機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)及其教學(xué)方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)及其教學(xué)方法，機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)包括小型工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)、外部控制模塊、教學(xué)模塊、雕刻模塊、繪畫模塊。外部控制模塊連接PC，PC向機(jī)器人傳遞并下載程序。教學(xué)方法包括焊接、切割作業(yè)模擬；碼垛、拆垛作業(yè)模擬；涂膠、拋光打磨作業(yè)模擬；離線編程教學(xué)培訓(xùn)；雕刻作業(yè)培訓(xùn)；繪畫作業(yè)培訓(xùn)；外部控制與通訊教學(xué)培訓(xùn)。機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行控制合理，能完成多項(xiàng)教學(xué)任務(wù)。本發(fā)明專利技術(shù)包含離線編程技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用廣泛，代表了未來機(jī)器人各個(gè)行業(yè)應(yīng)用編程的發(fā)展方向與發(fā)展趨勢(shì)，是機(jī)器人規(guī)模化應(yīng)用、解放人力資源的必經(jīng)之路，進(jìn)行該技術(shù)的教學(xué)培訓(xùn)保證了教學(xué)內(nèi)容的時(shí)效性。

Robot teaching platform and teaching method

The invention discloses a robot teaching platform and a teaching method thereof, wherein the robot teaching platform comprises a small industrial robot system, an external control module, a teaching module, a carving module and a drawing module. The external control module is connected to the PC, and the PC transmits and downloads the program to the robot. Teaching methods including welding and cutting simulation; stacking and unstacking operations simulation; coating, polishing operation training simulation; off-line programming; carving painting training; training; training of external control and communication teaching. The robot teaching platform is simple in structure and reasonable in operation control. The present invention includes off-line programming technology, this technology is widely used, and represents the future direction of development of robot applications in various industries programming trend, is the only way which must be passed robot scale applications, the liberation of the human resources, the technical teaching and training to ensure the timeliness of teaching content.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及機(jī)器人教學(xué)領(lǐng)域，尤其是一種機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)及其教學(xué)方法。
技術(shù)介紹
機(jī)器人作為工業(yè)4.0時(shí)代的核心力量，正在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。機(jī)器人進(jìn)入工廠，需要人操作才能投入使用。但目前適合企業(yè)的人才并不多，據(jù)相關(guān)調(diào)研結(jié)果，相關(guān)人才缺口達(dá)百萬(wàn)人。另一方面，當(dāng)前開設(shè)機(jī)器人專業(yè)的院校較少，教學(xué)設(shè)備也與實(shí)際工業(yè)應(yīng)用級(jí)設(shè)備相距甚遠(yuǎn)，造成了機(jī)器人教學(xué)工作效率低下、脫離實(shí)際。國(guó)內(nèi)在機(jī)器人教學(xué)設(shè)備方面，主要有兩個(gè)問題：1)院校設(shè)備側(cè)重機(jī)器人組成及原理，涉及應(yīng)用較少，限制了學(xué)生動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)；2)市場(chǎng)現(xiàn)有培訓(xùn)設(shè)備，要么完全進(jìn)口，造價(jià)高昂、售后困難，要么功能單一，無(wú)法實(shí)現(xiàn)崗前培訓(xùn)的效果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提出了一種機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)及其教學(xué)方法。本專利技術(shù)能夠推廣工業(yè)機(jī)器人，同時(shí)，注重實(shí)操、功能全面。