JGR-RZ02 型 工業(yè)機器人認知與編程實訓系統(tǒng)

一、設(shè)備概述

該工作站由一套透明工業(yè)六軸機器人、西門子 PLC 與觸摸屏為主的電氣模塊、機器人功能實訓模塊、觸摸顯示屏、高檔鋁合金桌體組成，設(shè)備全部采用工業(yè)標準電氣設(shè)備進行安裝生產(chǎn)且為當今自動化主流設(shè)備，該設(shè)備能完成由現(xiàn)實工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒�學生學習的高仿真度的現(xiàn)場工作環(huán)境，培養(yǎng)學生的認知能力及學習能力，使學生一進入該領(lǐng)域即可快速適應(yīng)現(xiàn)實中的生產(chǎn)物流環(huán)節(jié)，提高學生的競爭力。

本實訓裝置 / 設(shè)備適合本科院校、高職院校、職業(yè)學校的工業(yè)機器人技術(shù)應(yīng)用、機電設(shè)備安裝與維修、機電技術(shù)應(yīng)用、電氣運行與控制、電氣技術(shù)應(yīng)用、電子電器應(yīng)用與維修等專業(yè)和《可編程控制器技術(shù)》、《電氣及 PLC 控制技術(shù)》、《 PLC 及其應(yīng)用》、《工業(yè)機器人技術(shù)》等課程的實訓教學。

二、技術(shù)參數(shù)

1 、輸入電源： AC 220V ± 10% 50HZ

2 、輸入功率：≤ 3kw

3 、工作環(huán)境： 1 ） 溫度： -10 ℃～ +40 ℃

2 ） 相對濕度：≤ 90% （ +20 ℃）

3 ）海拔高度：≤ 4000m

4 ）空氣清潔，無腐蝕性及爆炸性氣體，無導電及能破壞絕緣的塵埃

4 、設(shè)備重量 : ≈ 260kg

5 、本質(zhì)安全：具有接地保護、漏電保護功能，安全性符合相關(guān)的國家標準。采用高絕緣的安全型插座及帶絕緣護套的高強度安全型實驗導線。

6 、機器人工作空間

三、機器人本體全透明

機器人本體結(jié)構(gòu)件采用高強度透明材料加工而成，拆裝時內(nèi)外結(jié)構(gòu)清晰可見，直觀展示機器人內(nèi)部傳動結(jié)構(gòu)及內(nèi)部走線，透明結(jié)構(gòu)件連接螺紋部分采用特殊工藝做加強處理，可反復拆裝，耐用性良好。形式新穎，學習效果尤其良好。

僅供參考、以實物為準

四、展開式工業(yè)機器人控制臺

控制系統(tǒng)展示臺由控制系統(tǒng)面板、展示桌體、示教器組成，面板可旋轉(zhuǎn)立起，由氣動推桿撐起，方便學生對面板進行操作。

展開式工業(yè)機器人控制臺是控制柜展開的形式。設(shè)備內(nèi)部裝有腳踏板可控制面板抬起角度，面板正上方有一根長橫桿用以把控抬起的位置。

控制柜面板由接口面板、制動電阻、 12V 開關(guān)電源、 24V 開關(guān)電源、伺服驅(qū)動器、 IO 轉(zhuǎn)接板、 IO 信號板和總線型工業(yè)機器人運動控制器組成，各模塊間采用線槽形式走線。運動控制器具有 RS485 、 USB 、 Ethernet 、 VGA 、數(shù)字量模擬量等通訊接口，能滿足教學、科研場景下與不同外部模塊的通訊要求（支持視覺模塊應(yīng)用）。

五、實訓模塊介紹

運動指令·坐標系訓練模塊

圖 1 運動指令·坐標系訓練模塊

該模塊采用激光描繪圖案，完成圓弧、直線、 B 樣條曲線等基本運動指令的訓練，同時可借助能任意調(diào)整角度的訓練板進行工件坐標系標定訓練，此外，模塊還設(shè)置了專用的工具標定尖供使用者完成工具坐標系的標定訓練。

末端快換夾具模塊

圖 2 末端快換夾具模塊

該模塊設(shè)置了兩組末端快換夾具，可供使用者練習精密的工業(yè)機器人快換夾具更換操作，學習末端快換夾具的機械、電路及氣路連接原理。

自落重力供料模塊

圖 3 自落重力供料模塊

該模塊設(shè)置了 4 條重力自落滑道，可實現(xiàn)方形、矩形、圓形等物料塊的自動供料，并設(shè)置了缺料指示燈，功能穩(wěn)定、外形美觀。

搬運·碼垛訓練模塊

圖 4 搬運·碼垛訓練模塊

該模塊設(shè)置了物料碼垛區(qū)及搬運固定位置放置區(qū)，使用者在碼垛區(qū)可進行不同垛型的碼垛訓練，可進行方形、矩形、圓形物料的固定位置搬運訓練。

