工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室建設(shè)與研究*

楊秀文（廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東韶關(guān)512126）

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室建設(shè)與研究*

楊秀文
（廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東韶關(guān)512126）

主要從工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室軟、硬件建設(shè)與實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目體系構(gòu)建等方面進(jìn)行研究探討，針對(duì)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中的技術(shù)要點(diǎn)展開(kāi)分析，對(duì)項(xiàng)目體系工作流程進(jìn)行了詳細(xì)闡述，概述了實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用體會(huì)。

工業(yè)機(jī)器人；實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室；項(xiàng)目體系開(kāi)發(fā)；系統(tǒng)控制

0　引言

隨著工業(yè)技術(shù)不斷向智能化方向發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，工業(yè)機(jī)器人已成為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展起著重要作用。工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室的合理建設(shè)與開(kāi)發(fā)對(duì)培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)生產(chǎn)一線(xiàn)的高技能人才至關(guān)重要。

1　實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室硬件及軟件建設(shè)

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室采用理實(shí)一體化課室，劃分為多媒體教學(xué)區(qū)、實(shí)操區(qū)。多媒體教學(xué)區(qū)應(yīng)配備足夠電腦，根據(jù)課程教學(xué)體系需要安裝的軟件包括FX-3U程序設(shè)計(jì)軟件及仿真軟件、WinCC組態(tài)軟件，OPC信息采集軟件、ABB工業(yè)機(jī)器人RobotStudo軟件等等，為學(xué)生提供ABB工業(yè)機(jī)器人操作學(xué)習(xí)視頻。

實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室操作區(qū)根據(jù)功能分為五大工作站，分別為總控制站、焊接站、數(shù)控加工站、視覺(jué)檢測(cè)站和裝配倉(cāng)儲(chǔ)站五大模塊。實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室配置的可編程控制器采用三菱FX-3U系列PLC，主站與從站之間采用CClink通訊，焊接站配備弧焊機(jī)器人，總控制站配備搬運(yùn)機(jī)器人，視覺(jué)檢測(cè)站配備工業(yè)照相機(jī)及視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)完成工件寬度及半徑檢測(cè)，裝配倉(cāng)儲(chǔ)站配置堆垛倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人，完成工件循環(huán)搬運(yùn)倉(cāng)儲(chǔ)工作。

2　工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室功能體系構(gòu)建

2.1實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)所能覆蓋的課程

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)覆蓋電工電子技術(shù)、液壓與氣動(dòng)技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)、SIMATICWinCC Explore組態(tài)軟件、MX OPCCon?figurator軟件、傳感器與檢測(cè)技術(shù)、可編程控制器原理與應(yīng)用(FX系列)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)等課程，使學(xué)生綜合掌握工業(yè)控制監(jiān)控組態(tài)及OPC數(shù)據(jù)采集、三菱FX系列程序編程調(diào)試、CClink網(wǎng)絡(luò)通訊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、工業(yè)機(jī)器人示教編程與操作、工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)焊接系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置與焊接操作等綜合訓(xùn)練[1-2]。

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)能夠?yàn)楣I(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)、機(jī)電維修與管理專(zhuān)業(yè)、機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)、電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)級(jí)、機(jī)械制造與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)等提供相關(guān)的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練。運(yùn)行實(shí)踐證明該項(xiàng)目的建設(shè)符合社會(huì)需求、滿(mǎn)足相關(guān)專(zhuān)業(yè)技能培養(yǎng)的需要。

2.2功能包含技術(shù)要點(diǎn)

（1）WinCC組態(tài)軟件。包括WinCC組態(tài)軟件的系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置、變量建立與采集，過(guò)程畫(huà)面創(chuàng)建、變量關(guān)聯(lián)仿真、消息系統(tǒng)設(shè)置、報(bào)表腳本系統(tǒng)等基本操作及軟件深化學(xué)習(xí)訓(xùn)練。

（2）可編程控制器技術(shù)。在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中強(qiáng)化SFC編程技能，靈活使用傳感器、深化步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、理解PLC與工業(yè)機(jī)器人之間I/O連接與通訊、掌握機(jī)器人輸入輸出信號(hào)接線(xiàn)方法。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制如圖1所示[3]，其中Y2、Y3為方向控制信號(hào)，M8029為脈沖輸出結(jié)束標(biāo)志。PLC與機(jī)器人之間I/O連接與通訊地址如表1所示。

圖1　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序

表1　PLC與機(jī)器人通訊地址

（3）OPC數(shù)據(jù)采集軟件。包括與三菱仿真軟件程序信息采集和與FX-3U系列PLC信息采集；變量的建立、程序的仿真等。

（4）FX系列可編程控制器CClink網(wǎng)絡(luò)通訊。利用CClink網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行主從站通信，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集中和遠(yuǎn)程控制。包括合理設(shè)置各從站的站號(hào)及所占站數(shù)，確定啟動(dòng)數(shù)據(jù)鏈接方式，合理分配主從站通訊地址，編寫(xiě)主、從站通訊程序等。主站CClink通訊程序設(shè)計(jì)流程如圖2所示，從站1通訊程序如圖3所示[4]。

