工业机器人多功能实训工作站

（参考图片）

一、工业机器人多功能实训工作站概述

工业机器人系统操作员技能培训、考核实训台采用模块化设计，选用国际主流的工业机器人，搭配了功能丰富的周边教学实训模块：基础编程类实训模块。同时实现并兼顾了工业机器人从常规知识入门教学到真实物品生产加工。培养学生在在机器人操作与编程、码垛、搬运、激光雕刻、视觉检测、运动控制等方面的综合运用能力。满足工业机器人的全部知识点从入门到深入应用的阶梯式教学。

二、工业机器人多功能实训工作站概述

本实训平台机构设计紧凑，系统开放化，采用透明封装设计，程序开源，使教学、实训更加容易上手。实训台分为机器人教学应用区、电气控制器接线区和电脑编程区，学生能够根据电气原理图进行工业机器人系统集成技术的电气接线，提升综合应用能力。

系统采用模块式设计，需要进行不同实验切换时，只需在对应硬件模块上进行机器人示教编程，即可进行相应的功能演示，实现一机多用，方便不同实验灵活切换，适合进行工业机器人技能考核和职业技术培训与认证。

三、单套设备配置清单：

四、技术参数

1．主要技术参数

输入电源：交流单相220V/50Hz

额定功率：约1.8kW

安全保护：急停开关、漏电保护、短路保护、过载保护、欠压保护

整体尺寸：1800 mm ×1120 mm ×1550mm

2．主要配置情况

工业机器人：FANUC

PLC：西门子

视觉系统：国际工业智能相机

气动系统：AirTAC、SMC

电气组件：施耐德、欧姆龙等国际主流品牌

3．实训模块简介

（1）标准实训台框架主体

实训台的承重框架采用高强度铝型材构建，这种材料因其轻质和高稳定性而被广泛使用。铝型材的承重主体不仅保证了实训台的坚固性，也便于携带和移动，适应了多样化的教学和实训需求。实训台的侧封板选用了耐用的工业冷轧钢板，这种钢板具有优良的抗腐蚀性和耐磨损性，能够保护实训台内部组件免受损害。侧封板的设计还考虑了美观和实用性，提供了一个整洁的外观，同时保护实训台内部结构不受外界环境影响。实训台的主体结构由坚固的铝制型材构成，以确保足够的承重能力，而侧板则选用了耐用的工业冷轧钢板，以提供额外的保护和稳定性。

实训台设计了标准化的接口，以适应机器人、教学设备和功能模块的安装需求。这些接口不仅符合行业标准，也为未来的功能扩展提供了便利。实训台在设计时预留了标准的气源和电气接口位置，这允许根据实际应用需求进行功能扩展。这种设计考虑了模块化和灵活性，使得实训台能够适应各种教学和工业应用场景。

实训台还配备了矩阵式定位柱，这为多功能模块的安装和定位提供了极大的便利，实现了模块的自定义安装位置。此外，实训台内部设有可抽拉的模块存储柜，这不仅方便了模块的安装和固定，也为电气元件的存储和调试提供了空间。

实训台配备了可靠的电源系统，为工业机器人、教学设备和各类功能模块提供持续稳定的电力。这一设计确保了所有设备的运行不受电力波动的影响，增强了实训台在各种应用场景下的稳定性和可靠性。电源系统的设计考虑了不同设备的电力需求，提供了足够的电流和电压，以支持机器人、示教器和功能模块的高效运行。实训台的电源设计还包括了过载保护和短路保护功能，以防止因电力问题导致的设备损坏。此外，电源系统还配备了紧急断电装置，以确保在紧急情况下能够迅速切断电源，保障操作人员的安全。

实训台内部设计了矩阵式的定位系统，该系统由一系列定位柱组成，它们允许多功能模块在实训台上进行精确的定位和固定。这种设计使得模块可以根据需要进行自定义位置安装，提供了高度的灵活性和适应性，以适应不同的教学和实训需求。

实训台还设有内置的抽拉式模块存放柜，这一设计不仅方便了模块的快速安装和固定，还为通用电气元件的安装和调试提供了空间。存放柜的设计考虑了模块的存储需求，使得各种模块和电气元件可以有序地存放，便于管理和维护。