本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：本專利技術(shù)公開了機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)，包括小型工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)和具備框架結(jié)構(gòu)的機(jī)柜。小型工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)包括關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體、機(jī)器人控制柜、示教器；所述關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體的末端安裝有防碰撞傳感器，防碰撞傳感器末端安裝快換裝置，快換裝置安裝有可更換的功能模塊；所述關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體安裝在機(jī)柜內(nèi)，所述機(jī)器人控制柜設(shè)置在機(jī)柜內(nèi)，所述示教器設(shè)在機(jī)柜外；所述機(jī)柜內(nèi)設(shè)有外部控制模塊，外部控制模塊連接PC，PC向機(jī)器人控制柜傳遞并下載程序。進(jìn)一步地，所述機(jī)柜分為用覆蓋件隔開的上層空間和下層空間，上層空間背部、頂部有玻璃擋板，頂部擋板下方有照明燈，頂部擋板上方有報(bào)警燈，前部、左右兩側(cè)有安全門；所述外部控制模塊安裝在下層空間。機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)還包括氣動(dòng)模塊，氣動(dòng)模塊包括用于產(chǎn)生壓力氣源的空壓機(jī)、用于氣路通斷與壓力控制的閥、用于氣體干燥與過濾的過濾器、用于系統(tǒng)壓力檢測(cè)的壓力開關(guān)，空壓機(jī)外置于機(jī)柜外，閥、過濾器、壓力開關(guān)安裝在下層空間內(nèi)。所述關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體的軸數(shù)為六軸，內(nèi)置有電磁閥、氣動(dòng)接口、傳感器信號(hào)通訊接口。優(yōu)選地，所述上層空間的關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體前方設(shè)有變位機(jī)，變位機(jī)包括電機(jī)、減速機(jī)、連接法蘭、法蘭盤，所述變位機(jī)與關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體聯(lián)動(dòng)；變位機(jī)連接有變位機(jī)控制柜，變位機(jī)控制柜放置在下層空間機(jī)器人控制柜上方，變位機(jī)控制柜實(shí)現(xiàn)變位機(jī)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制。優(yōu)選地，所述外部控制模塊包括PLC控制器、電源組件、人機(jī)界面和通訊接口。優(yōu)選地，所述功能模塊包括教學(xué)模塊、雕刻模塊、繪畫模塊。根據(jù)上述機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)的教學(xué)方法，包括如下步驟：(1)確定機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)的教學(xué)任務(wù)；(2)選擇不同的功能模塊，并將功能模塊安裝在關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體的末端，并啟動(dòng)機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)，執(zhí)行教學(xué)方法；(3)完成指定的教學(xué)任務(wù)，停止機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)。所述步驟(2)中的教學(xué)方法包括焊接、切割作業(yè)模擬；碼垛、拆垛作業(yè)模擬；涂膠、拋光打磨作業(yè)模擬；離線編程教學(xué)培訓(xùn)；雕刻作業(yè)培訓(xùn)；繪畫作業(yè)培訓(xùn)；外部控制與通訊教學(xué)培訓(xùn)。所述焊接、切割作業(yè)模擬中，將氣動(dòng)夾具安裝在關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體末端的法蘭上，抓取筆型演示工具模擬機(jī)器人安裝焊槍或切割頭工具，通過在線示教編程控制演示工具末端沿工件表面一定軌跡運(yùn)行，模擬焊接、切割作業(yè)；所述碼垛、拆垛作業(yè)模擬中，將氣動(dòng)夾具安裝在關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體末端的法蘭上，從工具掛架物料庫(kù)中抓取標(biāo)準(zhǔn)塊按順序擺放至教學(xué)臺(tái)架碼垛區(qū)域，模擬碼垛作業(yè)，機(jī)器人執(zhí)行碼垛的反向動(dòng)作，完成拆垛作業(yè)模擬；所述涂膠、拋光打磨作業(yè)模擬中，用提供的弧形工件模擬待涂膠或待打磨的工件，用提供的教學(xué)圖畫標(biāo)示工件上需運(yùn)行的軌跡，使用機(jī)器人抓取工件在外部工具上走軌跡，模擬涂膠、拋光打磨作業(yè)；所述離線編程教學(xué)培訓(xùn)中，將雕刻作業(yè)所需的關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體、變位機(jī)、物料的3D模型導(dǎo)入離線編程軟件，設(shè)置相對(duì)位置、工具坐標(biāo)、基坐標(biāo)，軟件能夠自動(dòng)計(jì)算刀具路徑，并指示該路徑上可能與物料發(fā)生碰撞的位置，進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)防碰撞路徑調(diào)整，通過后處理，生成能夠在機(jī)器人系統(tǒng)直接執(zhí)行的程序；所述雕刻作業(yè)中，雕刻作業(yè)包括浮雕、立體雕刻，通過快換裝置用電主軸替換機(jī)器人末端工具，將物料裝夾在機(jī)器人前方，啟動(dòng)離線編程生成的浮雕程序，機(jī)器人自動(dòng)運(yùn)行至電主軸軸線垂直于浮雕部件的姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)浮雕作業(yè)，進(jìn)行立體雕刻作業(yè)時(shí)，將物料裝夾在機(jī)器人