TC-IJQ-B型中级机器人实训系统

一、设备概述：

1、随着社会对人才需求的发展，我们的教学方式也希望能提供比较多的系统的工程应用训练和工程创新训练，同时渴望探索寻求新的教学方法，开发新的课程体系，以培养高素质，强实践能力，受企业欢迎的毕业生。在探索新的教学方法，课程体系的时候，我们考虑寻找一个能进行综合系统的创新实践的平台。

2、机器人是非常典型的机电一体化系统，它融合了机械、电子、传感器、计算机软硬件、控制、人工智能和造型技术等众多的先进技术，是高等学校开展工程训练、教学实验、课外创新活动和科研最为理想的平台。机器人创新实训室的建设可以为学生和教师提供一个综合的创新教育平台和教学研究平台，引导学生进行单片机和微控制器、数字电子和模拟电子、数字逻辑、检测技术与传感器、工业控制、机器人学等课程的学习和实践，并通过采用系统的方法对实验教学内容、方法和手段进行创新，使学生既能了解基本原理，又能了解实际的测控方法和对象，理论联系实际，科学主导工程；提高学生的创新能力和动手能力，提升整个专业的教学水平，广泛性的激发学习者的兴趣和激情。同时为学校参加中国大学机器人电视大赛和中国机器人大赛等提供硬件和软件支持，使学生能够广泛适用于机电一体化、电气工程、自动化工程等方向的就业需求，同时满足高校专业教学实验和科学研究的要求。 

3、因此，采用机器人作为机电、自动化、计算机、检测与控制技术的教学实验平台是各相关工程专业的最佳选择，这就是我们建设专业机器人创新实训设备的目的和动因。

二、技术指标：

1.供电电源：AC220V  50HZ/60HZ 单相三线制，采用安全护套端子；

2.电源控制：自动空气开关通断电源，有短路保护、漏电保护、过载保护、急停保护装置等；

3.输出电源：直流稳压电源：24V/3A，具有限流型短路软保护和自恢复功能；

4.工作环境：温度-10℃－+40℃    相对湿度<85％（25℃）  海拔<4000m；

5.整机容量：≤5KVA。

三、设备简介：

3.1设备组成：

模块化柔性生产制造系统可完成三种料块的供料、抓取、工件冲压、组装、搬运、再分类储存等一系列的动作，本模块化柔性生产制造系统能锻炼学生系统思维的能力，强化学生动手、动脑，“真刀实枪”地完成各工作站机械组装、气动元件的组装、电器元件的安装、电路接线、工业机器人编程定位、PLC编程技术、传感器技术、电子技术的各项技术在专业领域的应用。

3.2设备指标：

1．设备包含智能控制器、供料搬运单元、冲压单元、装配单元、工业机器人码垛搬运单元，该设备采用模块化接口，可以快速安装。

2．ABB六轴工业机器人技术指标（可更换不同品牌的机器人）：

工业机器人参数规格:

工作范围：580mm；

有效荷重：3kg；

自由度：6轴；

集成信号源：10路；

集成气源：4路；

重复定位精度：0.01mm；

防护等级：IP30；

轴1旋转工作范围  +165°～-165°最大速度250°/s；

轴2手臂工作范围  +110°～-110°最大速度250°/s；

轴3手臂作范围  +70°～-90°最大速度250°/s；

轴4手腕工作范围  +160°～-160°最大速度320°/s；

轴5弯曲工作范围  +120°～-120°最大速度320°/s；

轴6翻转工作范围  +400°～-400°最大速度420°/s；

1kg拾料节拍：25×300×25mm；

0.58TCP最大速度: 6.2m/s；

TCP最大加速度  28m/s；

加速时间0-1m/s，0.07s；

电源电压：200-600V，50/60Hz；

变压器额定功率：3.0kVA；功耗：0.25kW；

机器人底座尺寸：180×180mm；

机器高度700mm；机器人重量：25kg；

外配有DeviceNet模块。

3．实训台：台体需采用优质钢板制作，钢板厚度不低于1.2mm，表面喷涂处理，台面采用特殊模具的铝基板，模块可以在基板上自由摆放并快速固定。实训台能够方便移动和快速定位。

4．供料单元模块组成：

1）供料单元：采用井式送料，外形尺寸： 450*790*1103mm（L*W*H）。 包含台体、料筒、供料机构、电磁阀组、电动位置控制器及执行器、气手指、废料槽、气源处理器、PLC控制器等。