顏色識別模塊

圖 5 顏色識別模塊

該模塊采用高精度顏色傳感器，可對待檢物料的顏色進行識別，模塊自帶的指示燈可同時顯示物塊相應(yīng)物塊的顏色。

旋轉(zhuǎn)料倉訓練模塊

圖 6 旋轉(zhuǎn)料倉訓練模塊

該模塊共設(shè)置 12 個圓形物料放置槽，每個槽底設(shè)置 LED 指示燈，圓盤旋轉(zhuǎn)有步進電機驅(qū)動，使用者可借助這個模塊學習步進電機使用、 PLC 系統(tǒng)與機器人系統(tǒng)協(xié)同工作等內(nèi)容。

在工作站中，可通過對以上不同功能實訓模塊的組合使用，完成多個復雜的工業(yè)機器人實訓任務(wù)，比較典型的有工業(yè)機器人軌跡激光描繪任務(wù)，工業(yè)機器人物料碼垛任務(wù)、工業(yè)機器人物料搬運任務(wù)，及工業(yè)機器人多色物塊分揀任務(wù)等，使用者也可自由組合模塊設(shè)置機器人實訓任務(wù)。

五、配套軟件及管理系統(tǒng)

（一）云智能實驗室安全管理系統(tǒng)

本平臺將 無線傳輸 、信息處理等 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 應(yīng)用用于自動化遠程控制。設(shè)備端運行狀態(tài)、數(shù)據(jù)參數(shù)等上傳至云平臺。 物聯(lián)網(wǎng) 系統(tǒng)的傳感層、傳輸層和應(yīng)用層關(guān)聯(lián)掌握數(shù)據(jù)與分析數(shù)據(jù)。

、; ★電壓、電流等模擬量數(shù)據(jù)顯示

、; 輸入開關(guān)監(jiān)控，輸出開關(guān)等數(shù)字量控制。

、; ★遠程控制啟停狀態(tài)，給定輸出電壓值的。

、; 顯示輸入輸出電壓值的歷史數(shù)據(jù)

、; 可按照日期、日間進行查詢歷史數(shù)進行查詢。

、; ★報警信號為 PLC 主機模擬量采集數(shù)值或者開關(guān)量可以自由設(shè)定，如當模擬量輸入超過設(shè)定電壓時產(chǎn)生報警，通過物聯(lián)網(wǎng)自動化應(yīng)用軟件將報警信號上傳到云平臺，通過云平臺向設(shè)置的終端推送報警信號，每臺設(shè)備可對應(yīng)多個終端設(shè)備。

、; ★通過手機端可以實現(xiàn)遠程控制 PLC 的輸出及監(jiān)視 PLC 的輸入狀態(tài)變化。

、; 數(shù)據(jù)顯示畫面：畫面顯示輸入電壓數(shù)值，輸出電壓監(jiān)控，開關(guān)狀態(tài)輸入，開關(guān)控制輸出，以及云端連接二維碼。

、; 聯(lián)網(wǎng)設(shè)置界面：設(shè)置現(xiàn)場數(shù)據(jù)連接云平臺后臺數(shù)據(jù)庫管理。

（二） 智能制造生產(chǎn)線虛擬仿真系統(tǒng)軟件 ：

（ 1 ）仿真系統(tǒng)支持 ABB 、 KUKA ， Fanuc 、安川、新松、埃夫特、廣州數(shù)控、熊貓、斯陶比爾、 UR （優(yōu)傲）、傲博等多種機器人，提供 50 種以上的各 品牌機器人模型和大量生產(chǎn)線組件庫；

（ 2 ）支持多種格式的三維 CAD 模型，可導入擴展名為 step 、 igs 、 stl 等格式；

（ 3 ）可通過導入 CAD 模型快速生成運動組件，并對組件特征樹進行操作和修改 ;

（ 4 ）支持關(guān)節(jié)型機器人、 Delta （空間三自由度并聯(lián)機構(gòu)機器人）、 SCARA （平面關(guān)節(jié)型機器人）、直角坐標等各種結(jié)構(gòu)的機器人；