圖2　主站CClink通訊設(shè)計(jì)流程

圖3　從站1CClink通訊程序

3　工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室的總控制站、焊接站、數(shù)控加工站、視覺(jué)檢測(cè)站和裝配倉(cāng)儲(chǔ)站五大模塊各工作站既可單獨(dú)編程控制調(diào)試，也能過(guò)總控制站聯(lián)機(jī)控制。

3.1焊接站

焊接站包括電氣控制柜、出料模塊、搬運(yùn)機(jī)械手、焊接工作臺(tái)、焊接機(jī)器人、接料臺(tái)五大部分。電氣控制柜由PLC、CClink通訊模塊、漏電開(kāi)關(guān)、電源開(kāi)關(guān)按鈕、啟停按鈕、復(fù)位急停按鈕等電器元件組成。焊接單元接收到啟動(dòng)信號(hào)，工件從出料模塊料倉(cāng)落到帶料轉(zhuǎn)盤(pán)，帶料轉(zhuǎn)盤(pán)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)物料由傳動(dòng)帶輸動(dòng)到傳動(dòng)帶末端，傳感器信號(hào)輸出，由搬運(yùn)機(jī)器手搬用物料到焊接轉(zhuǎn)盤(pán)，工件由轉(zhuǎn)盤(pán)驅(qū)動(dòng)到焊接工位，當(dāng)焊接工作臺(tái)夾緊推桿伸出固定工件后，PLC發(fā)出信號(hào)Y17，機(jī)器人輸入信號(hào)DI10_1為1，焊接機(jī)器人動(dòng)作，焊接完成機(jī)器人輸出信號(hào)DO10_1輸出，PLC輸入信號(hào)X17接通，夾緊推桿復(fù)位，轉(zhuǎn)盤(pán)驅(qū)動(dòng)，工件到位后由搬運(yùn)機(jī)器手將工件搬運(yùn)到接料臺(tái)放下，機(jī)器手下限位信號(hào)輸出，此輸出信號(hào)通過(guò)CClink通訊傳送到主站，由主站控制搬運(yùn)機(jī)器人將工件搬運(yùn)至數(shù)控加工站。

3.2數(shù)控加工單元

數(shù)控加工單元配置電氣控制柜和數(shù)控銑床，數(shù)控銑床為FANUC 0imate-MD系列，數(shù)控銑床工作臺(tái)配置液壓站和安全防護(hù)罩。液壓站由液壓卡盤(pán)、液壓換向電磁閥等組成，完成工件的夾緊定位。安全防護(hù)罩由罩子及開(kāi)門(mén)氣缸等組成。數(shù)控機(jī)床加工站接收啟動(dòng)信號(hào)，防護(hù)罩前門(mén)上升到上限，發(fā)出信號(hào)到主站，工件經(jīng)過(guò)焊接站將工件焊接完成后由搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)到該站，防護(hù)罩前門(mén)下降至下限，液壓站夾緊裝置夾緊工件，進(jìn)行鉆孔加工，加工完成，液壓夾緊裝置松開(kāi)，防護(hù)罩前門(mén)上升到上限，發(fā)出信號(hào)到主站，搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)工件到視覺(jué)檢測(cè)站。該站運(yùn)用了PLC與數(shù)控機(jī)床結(jié)合的技術(shù)，再加上液壓站、液壓卡盤(pán)等達(dá)到自動(dòng)生產(chǎn)的效果。通過(guò)本站可以進(jìn)行PLC、液壓、數(shù)控機(jī)床等多項(xiàng)訓(xùn)練，更加了解液壓技術(shù)的控制及工作原理，數(shù)控與PLC的通訊及工作原理等。

3.3視覺(jué)檢測(cè)單元

視覺(jué)檢測(cè)單元設(shè)備構(gòu)成包括電氣控制柜、視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)（工件寬度檢測(cè)系統(tǒng)、工件半徑檢測(cè)系統(tǒng)）、龍門(mén)機(jī)器手、傳送帶、擋料桿等裝置。由數(shù)控加工站搬運(yùn)的工件經(jīng)傳送帶傳送，通過(guò)工業(yè)照相機(jī)拍攝成像，使用工件尺寸測(cè)量系統(tǒng)對(duì)比寬度、半徑加工精度。合格產(chǎn)品通過(guò)傳送帶傳送至裝配倉(cāng)儲(chǔ)站，對(duì)不合格工件，使用龍門(mén)機(jī)器手從輸送帶剔除。

