一、概述

協(xié)作機(jī)器人開發(fā)與應(yīng)用平臺是一種最為典型的機(jī)電一體化與自動化產(chǎn)品，是為職業(yè)院校、職業(yè)教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)而研制的，裝置適合機(jī)電一體化、電氣自動化等相關(guān)專業(yè)的教學(xué)和培訓(xùn)。裝置在接近工業(yè)生產(chǎn)制造現(xiàn)場基礎(chǔ)上又針對教學(xué)及實訓(xùn)目的進(jìn)行了專門設(shè)計的實訓(xùn)教學(xué)設(shè)備，強(qiáng)化了自動化生產(chǎn)線的安裝與調(diào)試能力。

機(jī)電一體化裝調(diào)實訓(xùn)裝置由六部分組成，分別為：供料機(jī)構(gòu)、協(xié)作機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、加工與檢測機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)分揀機(jī)構(gòu)、裝配機(jī)構(gòu)、成品分揀機(jī)構(gòu)，完成工件上料、搬運(yùn)、加工、檢測、輸送、裝配、分揀等功能。裝置涵蓋了自動化類中機(jī)電一體化和電氣自動化專業(yè)中所涉及的PLC控制、變頻調(diào)速、傳感檢測、氣動、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動與調(diào)速、機(jī)械結(jié)構(gòu)安裝與系統(tǒng)調(diào)試等內(nèi)容。通過基于該實訓(xùn)系統(tǒng)的使用、訓(xùn)練和培訓(xùn)，能充分鍛煉操作者團(tuán)隊協(xié)作能力、計劃組織能力、自動線安裝與調(diào)試能力、工程實施能力、職業(yè)素養(yǎng)、交流溝通能力、效率、成本和安全意識，引導(dǎo)高職院校自動控制類專業(yè)教學(xué)改革發(fā)展方向，促進(jìn)工學(xué)結(jié)合人才培養(yǎng)模式改革與創(chuàng)新，培養(yǎng)可持續(xù)發(fā)展的滿足企業(yè)需求的自動化控制高技能人才。

二、裝置的構(gòu)成：

協(xié)作機(jī)器人開發(fā)與應(yīng)用平臺由由鋁合金導(dǎo)軌式實訓(xùn)臺、典型的機(jī)電一體化設(shè)備的機(jī)械部件、PLC模塊、變頻器模塊、按鈕模塊、電源模塊、模擬生產(chǎn)設(shè)備實訓(xùn)模塊、接線端子排和各種傳感器、計算機(jī)等組成。整體結(jié)構(gòu)采用開放式和拆裝式，實訓(xùn)裝置用于機(jī)械部件組裝，可根據(jù)現(xiàn)有的機(jī)械部件組裝生產(chǎn)設(shè)備，也可添加機(jī)械部件組裝其他生產(chǎn)設(shè)備，使整個裝置能夠靈活的按教學(xué)或競賽要求組裝具有生產(chǎn)功能的機(jī)電一體化設(shè)備。模塊采用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和抽屜式模塊放置架，互換性強(qiáng)；按具有生產(chǎn)性功能和整合學(xué)習(xí)功能的原則確定模塊內(nèi)容，使教學(xué)或競賽時可方便的選擇需要的模塊。設(shè)備需完全符合電工電子全國職業(yè)技能大賽所要求，同時還要求具有可拓展功能，可以組成更加大型的生產(chǎn)模擬系統(tǒng)，以配合各個用戶學(xué)校不同層次，不同專業(yè)的教學(xué)及培訓(xùn)要求。

三、技術(shù)參數(shù) ：

1. 交流電源：三相五線 AC 380V±10%  50 Hz或單相三線AC220V±5% 50Hz；

2. 溫度：-10～40 ℃；環(huán)境濕度：≤90%（25℃）；

3. 外形尺寸：長×寬×高=2100×1000×840 mm；

4. 整機(jī)功耗：≤1.5 kW；   

5. 安全保護(hù)措施：具有接地保護(hù)、漏電保護(hù)功能，安全性符合相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。采用高絕緣的安全型插座及帶絕緣護(hù)套的高強(qiáng)度安全型實驗導(dǎo)線。

四、設(shè)備結(jié)構(gòu)：

實訓(xùn)裝置臺架為鋁合金導(dǎo)軌式，實訓(xùn)考核裝置PLC模塊的I/O 端子、變頻器的接線端子、各常用模塊與PLC的連接端子，均與安全插座連接，使用帶安全插頭的導(dǎo)線進(jìn)行電路連接；各指令開關(guān)、光電開關(guān)、傳感器和指示元件的電路，則通過端子排進(jìn)行連接。插拔線連接電路與端子牌連接電路相結(jié)合，既保證學(xué)生基本技能的訓(xùn)練、形成和鞏固，又保證電路連接的快速、安全和可靠。

1、鋁合金導(dǎo)軌式實訓(xùn)臺：可以安裝送料機(jī)構(gòu)、機(jī)械手、傳輸分揀機(jī)構(gòu)。實訓(xùn)模塊及PLC主機(jī)等可以放置在拉出式的支架上。