2）电动位置控制器及执行器：步数64点，可手动调节距离，编程采用电脑，示教器，和面板三种方式。最大行程800mm,最大速度:2000mm/s,重复定位精度±0.1mm,搬运重量5KG，伺服驱动品牌为国际知名品牌。

3）PLC控制器1200：集成的 PROFINET 接口用于编程、HMI 通信和 PLC 间的通信。此外它还通过开放的以太网协议支持与第三方设备的通信。该接口带一个具有自动交叉网线（auto-cross-over）功能的 RJ45 连接器，提供 10/100Mbit/s 的数据传输速率，支持：高速输入：SIMATIC S7-1200 控制器带有多达6个高速计数器。其中 3 个输入为 100 kHz，3个输入为 30 kHz，用于计数和测量。高速输出：SIMATIC S7-1200 控制器集成了四个100 kHz 的高速脉冲输出，用于步进电机或伺服驱动器的速度和位置控制。（使用 PLCopen 运动控制指令）这四个输出都可以输出脉宽调制信号来控制电机速度、阀位置或加热元件的占空比。

5．冲压单元模块组成：

1）冲压单元：外形尺寸： 500*790*1200mm（L*W*H），包含台体、传输皮带、挡料气缸、推料气缸、冲压气缸、标签气缸、气源处理器、可编程控制器、中间继电器、传感器。

2）PLC控制器：22输入，18输出，

6．装配单元模块组成：

1）装配单元：外形尺寸：450*790*1170mm（L*W*H），包含台体、盖体连续分拣取样机构、装配机械手、气源处理器、可编程控制器、中间继电器、传感器等；

2）盖体连续分拣取样机构：包含两套皮带传送机构；

3）装配机械手： 3个自由度，伸缩半径不小于100mm，升降半径不小于80mm；

4）PLC控制器： 22输入，18输出，

7．工业机器人码垛搬运单元模块组成：

1）工业机器人码垛搬运单元：外形尺寸：450*790*1200mm（L*W*H），包含台体、IRB120机器人、气动机械手、绿色环保材质物料存贮架；

2）机器人夹具，可支持至少两种料块的抓取任务；

3）7寸触摸屏，支持与PLC的通信；

4）PLC控制器：22输入，18输出，

3.3设备功能：

1．供料单元：

1）供料搬运站的主要功能是把料仓内合格的工件按顺序供给,不合格的工作放于废料槽内，是整个系统的第一站也是整个工作中最基础的模块。

2）工作流程：

供料气缸伸出→推出料块→料块到位→电动执行器左移至料块抓取位置→垂直气缸下降→下降到位→气手指抓取→抓取到位→垂直气缸上升→上升到位→电动执行器右移至放料位置→垂直气缸下降→下降到位→气手指松开→垂直气缸上升→等待下次供料。

2．冲压单元：

1）冲压站的主要功能是把毛坯件冲压成特定形状（标签），并把标签放入料块内，然后通过皮带运输至下一站。

2）工作流程：

当上一站送来工件时→皮带运行→挡料气缸动作→冲压系统中挡料气缸抬起→推料气缸推出→冲压气缸下降→标签气缸吹气→挡料气缸、推料气缸、标签气缸复位→皮带带动料块输送到第三站→等待下次供料。

3．装配单元：

1）装配站的主要功能是把装有标签的料块盖上盖子，盖子颜色根据料块颜色自动选择，然后通过皮带运输至下一站。

2）工作流程：

当上一站送来工件时→皮带运行→检测工件颜色→挡料气缸动作→根据工件颜色选择盖子颜色→伸缩气缸伸出→垂直气缸下降→吸盘吸附→垂直气缸上升→伸缩气缸缩回→垂直气缸下降→吸盘释放→垂直气缸上升→皮带带动料块输送到下一站→等待下次供料。

4．工业机器人码垛搬运单元：

1）工业机器人码垛搬运单元的主要功能把不同的工件码放在相对应的存储仓上。

2）工作流程：

当上一站送来工件时→机械手运行→按照工件颜色将工件码放在码盘上→等待下次供料。

3）机器人使用寿命内，需要使用机器人离线软件进行实时程序、IO、机器人3D动态动作的监控；

4）具备远程机器人系统备份与恢复功能；

5）具备自动工具重量与载荷检测设定功能；

6）提供基于VB和C#的二次开发功能；

7）机器人具备全寿命保养自动维护检测系统功能；

8）机器人具备运动轨迹实时微调功能；

9）自带IO自定义可编程按钮；

10）具备3D实时舒适摇杆手动操作系统；

11）对终身机器人系统功能进行升级；

12）支持RAPID编程语言规范，并直接解释执行；

13）机器人控制系统原配固态存储器容量不得低于1G，并支持USB扩展为副存储器；

14）机器人控制系统必须支持运行ROBOTWARE6.0以上的版本；

15）机器人能够利用RobotStudio软件进行离线编程和仿真。

3.4生产管理软件：

生产制造执行系统MES是处于计划层和现场自动化系统之间的执行层，通过MES在MPS自动生产性中的实际应用，培养学生对MES理念的认识，了解它的功能模型；以及MES与上层管理系统及现场自动化系统之间的关系，熟悉MES系统的典型结构。

