朱國云

（深圳第二高級(jí)技工學(xué)校 廣東深圳 518049）

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工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)備開發(fā)探討

朱國云

（深圳第二高級(jí)技工學(xué)校 廣東深圳 518049）

摘 要：隨著世界工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人能力不斷增強(qiáng)，自動(dòng)化生產(chǎn)線成本不斷降低，愈來愈多的手工作業(yè)將被更具有性價(jià)比的自動(dòng)化作業(yè)所代替。與此同時(shí)機(jī)器人應(yīng)用行業(yè)對(duì)機(jī)器人應(yīng)用型人才的數(shù)量和質(zhì)量也提出了更高要求，為了更好的培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用與維護(hù)人才，我們開發(fā)了一套靈活實(shí)用的教學(xué)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)囊括了電氣自動(dòng)化專業(yè)所涉及的諸如機(jī)械傳動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、氣電動(dòng)控制、PLC控制、傳感器、觸摸屏技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)等多種技術(shù)，給學(xué)生提供了一個(gè)典型的把所學(xué)專業(yè)知識(shí)加以綜合應(yīng)用的操作和實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，使學(xué)生能夠全面掌握和加深理解學(xué)過的知識(shí)，提高動(dòng)手能力，以達(dá)到利用所學(xué)專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問題的目的。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人 自由度 PLC 變頻器 觸摸屏

工業(yè)機(jī)器人作為高端的制造裝備，能提高產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)效率，降低人員成本，從而提升產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，有助于企業(yè)獲得更多訂單，擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)。機(jī)器人對(duì)于高強(qiáng)度、重復(fù)性、惡劣環(huán)境工作崗位具有更好的適應(yīng)性，是填補(bǔ)勞動(dòng)力結(jié)構(gòu)性短缺的最佳選擇；隨著機(jī)器人應(yīng)用的日益廣泛和裝機(jī)容量的直線上升，對(duì)這類技術(shù)人員的需求也變得越來越迫切。過去我國機(jī)器人的研究主要集中在有限的大專院校和科研單位，而且主要以科學(xué)研究為主，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)重缺乏該類人才，這已經(jīng)成為制約機(jī)器人應(yīng)用和推廣的瓶頸問題之一。為培養(yǎng)這一類的高技能型人才，我們開發(fā)設(shè)計(jì)了基于ABB六自由度機(jī)器人實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，旨在通過學(xué)校的教學(xué)與實(shí)訓(xùn)培養(yǎng)出優(yōu)秀的高技能人才。

一、實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

1.機(jī)器人新興產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)

工業(yè)機(jī)器人作為高端的制造裝備，能提高產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)效率，降低人員成本，從而提升產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，有助于企業(yè)獲得更多訂單，擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)。機(jī)器人對(duì)于高強(qiáng)度、重復(fù)性、惡劣環(huán)境工作崗位具有更好的適應(yīng)性，是填補(bǔ)勞動(dòng)力結(jié)構(gòu)性短缺的最佳選擇；制造業(yè)勞動(dòng)力成本的持續(xù)上升和機(jī)器人價(jià)格的下降增強(qiáng)；采用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行生產(chǎn)更加標(biāo)準(zhǔn)化，更具穩(wěn)定性，對(duì)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)都更有保障。工業(yè)機(jī)器人能在無人監(jiān)督的情況下工作連續(xù)長達(dá)數(shù)周，晝夜不停；所以工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線成套設(shè)備已成為自動(dòng)化裝備的主流及未來的發(fā)展方向。

2.機(jī)器人技術(shù)與教學(xué)培訓(xùn)的對(duì)接

為培養(yǎng)高技能型工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線應(yīng)用與維護(hù)人才，我們開發(fā)設(shè)計(jì)了基于ABB六自由度機(jī)器人實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，把現(xiàn)代先進(jìn)的科學(xué)和技術(shù)通過學(xué)校的教學(xué)與實(shí)訓(xùn)培養(yǎng)出優(yōu)秀的高技能人才，具有職業(yè)性、實(shí)踐性、開放性、產(chǎn)業(yè)性、教學(xué)性、通用性等特點(diǎn)?；贏BB六自由度工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)統(tǒng)涵蓋了機(jī)電一體化或電氣自動(dòng)化專業(yè)學(xué)習(xí)中所涉及的如工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用與維護(hù)、機(jī)電控制技術(shù)、氣動(dòng)控制技術(shù)、可編程控制技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)，是一套能用于職業(yè)技能的訓(xùn)練、培訓(xùn)及考核的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，是學(xué)生和學(xué)員快速掌握工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的平臺(tái)和載體。

3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

本實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)主要由供料單元，傳送分揀單元機(jī)機(jī)器人搬運(yùn)單元組成。各個(gè)單元之間相互組合，提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性，該系統(tǒng)中包含了機(jī)電一體化專業(yè)學(xué)習(xí)中所涉及的如機(jī)電控制技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)、氣動(dòng)控制技術(shù)、可編程控制技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)。實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)以三菱可編程控制器FX2N-32MR為控制核心，32點(diǎn)PLC在本系統(tǒng)中夠用，成本方面有優(yōu)勢(shì)，觸摸屏采用GT1000，配套起來方便，其他氣動(dòng)和傳感器等都采用通用的工業(yè)級(jí)元器件來配置。通過工業(yè)ABB六自由度機(jī)器人（IRB120）、變頻器、觸摸屏及傳感器等配合達(dá)到工件分揀的目的。適用于主物流生產(chǎn)線上的物料或貨物的搬運(yùn)。PLC主要負(fù)責(zé)信號(hào)處理及命令發(fā)出交換，ABB六自由度機(jī)器人主要負(fù)責(zé)搬運(yùn)，變頻器可使輸送帶保持在一定速度，人機(jī)界面（觸摸屏）完成生產(chǎn)計(jì)數(shù)設(shè)定和顯示，啟動(dòng)和停止等操作、通過傳感器定位，完成整套設(shè)備物流物料的精確分揀控制。

