朱国云

（深圳第二高级技工学校 广东深圳 518049）



工业机器人实训教学设备开发探讨

朱国云

（深圳第二高级技工学校 广东深圳 518049）

摘 要：随着世界工业机器人技术的进步，机器人能力不断增强，自动化生产线成本不断降低，愈来愈多的手工作业将被更具有性价比的自动化作业所代替。与此同时机器人应用行业对机器人应用型人才的数量和质量也提出了更高要求，为了更好的培养工业机器人应用与维护人才，我们开发了一套灵活实用的教学实训设备，该实训系统囊括了电气自动化专业所涉及的诸如机械传动、电机驱动、气电动控制、PLC控制、传感器、触摸屏技术、工业机器人技术等多种技术，给学生提供了一个典型的把所学专业知识加以综合应用的操作和实现平台，使学生能够全面掌握和加深理解学过的知识，提高动手能力，以达到利用所学专业知识解决实际问题的目的。

关键词：工业机器人 自由度 PLC 变频器 触摸屏

工业机器人作为高端的制造装备，能提高产品的质量、生产效率，降低人员成本，从而提升产品市场竞争力，有助于企业获得更多订单，扩大产业。机器人对于高强度、重复性、恶劣环境工作岗位具有更好的适应性，是填补劳动力结构性短缺的最佳选择；随着机器人应用的日益广泛和装机容量的直线上升，对这类技术人员的需求也变得越来越迫切。过去我国机器人的研究主要集中在有限的大专院校和科研单位，而且主要以科学研究为主，工业现场严重缺乏该类人才，这已经成为制约机器人应用和推广的瓶颈问题之一。为培养这一类的高技能型人才，我们开发设计了基于ABB六自由度机器人实训系统，旨在通过学校的教学与实训培养出优秀的高技能人才。

一、实训系统设计思路

1.机器人新兴产业优势

工业机器人作为高端的制造装备，能提高产品的质量、生产效率，降低人员成本，从而提升产品市场竞争力，有助于企业获得更多订单，扩大产业。机器人对于高强度、重复性、恶劣环境工作岗位具有更好的适应性，是填补劳动力结构性短缺的最佳选择；制造业劳动力成本的持续上升和机器人价格的下降增强；采用工业机器人进行生产更加标准化，更具稳定性，对生产效率和产品品质都更有保障。工业机器人能在无人监督的情况下工作连续长达数周，昼夜不停；所以工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。

2.机器人技术与教学培训的对接

为培养高技能型工业机器人自动化生产线应用与维护人才，我们开发设计了基于ABB六自由度机器人实训系统，把现代先进的科学和技术通过学校的教学与实训培养出优秀的高技能人才，具有职业性、实践性、开放性、产业性、教学性、通用性等特点。基于ABB六自由度工业机器人实训系统统涵盖了机电一体化或电气自动化专业学习中所涉及的如工业机器人应用与维护、机电控制技术、气动控制技术、可编程控制技术、自动检测技术、变频调速技术等多项技术，是一套能用于职业技能的训练、培训及考核的实训设备，是学生和学员快速掌握工业机器人技术的平台和载体。

3.系统设计思路

本实训系统主要由供料单元，传送分拣单元机机器人搬运单元组成。各个单元之间相互组合，提高系统设计的灵活性，该系统中包含了机电一体化专业学习中所涉及的如机电控制技术、工业机器人控制技术、气动控制技术、可编程控制技术、自动检测技术、变频调速技术等多项技术。实训系统以三菱可编程控制器FX2N-32MR为控制核心，32点PLC在本系统中够用，成本方面有优势，触摸屏采用GT1000，配套起来方便，其他气动和传感器等都采用通用的工业级元器件来配置。通过工业ABB六自由度机器人（IRB120）、变频器、触摸屏及传感器等配合达到工件分拣的目的。适用于主物流生产线上的物料或货物的搬运。PLC主要负责信号处理及命令发出交换，ABB六自由度机器人主要负责搬运，变频器可使输送带保持在一定速度，人机界面（触摸屏）完成生产计数设定和显示，启动和停止等操作、通过传感器定位，完成整套设备物流物料的精确分拣控制。

二、实训系统硬件选型与设计

机器人本体及配套设备采用ABB IRB120系列工业机器人、示教器；PLC主控制器三菱FX2N系列PLC，负责信号采集和处理，界于工作点数要求不高，我们采用了FX2N-32点PLC，以达到够用经济实用的目的；分拣系统包括供料单元和传送分拣单元，供料单元由筒式料仓、顶料气缸、推料气缸加上相应的位置传感器构成；传送分拣单元采用三菱D700变频器作为调速控制系统，使用增量式旋转编码器进行距离检测，推料气缸进行废料推出，光纤传感器和电感传感器进行物料检测和工件属性判别；为配套实训系统的教学应用，我们选用了GT1000三菱触摸屏，用来控制系统的启停、工件计数显示等。

三、机器人软件设计与虚拟仿真

通过机器人开发软件设计机器人控制程序，供料单元检测到物料后，顶料气缸顶住物料，推料气缸1推出物料，经输送带进行输送，经电感传感器检测如果物料为金属，则由推料气缸2推入料槽，如果物料为非金属，则到达终点后由机器人抓取放入供料单元的料槽内。RobotStudio是ABB公司专门开发的工业机器人离线编程软件。RobotStudio代表了目前最新的工业机器人离线编程水平，它以其操作简单地、界面友好和功能强大而得到广大机器人工程师的一致好评。RobotStudio提供了在计算机中进行ABB机器人示教器操作练习的功能。同时我们还可以利用机器人自带的示教器进行在线编程示教，大大方便教学和工程开发设计。

四、实训系统完成的功能

基于ABB六自由度工业机器人实训系统设计可以灵活运用各项自动化控制技术，加深对自动控制技术的理解，更快掌握PLC控制技术并能更好的运用到实际生活生产当中。采用模块化开发式结构，具有很高的灵活性和易扩展性。通过学习可编程控制技术、工业机器人示教编程技术，完成预期的作业任务。工作学习任务由浅入深，符合教学规律，既可对系统单元进行单机调试实训，又可对各单元进行联机协调实训。通过本实训系统平台的学习和训练让学员掌握气动控制技术，自动检测技术，变频调速及触摸屏的应用，PLC程序设计，工业机器人示教及编程，系统的安装调试和维护保养。

五、结束语

工业机器人应用与维护专业是一门实操性非常强的专业，没有相对应的实训设备作保障无法开展教学培训，为些我们开发基于ABB六自由度工业机器人实训系统统，该系统涵盖了机电一体化的多项技术，能加深学生对自动控制技术的理解，更快掌握PLC控制技术并能更好的运用到实际生活生产当中。采用模块化开发式结构，具有很高的灵活性和易扩展性。通过学习可编程控制技术、工业机器人示教编程技术，完成预期的作业任务。工作学习任务由浅入深，符合教学规律，既可对系统单元进行单机调试实训，又可对各单元进行联机协调实训。下一步我们将继续开发研究工业机器人典型应用实训设备，希望能够各种典型应用综合于一套设备之中，例如机器视觉、抛光打磨、码垛、焊接、装配等，将更加有利于培训和教学。