工業(yè)機器人典型應(yīng)用實訓(xùn)設(shè)備開發(fā)設(shè)計

朱國云

摘 要：本實訓(xùn)設(shè)備包含六自由度工業(yè)機器人、PLC控制系統(tǒng)及供料、輸送、打磨、噴涂、裝配、碼垛、自動工裝庫機構(gòu)，可以實現(xiàn)對工件的檢測、搬運、碼垛、模擬噴涂、打磨、焊接、裝配、存儲等實訓(xùn)操作，機器人可以自動更換工裝（夾具/吸盤、焊槍、噴槍、磨具）。該實訓(xùn)設(shè)備各組件均安裝在型材桌面上，機械結(jié)構(gòu)、電氣控制回路、執(zhí)行機構(gòu)相對獨立，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計。通過此實訓(xùn)設(shè)備可以進(jìn)行機械組裝、電氣線路設(shè)計與接線、PLC編程與調(diào)試、工業(yè)機器人編程與調(diào)試等方面訓(xùn)練，有效解決了教學(xué)設(shè)備功能單一，單臺設(shè)備可實訓(xùn)項目偏少的不足，有效促進(jìn)了專業(yè)建設(shè)和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人 自由度 工作站 PLC

中圖分類號：TP242.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）12-0-01

引言

工業(yè)機器人對于高強度、重復(fù)性、惡劣環(huán)境工作崗位具有更好的適應(yīng)性，是填補勞動力結(jié)構(gòu)性短缺的最佳選擇；隨著機器人應(yīng)用的日益廣泛和裝機容量的直線上升，對這類技術(shù)人員的需求也變得越來越迫切。過去我國機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)場嚴(yán)重缺乏該類人才，這已經(jīng)成為制約機器人應(yīng)用和推廣的瓶頸問題之一。工業(yè)機器人應(yīng)用與維護專業(yè)作為一個比較新興的專業(yè)，教學(xué)資源相對不足，特別是實訓(xùn)教學(xué)設(shè)備價格昂貴，功能單一，很多學(xué)校無法足量采購，一定程度上限制了專業(yè)建設(shè)和發(fā)展，我們與某教儀公司聯(lián)合研制的工業(yè)機器人典型應(yīng)用實訓(xùn)設(shè)備是一個多功能的教學(xué)平臺，可以實現(xiàn)對工件的檢測、搬運、噴涂（模擬）、裝配、碼垛、存儲等操作，機器人可以自動更換工裝，能有效訓(xùn)練學(xué)生對典型工業(yè)機器人工作站安裝與調(diào)試。

一、實訓(xùn)設(shè)備系統(tǒng)概述

本文中的工業(yè)機器人典型應(yīng)用實訓(xùn)設(shè)備以西門子S7—300 CPU313C-DP為控制系統(tǒng)，通過機器人、觸摸屏、傳感器、變頻器、直流電機、氣動執(zhí)行元件等配合完成供料到噴涂、打磨、焊接、裝配、碼垛等典型工業(yè)機器人工作站，該設(shè)備有兩個供料站，第一個供料站是通過機器人把料抓到傳送帶上，通過三相電機的轉(zhuǎn)動把物料分別送到噴涂、打磨、焊接的工位上，焊接的工位也是出料口，機器人在把料抓到裝配臺上進(jìn)行裝配，然后入庫。第二個供料站是直流電機的轉(zhuǎn)動把物料送到出料口，經(jīng)機器人進(jìn)行碼垛；設(shè)備配有機器人I/O模塊、PLCI/O模塊和按鈕、LED指示燈模塊，可完成基于S7-300PLC的生產(chǎn)線控制實訓(xùn)、基于ABB機器人的工作站安裝與調(diào)試實訓(xùn)以及基于PLC和機器人聯(lián)合通信的工作站安裝與調(diào)試實訓(xùn)，已初步開發(fā)了超過20個實訓(xùn)項目。

二、工業(yè)機器人的性能和結(jié)構(gòu)

1.機器人本體

本設(shè)備采用ABB IRB120系列工業(yè)機器人、示教器。IRB120型機器人是ABB新型第四代機器人，六自由度，具有動作敏捷、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕等優(yōu)點，控制精度與路徑精俱優(yōu)。

2.機器人控制器IRC5

ABB機器人控制器IRC5主要包括兩部分：控制面板和外部接口，而控制面板主要有：總開關(guān)、急停按鈕、電機開啟和指示以及模式選擇開關(guān)等；外部接口主要有示教器連接接口、機器人驅(qū)動接口、機器人控制接口以及I/O通訊接口等。

三、實訓(xùn)設(shè)備各工作站設(shè)計

本設(shè)備采用市場通用的西門子S7—300 CPU313C-DP作為主控制器，該PLC具有16路數(shù)字輸入和16路數(shù)字輸出，滿足了多功能工作站的需求，配備博圖軟件使學(xué)生掌握最新的技術(shù)；配套使用了西門子M420變頻器、西門了TP700觸摸屏。

