一、概述

協(xié)作機器人開發(fā)與應用平臺是一種最為典型的機電一體化與自動化產品，是為職業(yè)院校、職業(yè)教育培訓機構而研制的，裝置適合機電一體化、電氣自動化等相關專業(yè)的教學和培訓。裝置在接近工業(yè)生產制造現(xiàn)場基礎上又針對教學及實訓目的進行了專門設計的實訓教學設備，強化了自動化生產線的安裝與調試能力。

機電一體化裝調實訓裝置由六部分組成，分別為：供料機構、協(xié)作機器人搬運機構、加工與檢測機構、搬運分揀機構、裝配機構、成品分揀機構，完成工件上料、搬運、加工、檢測、輸送、裝配、分揀等功能。裝置涵蓋了自動化類中機電一體化和電氣自動化專業(yè)中所涉及的PLC控制、變頻調速、傳感檢測、氣動、步進電機驅動與調速、機械結構安裝與系統(tǒng)調試等內容。通過基于該實訓系統(tǒng)的使用、訓練和培訓，能充分鍛煉操作者團隊協(xié)作能力、計劃組織能力、自動線安裝與調試能力、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，引導高職院校自動控制類專業(yè)教學改革發(fā)展方向，促進工學結合人才培養(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、裝置的構成：

協(xié)作機器人開發(fā)與應用平臺由由鋁合金導軌式實訓臺、典型的機電一體化設備的機械部件、PLC模塊、變頻器模塊、按鈕模塊、電源模塊、模擬生產設備實訓模塊、接線端子排和各種傳感器、計算機等組成。整體結構采用開放式和拆裝式，實訓裝置用于機械部件組裝，可根據(jù)現(xiàn)有的機械部件組裝生產設備，也可添加機械部件組裝其他生產設備，使整個裝置能夠靈活的按教學或競賽要求組裝具有生產功能的機電一體化設備。模塊采用標準結構和抽屜式模塊放置架，互換性強；按具有生產性功能和整合學習功能的原則確定模塊內容，使教學或競賽時可方便的選擇需要的模塊。設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模擬系統(tǒng)，以配合各個用戶學校不同層次，不同專業(yè)的教學及培訓要求。

三、技術參數(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. 整機功耗：≤1.5 kW；   

5. 安全保護措施：具有接地保護、漏電保護功能，安全性符合相關的國家標準。采用高絕緣的安全型插座及帶絕緣護套的高強度安全型實驗導線。

四、設備結構：

實訓裝置臺架為鋁合金導軌式，實訓考核裝置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線進行電路連接；各指令開關、光電開關、傳感器和指示元件的電路，則通過端子排進行連接。插拔線連接電路與端子牌連接電路相結合，既保證學生基本技能的訓練、形成和鞏固，又保證電路連接的快速、安全和可靠。

1、鋁合金導軌式實訓臺：可以安裝送料機構、機械手、傳輸分揀機構。實訓模塊及PLC主機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：高強度塑料外殼、重量輕，面板是鋁塑板，圖案、文字符號采用進口油墨絲印。

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：高強度塑料外殼、重量輕，面板是鋁塑板，圖案、文字符號采用進口油墨絲印。

4、電源模塊：電源總開關（帶漏電和短路保護）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，轉換開關2只，蜂鳴器1只，復位按鈕黃、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：接線排殼體上兩側相對設置有一初級接線區(qū)（接線端子）和一次級接線區(qū)（安全插座）；接線端子與對應的安全插座通過導電彈性件連接；接線排殼體邊緣卷折，設有固定用的螺孔，可以固定在實訓桌上。

6、井式上料機構：井式工件庫1件，物料推出機構1件，光電傳感器2只，磁性開關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)產品。

7、協(xié)作機器人搬運裝置：

8、加工機構：主要由物料臺、物料夾緊裝置、龍門式二維運動裝置、主軸電機、刀具以及相應的傳感器、磁性開關、電磁閥、步進電機及驅動器、主軸電機、滾珠絲桿副、支架、機械零部件構成。