（ 5 ）允許通過專用的模板和程序語言定制各種機器人和自動化工具的運動控制。算法支持包含 3-5 軸的通用機床、 3-6 個旋轉(zhuǎn)軸的串聯(lián)，并聯(lián)，雙臂， AGV 小車，等機器人及生產(chǎn)線上對應(yīng)的工裝夾具，傳送帶，變位機，導軌等輔助設(shè)備；

（ 6 ）提供工業(yè)機器人虛擬教學模塊，能夠通過虛擬示教器對機器人的手動操作以及程序代碼的自動運行，也能直連客戶指定的實際示教器；

（ 7 ）提供強大的 API 功能支持，允許開展大量機器人機構(gòu)的自動化應(yīng)用�？蛇M行仿真和應(yīng)用于程序機器人取放物體和應(yīng)用于復雜的多機器人同步運動等；

（ 8 ）包含豐富的軌跡調(diào)整優(yōu)化工具包，如碰撞檢查、工業(yè)機器人可達性、姿態(tài)奇異點、軸超限等；

（ 9 ）支持多機器人同步運動仿真，能夠?qū)崿F(xiàn) 5 個及以上機器人與外部軸的同步 運動；

（ 10 ）具有自動 化生產(chǎn)線仿真功能，包含碼垛機、 AGV 小車、串聯(lián)機器人在內(nèi)的功能模塊；

（ 11 ）真實的模擬效果（如焊接火花效果、噴漆上色效果、雕刻效果）；

（ 12 ）提供多視角的觀察，并可實現(xiàn)運動視角鏡頭追蹤；

（ 13 ）支持虛擬傳感器的建模與仿真，支持視覺，激光距離，力傳感等傳感器的仿真，效果接近真實傳感器的效果；

（ 14 ）場景中的物理實體具有真實世界中的物體的物理效果，可以進行碰撞檢測并具備剛體運動的效果，具備設(shè)置重力，摩擦系數(shù)等參數(shù)能力，并能根據(jù)這些參數(shù)模擬物體的真實運動效果，用戶可以按照真實世界中的邏輯對場景進行建模，減少了建模的復雜性。

