工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實驗實訓(xùn)室建設(shè)與研究*

楊秀文（廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東韶關(guān)512126）

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實驗實訓(xùn)室建設(shè)與研究*

楊秀文
（廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東韶關(guān)512126）

主要從工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實驗實訓(xùn)室軟、硬件建設(shè)與實驗實訓(xùn)項目體系構(gòu)建等方面進(jìn)行研究探討，針對項目開發(fā)中的技術(shù)要點展開分析，對項目體系工作流程進(jìn)行了詳細(xì)闡述，概述了實驗實訓(xùn)項目開發(fā)中的應(yīng)用體會。

工業(yè)機(jī)器人；實驗實訓(xùn)室；項目體系開發(fā)；系統(tǒng)控制

0　引言

隨著工業(yè)技術(shù)不斷向智能化方向發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，工業(yè)機(jī)器人已成為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，對工業(yè)生產(chǎn)和社會發(fā)展起著重要作用。工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實驗實訓(xùn)室的合理建設(shè)與開發(fā)對培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)生產(chǎn)一線的高技能人才至關(guān)重要。

1　實驗實訓(xùn)室硬件及軟件建設(shè)

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實驗實訓(xùn)室采用理實一體化課室，劃分為多媒體教學(xué)區(qū)、實操區(qū)。多媒體教學(xué)區(qū)應(yīng)配備足夠電腦，根據(jù)課程教學(xué)體系需要安裝的軟件包括FX-3U程序設(shè)計軟件及仿真軟件、WinCC組態(tài)軟件，OPC信息采集軟件、ABB工業(yè)機(jī)器人RobotStudo軟件等等，為學(xué)生提供ABB工業(yè)機(jī)器人操作學(xué)習(xí)視頻。

實驗實訓(xùn)室操作區(qū)根據(jù)功能分為五大工作站，分別為總控制站、焊接站、數(shù)控加工站、視覺檢測站和裝配倉儲站五大模塊。實驗實訓(xùn)室配置的可編程控制器采用三菱FX-3U系列PLC，主站與從站之間采用CClink通訊，焊接站配備弧焊機(jī)器人，總控制站配備搬運機(jī)器人，視覺檢測站配備工業(yè)照相機(jī)及視覺檢測系統(tǒng)完成工件寬度及半徑檢測，裝配倉儲站配置堆垛倉儲機(jī)器人，完成工件循環(huán)搬運倉儲工作。

2　工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實驗實訓(xùn)室功能體系構(gòu)建

2.1實驗實訓(xùn)所能覆蓋的課程

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實驗實訓(xùn)覆蓋電工電子技術(shù)、液壓與氣動技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)、SIMATICWinCC Explore組態(tài)軟件、MX OPCCon?figurator軟件、傳感器與檢測技術(shù)、可編程控制器原理與應(yīng)用(FX系列)、現(xiàn)場總線技術(shù)等課程，使學(xué)生綜合掌握工業(yè)控制監(jiān)控組態(tài)及OPC數(shù)據(jù)采集、三菱FX系列程序編程調(diào)試、CClink網(wǎng)絡(luò)通訊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動、工業(yè)機(jī)器人示教編程與操作、工業(yè)機(jī)器人自動焊接系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置與焊接操作等綜合訓(xùn)練[1-2]。

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實驗實訓(xùn)室的建設(shè)能夠為工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)、機(jī)電維修與管理專業(yè)、機(jī)電一體化專業(yè)、電氣自動化專業(yè)級、機(jī)械制造與自動化專業(yè)等提供相關(guān)的實驗、實訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練。運行實踐證明該項目的建設(shè)符合社會需求、滿足相關(guān)專業(yè)技能培養(yǎng)的需要。

2.2功能包含技術(shù)要點

（1）WinCC組態(tài)軟件。包括WinCC組態(tài)軟件的系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置、變量建立與采集，過程畫面創(chuàng)建、變量關(guān)聯(lián)仿真、消息系統(tǒng)設(shè)置、報表腳本系統(tǒng)等基本操作及軟件深化學(xué)習(xí)訓(xùn)練。

（2）可編程控制器技術(shù)。在實驗實訓(xùn)中強化SFC編程技能，靈活使用傳感器、深化步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動、理解PLC與工業(yè)機(jī)器人之間I/O連接與通訊、掌握機(jī)器人輸入輸出信號接線方法。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動控制如圖1所示[3]，其中Y2、Y3為方向控制信號，M8029為脈沖輸出結(jié)束標(biāo)志。PLC與機(jī)器人之間I/O連接與通訊地址如表1所示。