此外，实训台的多功能模块固定设计还包括了侧封板上预留的标准气源和电气接口安装位置，这些预留接口可以根据模块的使用情况进行功能的扩展，进一步增强了实训台的实用性和灵活性。通过这些设计，实训台能够牢固地安装多种应用模块，满足工业机器人教学和实训的多样化需求。

实验台尺寸（mm）：1300×1200×900mm；

模块固定板：多个；

快速电气接口数量：4组；

快速气路接口数量：4组；

主电源：单相 AC220V ；

控制电源：DC24V；

气源输出压力：0.5Pa。

（2）机器人本体

实训台采用国际主流的工业机器人——FANUC，通过掌握机器人的编程和应用，能够学会两类机器人系统的编程与调试，满足就业岗位对职业能力的要求。

本单元由工业机器人ER-4iA、机器人底座、机器人末端工具、机器人控制柜和示教盒、控制柜放置架等组成。六轴工业机器人能够容易进行机械内部安装，采用高刚性手臂和伺服技术，即使高速动作也不会产生晃动。其核心参数如下所示：

机器人本体末端配有快换夹具

（3）夹具模块

快速更换支架组件：包含一套支架，其尺寸为360×200×20毫米，而底座的规格为380×150×10毫米。该支架设计有3个快速更换工具位，与标准实训台的定位安装相兼容。

快速更换盘组件：配备一套，整个装置采用铝合金材质作为主体，而紧锁机制则使用合金钢。该装置的承重能力为3千克，最大允许力矩为20牛顿米，工作压力范围在0.3至1兆帕之间，整体重量为0.5千克。

单吸盘工具组件：配备一套，吸盘直径为20毫米，具有10牛顿的吸附力。该工具套装还包含一个真空发生器和一个电磁阀。

平行爪工具组件：配备一套，气缸的行程为24毫米。

三爪工具组件：配备一套，该工具可以执行外撑或内夹操作，且无需外部电源。

绘图工具组件：配备一套，用于绘图笔的工具。

（4）绘图模块

平面绘图组件的尺寸（长度乘以宽度）为400×300毫米，以确保能够适配标准实训台并实现精准定位安装。该模块支持的图样数量含椭圆、六边形波形、五角星及圆环等5种。

（5）圆柱体搬运模块

实训台搭配了针对机器人教学知识点的配套实训模块，系统以西门子PLC为总控制器，实现基于机器人的系统集成应用，将各个模块与机器人进行有机搭配和组合应用，实现模块串联应用。

（6）搬运码垛模块

码垛单元具有开阔的码垛平台，码垛平台上采用线条进行分区，可以进行丰富的码垛内容和检验码垛的准确性。通过程序可以进行灵活的码垛垛型训练。

（7）通用仓储模块

该模块由一个稳固的底板、一个立体仓库单元等关键部件构成。学生可以依据提供的机械安装图纸，将仓储模块精确地安装在工作平面上预先设定的位置。该模块的外部尺寸为300×220×240毫米（允许有±5%的误差范围），而底座的尺寸则为300×220×10毫米（同样允许±5%的误差）。在布局上，模块被设计为2行3列的阵列形式，这样的设计旨在优化空间利用并提高存储效率。

该模块特别设计为兼容单一种类的工件，确保了操作的专一性和高效性。通过精心设计的模块化结构，学生不仅能够学习到机械安装的基础知识，还能够掌握仓储系统的布局和操作流程。这种设计不仅便于教学和学习，也为未来的自动化仓储系统提供了一个实际的操作平台。

整个系统的设计和制造都遵循了精确的工程标准，确保了在实际应用中的可靠性和持久性。通过这种模块化的仓储解决方案，学生能够获得宝贵的实践经验，为将来在自动化和物流领域的发展打下坚实的基础。

（8）运输模块

该模块主要由传送带、速度控制器、稳固底座、传送带本身以及不锈钢把手等部件构成。使用者能够调节供料和输送部分的相互位置，以确保物料能够平稳地被输送。该传送带装置采用铝合型材构建。其驱动系统基于单相交流电机进行调速，装置内嵌入光电传感器和阻挡机构，用于检测和阻止工件的移动。通过调速电机的驱动，皮带能够输送多种不同的组件，且传送带具备启动、停止和速度调节的功能。其外型尺寸为446×200×196.4毫米（允许有±5%的误差），底座尺寸为400×200×10毫米（同样允许±5%的误差）。传送带的长度为446毫米，有效工作宽度为80毫米，最高运行速度可达4米/分钟，电源需求为交流220伏特。速度控制器的规格为单相交流220伏特，频率为50/60赫兹。该设备适用于温度在-10摄氏度至+50摄氏度，湿度低于90%的工作环境。

