训操作平台上的实训模块为准。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述plc控制系统包括plc控制单元、脉冲发生器以及复数个可供选择的接口模块，所述可供选择的接口模块包括漏电开关、空气开关、伺服驱动器、接触器、开关电源、继电器和插座。

通过采用上述技术方案，plc控制系统设置有可供选择的接口模块，有利于适应各种实训内容，达到更高的适配性。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.将rfid技术与实训模块实现完美结合，实现实训模块硬件与软件及教学资源的自适应功能，实现远程教学，提高教学效率；

2.通过模块化组合，使学校不用再针对不同的生产工艺教学而采购不同的实训产品，本实训系统可以通过模块化组合的方式，实现多个生产工艺的学习，降低了成本，实现了学生的创新设计学习；

3.通过二次开发与可集成，使学生可以轻松掌握工业机器人系统与其他系统的集成对接，提高了学习效率和创新思维。

附图说明

图1是本发明自适应模块化的工业机器人教学实训系统框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1，为本发明公开的一种自适应模块化的工业机器人教学实训系统，包括：

实训模块：用于完成各种工业机器人教学实训内容；

实训模块库：用于存放全部的实训模块；

实训操作平台：用于放置学生根据具体实训内容所选择的实训模块；

物联网传感器：设置于所述实训操作平台上，用于识别所述学生根据具体实训内容所选择的实训模块并获得识别结果；

plc控制系统：用于根据所述识别结果进行匹配相关的实训内容。

一种所述的自适应模块化的工业机器人教学实训系统的使用方法，所述物联网传感器识别学生在所述实训模块库中选择并放置在所述实训操作平台上的一个或多个实训模块，并将识别结果发送到所述plc控制系统进行匹配相关的实训内容。

所述实训模块包括六自由度工业机器人、人机交互模块、视觉检测模块、上料模块、托盘模块、传送带模块、码垛区模块、废料回收模块、快换模块、分度盘模块、颜材检测模块、tcp模拟模块和轨迹规划模块。

所述实训内容包括机器人的认知训练、机器人的入门及简单操作训练、机器人搬运训练、机器人码垛训练、机器人轨迹训练、工件加工训练、汽车玻璃模拟安装训练、模拟焊接训练、机器人tcp训练、机器人控制接线训练、plc编程训练、传感器的认知与了解训练、传感器应用训练、气动元件的原理及应用训练、机器人与视觉检测模块之间的通信训练以及plc控制系统与视觉检测模块之间的数据交换训练。

物联网传感器包括射频识别（rfid）、激光扫描器等信息传感设备，在本实施例，所述物联网传感器为复数个rfid阅读器，且所述复数个rfid阅读器间隔设置于所述实训操作平台上，以利于所述复数个rfid阅读器能够识别到放置于所述实训操作平台上的实训模块，每个实训模块上都设置有rfid标签。

所述plc控制系统包括plc控制单元、脉冲发生器以及复数个可供选择的接口模块，所述可供选择的接口模块包括漏电开关、空气开关、伺服驱动器、接触器、开关电源、继电器和插座。

在初始阶段，只有一个实训操作平台，没有任何实训模块。学生训练时，可以在实训模块库根据个人的能力和基础，选择具体要学习哪些模块，选择好以后，将实训模块自行灵活安装到实训操作平台上，此时，rfid检测器会自动检测到实训模块上面的rfid标签，自动在plc控制系统上进行匹配相关的教学内容，从而实现本实训系统的自适应功能。

每个实训模块均可以单独进行训练和学习，但学生可以根据自己的需求，选取多个实训模块进行灵活组合。

例如，工件加工训练：选取六自由度工业机器人、上料模块、传送带模块、视觉检测模块、废料回收模块、颜材检测模块、码垛区模块和快换模块放置在实训操作平台上；物联网传感器识别这些实训模块，并将识别结果发送到plc控制系统进行匹配为工件加工训练。通过上料模块向传送带模块上料，传送带模块中的输送带将工件输送到视觉检测模块的位置；六自由度工业机器人（abbirb1200）触发视觉检测模块（康耐视视觉系统）检测工件是否合格，并获取工件所在位置的坐标和角度；六自由度工业机器人通过坐标和角度抓取工件，不合格工件直接放置到废料回收模块，合格工件利用颜材检测模块（包括颜色传感器和称重装置）进行颜色和称重检测，根据重量检测是否合格，不合格按不同属性放置在不同的废料回收模块；合格的工件进行加工，加工完成后按不同的工件放置不同的仓库（例如，可以放置在码垛区模块中）。

汽车玻璃模拟安装训练：选取六自由度工业机器人、上料模块、托盘模块（、前后车窗玻璃、汽车模型）、视觉检测模块、废料回收模块、分度盘模块、码垛区模块和快换模块放置在实训操作平台上；物联网传感器识别这些实训模块，并将识别结果发送到plc控制系统进行匹配为汽车玻璃模拟安装训练。上料模块将存放前后车窗玻璃的托盘模块输送至视觉检测模块的位置，六自由度工业机器人触发视觉检测模块，检测托盘模块中是否有车窗玻璃，如果没有直接将托盘抓取放置在废料回收模块中；如果托盘中存放了车窗玻璃，视觉检测模块判断当前托盘模块中存放的是前窗玻璃还是后窗玻璃，把前后车窗玻璃按照指定的位置存放（例如，可以放置在码垛区模块中）；六自由度工业机器人换取点胶枪（快换模块中的一种）并控制点胶枪沿着车窗玻璃的边框进行涂胶（模拟）；涂胶完成后换取吸盘夹具（快换模块中的一种），通过吸盘夹具将前窗玻璃安装到汽车模型上，后车窗玻璃与前车窗玻璃一样；前后车窗玻璃安装完成后机器人给plc信号，plc控制分度盘转90度，然后安装下一台汽车模型；重复以上动作直至安装完成。

模拟焊接训练：六自由度工业机器人将抓取三爪夹具（快换模块中的一种），通过三爪夹具抓取描绘笔；六自由度工业机器人沿着焊接圆盘的轨迹进行模拟焊接，焊接完一边后分度盘旋转180度；旋转完成后六自由度工业机器人将继续模拟焊接圆盘的另一边；焊接完成后圆盘转90度，再点焊；焊接完成圆盘回到初始位置。

因此，本发明具有模块化组合学习的功能。

每个实训模块均具有开放的接口，不同实训模块之间可以进行二次集成的同时，也可以跟外部的数控机床、手机终端等进行二次开发与集成，实现更多功能的学习和应用。因此，本发明具有良好的二次开发和可集成性。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。