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工业机器人实训室的建设与研究
发布日期:2016-12-01 10:21:22 浏览次数: 字体大小:
工业机器人实训室的建设与研究工业机器人技术已成为当今工业自动化生产的三大支柱之一,国内机器人技术及机器人应用工程也已取得了较大的发展。为适应此社会变革,培养工业机器人应用型人才已迫在眉睫。工业机器人应...
工业机器人实训室的建设与研究
工业机器人技术已成为当今工业自动化生产的三大支柱之一,国内机器人技术及机器人应用工程也已取得了较大的发展。为适应此社会变革,培养工业机器人应用型人才已迫在眉睫。
工业机器人应用需进行多门学科的综合运用,不仅要掌握基础理论知识,还要具备实践应用能力。工业机器人实训环节对于巩固学生对理论的理解,特别是培养其动手解决实际问题的创新能力至关重要。高校应充分利用现有资源,积极与校外科研所或机器人公司建立协作关系,创建工业机器人实训室,为学生提供解决实际问题及提高创新能力的机会。
在工业应用中,工业机器人主要用于包装、码垛、焊接、喷涂、切割、打磨和搬运等。为开展工业机器人应用项目的研发,并考虑到实际工业生产中最有代表性的各类机器人类型,以学校安装的由富士康科技集团提供的工业机器人FoxBotA720、A1700、S400共4台机器人为例(3台为六自由度垂直多关节机器人,1台为四自由度水平多关节机器人),实训室占地面积共150平方米左右。工业机器人实训课程可以任务为导向,采用项目式教学模式,每2—3人为一小组,每组学生一套实训设备,共需计算机25套。为在实训过程中实现教学、演示等功能,需要配置多媒体网络及相应的服务器、交换机等。同时,实训室作为学生进行开发、创新的场所,要配备工业机器人应用所需的外围设备,主要包括:
(1)末端执行装置。末端执行装置即是工业机器人的手爪,用于抓取物体。一台没有手爪的机器人将一无所成。而不同的工业用途,其手爪形式又有所不同,甚至差别很大。为方便教学和实训,我们设计制造出了几种常规、通用的手爪,分别能完成真空吸盘搬运、气动式机械手爪搬运、模拟弧焊、机盖打磨和抓取笔书写等功能。其手爪动作主要是通过外部总控柜中的PLC控制真空吸盘、吸盘的吸取弹性和气缸的推动来实现。
(2)外围电气设备。要实现工业机器人的运作,外围电气设备必不可少,主要包括:①控制、执行元件。学校常使用的执行元件主要有真空吸盘、弹性吸盘、气缸、调速阀,其控制元件主要选用了电磁阀、真空发生器、继电器、接触器、常闭按钮、常开按钮、急停开关等,其辅助设备包括空压机、过滤器、水滴分离器等。②传感器。主要用于检测信号的输入,根据用途不同,使用了各类接近开关和光电开关。③电缆。用于工业机器人外围电气、设备的线路连接,根据需求选取不同规格的电线。④控制器。外围电气设备的总控选用了三菱的PLC,放于总控柜中。
实训室所提供的电脑除操作系统外,还需安装三维建模软件,如AutoCAD、UG、SolideWorks等,用于不同专业的学生进行建模操作。由于实训室的开发是基于FoxBot工业机器人的,因此计算机安装有针对该类工业机器人所开发的仿真软件FxSim,其具体功能有:
(1)离线功能。既可在离线状态下进行编程,也可使用虚拟示教器。虚拟示教器与真实的示教器的功能完全一致,如设置I/O、设置参数、编程和调试等功能,可使所创建的机器人完全在虚拟环境下手动和自动运行。
(2)仿真功能。通过播放按钮可以控制机器人工作站的运行,使用I/O仿真器,可以对工业现场与机器人连接的I/O信号进行仿真,操作方便。
学校工业机器人实训室的总体布局如图1所示,分为授课区域、设备储存区域和实践区域。实践区域中,机器人用螺栓固定在基座上,一般不允许移动。考虑到实训过程的安全性及工业机器人独自作业时相互不干扰,4台工业机器人各自用1.8米的围栏围起来,其电气控制柜置于围栏外。围栏与地面间留有50mm左右的间隙,方便示教器的进出。在围栏正前方及两围栏之间设置有足够宽的门,方便人进出和两机器人的配合作业。进出门处安装有接近开关,其信号与工业机器人急停开关串联,工业机器人在运行过程中,人一但进入,机器人即停止运行,防止伤人。
图1 工业机器人实训室布局简图
目前,学校开设的实训项目由基础实训项目和综合实训项目组成。学生通过基实训项目熟悉工业机器人的使用后,再通过综合实训项目进行知识强化和创新能提高。基础实训项目包括:①使用示教器进行手动操作,并校正原点和完成手动刹车控制。②在指定位置新建Work坐标系及Tool坐标系。③建立数据库,通过编程和自动运行,实现固有轨迹的运行。④使用堆叠功能完成三维矩阵的运行。⑤封闭式安全区域和镶嵌式安全区域的建立。⑥通过I/O接口的控制编程和与外围电气设备的连接,实现配合作业。⑦中断指令、多任务程序的使用。
综合实训项目,学生可做教师布置的项目内容,也可自行拟定项目内容,以提高其创新能力。现已开设的综合项目有:气动方式的物料搬运、真空吸盘方式的物料码垛、任意书写绘画、手机盖的打磨、两台机器人相互配合作业、机器人与CNC机床的配合作业。另外,工业机器人属于典型的机电一体化设备,在越来越多的职业技能大赛中加入了工业机器人应用的部分。实训室除了满足实训教学需求外,还可针对各类技能大赛对学生进行定点培养。
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