2、觸摸屏模塊：昆侖通態(tài)TPC7062,模塊材料要求：高強(qiáng)度塑料外殼、重量輕，面板是鋁塑板，圖案、文字符號采用進(jìn)口油墨絲印。

3、PLC模塊及變頻器模塊：PLC西門子S7-1200系列；變頻器：西門子V20；模塊材料要求：高強(qiáng)度塑料外殼、重量輕，面板是鋁塑板，圖案、文字符號采用進(jìn)口油墨絲印。

4、電源模塊：電源總開關(guān)（帶漏電和短路保護(hù)）1個，單相電源插座2個，安全插座5個；

按鈕模塊：24 V/6 A、12 V/2 A各一組；急停按鈕1只，轉(zhuǎn)換開關(guān)2只，蜂鳴器1只，復(fù)位按鈕黃、綠、紅各1只，自鎖按鈕黃、綠、紅各1只，24V指示燈黃、綠、紅各2只；

5、一體化接線排：接線排殼體上兩側(cè)相對設(shè)置有一初級接線區(qū)（接線端子）和一次級接線區(qū)（安全插座）；接線端子與對應(yīng)的安全插座通過導(dǎo)電彈性件連接；接線排殼體邊緣卷折，設(shè)有固定用的螺孔，可以固定在實訓(xùn)桌上。

6、井式上料機(jī)構(gòu)：井式工件庫1件，物料推出機(jī)構(gòu)1件，光電傳感器2只，磁性開關(guān)2只，單缸氣缸1只，單控電磁閥1只，警示燈1只，主要完成將工件庫中的工件依次推出。氣缸及附屬傳感器選用SMC或其他名牌廠家正規(guī)產(chǎn)品。

7、協(xié)作機(jī)器人搬運(yùn)裝置：

8、加工機(jī)構(gòu)：主要由物料臺、物料夾緊裝置、龍門式二維運(yùn)動裝置、主軸電機(jī)、刀具以及相應(yīng)的傳感器、磁性開關(guān)、電磁閥、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動器、主軸電機(jī)、滾珠絲桿副、支架、機(jī)械零部件構(gòu)成。

9、物件包裝機(jī)構(gòu)：主要由井式供料單元、三工位旋轉(zhuǎn)工作臺、平面軸承、沖壓裝配單元、光電傳感器磁性開關(guān)、電磁閥（日本SMC）、直流減速電機(jī)、支架、機(jī)械零部件構(gòu)成。

10、物料分揀裝置：傳送帶通過三相異步電動機(jī)驅(qū)動，在傳送帶端點(diǎn)處設(shè)計有落料口，通過光電傳感器檢測物料；傳送帶上裝有三個出料槽，對應(yīng)位置有電感傳感器、光纖傳感器等，同時正對料槽位置裝有推料氣缸，共計三個氣缸。傳送帶采用可拆卸的鋁合金支架。氣缸及附屬傳感器選用SMCSMC或其他名牌廠家正規(guī)產(chǎn)品。

五、軟件及管理系統(tǒng)

1、智能制造生產(chǎn)線虛擬仿真系統(tǒng)

通過本系統(tǒng)軟件了解組成智能制造生產(chǎn)線的電氣、氣動、PLC等元件的工作原理并對機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計、分析進(jìn)行虛擬仿真。通過選擇元件利用符合繪制二維回路圖或利用三維模型在系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)智能制造的動作而進(jìn)行虛擬仿真。本系統(tǒng)不僅實現(xiàn)工廠的三維仿真使虛擬現(xiàn)實仿真更加逼真，而且把通過仿真驗證的控制邏輯單元可用作監(jiān)視及控制模塊，使能夠?qū)崿F(xiàn)并行工程及軟件、硬件的并行設(shè)計。

2、云智能實驗室安全管理系統(tǒng)

本平臺將無線傳輸、信息處理等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用用于自動化遠(yuǎn)程控制。設(shè)備端運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)參數(shù)等上傳至云平臺。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的傳感層、傳輸層和應(yīng)用層關(guān)聯(lián)掌握數(shù)據(jù)與分析數(shù)據(jù)。

★3、PLC控制編程仿真軟件

提供一個本設(shè)備專用的工件裝配流程編輯軟件，通過PLC下載口與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可以將工件的裝配流程進(jìn)行隨意編輯，并下發(fā)給PLC。每組的三個工件盒，每個工件盒的四個工位都可以設(shè)置成需要的工件，可選編號、顏色、高度，不同位置可選相同工件。軟件配合PLC和機(jī)器人程序，實現(xiàn)工件裝配流程的多樣化。

4、實驗室智能電源安全管理系統(tǒng)