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

10、物料分揀裝置：傳送帶通過三相異步電動機驅動，在傳送帶端點處設計有落料口，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)產品。

五、軟件及管理系統(tǒng)

1、智能制造生產線虛擬仿真系統(tǒng)

通過本系統(tǒng)軟件了解組成智能制造生產線的電氣、氣動、PLC等元件的工作原理并對機電系統(tǒng)的設計、分析進行虛擬仿真。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)內實現(xiàn)智能制造的動作而進行虛擬仿真。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，使能夠實現(xiàn)并行工程及軟件、硬件的并行設計。

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)技術應用用于自動化遠程控制。設備端運行狀態(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、傳輸層和應用層關聯(lián)掌握數(shù)據(jù)與分析數(shù)據(jù)。

★3、PLC控制編程仿真軟件

提供一個本設備專用的工件裝配流程編輯軟件，通過PLC下載口與PLC進行數(shù)據(jù)傳輸，可以將工件的裝配流程進行隨意編輯，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)

實訓室總體智能電源管理系統(tǒng)由主電路、控制電路、檢測保護電路、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、教學課件資源

（1）小型自動化生產線的設計

（2）S7-1200PLC的認知：S7-1200PLC簡介、S7-1200PLC工作原理及運行模式、S7-1200PLC特點、S7-1200PLC擴展功能、PLC應用技術人才培養(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）控制單元的程序設計、指令編寫、硬件選型和設計、課后思考與練習等內容。模塊至少包括：八路搶答器、三相異步電機的星三角降壓啟動、運料小車往返控制、十字路口交通燈的控制、電動機組的啟停控制、HMI控制液體混合、G120變頻器的電機控制。

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

六、實訓內容：

1、協(xié)作機器人實訓

（1）機器人硬件結構認知

（2）機器人安裝與調試實訓

（3）機器人示教控制實訓

（4）機器人 IO 信號控制實訓

（5）機器人在線指令編程

（6）機器人拖動示教控制

（7）機器人腳本編程開發(fā)

（8）編程與機器人控制

（9）編程機器人運動控制

（10）機器人狀態(tài)信息遠程采集與運維監(jiān)控

（11）第七軸直線導軌調試

2、氣動系統(tǒng)的安裝與調試項目：

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

（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）氣動機械手裝置的安裝；  

（6）氣動系統(tǒng)安裝與調試；

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、傳感器等，可完成下列PLC應用技術工作任務：

（1）電動機正反轉控制電路的連接與控制程序編寫；

（2）電動機調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）氣動機械手控制程序編寫；   

（6）皮帶輸送機控制程序編寫；

（7）機電一體化設備控制程序編寫； 

（8）自動生產線控制程序編寫。

4、機電設備安裝與調試項目

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

（1）傳動裝置同軸度的調整；  

（2）皮帶輸送機的安裝與調整；

（3）搬運機械手設備安裝與調試；

（4）物件分揀設備的安裝與調試；

（5）送料設備的安裝與調試；   

（6）自動生產線設備安裝與調試。

5、自動控制系統(tǒng)安裝與調試項目

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

（1）多種傳感器的安裝與調試；  

（2）機械手的自動控制；

（3）皮帶輸送機的自動控制；  

（4）機電一體化設備的自動控制；

（5）PLC控制系統(tǒng)的安裝與調試； 

（6）自動生產線的安裝與調試。

6、PLC工業(yè)通訊網(wǎng)絡的安裝及調試

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

（1）PPI網(wǎng)絡的硬件連接、調試

（2）PPI網(wǎng)絡參數(shù)設置、調試

（3）基于多臺西門子s7-1200PLC的復雜網(wǎng)絡數(shù)據(jù)讀寫程序編寫與調試