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融合机器视觉工业机器人工作站综合实训平台构建

2018-06-05黄辉

科教导刊·电子版 2018年4期
关键词:实训平台可编程控制器工业机器人

摘 要 为了适应智能制造产业对高端技能型人才培养的需要,开发了一套贴近工程实际应用需求的融合机器视觉工业机器人工作站综合实训平台。该平台硬件包括ABB IRB120工业机器人系统、昆仑通态触摸屏、西门子可编程控制器、信捷视觉识别系统、变频控制物料传输带系统、3*4立式货架、码垛工作台、多套末端工具。PLC控制系统与机器人通讯采用通用IO接口。基于该平台,学生可以采用适当的机器人末端工具,绘制气动回路,设置视觉系统参数,并在此基础上实现电气接线,编写工业机器人程序、PLC梯形图程序和组态软件程序。经过多个班级的实践表明,大部分学生都表现了很大的兴趣,知识和技能掌握较为深入。

关键词 工业机器人 实训平台 可编程控制器 视觉识别

中图分类号:TP242.2 文献标识码:A

0引言

工业机器人工作站是指以一台或多台工业机器人为主,配以相应的周边设备,如变位机、输送机、工装夹具等,或借助人工的辅助操作一起完成相对独立的一种作业或工序的一组设备组合。推进工业机器人应用和产业发展,能够有效缩短产品研制周期,提高生产效率和产品质量,降低运营成本和资源能源消耗,加快发展智能制造,对于提高制造业供给结构的适应性和灵活性、培育经济增长新能动都具有十分重要的意义。2017年我国机器人市场规模总体达到62.8亿美元,工业机器人市场约占全球市场份额的三分之一,已经发展成为全球第一大工业机器人应用市场。人才,是支撑机器人产业未来发展的基础。但资料显示,到2020年,中国机器人行业的人才需求有750万,缺口达到300万。

目前,国内高等职业院校开设的工业机器人实践及实训课程围绕工业机器人的认识和示教编程而展开,而缺乏系统性的緊密结合工业机器人工程实际应用相关的实践、实训课程和实训平台,无法满足智能制造业产业发展对相关技术人才培养的知识和技能需求。为了紧跟长三角地区工业机器人大面积应用的步伐,探索适合高端技能型人才培养教学方法和手段,我校智能控制技术专业开设了“工业机器人操作与编程”、“自动生产线编程与装调”、“工业机器人虚拟仿真和离线编程”和“工业机器人工作站集成技术”,由基础实践实训到结合工业应用需求工作站集成,并围绕ABB工业机器人、机器视觉和西门子PLC搭建了机器视觉工业机器人工作站综合实训平台。基于该平台,学生可以综合运用所学的工业自动化和工业机器人知识和技能,自己设计并动手完成指定的机器人实训任务,培养学生的实践操作能力和工程素养。

1总体方案

1.1设计思路

构建融合机器视觉工业机器人工作站综合实训平台是为了让学生熟练掌握工业机器人工作站集成技术,通过前期在平台上工业机器人示教操作训练,后期设计并装调工业机器人工作站应用项目,达到高端技能和应用能力的培养目标。为了发挥训练的有效性,提高学生的参与积极度,以企业实际应用作为出发点,对平台进行合理定位,选择合适的工业标准件来保证学生通过在训练平台上学习,能够更容易适应未来的工业自动化和工业机器人相关岗位工作。基本的设计思路:围绕工业机器人的搬运、码垛、装配、涂胶、焊接和分选等实践项目任务,学生可以自主设计和装调工业机器人工作站系统。

1.2平台的项目工作任务

根据工业机器人实训项目任务,进行方案设计,采用RobotStudio软件对项目任务进行虚拟仿真和离线编程,绘制西门子PLC与工业机器人及其它外围设备的IO分配表,选择并设计机器人的末端工具,绘制并连接气动回路,设置视觉系统识别参数,编写工业机器人程序和西门子PLC梯形图程序,利用MCGS组态软件完成触摸屏程序设计,编写技术设计文档。

2实训平台实现

机器视觉工业机器人工作站综合实训平台实物如图1所示。该平台包括:一台ABB IRB120工业机器人系统;一套昆仑通态触摸屏TPC1061Ti;一个西门子1214C AC/DC/RLY可编程控制器;一套信捷视觉识别系统;一套变频控制物料传输带系统;一套3*4立式货架;一个码垛工作台;多套末端工具等。视觉识别系统实现物料形状、颜色等信息的检测,将检测结果反馈给PLC,西门子PLC和昆仑通态触摸系统构成的PLC控制台提供人机交互接口,控制机器人启停和物料传输带系统运行工作过程,并通过组态软件返回工作站运行状态。