前方的變位機(jī)法蘭盤表面，啟動(dòng)離線編程生成的立體雕刻程序，機(jī)器人與變位機(jī)能夠自動(dòng)同步聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)立體雕刻作業(yè)；所述繪畫作業(yè)中，使用教學(xué)平臺(tái)提供的攝像頭實(shí)現(xiàn)圖像素材獲取，使用提供的圖像處理軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理，得到離線編程軟件能夠識(shí)別的圖紙文件格式，并據(jù)此得到繪畫程序，通過快換裝置用畫筆替換機(jī)器人末端工具，啟動(dòng)程序，完成繪畫作業(yè)；所述外部控制與通訊教學(xué)培訓(xùn)中，使用外部控制模塊的通訊接口與教學(xué)平臺(tái)PLC通訊，使用人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)PLC與機(jī)器人數(shù)字量、模擬量通訊的操作與演示。采用如上技術(shù)方案取得的有益技術(shù)效果為：機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行控制合理，能完成多項(xiàng)教學(xué)任務(wù)。本專利技術(shù)包含的離線編程教學(xué)培訓(xùn)，使用離線編程技術(shù)進(jìn)行加工前的仿真與程序的自動(dòng)生成，能夠大大簡(jiǎn)化編程難度、提高精確度；無(wú)需依托機(jī)器人進(jìn)行編程作業(yè)，有效降低編程成本；提前獲知發(fā)生碰撞的位置并進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整加以規(guī)避，提高程序的安全性。該技術(shù)應(yīng)用廣泛，代表了未來機(jī)器人各個(gè)行業(yè)應(yīng)用編程的發(fā)展方向與發(fā)展趨勢(shì)，是機(jī)器人規(guī)模化應(yīng)用、解放人力資源的必經(jīng)之路，進(jìn)行該技術(shù)的教學(xué)培訓(xùn)保證了教學(xué)內(nèi)容的時(shí)效性。附圖說明圖1為機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1區(qū)別視角示意圖。圖3為關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體安裝電主軸工具示意圖。圖4為關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體安裝畫筆工具示意圖。圖5為機(jī)柜框架結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為氣動(dòng)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為防撞傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為外部控制模塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為氣動(dòng)夾具結(jié)構(gòu)示意圖。圖10為工具掛架結(jié)構(gòu)示意圖。圖11為教學(xué)臺(tái)架結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1、關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體，2、玻璃擋板，3、外部框架，4、供電接口，5、氣源接口，6、腳輪，7、進(jìn)風(fēng)口過濾網(wǎng)，8、變位機(jī)，9、氣動(dòng)夾具，10、快換裝置，11、防碰撞傳感器，12、照明燈，13、安全門，14、電主軸，15、自鎖式急停按鈕，16、通訊接口，17、人機(jī)界面，19、示教器，20、教學(xué)臺(tái)架，21、工具掛架，22、筆型演示工具，23、報(bào)警燈，24、繪畫畫筆。具體實(shí)施方式結(jié)合附圖1至11對(duì)本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步說明：機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)，本專利技術(shù)公開了機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)，包括小型工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)、具備框架結(jié)構(gòu)的機(jī)柜、框架與安全模塊、外部控制模塊、教學(xué)模塊、雕刻模塊、繪畫模塊。小型工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)包括關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體1、機(jī)器人控制柜、示教器19；所述關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體1的末端安裝有防碰撞傳感器11，防碰撞傳感器11末端安裝快換裝置10，快換裝置10安裝有可更換的功能模塊；所述關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體安裝在具備框架結(jié)構(gòu)的機(jī)柜內(nèi)，所述機(jī)器人控制柜設(shè)置在機(jī)柜內(nèi)，所述示教器19設(shè)在機(jī)柜外；所述機(jī)柜內(nèi)設(shè)有外部控制模塊，外部控制模塊連接PC，PC向機(jī)器人控制柜傳遞并下載程序。如圖1所示，機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)，由外部框架3構(gòu)成支撐結(jié)構(gòu)，分為上下兩層，之間用覆蓋件隔開，避免上層作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的粉塵落入下層；機(jī)柜底部設(shè)有進(jìn)風(fēng)口過濾網(wǎng)7。上層背部、頂部有玻璃擋板2，頂部擋板下方有照明燈12，前部、左右兩側(cè)有安全門13，擺放機(jī)器人、教學(xué)模塊、雕刻模塊、繪畫模塊；繪畫模塊包括繪畫畫筆24。