工业机器人综合实训平台的设计与应用

张 婧

（许昌职业技术学院，河南 许昌 461000）

1 实训平台的设计背景

在高职院校机电一体化技术专业、电气自动化技术专业、工业机器人技术专业等教学和科研领域，对融入新知识、新技能的实训平台的现实需求十分强烈。近年来，许昌职业技术学院与许昌中意电气科技有限公司进行了积极探索，共同研发了工业机器人综合实训平台。该平台以案例教学为导向，充分融入模块化设计理念，较好地实现了产学研的完美结合。

2 实训平台的主要功能

工业机器人实训平台集工业自动化生产供料、装配、检测、仓储等诸多环节于一体，满足电气自动化技术、机电一体化技术、工业机器人技术、机械制造与自动化等专业教学科研需要。该平台通过模仿真实现场进行模块化教学，帮助学生掌握各环节操作技能，在实际动手能力、编程思维和控制理念等方面得到锻炼提高[1]。

3 实训平台的组成与结构

工业机器人综合实训平台主要由15个部分按照一定逻辑顺序组装而成，其结构如图1所示，其中，1为总底板、2为工业机器人、3为工业机器人智能复合夹具、4为大方料推出站、5为中方料推出站、6为小圆料推出站、7为质量监测站、8为摄像头支架、9为视觉传感器系统、10为组装站、11为胶合站、12为中转平台、13为智能仓储站、14为智能仓储搬运装置、15为废品框。

图1 工业机器人综合实训平台结构

4 实训平台的教学功能分析

工业机器人综合实训平台预设8个教学功能，既可以满足相关专业可编程控制器技术、工业机器人在线编程、视觉传感技术等课程的需求，又可以满足最后一个学期相关专业开设综合课程的需求。

（1）大方料供料单元。由大方料供料仓、大方料推出装置、物料台、物料检测装置组成，功能是大方料从供料仓内被气缸推出装置推到物料台。传感器进行检测，检测被推到物料台的大方料是否到位，并把到位信号传送给工业机器人，工业机器人到物料台抓取大方料，送到质量监测平台检测大方料是否合格，如果有缺陷，工业机器人则将其送往废料框；如果无缺陷，则将其送往装配站装配。

（2）中方料供料单元。由中方料供料仓、中方料推出装置、物料台、物料检测装置组成，功能是中方料从供料仓内被气缸推出装置推到物料台，传感器检测其是否到位，并把到位信号传送给工业机器人，工业机器人到物料台抓取中方料，送到质量监测平台检测方料是否合格，如果有缺陷，工业机器人则将其送往废料框；如果无缺陷，则将其送往装配站装配。

（3）小圆料供料单元。由小圆料供料仓、小圆料推出装置、物料台、物料检测装置组成，功能是将小圆料从供料仓内被气缸推出装置推到物料台，传感器检测其是否到位，并把到位信号传送给工业机器人，工业机器人到物料台抓取小圆料，送到质量监测平台检测小圆料是否合格，如果有缺陷，工业机器人则将其送往废料框；如果无缺陷，则将其送往装配站装配。

（4）质量监测单元。由视觉传感器、检测平台组成，功能是工业机器人把大方料、中方料、小圆料按照装配的需要，依次送到检测平台处进行质量检测。对物料是否到位进行检测，如果物料放置到位，上方的视觉传感器会对物料进行质量检测。如果有缺陷，工业机器人会把缺陷物料送到废料框，按次品处理，物料不再向下道工序流转；如果无缺陷，则把物料送至装配站装配。

（5）产品装配单元。由移动装置、移动气缸、仿真组装气缸组成，功能是把工业机器人依次送来的大方料、中方料、小圆料送到两个装配平台，根据产品的装配要求，按照一定的装配工艺把物料进行装配。

（6）胶合单元。由移动装置、移动气缸、仿真胶合气缸组成，功能是工业机器人把装配好的产品搬运至胶合站，气缸把产品移到胶合站的胶合位置按一定的胶合工艺进行胶合，形成成品。

（7）智能仓储单元。由步进电机、导向光杠、丝杠、机械手、机械手手爪组成，功能是传感器检测到成品已被送至中转平台后，智能仓储单元进行成品入库操作，按照控制要求，把成品放入指定库位。入库操作是由3个步进电机分别控制机械手朝3个方向移动，即左右移动、上下移动和前后移动。移动到指定库位后，机械手放置产品至该库位，完成成品的入库。每个库位安装一个传感器，检测到库位中产品摆放到位后，机械手会按照控制要求退回到初始位置，准备下一次抓取工件。

（8）综合联调。应用工业网络通信技术，结合独立的实训模块，完成综合联调的自动化流程，进而检验相关专业课程的学习训练成效，并通过综合联调助推学生综合实践能力的整体提高。主要流程：首先，从供料仓将大方料推到物料台，确认位置正确后，工业机器人抓取大方料，送到质量监测平台进行检测，并将检测合格的大方料送往装配站进行装配。其次，中方料、小圆料按照大方料流程进行抓取、检测和运送。再次，工业机器人根据产品装配要求进行装配，并把装配好的产品搬运至胶合站进行胶合，形成成品。最后，工业机器人把成品送至中转平台，并放入指定库位，完成成品的入库。在综合联调的各个流程中，产品检测传感器检测到相应产品摆放到位后，机械手会按照控制要求退回到初始位置，准备下一次抓取工件，进而确保联调的连续性和持续性[2]。

5 结语

工业机器人综合实训平台研发后，在许昌职业技术学院等职业院校的机电一体化技术、电气自动化技术、工业机器人技术等多个专业教学和科研中广泛应用，取得显著教学效果。在实训平台的后期改进中，可根据工业机器人发展及应用需求，从多机器人协同工作等方面进行完善，缩短理论与实践的差距，不断满足智能制造产业对学生技术技能的新需求，为培养更多高素质、高级技能型人才奠定良好基础。