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一、工業機器人多功能實訓工作站概述

工業機器人系統操作員技能培訓、考核實訓臺采用模塊化設計，選用國際主流的工業機器人，搭配了功能豐富的周邊教學實訓模塊：基礎編程類實訓模塊。同時實現并兼顧了工業機器人從常規知識入門教學到真實物品生產加工。培養學生在在機器人操作與編程、碼垛、搬運、激光雕刻、視覺檢測、運動控制等方面的綜合運用能力。滿足工業機器人的全部知識點從入門到深入應用的階梯式教學。

二、工業機器人多功能實訓工作站概述

本實訓平臺機構設計緊湊，系統開放化，采用透明封裝設計，程序開源，使教學、實訓更加容易上手。實訓臺分為機器人教學應用區、電氣控制器接線區和電腦編程區，學生能夠根據電氣原理圖進行工業機器人系統集成技術的電氣接線，提升綜合應用能力。

系統采用模塊式設計，需要進行不同實驗切換時，只需在對應硬件模塊上進行機器人示教編程，即可進行相應的功能演示，實現一機多用，方便不同實驗靈活切換，適合進行工業機器人技能考核和職業技術培訓與認證。

三、單套設備配置清單：

四、技術參數

1．主要技術參數

輸入電源：交流單相220V/50Hz

額定功率：約1.8kW

安全保護：急停開關、漏電保護、短路保護、過載保護、欠壓保護

整體尺寸：1800 mm ×1120 mm ×1550mm

2．主要配置情況

工業機器人：FANUC

PLC：西門子

視覺系統：國際工業智能相機

氣動系統：AirTAC、SMC

電氣組件：施耐德、歐姆龍等國際主流品牌

3．實訓模塊簡介

（1）標準實訓臺框架主體

實訓臺的承重框架采用高強度鋁型材構建，這種材料因其輕質和高穩定性而被廣泛使用。鋁型材的承重主體不僅保證了實訓臺的堅固性，也便于攜帶和移動，適應了多樣化的教學和實訓需求。實訓臺的側封板選用了耐用的工業冷軋鋼板，這種鋼板具有優良的抗腐蝕性和耐磨損性，能夠保護實訓臺內部組件免受損害。側封板的設計還考慮了美觀和實用性，提供了一個整潔的外觀，同時保護實訓臺內部結構不受外界環境影響。實訓臺的主體結構由堅固的鋁制型材構成，以確保足夠的承重能力，而側板則選用了耐用的工業冷軋鋼板，以提供額外的保護和穩定性。

實訓臺設計了標準化的接口，以適應機器人、教學設備和功能模塊的安裝需求。這些接口不僅符合行業標準，也為未來的功能擴展提供了便利。實訓臺在設計時預留了標準的氣源和電氣接口位置，這允許根據實際應用需求進行功能擴展。這種設計考慮了模塊化和靈活性，使得實訓臺能夠適應各種教學和工業應用場景。

實訓臺還配備了矩陣式定位柱，這為多功能模塊的安裝和定位提供了極大的便利，實現了模塊的自定義安裝位置。此外，實訓臺內部設有可抽拉的模塊存儲柜，這不僅方便了模塊的安裝和固定，也為電氣元件的存儲和調試提供了空間。

實訓臺配備了可靠的電源系統，為工業機器人、教學設備和各類功能模塊提供持續穩定的電力。這一設計確保了所有設備的運行不受電力波動的影響，增強了實訓臺在各種應用場景下的穩定性和可靠性。電源系統的設計考慮了不同設備的電力需求，提供了足夠的電流和電壓，以支持機器人、示教器和功能模塊的高效運行。實訓臺的電源設計還包括了過載保護和短路保護功能，以防止因電力問題導致的設備損壞。此外，電源系統還配備了緊急斷電裝置，以確保在緊急情況下能夠迅速切斷電源，保障操作人員的安全。

實訓臺內部設計了矩陣式的定位系統，該系統由一系列定位柱組成，它們允許多功能模塊在實訓臺上進行精確的定位和固定。這種設計使得模塊可以根據需要進行自定義位置安裝，提供了高度的靈活性和適應性，以適應不同的教學和實訓需求。

實訓臺還設有內置的抽拉式模塊存放柜，這一設計不僅方便了模塊的快速安裝和固定，還為通用電氣元件的安裝和調試提供了空間。存放柜的設計考慮了模塊的存儲需求，使得各種模塊和電氣元件可以有序地存放，便于管理和維護。