（9）智能视觉检测模块

智能视觉检测模块采用智能相机进行设计。智能相机具有集成度高、灵活性强、外观小巧精致的特点，可根据应用需求选择合适的配件。智能相机一般由图像采集单元、图像处理单元、图像处理软件、网络通信单元等构成。各部分的功能如下：

图像采集单元：在智能相机中，图像采集单元相当于普通意义上的CCD/CMOS相机和图像采集卡。它将光学图像转换为模拟/数字图像，并输出至图像处理单元。

图像处理单元：图像处理单元类似于图像采集、处理卡。它可对图像采集单元的图像数据进行实时的存储，并在图像处理软件的支持下进行图像处理。

图像处理软件：图像处理软件主要在图像处理单元硬件环境的支持下，完成图像处理功能。如几何边缘的提取、Blob、灰度直方图、OCV/OVR、简单的定位和搜索等。在智能相机中，以上算法都封装成固定的模块，用户可直接应用而无须编程。

网络通信单元：网络通信装置是智能相机的重要组成部分，主要完成控制信息、图像数据的通信任务。智能相机一般均内置以太网通信装置，并支持多种标准网络和总线协议，从而使多台智能相机构成更大的机器视觉系统。

（10）伺服定位控制模块

伺服定位控制模块由西门子Profinet总线伺服驱动系统构成，由PLC控制伺服系统进行位置控制，实现高精度定位控制，掌握工业领域中伺服驱控系统的使用关键技术。模块具有传感检测、总线通信功能，作为工业机器人系统集成的重要组成部分，伺服控制技术与PLC、工业机器人的结合，从而培养知识技能综合全面的人才。

（11）电气控制套件模块 

实训台采用开放式设计，让学生的培养不仅仅局限于工业机器人及周边自动化设备的编程和调试。实训台具有开放的电气接口，能够根据教学需要，由学生自主进行电气原理图设计并进行电气系统接线、系统参数配置和整机调试，扩展学生在硬件设计、动手实践及应用方面的能力。 其中，接线面板区包括PLC控制区、机器人控制区、电源输出区、编程接口区等，引脚和接口丰富，如下图所示。一方面教师可以通过学生接线的正确与否，来判断学生对于课堂知识的掌握程度；另一方面学生通过对面板的实际接线巩固课堂知识，提升自己的动手和创新能力。

教学连线功能需根据每个模块的配置进行连接，由于模块的各有不同所以接线方式有类似也有不同的。在了解模块特性并编写对应训练程序后根据需要对PLC、机器人和模块三部分之间进行连接插线完成实验任务。

接线面板三大功能分区及实训接线示例（部分接线）

“PLC控制信号区"，采用西门子S7-1214网络型PLC，通过将PLC的IO外置，能够培养学生对PLC电气控制设计能力的培养。 “工业机器人控制信号"区，包括机器人输入信号、机器人输出信号和机器人本体信号，用于进行和PLC、外部实训模块进行信号交互，实现真正的开放式系统设计和应用。  

PLC控制信号区及机器人控制信号区

配套红绿黑黄蓝五色香蕉线（黄色和蓝色香蕉线为信号线，其他颜色香蕉线为电源线），采用了全新设计的公头形状，增加了接触面积能接插更大的电流，同时插头镀层经过特殊处理，防氧化，有效的延长了插头的使用寿命，每种颜色线材分别有4mm、6mm的口径和100mm~2000mm的长度，满足不同使用需求。

系统采用S7-1214C 型号的PLC控制器，作为系统的总控制器，协调控制工业机器人及周边设备的运行，并具有通用开放的编程软件，学生可以自主进行PLC的程序设计。

系统采用西门子 7寸高清工业触摸屏，进行控制和人机交互，触摸屏自带PN以太网接口，可以方便地与S7-1200 PLC进行ProfiNet通讯。