一種工業機器人教學工作站的制作方法

本發明涉及教學設備領域，尤其涉及一種工業機器人教學工作站。

背景技術：

工業機器人裝配系統以其自動化程度高、裝配精度高、穩定性好、能適應極端環境等特點而廣泛應用于汽車制造、航空、電子產品制造等各個領域。機器人裝配系統已經有了較成熟的發展，小到微米級的電子元件制造，大到大型工業設備的生產，無不體現著機器人裝配系統在現代工業生產中的重要地位。

隨著機器人在工業系統中的應用逐漸普及，特別是隨著《中國制造2025》規劃全面鋪開，機器人操作編程人員在制造行業的需求逐漸提升。各中高職院校承擔著輸送和培養機器人使用人才的重要責任，對工業機器人使用的教育也越來越重視。例如，中國專利號為CN201410247340.4的專利公開了一種工業機器人實訓系統，該工業機器人實訓系統包括具有手爪的工業機器人和與工業機器人電連的主控制器，雖然可供學生練習通過主控制器控制工業機器人動作的技術，掌握工業機器人與主控制器相結合以完成如裝配生產任務的知識，但是該實訓系統結構整體性和緊湊性差，同時未引入視覺、激光等檢測裝置，無法實現工業機器人的自主作業，且在不同物料的裝配過程中無法得知物料是否裝配正確，容易造成裝配物料后的產品可能存在不滿足產品要求的情況，從而降低了物料自動化裝配精度和產品的合格率，無法充分滿足教學需求。

綜上所述，急需一種結構整體性和緊湊性好，自動化裝配精度高，能夠充分滿足教學需求的工業機器人教學工作站。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

為了解決現有技術的上述問題，本發明提供一種結構整體性和緊湊性好，自動化裝配精度高，能夠充分滿足教學需求的工業機器人教學工作站。

(二)技術方案

為了達到上述目的，本發明采用的主要技術方案包括：

一種工業機器人教學工作站，包括具有工作臺面的工作臺柜，所述工作臺柜的內部安裝有工業機器人控制器，所述工作臺面上安裝有供料單元、工業機器人本體、視覺檢測控制器、物料裝配位平臺、驅動裝置、滑軌、PLC控制器和檢測裝置；

所述視覺檢測控制器與工業機器人控制器連接，用于檢測物料的顏色、輪廓、尺寸數據及對吸盤工具吸取物料的位置，并將數據信息及位置信息傳輸至工業機器人控制器；

所述檢測裝置用于檢測位于檢測位置的物料是否裝配正確；

所述物料裝配位平臺與驅動裝置連接，所述物料裝配位平臺的底部對稱設置有兩條與滑軌配合的滑槽；

所述PLC控制器分別與驅動裝置、檢測裝置和工業機器人控制器連接，所述PLC控制器控制驅動裝置驅動物料裝配位平臺沿滑軌運動至檢測位置，接收檢測裝置檢測到的檢測信號，并傳輸至工業機器人控制器；

所述工業機器人控制器與工業機器人本體連接，用于控制工業機器人本體在物料裝配位平臺上裝配物料；

還包括檢測結果提示裝置，所述檢測結果提示裝置與PLC控制器連接，所述PLC控制器根據檢測裝置的檢測結果控制檢測結果提示裝置開啟。

作為本發明的工業機器人教學工作站的一種改進方案，所述驅動裝置為無桿氣缸驅動系統，所述無桿氣缸驅動系統包括無桿氣缸，所述無桿氣缸通過氣缸安裝架安裝在工作臺面上。

作為本發明的工業機器人教學工作站的一種改進方案，所述檢測結果提示裝置為蜂鳴器。

作為本發明的工業機器人教學工作站的一種改進方案，所述檢測結果提示裝置為檢測結果指示燈。

作為本發明的工業機器人教學工作站的一種改進方案，還包括到位傳感器，所述到位傳感器與PLC控制器連接，用于檢測物料裝配位平臺是否推送至檢測位置。

作為本發明的工業機器人教學工作站的一種改進方案，還包括視覺檢測顯示屏，所述視覺檢測顯示屏與視覺檢測控制器連接；

所述工業機器人控制器接收視覺檢測控制器檢測到的視覺檢測結果并輸出至視覺檢測顯示屏進行顯示。

作為本發明的工業機器人教學工作站的一種改進方案，所述視覺檢測顯示裝置為液晶顯示屏。

作為本發明的工業機器人教學工作站的一種改進方案，還包括工業機器人示教器，所述工業機器人示教器與工業機器人控制器通信連接。

(三)有益效果

本發明的有益效果是：

本發明提供了一種工業機器人教學工作站，該教學工作站將工業機器人控制器、工業機器人本體、物料裝配位平臺、視覺檢測控制器、驅動裝置、滑軌、PLC控制器、檢測裝置集中安裝在一臺工作臺柜上，通過實際操作模擬工業機器人在3C行業中的真實應用，使教學內容與就業內容接軌，充分滿足學校對學生開展工業機器人教育的需求，整個工業機器人教學工作站不僅結構整體性和緊湊性良好，能夠實現工業機器人的自主作業，自動化裝配精度高，自動化集成度高。

