基于三菱工业机器人的实验室建设方案设计_戴亦宗

HG － KＲ13J MＲ － J3ENCBL2M － A2 － L MＲ － PWS1CBL2M － A2 － L MＲ － J3CN1 FＲ － E740 － 0. 75K － CHT FＲ － A7NC E KIT － C 1. 伺服带绝对位置控制，编码器分辨率要求： 400 万脉冲； 支持光纤通信 SSCNET Ⅲ； 通信 速率要求达到 150MB 2. 支持 V / F 控制、先进磁通矢量控制、通用 矢量控制、最佳励磁控制、多段速控制模式 三菱电机 （ 伺服驱动系 统、 变 频 调 速 驱动系统）
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教学、科研实验室建设的整体思路
Βιβλιοθήκη Baidu
实验室建设应能适应解决机电一体化、电气自动 化、机械制造（ 数控） 、模具设计、汽车工程、电子信 息、工业设计等相关专业的教学、研究和培训的要 求，而且还应适合于进行专业工业机器人应用研究。 在一般工业机器人高精度、实用性功能强的基础上， 我们针对教学研究目的进行了专门设计，强化系统的 开放性和可扩展性，从而使学生在具有三菱公司企业 文化氛围的实验室中实现各种应用能力的提高，为毕 业后能适应社会工作提供有力保障。 工业机器人教学实训平台能有效地结合教学、 研究及培训项目的需要。（ 1 ） 在机电一体化实验教 学方面，平台以系统的方式为学生提供一个开放性 的综合创新实验环境，帮助学生从系统的角度去认 识系统各组成部分及其功能，从而能掌握工业机器 人机电系统的组成、功能及控制原理，掌握机器人 机械传动部件的结构件和特征： 机器人传感器的选 择和使用，机器人关节驱动电机的选择和使用 ，机 器人的编程和调试等。 使学生的机电系统的设计，
Abstract： In recent years，the deterioration of the human costs and global competition has brought tremendous pressure to the manufacturing industry，the application of industrial robot seems to have become the inevitable choice of manufacturing，construction of teaching reform in universities and laboratories should conform to the trend of enterprise technology innovation changes. This paper analyzes the construction of Industrial Ｒobotics Laboratory，introduces Mitsubishi industrial robot device characteristics，the robot platform to the design，and research methods and technical route in the construction of the laboratory Key words： Industrial robot； construction project； experiment platform； design
［ 4 －5 ］ 。 气、机械、汽车等方面的设备融合进来
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实训平台硬件设计
本实验室构建的工业机器人实验平台模拟机器
表1 型号规格 ＲV － 4FL － 1D － S11 （ 机械本体） 1F － VD04 － 02 （ 电磁阀控制板） 1F － VD04 － 02 （ 电磁阀控制板） 1F － HC35S － 02 （ 抓手输入电缆） 2D － TZ368 （ I / O 板卡） 2D － CBL05 （ I / O 专用电缆）

Q03UDECPU（ CPU 单元） 、Q38DB（ 高速基板） QX40 （ 24V 直流输入模块 16 点） QY41P（ 12V /24V 直流输出 32 点） QD75P4N（ 定位模块 4 轴集电极开路输出） MＲ － J4 － 10A 3. CPU 内置 FLASH 及 ＲAM 程序存储器 4. CPU 自带标准 Mini USB 接口及以太网接口 5. 支持 CC － LINK 现场总线网络 三菱电机 （ 控制系统）
Design of Laboratory Construction Based on Mitsubishi Industrial Ｒobot
DAI Yizong，CHEN Xu
（ Department of Electrical and Automomobile，Yangzhou Polytechnic College，Yangzhou 225009 ，China）
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实验室布局
机器人实验室的布局要打破原有的传统实验室的 布局， 让学生成为课堂的主人，学生以小组的形式， 根据不同专业的学生，选择不同的机器人实验平台， 在课堂中负责问题的分析、制定方案、实施、总结， 教师只是提出任务、引导实施、检查进度。因此，设 备的摆放，应考虑到不同实验平台间的分隔及联系， 每个机器人工作站既是独立的，又通过传送带构成一 条互相联系的生产线。摆放桌椅时，应考虑到小组的 氛围、小组与小组间的互动、小组和老师的互动等方 ［ 3 ］ 面 。实验室配置示意图如图 1 所示。
硬件配置 技术要求 备 注
1. 防护等级： IP40 2. 安装方式： 落地式、吊顶式 3. 动作自由度： 6 4. 位置检测方式： 绝对编码器 5. 搬运重量： 7kg 6. 臂长： 430 + 465 （ mm） 7. 最大动作半径： 908mm 8. 最大合成速度： 10 977 9. 重复定位精度： ± 0. 02mm 1. 支持多 CPU 系统； CPU 间高速通信 2. CPU 基本指令处理时间 ＜ 10ns 三菱工业机器人