（ 15 ）具有離線編程功能，支持 ABB ，三菱， Fanuc ，安川，川崎等品牌機器人的代碼；

（ 16 ）可生成仿真運動視頻（ AVI 或者 Mp4 格式）并導出。

（三） PLC 控制編程仿真軟件

1 、軟件特點：

（ 1 ）軟件以 PLC 為原型，實現(xiàn)基本指令、應(yīng)用指令以及順序控制指令的仿真模擬。

（ 2 ）軟件通過實訓要求，了解實訓目的和控制要求。

（ 3 ）實訓器件采用三維仿真實物組件，讓學生了解控制實驗中所需的元件。

（ 4 ）通過器件庫，學生可進行器件布局，對各控制回路進行模擬接線。

（ 5 ）通過 I/O 分配布置，將鼠標移到 I/O 分配地址資源相應(yīng)部分能查看到相對應(yīng)的實物。

（ 6 ）通過符號庫，選擇正確的符號放置有 T 型圖正確位置，實現(xiàn)接線仿真。

（ 7 ）在原理圖中進行模擬仿真連接電路，按步驟連接正確后才能進行下一條的接線操作。

（ 8 ）接線完成實現(xiàn)通電運行，通過鼠標進行上電運行，軟件會以動畫形式進行動作演示。

2 、軟件仿真項目

（ 1 ）雙面銑床控制

（ 2 ）工業(yè)洗衣機控制

（ 3 ）皮帶運輸線控制

（ 4 ）電鍍生產(chǎn)線控制

（ 5 ）運料小車控制

（ 6 ）音樂噴泉控制

（ 7 ）簡易機械手控制

（ 8 ）大小球傳送裝置控制

（ 9 ）循環(huán)彩燈控制

（ 10 ）停車場車位控制

（ 11 ）小推車控制

（ 12 ）三層電梯控制

（ 13 ）電動機啟�？刂�

（ 14 ）電動機正反轉(zhuǎn)控制

（ 15 ）電動機循環(huán)正反轉(zhuǎn)控制

（ 16 ）可逆運行反接制動控制

（ 17 ）三速電機控制

（ 18 ）星角降壓啟動控制

（ 19 ）數(shù)碼管點亮控制

（ 20 ）交通燈控制

（ 21 ）恒壓供水系統(tǒng)控制

（四）電氣控制技能實訓仿真軟件

（ 1 ）應(yīng)適用于電氣控制及電工培訓，仿真軟件應(yīng)收集有電拖專業(yè)里最基礎(chǔ)、最重要的 18 種電路，電動機反接制動控制電路、三相電動機機械制動控制電路、時間繼電器自動控制電動機 Y- Δ降壓起動電路、接觸器自動控制電動機 Y- Δ降壓起動電路、自耦補償控制的電動機降壓起動控制電路、生產(chǎn)機械行程控制電路、雙重聯(lián)鎖電動機可逆控制電路、有過載保護的電動機單向運轉(zhuǎn)電氣控制電路、直流電動機的正反轉(zhuǎn)控制電路、直流電動機的制動控制電路、直流電動機調(diào)速控制電路、鉆床電氣控制電路、平面磨床控制電路、車床電氣控制電路、繞線式電動機運轉(zhuǎn)控制電路、電動葫蘆控制電路、接觸器控制的雙速電動機調(diào)速電路、能耗制控制電路。每種線路分為元件結(jié)構(gòu)、原理分析、實際接線、課堂練習四大模塊。軟件還包括安全用電常識，常用電工工具，常用導線連接，手工焊接工藝等；電工儀表：包括萬能表，電能表，鉗型電流表，直流電橋，配電板等；電機與變壓器：包括三相異步電動機，單機異步電動機，伺服電機，步進電機，直流電機等；低壓電器；包括交流接觸器：繼電器，低壓斷路器，熔斷器，起動器，主令電器等；照明電路安裝：包括熒光燈，兩地控制燈。軟件形式上有多媒體演示動畫課件和自學型交互課件，視頻部分在大型的一流企業(yè)實景拍攝，所使用的設(shè)備與工藝流程，皆為生產(chǎn)車間現(xiàn)在正在使用的生產(chǎn)技術(shù)。情景模擬軟件支持多媒體播放，讓你切身實際的感受儀器的使用方法、注意事項，能夠身臨其境地感受到操作儀器的逼真效果。

（五）教學課件資源

1 、工業(yè)機器人課程資源

、; 工業(yè)機器人的概述：工業(yè)機器人的定義、發(fā)展與應(yīng)用、基本組成及技術(shù)參數(shù)、工業(yè)機器人的分類；

、; 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)：工業(yè)機器人的 1 軸結(jié)構(gòu)、工業(yè)機器人的 2 軸結(jié)構(gòu)、工業(yè)機器人的 3 軸結(jié)構(gòu)、工業(yè)機器人的 4 軸結(jié)構(gòu)、工業(yè)機器人的 5 軸結(jié)構(gòu)、工業(yè)機器人的 6 軸結(jié)構(gòu)、工業(yè)機器人的機身結(jié)構(gòu)、工業(yè)機器人的行走結(jié)構(gòu)、工業(yè)機器人的驅(qū)動裝置和傳動單元；

、; 工業(yè)機器人的運動學與動力學：工業(yè)機器人的連桿參數(shù)和齊次坐標變換矩陣。

、; 工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)：工業(yè)機器人控制裝置、工業(yè)機器人驅(qū)動裝置、工業(yè)機器人檢測裝置；

、; 工業(yè)機器人的編程：工業(yè)機器人的編程方式、工業(yè)機器人的示教編程、工業(yè)機器人的編程語言、工業(yè)機器人的語言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本功能、常用工業(yè)機器人編程語言、工業(yè)機器人的離線編程、工業(yè)機器人的離線編程仿真軟件及編程示例；

、; 工業(yè)機器人的典型應(yīng)用：焊接機器人的應(yīng)用、搬運機器人的應(yīng)用、碼垛機器人的應(yīng)用、涂裝機器人的應(yīng)用、裝配機器人的應(yīng)用；

、; 提供汽車生產(chǎn)線工業(yè)機器人應(yīng)用的高清視頻。

2 、 PLC 編程教學課件資源

（ 1 ） S7-1200PLC 的認知： S7-1200PLC 簡介、 S7-1200PLC 工作原理及運行模式、 S7-1200PLC 特點、 S7-1200PLC 擴展功能、 PLC 應(yīng)用技術(shù)人才培養(yǎng)；

（ 2 ） TIA 博圖軟件的使用： TIA 博圖集成軟件開發(fā)平臺、 TIA 博圖集成軟件簡介、入門實例；

（ 3 ）控制單元的程序設(shè)計、指令編寫、硬件選型和設(shè)計、課后思考與練習等內(nèi)容。模塊至少包括：八路搶答器、三相異步電機的星三角降壓啟動、運料小車往返控制、十字路口交通燈的控制、電動機組的啟�？刂�、 HMI 控制液體混合、 G120 變頻器的電機控制。

