工业机器人模块化实训平台的设计与实现

0 引言
工业机器人技术已经成为当前世界先进制造业中不
可替代的重要的装备和手段，已经成为衡量一个国家制造
业水平和科技水平的重要标志。我国制造业正处于转型升
级的重要时期，人工成本的上升以及环境问题的制约不断
的冲击着传统制造业的发展，而工业机器技术的引进应
用正是破解这些冲击的有力手段。因此近年来中国工业机
3 快换工具的设计 快换工具包括 TCP 标定顶尖、绘画笔、打磨头以及真 空吸盘。快换工具采用标准化 D 字型切换头设计，整体采 用铝合金阳极氧化处理材料设计，底部设计有调整安装 孔。机器人末端夹具选取相应的工具来完成不能模块的功 能实现，设计图如图 2 所示。
垛、视觉检测等典型应用。各模块基座采用标准化设计，模
图 6 码垛与视觉检测模块
图 7 控制系统
6 设备布局设计 根据各个模块的尺寸以及机器人本体的运动范围，结 合人体工学以及电气设备布置的一般规范要求，合理的规 划了如图 8 所示的布局图。
图 4 分拣模块
4.3 变位焊接模块 变位焊接模块由步进电机及驱动器、旋转轴、带座轴 承、焊接架、焊接工件、焊接夹钳等装配而成，并且具有变 位功能。机器人使用 TCP 标定顶尖及打磨头工具，可以实 现焊接和打磨模拟的训练，设计图如图 5 所示。
尖、绘画笔、打磨头以及真空吸盘，配备的导电电极和真空
气路可以实现电路与气路的自动切换。 要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要
作者简介院胡伟伟（1990-），男，安徽芜湖人，学士，助理工程师，
主要研究方向为工业机器人教学设备的开发与研究。
4 典型应用模块的设计 4.1 轨迹规划模块 轨迹规划模块包含有轨迹模拟单元和写字绘画单元 两个部分，两个单元都为阳极氧化铝板装配而成，轨迹模 拟单元面板含有平面和曲面图形，可以同时满足平面和曲 面轨迹的模拟训练。写字绘画单元大小与 A4 纸相当，配
业机器人培训设备。
图 1 设备图
1 实训平台组成 工业机器人模块化综合实训平台组成如图 1 所示，由 埃夫特 ER3B-C30 六自由度工业机器人、实训平台框架、 触摸屏、PLC、快换工具、轨迹绘画模块、RFID 装配分拣模 块、变位焊接模块、皮带线上料码垛模块、视觉检测模块、 对射光幕装置、多功能夹具单元及设备资源包组成。可以 完成工业机器人夹具选择、轨迹规划、分拣、焊接、打磨、码
块集成电路与气路航插可在定位基座上实现快速更换，后
续根据新的技术的学习要求也可以方便的增加新的模块。
本套设备可以在有限的机器人运动臂展范围内实现更多
功能的训练。
2 工业机器人选型及末端夹具设计
作为机器人实训装备而言不宜选用较大机器人本体，
我们选用国产品牌埃夫特桌面型 6 自由度串联机器人，型
号为 ER3-600，该型号机器人本体整体结构紧凑，操作半
Internal Combustion Engine & Parts
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工业机器人模块化实训平台的设计与实现
胡伟伟淤曰李奇奇于曰余春于
（淤芜湖安普机器人产业技术研究院有限公司，芜湖 241007；于安徽工程大学机械工程学院，芜湖 241000）
摘要院随着机器人在各行业的广泛应用，机器人应用培训的需求也不断的增长，工业机器人教学实训平台也应运而生。目前市面
图 8 设备布局
图 5 变位焊接模块
4.4 码垛与视觉检测模块 码垛与视觉检测模块由小型变频调速皮带线、上料机 构、物料仓、视觉系统、码垛板、检测传感器等组成。上料架 构将物料仓内长方体物料推送到皮带线上，检测传感器检 测到物料到位后，通知机器人在码垛板上完成相应的码垛
参考文献院 [1]虞嘉丞.工业机器人基础教学实训设备开发探究[J].河北农 机，2020（12）：74-75. [2]叶辉.多功能工业机器人实训设置的设计[J].机器人技术与 应用，2018（3）：41-43. [3]李公文，黄福建，余春.工业机器人教学实训设备的设计与 开发[J].中国多媒体与网络教学学报（上旬刊），2019（10）：12-13. [4]张靖.工业机器人综合实训平台的设计与应用[J].无线互联 科技，2020（5）：70-71.
径覆盖范围大（可达 593mm），精度可达依0.02mm。
工业机器人末端夹具主要由气动手指、快换夹具、导
电电极、真空气路等组成，末端夹具安通过法兰盘装在机
器人第六轴上。末端夹具设计具有两个气动手指，一个气
图 2 快换工具
动手指用来直接抓取物料，另外一个气动手指上安装有快
换夹具，可以快速切换抓取 4 种工具，包括 TCP 标定顶
上的机器人实训平台受限于工业机器人本体的工作范围，使得实训平台的功能比较少。本文内容为设计一种结构简单、功能齐全、更
换实训单元方便的工业机器人模块化综合实训平台。
关键词院工业机器人；教学设备；开发与研究
中图分类号院TP242.6
文献标识码院A
文章编号院1674-957X（2021）14-0091-02
图 3 轨迹规划模块
4.2 分拣模块 分 拣 模 块 由 装 配 工 件 、上 料 单 元 、立 体 仓 库 、电 子 标 签、RFID 读写器、多接头气管快换插头等组成，安装板材 料均为阳极氧化铝板。机器人使用真空吸盘和气动手指夹 爪可实现工件装配以及 RFID 身份识别分拣的功能，根据 身份识别结构可将物料放置在立体仓库的规定位置上，设 计图如图 4 所示。
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内燃机与配件
有磁铁图钉，通用性强，使用笔形工具实现机器人写字绘 画功能，设计图如图 3 所示。
程序。物料仓内也可以放置不同形状和颜色的物料，通过 设置在皮带线上的视觉系统完成物料颜色与形状的识别， 通知机器人在码垛板上完成视觉分拣的程序，设计图如图 6 所示。
5 控制系统 该套设备的控制部分主要是由机器人控制柜、西门子 PLC、西门子触摸屏、F-BOX 物联网、视觉系统、变频器等 组成，整个控制系统通过以太网结构通信，结构简单易懂， 适用与当前通用通信技术的学习，其余控制对象都是通过 I/O 信号与各个分系统进行通信，系统结构图如图 7 所示。
器人市场持续表现强劲，市场容量不断扩大，国内机器人
产业园不断新建。产业的发展急需大量高素质的工业机器
人技术应用技能型专业人才，因此国内各大专中职院校都
陆续的开设了工业机器人技术的相关专业，而理论必须综
合实践应用才能培养出优秀技能扎实的专业人才，使得相
关学校急需结构简单、便于教学、功能齐全、性价比高的工