圖1　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動程序

表1　PLC與機(jī)器人通訊地址

（3）OPC數(shù)據(jù)采集軟件。包括與三菱仿真軟件程序信息采集和與FX-3U系列PLC信息采集；變量的建立、程序的仿真等。

（4）FX系列可編程控制器CClink網(wǎng)絡(luò)通訊。利用CClink網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行主從站通信，實現(xiàn)系統(tǒng)的集中和遠(yuǎn)程控制。包括合理設(shè)置各從站的站號及所占站數(shù)，確定啟動數(shù)據(jù)鏈接方式，合理分配主從站通訊地址，編寫主、從站通訊程序等。主站CClink通訊程序設(shè)計流程如圖2所示，從站1通訊程序如圖3所示[4]。

圖2　主站CClink通訊設(shè)計流程

圖3　從站1CClink通訊程序

3　工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實驗實訓(xùn)項目開發(fā)

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實驗實訓(xùn)室的總控制站、焊接站、數(shù)控加工站、視覺檢測站和裝配倉儲站五大模塊各工作站既可單獨編程控制調(diào)試，也能過總控制站聯(lián)機(jī)控制。

3.1焊接站

焊接站包括電氣控制柜、出料模塊、搬運機(jī)械手、焊接工作臺、焊接機(jī)器人、接料臺五大部分。電氣控制柜由PLC、CClink通訊模塊、漏電開關(guān)、電源開關(guān)按鈕、啟停按鈕、復(fù)位急停按鈕等電器元件組成。焊接單元接收到啟動信號，工件從出料模塊料倉落到帶料轉(zhuǎn)盤，帶料轉(zhuǎn)盤由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，當(dāng)物料由傳動帶輸動到傳動帶末端，傳感器信號輸出，由搬運機(jī)器手搬用物料到焊接轉(zhuǎn)盤，工件由轉(zhuǎn)盤驅(qū)動到焊接工位，當(dāng)焊接工作臺夾緊推桿伸出固定工件后，PLC發(fā)出信號Y17，機(jī)器人輸入信號DI10_1為1，焊接機(jī)器人動作，焊接完成機(jī)器人輸出信號DO10_1輸出，PLC輸入信號X17接通，夾緊推桿復(fù)位，轉(zhuǎn)盤驅(qū)動，工件到位后由搬運機(jī)器手將工件搬運到接料臺放下，機(jī)器手下限位信號輸出，此輸出信號通過CClink通訊傳送到主站，由主站控制搬運機(jī)器人將工件搬運至數(shù)控加工站。

3.2數(shù)控加工單元

數(shù)控加工單元配置電氣控制柜和數(shù)控銑床，數(shù)控銑床為FANUC 0imate-MD系列，數(shù)控銑床工作臺配置液壓站和安全防護(hù)罩。液壓站由液壓卡盤、液壓換向電磁閥等組成，完成工件的夾緊定位。安全防護(hù)罩由罩子及開門氣缸等組成。數(shù)控機(jī)床加工站接收啟動信號，防護(hù)罩前門上升到上限，發(fā)出信號到主站，工件經(jīng)過焊接站將工件焊接完成后由搬運機(jī)器人搬運到該站，防護(hù)罩前門下降至下限，液壓站夾緊裝置夾緊工件，進(jìn)行鉆孔加工，加工完成，液壓夾緊裝置松開，防護(hù)罩前門上升到上限，發(fā)出信號到主站，搬運機(jī)器人搬運工件到視覺檢測站。該站運用了PLC與數(shù)控機(jī)床結(jié)合的技術(shù)，再加上液壓站、液壓卡盤等達(dá)到自動生產(chǎn)的效果。通過本站可以進(jìn)行PLC、液壓、數(shù)控機(jī)床等多項訓(xùn)練，更加了解液壓技術(shù)的控制及工作原理，數(shù)控與PLC的通訊及工作原理等。

3.3視覺檢測單元

視覺檢測單元設(shè)備構(gòu)成包括電氣控制柜、視覺檢測系統(tǒng)（工件寬度檢測系統(tǒng)、工件半徑檢測系統(tǒng)）、龍門機(jī)器手、傳送帶、擋料桿等裝置。由數(shù)控加工站搬運的工件經(jīng)傳送帶傳送，通過工業(yè)照相機(jī)拍攝成像，使用工件尺寸測量系統(tǒng)對比寬度、半徑加工精度。合格產(chǎn)品通過傳送帶傳送至裝配倉儲站，對不合格工件，使用龍門機(jī)器手從輸送帶剔除。