附圖說明

圖1是本發明優選實施例提供的工業機器人教學工作站的立體一；

圖2是本發明優選實施例提供的工業機器人教學工作站的立體圖二；

圖3是本發明優選實施例提供的芯片裝配位平臺與滑軌的裝配結構示意圖；

圖4是本發明優選實施例提供的無桿氣缸驅動系統的裝配結構示意圖；

圖5是本發明優選實施例提供的視覺檢測控制器的結構示意圖；

圖6是本發明優選實施例提供的到位傳感器與檢測結果指示燈的裝配結構示意圖。

圖中：

1、工作臺柜；2、門；3、線槽；4、萬向滾輪；5、機器人連接端；6、工具連接端；9、吸盤工具；10、鎖螺絲工具；11、工具支架；13、滑槽；17、原料平臺；18、芯片物料；19、蓋板物料；20、視覺檢測單元；21、視覺檢測控制器；22、芯片裝配位平臺；23、PCB板；24、滑軌；25、無桿氣缸驅動系統；26、檢測裝置；27、到位傳感器；28、檢測結果指示燈；29、監視攝像頭；30、攝像頭支架；31、監視器；32、監視器支架；33、工業機器人本體；34、液晶顯示屏；35、PLC控制器；36、螺絲供料單元；37、無桿氣缸；38、氣缸安裝架。

具體實施方式

為了更好的解釋本發明，以便于理解，下面結合附圖，通過具體實施方式，對本發明作詳細描述。

本實施例提出一種優選的工業機器人教學工作站，如圖1至圖6所示，該工業機器人教學工作站包括具有工作臺面的工作臺柜1、工業機器人本體33、工業機器人控制器、工業機器人示教器、工具快換系統、異形芯片原料單元、視覺檢測單元20、異形芯片裝配單元、螺絲供料單元36、監視系統等組件。

本實施例的工作臺柜1的側面開設有門2，工作臺柜1的內部可儲物。工作臺柜1上表面的工作臺面外周設置有線槽3，能夠方便各電纜線的布局。為了方便工作臺柜1的整體移動，工作臺柜1的底部設置有若干個萬向滾輪4，可以使教學者更全面的觀察設備的結構和工作過程，提升教學質量和教學效果。上述的工業機器人本體33、工具快換系統、視覺檢測單元20、異形芯片裝配單元、螺絲供料單元36和監視系統均安裝在工作臺面上。工業機器人控制器安裝在工作臺柜1的內部。工業機器人控制器分別與工業機器人本體33、視覺檢測單元20和異形芯片裝配單元連接。工業機器人本體33由工業機器人控制器控制完成指定動作。工業機器人示教器與工業機器人控制器通信連接，間接控制工業機器人本體33運動。工業機器人示教器具有存儲有工業機器人本體33動作指令的存儲模塊，可以存檔某一運動指令到工業機器人控制器中，并且可反復調取存檔的運動指令使工業機器人本體33執行相應運動。

具體的，工業機器人示教器的存儲模塊中存檔有一系列工業機器人本體33的動作指令文件，動作指令文件可以通過工業機器人示教器直接輸入并編輯，也可以通過在計算機中運行的離線編程軟件進行編制，并通過U盤等存儲介質或網絡傳輸到工業機器人控制器中，控制工業機器人本體33完成指定動作。工業機器人本體33在裝配單元處動作，以完成物料裝配工藝。

工具快換系統包括機器人連接端5、快換工具和工具連接端6。機器人連接端5的一端可拆卸地連接在工業機器人本體33的末端。快換工具包括吸盤工具9和鎖螺絲工具10四件機器人操作工具，以上四件操作工具分別用于完成工業機器人吸取芯片和蓋板物料、以及吸取螺絲并裝配鎖緊的操作，且均通過工具支架11安裝在工作臺面上。工具連接端6的一端與快換工具固定連接，工具連接端6的另一端可拆卸地連接在機器人連接端5的另一端，如此實現工業機器人本體33末端不同操作工具的更換，方便實用。