设备内的工件。 3. 3 电气自动化、工业设计专业实验平台 该实验平台主要应用于电气 、 电子 、 半导体 等领域电气设备 （ 开关元件 ） 组装 。 该平台机器人 具有五个优点 。 （ 1 ） 高速装备 ， 实现多台托板的 高速抓取 。 （ 2 ） 节省空间可应对多品种 。 （ 3 ） 对 不同工件 无 须 更 换 抓 手 ， 可 自 由 应 对 不 同 规 格 、 形状的零部件 。 （ 4 ） 复杂的组装动作 ， 小型垂直 多关节机器人的灵活度 ， 广域动作范围实现低成 本 、 复杂的组装作业 。 （ 5 ） 缩短生产节拍 ， 可轻 松连接 4 夹手结构的多功能抓手 ， 进行零部件的 连续组装 。
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实训室教学效果
（ 1 ） 实训平台人针对职业类院校的教学需求， 知识面涵盖从低端到高端逐步过渡的技术模式 。机 械结构采用模块化可拆装理念，包括控制对象的传 动结构， 比如蜗轮蜗杆、 齿轮传动、 行星减速传 动、谐波减速传动、同步带传动等。学生可以在教 学中对以上机械结构应用和特点有一个直观的了 解，从基础细节全面掌握机器人结构 ，有助于毕业 后在机器人相关企业工作时，很快掌握机器人的结 构并做到高效率的维护。 电气方面从控制柜入手， 从电气元器件组成种类及使用方法 ，到电气设计原 理及配线原则等，进而提升到 PLC 、触摸屏等工业 常用控制系统上，并增加电气硬件的原理和组成及 详细说明和使用方法等，同时也可全面掌握系统中 的步进电机、伺服电机的原理和控制方法，全面掌 握各类电机的使用和原理，学生在走上工作岗位后 可快速轻松地了解企业机电设备的原理和使用方 法。实验平台上实验包括： 正向运动学实验、不同 坐标系下运动控制实验、点位路径规划实验、直线 路径规划实验、 示教 / 再现功能实验、 末端执行器 信号传输实验、任意书写绘画实验 （ 包括工作站路 径规划、编制机器人和变位机的作业、作业的传输
收稿日期： 2014 － 02 － 25 ； 修改日期： 2014 － 03 － 03 作者简介： 戴亦宗 （ 1981 － ） ， 男， 硕士研究生， 讲师， 主 要研究方向： 自动化系统设计。
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技术进步的需要。为此，加强与国际高水平企业合 作，引入先进工业机器人技术装备，为学校自动化 技术实验室建设的方向
最近几年，我国经济发达地区的人力成本急剧上 升，大批人工密集型企业出现了用工荒，为此大量有 实力的企业纷纷启用工业机械手与自动化成套装备来 替代成本日益增长的劳动力，提升企业竞争力。工业 机械手已取代部分工人的时代已经到来； 日本大型自 动化制造厂商三菱电机自动化公司对自动化生产线进 行了改造，工业机械手能在无人监督的情况下昼夜不 停连续工作数周； 美国、法国等西方国家纷纷推出鼓 励制造业发展的政策，制造类企业正从中国回归西方 国家本土 。 随着我国经济结构调整和产业技术升级 ，要求 中国提高制造业国际竞争力，工业机械手与自动化 生产的配套装备将在我国广泛应用 。大规模工业机 械手与智能视觉装备的出现必将催生新的人力需求 岗位，包括工业机械手的研发、操控和维修及智能 视觉系统的研发、调式和维修等。 扬州职业大学作为一所地方性高校 ，应顺经济 发展深刻变化之趋势，在培养模式、教学改革、实 验室建设等方面进行革新，使培养的学生满足社会
· 196· 3. 1 实验控制设备构成
实验科学与技术
2015 年 2 月
系统设备采用三菱工业机器人设备为主体 ，实 验控制设备如图 2 所示。控制器内配置了各种通信 功能，便于学生进行系统集成。这些可用的通信方 式中，有 以 太 网、 ＲS － 422 、 USB 、 附 加 轴 接 口， 还有用于现场总线的 CC － Link 等， 以 USB 作为 PC 机与机器人控制器的通信方式［4］， 设备硬件配 置如表一所示，三菱工业机器人与计算机进行数据 通信的软件 ＲT ToolBox2 ，可用于远程计算机控制， 学生可以自己编写应用程序，对机器人进行远程控 制。
第 13 卷
第1 期
戴亦宗，等： 基于三菱工业机器人的实验室建设方案设计
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开发和调试能力均能得到综合训练。 （ 2 ） 在机电一 体化研究开发方面， 该平台为老师提供一个全开 放、可扩展的机器人控制系统，针对不同的应用研 究和开发项目，可以方便地向系统中添加视觉传感 器、力传感器等各种扩展传感器，或者添加各种末 端工具来扩展机器人的功能，并将这些扩展功能与 机器人控制系统进行无缝集成。
图1
实验室配置图示意图
人的各种实际作业，更能激发学生的学习和研究兴 趣，因此，本教学实训平台设计的机器人作业实训 对我国机器人技术的应用研究具有一定的意义 。其 硬件配置如表 1 所示。 同时，工业机器人实训平台建设要有企业氛围， 应注重安全建设，要在充分考虑企业需求的基础上 安置相关设备。机器人设备应能灵活组合，打破固 定的安置方式，在设计实验平台时，将自动化、电
第 13 卷 第 1 期 2015 年 2 月
实验科学与技术 Experiment Science and Technology
Vol. 13 No. 1 Feb. 2015
基于三菱工业机器人的实验室建设方案设计
戴亦宗，陈
（ 扬州职业大学
旭
扬州 225009 ）
电气与汽车学院，江苏
摘要： 近年来，随着人力成本的上涨和全球竞争的恶化给制造业带来了巨大的压力，工业机器人的应用成为了制造业的必然选 择，地方性高校教学改革与实验室建设应顺应企业技术革新变化之趋势。文中分析了建设工业机器人实验室的目的，介绍了三菱 工业机器人设备的特点、机器人实训平台的设计、实验室规划、教学效果以及在建设过程中采取的科研方法与技术路线。 关 键 词： 工业机器人； 建设方案； 实验平台； 设计 文献标志码： A doi： 10. 3969 / j. issn. 1672 － 4550. 2015. 01. 063 中图分类号： G482 ； TP242