3.4裝配倉儲站

裝配倉儲單元由電氣控制柜、配件送料裝置、輸送帶、機(jī)器人四大部分組成。配件送料裝置送料轉(zhuǎn)盤由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。由視覺監(jiān)測站檢測合格的工件傳送到位，送料裝置推出工件，使用工業(yè)機(jī)器人實現(xiàn)裝配，裝配完成后使用機(jī)器人放置工件入庫實現(xiàn)倉儲。實訓(xùn)中聯(lián)機(jī)調(diào)試時要求完成四個合格工件的工作循環(huán)倉儲，需堆垛倉儲四個工件，此時機(jī)器人要求采用循環(huán)指令進(jìn)行編程控制。

3.5總控制站

總控制站配置主站PLC、搬運機(jī)器人、主控臺電腦，完成各站聯(lián)機(jī)控制和搬運機(jī)器人的控制，實現(xiàn)工件由焊接站到數(shù)控加工站、數(shù)控加工站到視覺檢查站的搬運。

生產(chǎn)線聯(lián)機(jī)控制流程為主站發(fā)出啟動指令，焊接站將工件由出料模塊傳送搬運至焊接工作臺進(jìn)行焊接，焊接完成后將工件搬運至接料臺，發(fā)出指令至主站，主站發(fā)出指令到數(shù)控加工站，數(shù)控機(jī)床加工站安全防護(hù)罩前門上升，搬運機(jī)器人將工件由焊接站搬運到數(shù)控站加工，加工完成發(fā)出信號到主站，搬運機(jī)器人搬運工件到視覺檢測站，主站發(fā)出信號至視覺檢測站進(jìn)行半徑和寬度檢測，合格工件傳送至裝配倉儲站進(jìn)行裝配倉儲，主站控制完成四個合格工件的堆垛倉儲。

4　結(jié)束語

在實訓(xùn)中，要求學(xué)生自測PLC及機(jī)器人輸出輸出信號地址，強化電工及PLC操作技能、熟悉工作流程，每個項目要求學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)的PLC控制、監(jiān)控組態(tài)控制、機(jī)器人示教編程，完成全面訓(xùn)練。為實現(xiàn)單機(jī)與聯(lián)機(jī)控制，各分站啟動、停止等與主站重疊信號在程序中應(yīng)進(jìn)行合理的并聯(lián)設(shè)計。

實驗實訓(xùn)室可編程控制器系統(tǒng)采用CClink通訊，為學(xué)習(xí)總線技術(shù)提供了更多訓(xùn)練，拓寬控制技術(shù)，對FX-3U實訓(xùn)編程進(jìn)行了深度研究。

在實訓(xùn)過程中采用分組輪換實訓(xùn)方式，每個工作站要求既能采用電氣柜面板開關(guān)進(jìn)行操作，也能利用監(jiān)控組態(tài)軟件界面控制，充分利用實訓(xùn)資源，綜合掌握專業(yè)知識。

實驗實訓(xùn)項目的合理開發(fā)能夠培養(yǎng)學(xué)生良好的協(xié)作能力，使之具有自主學(xué)習(xí)新知識、新技能的主動性和方法。工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實驗實訓(xùn)室建成以來，為相關(guān)專業(yè)開設(shè)了大量的實驗實訓(xùn)課程，使用率達(dá)到90%以上，開發(fā)的實驗實訓(xùn)項目體系適合社會崗位需求，相關(guān)專業(yè)學(xué)生就業(yè)率高，待遇好，受到合作企業(yè)的高度認(rèn)可。

［1］羅庚合.機(jī)電一體化實驗實訓(xùn)項目建設(shè)［J］.實驗室研究與探索，2009（28）：172.

［2］魏志麗.虛擬工業(yè)機(jī)器人實驗實訓(xùn)室的建設(shè)與研究［J］.自動化技術(shù)與應(yīng)用，2013（32）：85.

［3］張萬忠.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

［4］三菱公司.FX2N-16CCL-M和FX2N-32CCL CC-Link主站模塊和接口模塊用戶手冊［Z］.菱電自動化有限公司，2010.

(編輯：阮毅)

The Construction and Research of the Industrial Application Experimental Robot Laboratory

YANG Xiu-wen
（Guangdong Songshan Polytechnic College，Shaoguan512126，China）

This article is mainly about the industrial robot laboratory soft-hard ware construction，experiment projectsystem construction and other aspects of research.Analyzed on technical points in the development of the project,detailed introduced the projectwork flow system，summarized theapplication experience in the developmentofexperimental training project.

industrial robot；laboratory；projectsystem development；system control

TP242.2 G482

A

1009－9492(2015)06－0021－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.06.005

*央財支持高職院校提升專業(yè)產(chǎn)業(yè)服務(wù)發(fā)展能力項目（編號：教職成2001（11號））

2015－03－16

楊秀文，女，1972年生，河北唐山人，碩士，講師。研究領(lǐng)域：機(jī)電一體化技術(shù)。已發(fā)表論文7篇。