二、實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)硬件選型與設(shè)計(jì)

機(jī)器人本體及配套設(shè)備采用ABB IRB120系列工業(yè)機(jī)器人、示教器；PLC主控制器三菱FX2N系列PLC，負(fù)責(zé)信號(hào)采集和處理，界于工作點(diǎn)數(shù)要求不高，我們采用了FX2N-32點(diǎn)PLC，以達(dá)到夠用經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的；分揀系統(tǒng)包括供料單元和傳送分揀單元，供料單元由筒式料倉、頂料氣缸、推料氣缸加上相應(yīng)的位置傳感器構(gòu)成；傳送分揀單元采用三菱D700變頻器作為調(diào)速控制系統(tǒng)，使用增量式旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行距離檢測(cè)，推料氣缸進(jìn)行廢料推出，光纖傳感器和電感傳感器進(jìn)行物料檢測(cè)和工件屬性判別；為配套實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的教學(xué)應(yīng)用，我們選用了GT1000三菱觸摸屏，用來控制系統(tǒng)的啟停、工件計(jì)數(shù)顯示等。

三、機(jī)器人軟件設(shè)計(jì)與虛擬仿真

通過機(jī)器人開發(fā)軟件設(shè)計(jì)機(jī)器人控制程序，供料單元檢測(cè)到物料后，頂料氣缸頂住物料，推料氣缸1推出物料，經(jīng)輸送帶進(jìn)行輸送，經(jīng)電感傳感器檢測(cè)如果物料為金屬，則由推料氣缸2推入料槽，如果物料為非金屬，則到達(dá)終點(diǎn)后由機(jī)器人抓取放入供料單元的料槽內(nèi)。RobotStudio是ABB公司專門開發(fā)的工業(yè)機(jī)器人離線編程軟件。RobotStudio代表了目前最新的工業(yè)機(jī)器人離線編程水平，它以其操作簡(jiǎn)單地、界面友好和功能強(qiáng)大而得到廣大機(jī)器人工程師的一致好評(píng)。RobotStudio提供了在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行ABB機(jī)器人示教器操作練習(xí)的功能。同時(shí)我們還可以利用機(jī)器人自帶的示教器進(jìn)行在線編程示教，大大方便教學(xué)和工程開發(fā)設(shè)計(jì)。

四、實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)完成的功能

基于ABB六自由度工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以靈活運(yùn)用各項(xiàng)自動(dòng)化控制技術(shù)，加深對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)的理解，更快掌握PLC控制技術(shù)并能更好的運(yùn)用到實(shí)際生活生產(chǎn)當(dāng)中。采用模塊化開發(fā)式結(jié)構(gòu)，具有很高的靈活性和易擴(kuò)展性。通過學(xué)習(xí)可編程控制技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人示教編程技術(shù)，完成預(yù)期的作業(yè)任務(wù)。工作學(xué)習(xí)任務(wù)由淺入深，符合教學(xué)規(guī)律，既可對(duì)系統(tǒng)單元進(jìn)行單機(jī)調(diào)試實(shí)訓(xùn)，又可對(duì)各單元進(jìn)行聯(lián)機(jī)協(xié)調(diào)實(shí)訓(xùn)。通過本實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)平臺(tái)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練讓學(xué)員掌握氣動(dòng)控制技術(shù)，自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，變頻調(diào)速及觸摸屏的應(yīng)用，PLC程序設(shè)計(jì)，工業(yè)機(jī)器人示教及編程，系統(tǒng)的安裝調(diào)試和維護(hù)保養(yǎng)。

五、結(jié)束語

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)是一門實(shí)操性非常強(qiáng)的專業(yè)，沒有相對(duì)應(yīng)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備作保障無法開展教學(xué)培訓(xùn)，為些我們開發(fā)基于ABB六自由度工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)統(tǒng)，該系統(tǒng)涵蓋了機(jī)電一體化的多項(xiàng)技術(shù)，能加深學(xué)生對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)的理解，更快掌握PLC控制技術(shù)并能更好的運(yùn)用到實(shí)際生活生產(chǎn)當(dāng)中。采用模塊化開發(fā)式結(jié)構(gòu)，具有很高的靈活性和易擴(kuò)展性。通過學(xué)習(xí)可編程控制技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人示教編程技術(shù)，完成預(yù)期的作業(yè)任務(wù)。工作學(xué)習(xí)任務(wù)由淺入深，符合教學(xué)規(guī)律，既可對(duì)系統(tǒng)單元進(jìn)行單機(jī)調(diào)試實(shí)訓(xùn)，又可對(duì)各單元進(jìn)行聯(lián)機(jī)協(xié)調(diào)實(shí)訓(xùn)。下一步我們將繼續(xù)開發(fā)研究工業(yè)機(jī)器人典型應(yīng)用實(shí)訓(xùn)設(shè)備，希望能夠各種典型應(yīng)用綜合于一套設(shè)備之中，例如機(jī)器視覺、拋光打磨、碼垛、焊接、裝配等，將更加有利于培訓(xùn)和教學(xué)。