李 勇， 黄敦华， 黄桂芸

（北京电子科技职业学院， 北京 100176）

0 引言

智能综合实训平台核心部件是工业机器人。 工业机器人是先进制造业的关键支撑装备， 已经广泛应用在生产制造各行各业中。工业机器人在打造中国制造、推动工业转型、加快我国制造业强国建设方面具有重要意义。近年来， 北京电子科技职业学院机电一体化技术专业人才培养方案系统中， 工业机器人及智能制造都摆在了突出地位。为培养出我院该专业人才培养方案所要求的人才，我们与深圳市越疆科技有限公司进行了深入合作， 共同研发了基于工业机器人的智能综合实训平台。 该实训平台在机电一体化技术专业人才培养方案中可以满足机电设备运行与维护、机器人应用、机电系统集成等职业岗位的技能培养；课程可以满足《工业机器人编程与操作》和《机电一体化设备组装与调试》的教学载体的需要。 在实现学生一专多能的同时， 教师也能结合实际生产任务和项目研发，较好完成人才培养与产学研结合的目标。

1 实训平台功能

智能综合实训平台可实现市场自动售花功能 （也称为智能售花机实训台），集花仓供花单元1、花枝拾取单元2、 传送带5 及视觉检测4 单元、 工业自动工业机器人6搬运单元、花束暂存8 单元、拾取快换工具7 单元、花束捆扎9 单元、花束输出11 单元、人机界面10 单元、电气控制系统等构成。如图1 所示。满足机电一体化技术专业教学、科研需求，该实训台采用模块化设计，学生通过各单元操作学习及技能训练，达到提高动手、编程、控制调试等方面能力。

图1 智能综合实训平台

智能综合实训平台工作过程如下：

该设备由触摸屏设置各种工作参数， 以及设备手工调试；工作时通过触摸屏设置最多两个订单的花束生产，每个订单最多8 枝花朵，颜色可以预定。 根据订单，花仓供花，自动取花装置完成花枝的拾取并放到传送带，由视觉检查花朵的颜色和位置，工业机器人完成抓取，并放到花束预置位置，多余花束进行废花枝处理，放到废花枝预置位置，订单完成后，机器人将花束搬运至捆扎处进行捆扎，并送到售花口处。该机器可以连续根据订单进行售卖工作。 花仓花枝不足可以提醒卖花者预存花枝。

2 实训平台设计及教学功能

2.1 智能综合实训平台设计

在人民生活的商圈中，我们可以看到各种的玩具自动售货机、饮品自动售货机，榨汁无人售卖机等，这些给了我们一些创意， 我们可以用我们所学机电一体化知识和技能，创新一种智能售花机，从而使我们设计的装置即有商业价值又有教学实训价值。 设计构思图见图2。

图2 实训台设计构思图

该构思中上花区实现花枝储存和拾取；传送带实现花枝的传送；视觉检测进行智能识别；判断花的颜色和工业机器人拾取位置；机器人为6 自由度工业机器人，实现花枝的搬运机摆放；工具区放置拾取花枝的夹取工具；实现花枝和花束的抓取；花束1 和2为暂存区域，用于调整花枝方向和形成花束；捆扎机用于花束的捆绑；出花束口1 和2 用于成品的放置口；废花槽和废花口用于存放和取回非预定花朵； 人机界面完成人机交互，设置购置花束等信息。

2.2 智能综合实训平台构成及教学功能

智能综合实训平台教学设计有机械部件组装与调试、 工业机器人编程与调试、PLC 控制器编程与调试、视觉检测应用与调试、电气系统安装与调试、装置集成与调试内容，相应的教学功能丰富，既可以满足机电一体化技术专业课程需求， 又可以满足最后一个学期本专业开设综合课程的需求。

（1）花仓。 花仓功能是实现花枝的预存和供花，见图3。四层托盘作为预存花枝用，每层预存花枝6 枝，一共24枝，步进电动机驱动底板完成托盘定位控制。托盘移出位置用于存放取花后空托盘， 同样由步进电机进行驱动底板实现托盘存储。 各进给控制均设有原点和正负极限位置。 空托盘的拾取由吸盘实现， 吸盘移位由移动气缸实现托盘预存位和移出位的控制， 吸盘固定在升降气缸上， 可实现吸盘上位和下位两个位置的控制。 该装置可以达到气动系统控制、步进电机驱动、PLC 编程等综合训练的目的。