MES实现从入库、派工、报工、出场及设备状态全程追溯，满足企业在制品管理、质量控管、设备整合与管 理、问题追溯分析、生产车间实时数据采集等关键需求，进而帮助企业做出更准确的生产管理决策，以因 应市场的瞬息万变，降低决策风险降低企业的营运成本。

3.5 MCD机电设备虚拟调试软件：

MCD机电设备虚拟调试软件是在自动化设备的研究开发中具有重要作用,是当前自动化研究领域中最新的研究方向之一.本系统利用具有CAD/CAE功能的三维软件NX,它是集知识性、经验性和实践性于一体的高科技产品。它可以对MPS的工位的运动状况、物料的运输过程、物料的加工过程、物料的装配过程等各个方面进行仿真，模拟真实的工作环境。并根据给定参考点轨迹及运动方式进行实时、动态的显示MPS的工作过程.能够准确的提前反映出设备在运行过程中会出现的机械问题。

MCD和自动化系统之间信息的集成应用： 机电设备的数字化原型设计和虚拟仿真调试方法。我们可以方便的用设备的数字化原型，通过OPC DA和真实的PLC进行仿真，验证。

MCD机电设备虚拟调试软件可以不用等设备制造出来以后，再进行控制软件的调试，设计阶段在软件环境中就可以验证设备硬件结构，软件逻辑的合理性。这样就能尽可能地避免设备生产出来才发现无法满足实际要求的情况。

在研发的需求阶段建立需求模型，概念设计阶段建立机电一体化的功能模型，概念设计阶段包括系统的机械零件、传感器和制动器以及运动。在详细设计阶段根据功能模型形成产品的装配、软件、布局模型。不仅可以提前进入详细设计阶段，而且大大地提高了详细设计阶段机械结构、气动、液压、电气、自动化工程等各学科的并行程度。

3.6 机器人离线仿真软件：

提供机器人离线仿真软件以及相关工具软件，实训室配置多媒体设备，便于演示操作。配置讨论区和上机演示区，可方便实施理实一体化教学。实训室配备实训室管理软件，可方便教师机监控、演示、传送文件。

通过使用机器人离线仿真软件对实训项目的操作练习，学习工业机器人应用的相关理论知识，训练学生对工业机器人系统搭建、程序的编写、安全操作规程等技术和技能。通过一系列系统的实训项目的训练，培养学生的工程思维能力、团队协作能力、系统规划的能力，使学生真正能够掌握ABB工业机器人的系统搭建、安装与调试、和编程的基本操作知识与技能。

四、实训项目：

1.供料搬运站机械组装实训；

2.供料搬运站的电气安装实训；

3.供料搬运站PLC程序编写与调试；

4.冲压站的电气安装；

5.冲压站PLC程序编写与调试；

6.装配站机械组装实训；

7.装配站的电气安装实行；

8.装配站PLC程序编写与调试；

9.机器人码垛搬运站机械组装实训；

10.机器人码垛搬运站的电气安装实训；

11.机器人码垛搬运站PLC程序编写与调试；

12.机器人码垛搬运站触摸屏程序编写和PLC程序修改；

13.柔性制造系统的机械组装实训；

14.柔性制造系统PLC程序编写与调试电气控制；

15.PLC控制的自动往返线路；

16.PLC控制的两地启动停止线路；

17.基于PLC的程序运转控制；

18.PLC与人机界面触摸屏通讯控制；

19.机器人的认识；

20.机器人位置控制及命令语句的实训；

21.机器人与PLC通信的实训；

22.机器人高速动作实训；

23.机器人外围设备通信设置的实训；

24.各站之间无线通讯实训；

25.检测开关的应用；

26.多种传感器的应用；

27.气动元件的应用；

28.PLC的应用；

29.工业机器人的应用；

30.自动仓储管理的应用；

31.气动电路接管和电气连线；

32.机械部分和气动部分组装和拆卸；

33.系统故障诊断与维护；

34.触摸屏技术的应用；

35.跨站式数据传递；

36.组态软件的应用。