此外，實訓臺的多功能模塊固定設計還包括了側封板上預留的標準氣源和電氣接口安裝位置，這些預留接口可以根據模塊的使用情況進行功能的擴展，進一步增強了實訓臺的實用性和靈活性。通過這些設計，實訓臺能夠牢固地安裝多種應用模塊，滿足工業機器人教學和實訓的多樣化需求。

實驗臺尺寸（mm）：1300×1200×900mm；

模塊固定板：多個；

快速電氣接口數量：4組；

快速氣路接口數量：4組；

主電源：單相 AC220V ；

控制電源：DC24V；

氣源輸出壓力：0.5Pa。

（2）機器人本體

實訓臺采用國際主流的工業機器人——FANUC，通過掌握機器人的編程和應用，能夠學會兩類機器人系統的編程與調試，滿足就業崗位對職業能力的要求。

本單元由工業機器人ER-4iA、機器人底座、機器人末端工具、機器人控制柜和示教盒、控制柜放置架等組成。六軸工業機器人能夠容易進行機械內部安裝，采用高剛性手臂和伺服技術，即使高速動作也不會產生晃動。其核心參數如下所示：

機器人本體末端配有快換夾具

（3）夾具模塊

快速更換支架組件：包含一套支架，其尺寸為360×200×20毫米，而底座的規格為380×150×10毫米。該支架設計有3個快速更換工具位，與標準實訓臺的定位安裝相兼容。

快速更換盤組件：配備一套，整個裝置采用鋁合金材質作為主體，而緊鎖機制則使用合金鋼。該裝置的承重能力為3千克，最大允許力矩為20牛頓米，工作壓力范圍在0.3至1兆帕之間，整體重量為0.5千克。

單吸盤工具組件：配備一套，吸盤直徑為20毫米，具有10牛頓的吸附力。該工具套裝還包含一個真空發生器和一個電磁閥。

平行爪工具組件：配備一套，氣缸的行程為24毫米。

三爪工具組件：配備一套，該工具可以執行外撐或內夾操作，且無需外部電源。

繪圖工具組件：配備一套，用于繪圖筆的工具。

（4）繪圖模塊

平面繪圖組件的尺寸（長度乘以寬度）為400×300毫米，以確保能夠適配標準實訓臺并實現精準定位安裝。該模塊支持的圖樣數量含橢圓、六邊形波形、五角星及圓環等5種。

（5）圓柱體搬運模塊

實訓臺搭配了針對機器人教學知識點的配套實訓模塊，系統以西門子PLC為總控制器，實現基于機器人的系統集成應用，將各個模塊與機器人進行有機搭配和組合應用，實現模塊串聯應用。

（6）搬運碼垛模塊

碼垛單元具有開闊的碼垛平臺，碼垛平臺上采用線條進行分區，可以進行豐富的碼垛內容和檢驗碼垛的準確性。通過程序可以進行靈活的碼垛垛型訓練。

（7）通用倉儲模塊

該模塊由一個穩固的底板、一個立體倉庫單元等關鍵部件構成。學生可以依據提供的機械安裝圖紙，將倉儲模塊精確地安裝在工作平面上預先設定的位置。該模塊的外部尺寸為300×220×240毫米（允許有±5%的誤差范圍），而底座的尺寸則為300×220×10毫米（同樣允許±5%的誤差）。在布局上，模塊被設計為2行3列的陣列形式，這樣的設計旨在優化空間利用并提高存儲效率。

該模塊特別設計為兼容單一種類的工件，確保了操作的專一性和高效性。通過精心設計的模塊化結構，學生不僅能夠學習到機械安裝的基礎知識，還能夠掌握倉儲系統的布局和操作流程。這種設計不僅便于教學和學習，也為未來的自動化倉儲系統提供了一個實際的操作平臺。

整個系統的設計和制造都遵循了精確的工程標準，確保了在實際應用中的可靠性和持久性。通過這種模塊化的倉儲解決方案，學生能夠獲得寶貴的實踐經驗，為將來在自動化和物流領域的發展打下堅實的基礎。

（8）運輸模塊

該模塊主要由傳送帶、速度控制器、穩固底座、傳送帶本身以及不銹鋼把手等部件構成。使用者能夠調節供料和輸送部分的相互位置，以確保物料能夠平穩地被輸送。該傳送帶裝置采用鋁合型材構建。其驅動系統基于單相交流電機進行調速，裝置內嵌入光電傳感器和阻擋機構，用于檢測和阻止工件的移動。通過調速電機的驅動，皮帶能夠輸送多種不同的組件，且傳送帶具備啟動、停止和速度調節的功能。其外型尺寸為446×200×196.4毫米（允許有±5%的誤差），底座尺寸為400×200×10毫米（同樣允許±5%的誤差）。傳送帶的長度為446毫米，有效工作寬度為80毫米，最高運行速度可達4米/分鐘，電源需求為交流220伏特。速度控制器的規格為單相交流220伏特，頻率為50/60赫茲。該設備適用于溫度在-10攝氏度至+50攝氏度，濕度低于90%的工作環境。