3.4裝配倉(cāng)儲(chǔ)站

裝配倉(cāng)儲(chǔ)單元由電氣控制柜、配件送料裝置、輸送帶、機(jī)器人四大部分組成。配件送料裝置送料轉(zhuǎn)盤(pán)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。由視覺(jué)監(jiān)測(cè)站檢測(cè)合格的工件傳送到位，送料裝置推出工件，使用工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)裝配，裝配完成后使用機(jī)器人放置工件入庫(kù)實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)。實(shí)訓(xùn)中聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)要求完成四個(gè)合格工件的工作循環(huán)倉(cāng)儲(chǔ)，需堆垛倉(cāng)儲(chǔ)四個(gè)工件，此時(shí)機(jī)器人要求采用循環(huán)指令進(jìn)行編程控制。

3.5總控制站

總控制站配置主站PLC、搬運(yùn)機(jī)器人、主控臺(tái)電腦，完成各站聯(lián)機(jī)控制和搬運(yùn)機(jī)器人的控制，實(shí)現(xiàn)工件由焊接站到數(shù)控加工站、數(shù)控加工站到視覺(jué)檢查站的搬運(yùn)。

生產(chǎn)線(xiàn)聯(lián)機(jī)控制流程為主站發(fā)出啟動(dòng)指令，焊接站將工件由出料模塊傳送搬運(yùn)至焊接工作臺(tái)進(jìn)行焊接，焊接完成后將工件搬運(yùn)至接料臺(tái)，發(fā)出指令至主站，主站發(fā)出指令到數(shù)控加工站，數(shù)控機(jī)床加工站安全防護(hù)罩前門(mén)上升，搬運(yùn)機(jī)器人將工件由焊接站搬運(yùn)到數(shù)控站加工，加工完成發(fā)出信號(hào)到主站，搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)工件到視覺(jué)檢測(cè)站，主站發(fā)出信號(hào)至視覺(jué)檢測(cè)站進(jìn)行半徑和寬度檢測(cè)，合格工件傳送至裝配倉(cāng)儲(chǔ)站進(jìn)行裝配倉(cāng)儲(chǔ)，主站控制完成四個(gè)合格工件的堆垛倉(cāng)儲(chǔ)。

4　結(jié)束語(yǔ)

在實(shí)訓(xùn)中，要求學(xué)生自測(cè)PLC及機(jī)器人輸出輸出信號(hào)地址，強(qiáng)化電工及PLC操作技能、熟悉工作流程，每個(gè)項(xiàng)目要求學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)的PLC控制、監(jiān)控組態(tài)控制、機(jī)器人示教編程，完成全面訓(xùn)練。為實(shí)現(xiàn)單機(jī)與聯(lián)機(jī)控制，各分站啟動(dòng)、停止等與主站重疊信號(hào)在程序中應(yīng)進(jìn)行合理的并聯(lián)設(shè)計(jì)。

實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室可編程控制器系統(tǒng)采用CClink通訊，為學(xué)習(xí)總線(xiàn)技術(shù)提供了更多訓(xùn)練，拓寬控制技術(shù)，對(duì)FX-3U實(shí)訓(xùn)編程進(jìn)行了深度研究。

在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中采用分組輪換實(shí)訓(xùn)方式，每個(gè)工作站要求既能采用電氣柜面板開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作，也能利用監(jiān)控組態(tài)軟件界面控制，充分利用實(shí)訓(xùn)資源，綜合掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)。

實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的合理開(kāi)發(fā)能夠培養(yǎng)學(xué)生良好的協(xié)作能力，使之具有自主學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技能的主動(dòng)性和方法。工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室建成以來(lái)，為相關(guān)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了大量的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程，使用率達(dá)到90%以上，開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目體系適合社會(huì)崗位需求，相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生就業(yè)率高，待遇好，受到合作企業(yè)的高度認(rèn)可。

［1］羅庚合.機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目建設(shè)［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009（28）：172.

［2］魏志麗.虛擬工業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)與研究［J］.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2013（32）：85.

［3］張萬(wàn)忠.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

［4］三菱公司.FX2N-16CCL-M和FX2N-32CCL CC-Link主站模塊和接口模塊用戶(hù)手冊(cè)［Z］.菱電自動(dòng)化有限公司，2010.

(編輯：阮毅)

The Construction and Research of the Industrial Application Experimental Robot Laboratory

YANG Xiu-wen
（Guangdong Songshan Polytechnic College，Shaoguan512126，China）

This article is mainly about the industrial robot laboratory soft-hard ware construction，experiment projectsystem construction and other aspects of research.Analyzed on technical points in the development of the project,detailed introduced the projectwork flow system，summarized theapplication experience in the developmentofexperimental training project.

industrial robot；laboratory；projectsystem development；system control

TP242.2 G482

A

1009－9492(2015)06－0021－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.06.005

*央財(cái)支持高職院校提升專(zhuān)業(yè)產(chǎn)業(yè)服務(wù)發(fā)展能力項(xiàng)目（編號(hào)：教職成2001（11號(hào)））

2015－03－16

楊秀文，女，1972年生，河北唐山人，碩士，講師。研究領(lǐng)域：機(jī)電一體化技術(shù)。已發(fā)表論文7篇。