（ 4 ）小型自動化生產(chǎn)線的設(shè)計

課件資源具有產(chǎn)品的搬運、檢測和傳輸分揀功能，整個系統(tǒng)由送料單元、機械手搬運單元、步進電機多點定位輸送單元和傳送帶輸送分揀單元等組成。具體的項目設(shè)計要求如下：

1 ）本設(shè)計的要求使用通過觸摸屏與控制臺按鈕操作，控制生產(chǎn)線的自動運行。生產(chǎn)線通電以后，系統(tǒng)自行檢測初始狀態(tài)是否滿足運行條件，如不滿足則自行復位或手動調(diào)整，若滿足則觸摸屏顯示準備就緒；

2 ）在準備就緒的情況下，按下啟動按鈕，生產(chǎn)線開始按順序運行，供料單元開始工作，電機驅(qū)動轉(zhuǎn)盤將工件送到物料臺上；電機運行 10 秒后，若物料臺光電開關(guān)沒有檢測到物料，說明已沒有物料，開始報警；若檢測到物料，則一號搬運機械手開始動作；

3 ）物料臺有料，一號機械手臂伸出并下降夾取工件，夾取到工件后機械手上升縮回并旋轉(zhuǎn)到右側(cè)限位；然后機械手伸出下降將工件放到步進電機輸送單元的供料臺上，一號搬運機械手恢復到初始狀態(tài)，等待下一次運行；

4 ）當步進電機輸送單元傳感器檢測到供料臺工件后，步進電機前往高度檢測單元進行檢測；到達后通過超聲波傳感器進行高度檢測，檢測完畢后；步進電機運行到二號搬運機械手位置；

5 ）到達二號搬運機械手位置后；二號搬運機械手伸出、爪夾取工件，機架臺上升，旋轉(zhuǎn)到右限位，伸出手臂，機架臺下降，手爪放松，將工件放到傳送帶上，同時二號搬運機械手復位；

6 ）當傳送帶單元傳感器檢測到工件時，傳送帶開始工作，根據(jù)工件的顏色、材料進行分揀；分揀結(jié)束后，供料臺回到供料位置，等待下一次運行。

（ 5 ）用戶手冊：包括與 S7-1200 、有關(guān)硬件、軟件和通信的手冊，數(shù)量不少于二十多種。

★課件資源提供詳細的配件實物圖片及參數(shù)功能介紹、硬件組成圖解、程序指令、程序設(shè)計、氣動原理圖、電氣原理圖、硬件組態(tài)等，圖文并茂。

六、實訓項目

1 、硬件的安裝與調(diào)試

（ 1 ）工業(yè)機器人底座的安裝與調(diào)試技術(shù)

（ 2 ）工業(yè)機器人安裝與調(diào)試技術(shù)

（ 3 ）工業(yè)機器人自動換夾具安裝與調(diào)試技術(shù)

（ 4 ）機器人實訓模塊的安裝與調(diào)試

2 、電氣安裝與調(diào)試

（ 1 ）工業(yè)機器人本體與控制器之間的電氣連接與調(diào)試技術(shù)

（ 2 ）工業(yè)機器控制器和 PLC 之間電氣連接與調(diào)試技術(shù)

（ 3 ）工業(yè)機器人夾具電氣連接與調(diào)試技術(shù)

3 、編程調(diào)試和應(yīng)用

（ 1 ）工業(yè)機器人通過示教器對工業(yè)機器人的運作過程調(diào)試

（ 2 ）通過計算機軟件對工業(yè)機器人的運作過程調(diào)試

（ 3 ）機器人控制數(shù)據(jù)庫的建立和應(yīng)用

（ 4 ）工業(yè)機器人搬運程序的編寫與調(diào)試

（ 5 ）工業(yè)機器人軌跡程序的編寫與調(diào)試

（ 6 ）工業(yè)機器人碼垛程序的編寫與調(diào)試

（ 7 ）工業(yè)機器人分揀程序的編寫與調(diào)試

（ 8 ）工業(yè)機器人工具、工件坐標系的標定

（ 9 ）可編程控制器程序的編寫和設(shè)計

4 、設(shè)備的維護和保養(yǎng)

（ 1 ）能夠按照機器人操作規(guī)程對機器人進行安全檢查

（ 2 ）根據(jù)系統(tǒng)的異常，機械故障進行簡單的維修和保養(yǎng)

（ 3 ）工業(yè)機器人的日、周、月檢查與維護

六、主要零件配置清單