（9）智能視覺檢測模塊

智能視覺檢測模塊采用智能相機進行設計。智能相機具有集成度高、靈活性強、外觀小巧精致的特點，可根據應用需求選擇合適的配件。智能相機一般由圖像采集單元、圖像處理單元、圖像處理軟件、網絡通信單元等構成。各部分的功能如下：

圖像采集單元：在智能相機中，圖像采集單元相當于普通意義上的CCD/CMOS相機和圖像采集卡。它將光學圖像轉換為模擬/數字圖像，并輸出至圖像處理單元。

圖像處理單元：圖像處理單元類似于圖像采集、處理卡。它可對圖像采集單元的圖像數據進行實時的存儲，并在圖像處理軟件的支持下進行圖像處理。

圖像處理軟件：圖像處理軟件主要在圖像處理單元硬件環境的支持下，完成圖像處理功能。如幾何邊緣的提取、Blob、灰度直方圖、OCV/OVR、簡單的定位和搜索等。在智能相機中，以上算法都封裝成固定的模塊，用戶可直接應用而無須編程。

網絡通信單元：網絡通信裝置是智能相機的重要組成部分，主要完成控制信息、圖像數據的通信任務。智能相機一般均內置以太網通信裝置，并支持多種標準網絡和總線協議，從而使多臺智能相機構成更大的機器視覺系統。

（10）伺服定位控制模塊

伺服定位控制模塊由西門子Profinet總線伺服驅動系統構成，由PLC控制伺服系統進行位置控制，實現高精度定位控制，掌握工業領域中伺服驅控系統的使用關鍵技術。模塊具有傳感檢測、總線通信功能，作為工業機器人系統集成的重要組成部分，伺服控制技術與PLC、工業機器人的結合，從而培養知識技能綜合全面的人才。

（11）電氣控制套件模塊 

實訓臺采用開放式設計，讓學生的培養不僅僅局限于工業機器人及周邊自動化設備的編程和調試。實訓臺具有開放的電氣接口，能夠根據教學需要，由學生自主進行電氣原理圖設計并進行電氣系統接線、系統參數配置和整機調試，擴展學生在硬件設計、動手實踐及應用方面的能力。 其中，接線面板區包括PLC控制區、機器人控制區、電源輸出區、編程接口區等，引腳和接口豐富，如下圖所示。一方面教師可以通過學生接線的正確與否，來判斷學生對于課堂知識的掌握程度；另一方面學生通過對面板的實際接線鞏固課堂知識，提升自己的動手和創新能力。

教學連線功能需根據每個模塊的配置進行連接，由于模塊的各有不同所以接線方式有類似也有不同的。在了解模塊特性并編寫對應訓練程序后根據需要對PLC、機器人和模塊三部分之間進行連接插線完成實驗任務。

接線面板三大功能分區及實訓接線示例（部分接線）

“PLC控制信號區"，采用西門子S7-1214網絡型PLC，通過將PLC的IO外置，能夠培養學生對PLC電氣控制設計能力的培養。 “工業機器人控制信號"區，包括機器人輸入信號、機器人輸出信號和機器人本體信號，用于進行和PLC、外部實訓模塊進行信號交互，實現真正的開放式系統設計和應用。  

PLC控制信號區及機器人控制信號區

配套紅綠黑黃藍五色香蕉線（黃色和藍色香蕉線為信號線，其他顏色香蕉線為電源線），采用了全新設計的公頭形狀，增加了接觸面積能接插更大的電流，同時插頭鍍層經過特殊處理，防氧化，有效的延長了插頭的使用壽命，每種顏色線材分別有4mm、6mm的口徑和100mm~2000mm的長度，滿足不同使用需求。

系統采用S7-1214C 型號的PLC控制器，作為系統的總控制器，協調控制工業機器人及周邊設備的運行，并具有通用開放的編程軟件，學生可以自主進行PLC的程序設計。

系統采用西門子 7寸高清工業觸摸屏，進行控制和人機交互，觸摸屏自帶PN以太網接口，可以方便地與S7-1200 PLC進行ProfiNet通訊。