图3 花仓构成

（2）花枝拾取机器手。 机械手功能是实现花枝从花仓花枝预存位最上面托盘中顺序拾取花枝到传送带上，见图4。机械手采用两指气爪实现，并固定在可升降的气缸上，花枝移送采用交流伺服电动机驱动，通过滚珠丝杠带动拾取气抓移动，完成花枝的拾取、搬运工作。 采用交流伺服电动机控制具有控制位置精度高、控制灵活的特点。 机械手训练可以达到气动系统、交流伺服驱动控制、PLC 编程，机械装调等综合训练目的。

图4 花枝拾取机器手

（3） 传送带及视觉检测。 传送带可以将花枝的传送到视觉检测位置， 通过视觉检测实现花朵颜色和拾取位置的判断。 传送带由直流电机驱动， 视觉由摄像头及影像处理系统构成，见图5。 该部分可以完成传送带装调、视觉检测智能识别控制、通信控制等综合教学训练。

图5 传送带及视觉检测构成

（4）工业机器人。 工业机器人采用DOBOT SR4-560 六自由度机械臂，功能是实现花枝的搬运，如图6 所示。 根据视觉检测结果，从传送带上拾取花枝，根据花朵的颜色， 搬运至花束暂存位置。该工业机器人可完成机器人操作、编程、综合应用等教学项目训练。

图6 工业机器人

（5）快换工具。 快换工具用于安装在工业机器人末端， 实现花枝和花束的夹取， 快换工具包含由两指花枝气爪和插抱式花束手抓，见图7。配合机器人完成I/O 口控制教学项目。

图7 快换工具

（6）花束暂存装置。 花束暂存装置共有三个，其中两个用于暂存预定花束所用， 另外一个用于存放不是预定的废余花枝。 机器手从传送带拾取过来的额花枝按照规定的方向摆放到花束预定槽中， 拾取花枝数量满足后， 暂存装置的气缸驱动两指夹具， 实现花束的加紧，见图8。 该部分可以与工业机器人、PLC 协调控制实现综合项目训练。

图8 花束暂存装置

（7）捆扎及花束输出装置。 捆扎装置采用捆扎机实现花束的捆扎，做好花束成品的准备。 花束输出装置采用了花瓶形式实现，机器手从花束暂存装置（废余花槽）中拾取花束，搬运到捆扎机处，进行捆扎（废余花枝不需捆扎）；机器手再把捆扎好的花束搬运到花瓶输出处， 实现售花的输出以及废余花枝的收集，见图9。

图9 花束输出装置

（8）人机界面。 人机界面采用触摸屏形式， 实现智能实训平台操作。 功能是完成人与机器的交互，一方面完成购买者对花束要求的设定，即订单设定。另一方面完成设备维护人员的设备调试、故障报警等使用，如图10 所示触摸屏操作台和控制界面。该部分可以完成触摸屏及设备控制教学训练， 订单设置界面、 手工操作界面、参数设置界面、PLC 控制器I/O 口监控、设备报警界面等，如图11 所示。

图10 触摸屏操作台和控制界面

图11 相关控制界面

（9）电气控制系统。智能实训平台实现上述控制内容，电气控制部分也是重要组成部分， 该设备控制器采用三菱FX3U-80MT（PLC）控制器。完成设备上步进电机、气动系统、伺服驱动系统、花枝颜色、花束搬运、传送带控制、捆扎机等控制。 该部分可以完成电气系统连接及调试的综合教学项目训练。

（10）综合联调。 本实训台涉及机械部件组装及调试、工业机器人操作与编程、传感器应用、视觉检测及调试、PLC 编程与调试、电气组装及调试等工作内容，锻炼学生项目实施与项目优化能力。 该实训台整体控制方案，见图12。

图12 实训台控制方案

3 结束语

智能综合实训平台(智能售花机实训台）研发后，在北京电子科技职业学院机电一体化技术专业教学和科研中得到了具体应用，学生在工业机器人技术、PLC 控制技术、视觉检测技术、机械装调技术等方面都取得了显著技能提高，专业技能水平得到了锻炼，也增加了专业实践和工程实施的经验积累。该实训台在实际应用过程中，还有待进一步改进，例如，可以利用自动化技术手段增加花仓存储花枝保鲜功能，花枝拾取处增加视觉检测，根据需要进行拾取花枝，提高花枝的有效率，进一步提高智能化水平；实训台更加贴近实际的人工智能等创新内容。以满足机电一体化技术专业学生对新技术和技能的需求。 该实训平台为培养更多高素质、 高级技能型人才奠定了良好基础。