實訓(xùn)室總體智能電源管理系統(tǒng)由主電路、控制電路、檢測保護(hù)電路、顯示電路、語音報警電路等組成，整個實驗室配置一套管理系統(tǒng)。

5、教學(xué)課件資源

（1）小型自動化生產(chǎn)線的設(shè)計

（2）S7-1200PLC的認(rèn)知：S7-1200PLC簡介、S7-1200PLC工作原理及運(yùn)行模式、S7-1200PLC特點(diǎn)、S7-1200PLC擴(kuò)展功能、PLC應(yīng)用技術(shù)人才培養(yǎng)；

（3）TIA博圖軟件的使用：TIA 博圖集成軟件開發(fā)平臺、TIA 博圖集成軟件簡介、入門實例；

（4）控制單元的程序設(shè)計、指令編寫、硬件選型和設(shè)計、課后思考與練習(xí)等內(nèi)容。模塊至少包括：八路搶答器、三相異步電機(jī)的星三角降壓啟動、運(yùn)料小車往返控制、十字路口交通燈的控制、電動機(jī)組的啟停控制、HMI控制液體混合、G120變頻器的電機(jī)控制。

（5）用戶手冊：包括與S7-1200、有關(guān)硬件、軟件和通信的手冊，數(shù)量不少于二十多種。

六、實訓(xùn)內(nèi)容：

1、協(xié)作機(jī)器人實訓(xùn)

（1）機(jī)器人硬件結(jié)構(gòu)認(rèn)知

（2）機(jī)器人安裝與調(diào)試實訓(xùn)

（3）機(jī)器人示教控制實訓(xùn)

（4）機(jī)器人 IO 信號控制實訓(xùn)

（5）機(jī)器人在線指令編程

（6）機(jī)器人拖動示教控制

（7）機(jī)器人腳本編程開發(fā)

（8）編程與機(jī)器人控制

（9）編程機(jī)器人運(yùn)動控制

（10）機(jī)器人狀態(tài)信息遠(yuǎn)程采集與運(yùn)維監(jiān)控

（11）第七軸直線導(dǎo)軌調(diào)試

2、氣動系統(tǒng)的安裝與調(diào)試項目：

選用該裝置配置的單出桿氣缸、單出雙桿氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸等氣動執(zhí)行元件和單控電磁換向閥、雙控電磁換向閥和磁性開關(guān)等氣動控制元件，可完成下列氣動技術(shù)的工作任務(wù)：

（1）氣動方向控制回路的安裝； 

（2）氣動速度控制回路的安裝；

（3）擺動控制回路的安裝；     

（4）氣動順序控制回路的安裝；

（5）氣動機(jī)械手裝置的安裝；  

（6）氣動系統(tǒng)安裝與調(diào)試；

3、電氣控制電路的安裝和PLC程序編寫項目：

選用該裝置配置的PLC模塊、變頻器模塊和指令開關(guān)、傳感器等，可完成下列PLC應(yīng)用技術(shù)工作任務(wù)：

（1）電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路的連接與控制程序編寫；

（2）電動機(jī)調(diào)速控制電路的連接與控制程序編寫；

（3）氣動方向控制程序編寫；   

（4）氣動順序動作控制程序編寫；

（5）氣動機(jī)械手控制程序編寫；   

（6）皮帶輸送機(jī)控制程序編寫；

（7）機(jī)電一體化設(shè)備控制程序編寫； 

（8）自動生產(chǎn)線控制程序編寫。

4、機(jī)電設(shè)備安裝與調(diào)試項目

選用該裝置配置的機(jī)電一體化設(shè)備部件、PLC模塊、變頻器模塊和指令開關(guān)、傳感器等，可完成下列機(jī)電設(shè)備安裝和機(jī)電一體化技術(shù)的工作任務(wù)：

（1）傳動裝置同軸度的調(diào)整；  

（2）皮帶輸送機(jī)的安裝與調(diào)整；

（3）搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)備安裝與調(diào)試；

（4）物件分揀設(shè)備的安裝與調(diào)試；

（5）送料設(shè)備的安裝與調(diào)試；   

（6）自動生產(chǎn)線設(shè)備安裝與調(diào)試。

5、自動控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試項目

選用該裝置配置的機(jī)電一體化設(shè)備部件、PLC模塊、變頻器模塊和指令開關(guān)、傳感器等，可完成下列機(jī)電設(shè)備安裝和機(jī)電一體化技術(shù)的工作任務(wù)：

（1）多種傳感器的安裝與調(diào)試；  

（2）機(jī)械手的自動控制；

（3）皮帶輸送機(jī)的自動控制；  

（4）機(jī)電一體化設(shè)備的自動控制；

（5）PLC控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試； 

（6）自動生產(chǎn)線的安裝與調(diào)試。

6、PLC工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)的安裝及調(diào)試

系統(tǒng)選用西門子PLC主控制器，基于本網(wǎng)絡(luò)通信功能，可完成下列工業(yè)現(xiàn)場總線通信技術(shù)訓(xùn)練任務(wù)：

（1）PPI網(wǎng)絡(luò)的硬件連接、調(diào)試

（2）PPI網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置、調(diào)試

（3）基于多臺西門子s7-1200PLC的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)讀寫程序編寫與調(diào)試