2.1 ABB IRB120工业机器人

ABB工业机器人由两部分构成:IRB120工业机器人实体和RobotStudio仿真软件。ABB工业机器人是搬运、码垛、装配和分选等作业的主体,可通过示教完成工业机器人程序编程,也可通过软件离线编程方式实现复杂的机器人运动轨迹的设定。机器人控制柜IRC5内部集成DQS652通用输入输出板卡,具备16路输入和16路输出端口。可将输入端口关联到系统变量中,满足工程实际应用中通过外部控制实现机器人系统自动运行的需求。

2.2西门子可编程控制器

实训平台选用西门子1214C AC/DC/RLY可编程控制器,带有14路数字量输入,10路数字量输出,2路模拟量输入,输出方式为继电器输出,采用PROFINET通信接口方便与外设连接传输数据。

2.3信捷视觉系统

物料传输带系统通过气缸推动送出物料,电机带动输送带运动,将物料送至视觉检测下方,视觉识别系统和视觉检测识别效果如图2所示,等待视觉系统将形状和颜色等判断结果输出给PLC,PLC再将结果通过DQS652输入到机器人系统,让机器人执行相应的控制程序,完成物料分选功能。

2.4信号连接交互

工业机器人控制器通过扩展DQS652数字输入/输出板卡与PLC等外部设备通讯。组态触摸屏与PLC通过以太网连接。机器视觉工业机器人实训平台通过通用数字IO接口进行通讯。

2.4.1通用数字IO接口

通用数字IO接口属于点对点通讯,分别连接了西门子PLC、信捷视觉输出IO信号、工业机器人DQS652和外围开关传感器信号等。数字IO连接方式简单明了,容易理解连接关系,非常适合初学的学生学习使用,但是线路在物理连接上相对复杂,且不利于多机之间实现远距离通信。PLC控制系统和机器人控制柜的信号连接图如1所示。

2.4.2机器人信号配置

工业机器人的信号配置就是通过建立机器人软件程序与硬件外设端口的连接关系。ABB机器人通过示教器配置IO口包含三个方面:DQS652板卡配置、输入输出信号设置和IO信号关联系统变量设置。关联的系统变量和配置的输出端口如图2所示。

2.4.3视觉系统与PLC信号通信

信捷视觉系统的输出有5个,分别为Y1、Y2、Y3、Y4。为相机的输出端子,为NPN型集电极开路输出,通过视觉软件配置,可以将识别结果关联到4个输出端口中。

视觉系统输出与PLC输入端口连接如图3所示。

2.4.4机器人末端工具

实训平台的末端工具采用多样化设计,包括钳式机械爪、吸盘、胶枪、笔夹持器和焊枪等。学生根据工作任务的特点选用合适的末端工具,并且搭建所需要的气动回路来实现气动部件的控制。

3工作站实训实践

以学生实现工业机器人机器视觉分选码垛项目为例。学生先对项目进行分解,根据所需码垛的工件特点,选用钳式机械爪末端工具,并且绘制出图6所示的气动回路,设计出PLC、机器人和视觉系统的I/O分配表如表1所示,并在此基础上实现电气接线,通过设置视觉系统的检测参数,准确识别货物的种类,编写工业机器人程序、PLC梯形图程序和组态软件程序,实现接近工厂实际应用的融合机器视觉的机器人码垛工作站的设计与装调。

4结束语

基于视觉检测系统、工业机器人和PLC开发的机器视觉工业机器人工作站综合实训平台贴近企业生产应用,既可以满足学生操作训练的需求,也能让学生通过自己设计,搭建工作站平台,学生在实践过程深化多门理论知识实际应用。培养动手实践能力,解决问题能力,相互协作能力。学生在完成项目过程中,学生应用实训平台积极学习如图8所示,知识和技能掌握的较为深入。

基金项目:2016年浙江省教育厅一般科研项目(项目编号:Y201635667);2016年浙江省教育规划课题(项目编号:kg20160971)。

作者简介:黄辉(1983—),男,讲师,硕士研究生,智能控制技术教研室主任,主要研究方向为智能控制技術、工业机器人集成应用。

参考文献

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