下本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)，其特征在于，包括小型工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)和具備框架結(jié)構(gòu)的機(jī)柜，所述小型工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)包括關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體(1)、機(jī)器人控制柜、示教器(19)；所述關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體(1)的末端安裝有防碰撞傳感器(11)，防碰撞傳感器(11)末端安裝快換裝置(10)，快換裝置(10)安裝有可更換的功能模塊；所述關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體(1)安裝在機(jī)柜內(nèi)，所述機(jī)器人控制柜設(shè)置在機(jī)柜內(nèi)，所述示教器(19)設(shè)在機(jī)柜外；所述機(jī)柜內(nèi)設(shè)有外部控制模塊，外部控制模塊連接PC，PC向機(jī)器人控制柜傳遞并下載程序。

【技術(shù)特征摘要】
1.機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)，其特征在于，包括小型工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)和具備框架結(jié)構(gòu)的機(jī)柜，所述小型工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)包括關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體(1)、機(jī)器人控制柜、示教器(19)；所述關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體(1)的末端安裝有防碰撞傳感器(11)，防碰撞傳感器(11)末端安裝快換裝置(10)，快換裝置(10)安裝有可更換的功能模塊；所述關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體(1)安裝在機(jī)柜內(nèi)，所述機(jī)器人控制柜設(shè)置在機(jī)柜內(nèi)，所述示教器(19)設(shè)在機(jī)柜外；所述機(jī)柜內(nèi)設(shè)有外部控制模塊，外部控制模塊連接PC，PC向機(jī)器人控制柜傳遞并下載程序。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)，其特征在于，所述機(jī)柜分為用覆蓋件隔開的上層空間和下層空間，上層空間背部、頂部有玻璃擋板(2)，頂部擋板下方有照明燈(12)，頂部擋板上方有報(bào)警燈(23)，前部、左右兩側(cè)有安全門(13)；所述外部控制模塊安裝在下層空間。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)，其特征在于，還包括氣動(dòng)模塊，氣動(dòng)模塊包括用于產(chǎn)生壓力氣源的空壓機(jī)、用于氣路通斷與壓力控制的閥、用于氣體干燥與過濾的過濾器、用于系統(tǒng)壓力檢測(cè)的壓力開關(guān)，空壓機(jī)外置于機(jī)柜外，閥、過濾器、壓力開關(guān)安裝在下層空間內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)，其特征在于，所述關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體(1)的軸數(shù)為六軸，關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體的手臂內(nèi)置電磁閥、氣動(dòng)接口、傳感器信號(hào)通訊接口。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)，其特征在于，所述上層空間的關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體(1)前方設(shè)有變位機(jī)(8)，變位機(jī)(8)包括電機(jī)、減速機(jī)、連接法蘭、法蘭盤，所述變位機(jī)(8)與關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體(1)聯(lián)動(dòng)；變位機(jī)(8)連接有變位機(jī)控制柜，變位機(jī)控制柜放置在下層空間機(jī)器人控制柜上方，變位機(jī)控制柜實(shí)現(xiàn)變位機(jī)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)，其特征在于，所述外部控制模塊包括PLC控制器、電源組件、人機(jī)界面(17)和通訊接口(16)。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任意項(xiàng)所述的機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)，其特征在于，所述功能模塊包括教學(xué)模塊、雕刻模塊、繪畫模塊。8.一種根據(jù)權(quán)利要求7所述的機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)的教學(xué)方法，其特征在于，所述教學(xué)方法包括如下步驟：(1)確定機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)的教學(xué)任務(wù)；(2)選擇不同的功能模塊，并將功能模塊安裝在關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體的末端，并...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李衛(wèi)民，高喜飛，孔銳，張宏瑞，莫建旭，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：濟(jì)寧中科先進(jìn)技術(shù)研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：山東;37