1.機器人碼垛工作站

碼垛單元的主要結(jié)構(gòu)組成為：ABB機器人、1號輸送帶裝置、真空吸盤及真空發(fā)生器、加工工具等部分結(jié)構(gòu)組成，當(dāng)接收到啟動信號后，機器人將擺放在料倉里的物料搬運到輸送裝置上，輸送帶把料傳送到碼垛站上進(jìn)行加工。

2.噴涂、打磨、焊接工作站設(shè)計

噴涂、打磨、焊接工作站的主要結(jié)構(gòu)組成為：ABB機器人，2號輸送帶裝置，加工工具等部分結(jié)構(gòu)組成， 當(dāng)接收到啟動信號后，機器人將擺放在料倉里的物料搬運到2號輸送裝置上，輸送帶把料傳送到噴涂、打磨、焊接站上進(jìn)行加工。

3.自動裝配工作站

裝配單元的主要結(jié)構(gòu)組成為：ABB機器人，螺絲，等部分結(jié)構(gòu)組成， 當(dāng)接收到啟動信號后，機器人將擺放在料倉里的物料搬運到輸送裝置上，輸送帶把料傳送到裝配站上進(jìn)行加工。

四、主要教學(xué)實訓(xùn)內(nèi)容

本實訓(xùn)設(shè)備把PLC和機器人的I/O都通過外部引線的方式接了出來，所有電磁閥和傳感器接口也都引到了外部接線端子上，這樣就大大方面了教學(xué)設(shè)計的主動性，學(xué)生可以根據(jù)需要自主進(jìn)行I/O分配，然后用快插線進(jìn)行硬件接線，可完成的實訓(xùn)項目可分為三部分。

1.西門子PLC實訓(xùn)

項目一：基于S7-300的啟保停控制電路實訓(xùn)

項目二：基于S7-300的三色報警燈控制電路實訓(xùn)

項目三：基于S7-300的碼垛生產(chǎn)線控制實訓(xùn)

項目四：基于S7-300的噴涂生產(chǎn)線控制實訓(xùn)

實訓(xùn)項目五：基于S7-300的打磨生產(chǎn)線控制實訓(xùn)

實訓(xùn)項目六：基于S7-300的焊接生產(chǎn)線控制實訓(xùn)

實訓(xùn)項目七：基于S7-300的綜合生產(chǎn)線控制實訓(xùn)

2.ABB機器人實訓(xùn)

項目一：ABB機器人基本操作

項目二：基于ABB機器人的搬運工作站裝調(diào)實訓(xùn)

項目三：基于ABB機器人的噴涂工作站裝調(diào)實訓(xùn)

項目四：基于ABB機器人的打磨工作站裝調(diào)實訓(xùn)

項目五：基于ABB機器人的焊接裝配工作站裝調(diào)實訓(xùn)

項目六：基于ABB機器人自動裝配工作工作站裝調(diào)實訓(xùn)

項目七：基于ABB機器人的碼垛工作站裝調(diào)實

項目八：基于ABB機器人的綜合工作站裝調(diào)實訓(xùn)

3.PLC與機器人綜合實訓(xùn)

項目一：基于PLC和機器人搬運工作站綜合實訓(xùn)

項目二：基于PLC和機器人噴涂工作站綜合實訓(xùn)

項目三：基于PLC和機器人打磨工作站綜合實訓(xùn)

項目四：基于PLC和機器人焊接工作站綜合實訓(xùn)

項目五：基于PLC和機器人自動裝配工作站綜合實訓(xùn)

項目六：基于PLC和機器人綜合工作站綜合實訓(xùn)

五、結(jié)束語

工業(yè)機器人在企業(yè)生產(chǎn)中得到越來越多的應(yīng)用，工業(yè)機器人工作站安裝與調(diào)試課程是一門實踐性很強的課程，技工院校既要在課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)場地、教學(xué)設(shè)備和師資培養(yǎng)方面加大投入力度，但很多工業(yè)機器人的典型應(yīng)用（如焊接和噴涂）對工藝要求特別高，在學(xué)校只能進(jìn)行模擬實訓(xùn)，如何解決實際工藝的問題，一個行之有效的方法是校企合作，學(xué)生在掌握了基礎(chǔ)的機電及編程知識后，去到對口的實習(xí)企業(yè)實習(xí)一段時間，教學(xué)效果良好。

參考文獻(xiàn)

[1]葉暉，管小清.工業(yè)機器人實操與應(yīng)用技巧[M].北京：機械工業(yè)出版社2017年1月第1版。

[2]蘭虎.工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社2014年8月endprint