該工業機器人教學工作站還包括異形芯片原料單元，異形芯片原料單元包括原料平臺17、芯片物料18和蓋板物料19，原料平臺17安裝在工作臺面上。顏色、輪廓、尺寸和功能不同的異形芯片物料18以及蓋板物料19放置于原料平臺17上。

視覺檢測單元20為工業級智能視覺系統，其包括視覺檢測控制器21和液晶顯示屏34，視覺檢測控制器21和液晶顯示屏34均與工業機器人控制器連接。視覺檢測控制器21可用來檢測異形芯片及蓋板物料19的顏色、輪廓、尺寸等數據，同時可對吸盤工具9吸取物料的位置進行判斷，并將視覺檢測結果傳輸至工業機器人控制器。工業機器人控制器接收視覺檢測結果并輸出至液晶顯示屏34，同時根據檢測信號控制工業機器人本體33是否進入異形芯片裝配功能模塊進行裝配工作。其中，液晶顯示屏34顯示視覺檢測結果，以供操作人員一目了然的查看，方便快捷。

異形芯片裝配單元包含PLC控制器35和多個芯片裝配工位，每個芯片裝配工位包括芯片裝配位平臺22、PCB板23、滑軌24、驅動裝置、檢測裝置26、到位傳感器27和檢測結果指示燈28。其中，PCB板23置于芯片裝配位平臺22上。芯片裝配位平臺22與滑軌24滑動連接。進一步的，芯片裝配位平臺22的底部對稱設置有兩條與滑軌24配合的滑槽13，驅動裝置可驅動芯片裝配位平臺22沿滑軌24運動。為了節省安裝空間，驅動裝置采用無桿氣缸驅動系統25，其包括無桿氣缸37，無桿氣缸37通過氣缸安裝架38安裝在工作臺面上。到位傳感器27與PLC控制器35連接，到位傳感器27可檢測芯片裝配位平臺22是否已推送到檢測位置。檢測裝置26固定于滑軌24的末端，可檢測檢測位置的芯片是否裝配正確。檢測結果指示燈28與PLC控制器35連接，檢測結果指示燈28根據檢測裝置26檢測到的芯片裝配正確或錯誤，分別指示綠色和紅色。檢測結果指示燈28可方便操作人員一目了然的查明芯片裝配的正確與否，以便及時修正。PLC控制器35與工業機器人控制器連接，可接收到位傳感器27的檢測信號，控制無桿氣缸驅動系統25驅動芯片裝配位平臺22滑動、控制檢測裝置26檢測裝配芯片后的PCB板23是否滿足產品要求、接收檢測裝置26傳輸的檢測結果并控制檢測結果指示燈28點亮。由于該教學工作站的裝配單元具有檢測裝置26、到位傳感器27和檢測結果指示燈28，因此，不僅實現了物料的高精度自動化裝配，而且方便操作，充分滿足教學需求。

當然，上述的檢測結果指示燈28還可以采用蜂鳴器來替換，同樣能夠提示操作者芯片是否正確裝配。

螺絲供料單元36安裝在工作臺面上，螺絲供料單元36供電后可將一枚螺絲頂出至取螺絲位置，在鎖螺絲工具10將螺絲取出后，自動再次將一枚螺絲頂出至取螺絲位置。

監視系統包括監視攝像頭29和與監視攝像頭29電連接的監視器31。監視器31通過監視器支架32安裝在工作臺面上。監視攝像頭29通過攝像頭支架30安裝在工作臺面上，可拍攝工作臺柜1及周邊一定范圍內的人員及設備操作情況，并實時傳輸到監視器31進行顯示。

本實施例以3C行業典型的工藝應用為背景，能夠支持工業機器人完成異形芯片的分揀、異形芯片在PCB板23上的裝配，實現工業機器人操作、鉗工裝配、電工電子、PLC應用、氣動控制、視覺檢測等技能要點的教學。

通過上述組件間控制信號的交互共可形成三個功能模塊：視覺檢測功能模塊、異形芯片裝配功能模塊和操作監控模塊。各模塊工作方法如下：

1、視覺檢測功能模塊

A、工業機器人配合視覺檢測單元20的動作指令可由工業機器人示教器輸入到工業機器人控制器中存檔；

B、工業機器人控制器控制工業機器人本體33將吸盤工具9安裝至工業機器人本體33的末端；

C、工業機器人控制器控制工業機器人本體33使用吸盤工具9將原料平臺17上的芯片物料18吸取，移動至智能視覺系統位置進行視覺檢測，檢測過程中工業機器人本體33在檢測位置等待檢測結果；

D、視覺檢測控制器21將檢測到的芯片顏色、輪廓、尺寸等數據信息傳輸至液晶顯示屏34；

E、視覺檢測控制器21將芯片特征信息和吸盤工具9吸取芯片的位置信號傳輸至工業機器人控制器，工業機器人控制器根據檢測信號判斷下一步動作；

F、若檢測信號顯示PCB板23需要裝配此芯片，則工業機器人控制器控制工業機器人本體33進入異形芯片裝配功能模塊進行裝配工作；

G、若檢測信號顯示PCB板23無需裝配此芯片，則工業機器人控制器控制工業機器人本體33丟棄此芯片，重新執行C-E步驟，直至芯片分揀正確。

2、異形芯片裝配功能模塊

A、工業機器人裝配芯片的動作指令可由工業機器人示教器輸入到工業機器人控制器中存檔；

B、工業機器人控制器控制工業機器人本體33由視覺檢測位置移動至芯片裝配位平臺22位置，根據吸盤吸取芯片的位置信息計算吸盤工具落點，以準確地將芯片裝配至PCB板23的芯片槽中；

C、工業機器人控制器需判斷PCB板23上多個不同異形芯片是否全部裝配完畢；

D、如未完成所有芯片裝配工作，工業機器人控制器控制工業機器人本體33由芯片裝配位平臺22位置移動至原料平臺17位置，重復視覺檢測功能模塊中C-G步驟和本功能模塊的B-C步驟，直至完成所有芯片的分揀裝配；

E、如已完成所有芯片裝配工作，工業機器人控制器傳輸信號到PLC控制器35，PLC控制器35控制無桿氣缸驅動系統25驅動芯片裝配位平臺22滑動到檢測位置；

F、滑動至檢測位置后，到位傳感器27傳輸信號到PLC控制器35，PLC控制器35控制檢測裝置26檢測裝配后的PCB板23是否滿足產品要求；

G、若滿足要求，PLC控制器35控制檢測結果指示燈28亮綠色，并將檢測合格信號傳輸到工業機器人控制器；

H、若不滿足要求，PLC控制器35控制檢測結果指示燈28亮紅色，并將檢測不合格的芯片信息傳輸到工業機器人控制器；

I、PLC控制器35控制無桿氣缸驅動系統25驅動芯片裝配位平臺22滑回裝配位；

J、若工業機器人控制器接收到檢測不合格芯片信息，則吸取問題芯片并丟棄，重復視覺檢測功能模塊中C-G步驟和本功能模塊的B-F步驟，直至產品檢測合格；

K、若工業機器人控制器接收到檢測合格信號，則工業機器人控制器控制工業機器人本體33移動至原料平臺17位置吸取蓋板；蓋板進入視覺檢測模塊，視覺檢測控制器21將吸盤工具9吸取蓋板的位置信號傳輸至工業機器人控制器；

L、工業機器人控制器控制工業機器人本體33由視覺檢測位置移動至芯片裝配位平臺22位置，根據吸盤吸取蓋板的位置信息計算吸盤工具落點，以準確地將蓋板落至PCB板23上；

M、工業機器人控制器控制工業機器人本體33將吸盤工具9放回工具支架11上，裝上鎖螺絲工具10，移動至螺絲供料單元36拾取螺絲；

N、工業機器人控制器控制工業機器人本體33將螺絲裝配到蓋板并打緊，最終完成產品安裝工作；

O、完成所有裝配動作后，工業機器人控制器控制工業機器人本體33將鎖螺絲工具10放回工具支架11上并復位。

3、操作監控模塊

監視攝像頭29拍攝工作臺柜1及周邊一定范圍內的人員及設備操作情況，實時傳遞到監視器31進行顯示，供教學人員查看。

本實施例的教學工作站將工業機器人控制器、工業機器人本體、視覺檢測單元、異形芯片裝配單元、螺絲供料單元和監視系統等集中安裝在一臺工作臺柜上，通過工業機器人示教器實際操作模擬工業機器人在3C行業中的真實應用，使教學內容與就業內容接軌，充分滿足學校對學生開展工業機器人教育的需求，整個工業機器人教學工作站不僅結構整體性和緊湊性良好，而且能夠實現工業機器人的自主作業，自動化裝配精度高，自動化集成度高。

以上結合具體實施方式描述了本發明的技術原理。這些描述只是為了解釋本發明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發明保護范圍的限制。基于此處的解釋，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可聯想到本發明的其它具體實施方式，這些方式都將落入本發明的保護范圍之內。