一、概述

协作机器人开发与应用平台是一种最为典型的机电一体化与自动化产品，是为职业院校、职业教育培训机构而研制的，装置适合机电一体化、电气自动化等相关专业的教学和培训。装置在接近工业生产制造现场基础上又针对教学及实训目的进行了专门设计的实训教学设备，强化了自动化生产线的安装与调试能力。

机电一体化装调实训装置由六部分组成，分别为：供料机构、协作机器人搬运机构、加工与检测机构、搬运分拣机构、装配机构、成品分拣机构，完成工件上料、搬运、加工、检测、输送、装配、分拣等功能。装置涵盖了自动化类中机电一体化和电气自动化专业中所涉及的PLC控制、变频调速、传感检测、气动、步进电机驱动与调速、机械结构安装与系统调试等内容。通过基于该实训系统的使用、训练和培训，能充分锻炼操作者团队协作能力、计划组织能力、自动线安装与调试能力、工程实施能力、职业素养、交流沟通能力、效率、成本和安全意识，引导高职院校自动控制类专业教学改革发展方向，促进工学结合人才培养模式改革与创新，培养可持续发展的满足企业需求的自动化控制高技能人才。

二、装置的构成：

协作机器人开发与应用平台由由铝合金导轨式实训台、典型的机电一体化设备的机械部件、PLC模块、变频器模块、按钮模块、电源模块、模拟生产设备实训模块、接线端子排和各种传感器、计算机等组成。整体结构采用开放式和拆装式，实训装置用于机械部件组装，可根据现有的机械部件组装生产设备，也可添加机械部件组装其他生产设备，使整个装置能够灵活的按教学或竞赛要求组装具有生产功能的机电一体化设备。模块采用标准结构和抽屉式模块放置架，互换性强；按具有生产性功能和整合学习功能的原则确定模块内容，使教学或竞赛时可方便的选择需要的模块。设备需完全符合电工电子全国职业技能大赛所要求，同时还要求具有可拓展功能，可以组成更加大型的生产模拟系统，以配合各个用户学校不同层次，不同专业的教学及培训要求。

三、技术参数 ：

1. 交流电源：三相五线 AC 380V±10%  50 Hz或单相三线AC220V±5% 50Hz；

2. 温度：-10～40 ℃；环境湿度：≤90%（25℃）；

3. 外形尺寸：长×宽×高=2100×1000×840 mm；

4. 整机功耗：≤1.5 kW；   

5. 安全保护措施：具有接地保护、漏电保护功能，安全性符合相关的国家标准。采用高绝缘的安全型插座及带绝缘护套的高强度安全型实验导线。

四、设备结构：

实训装置台架为铝合金导轨式，实训考核装置PLC模块的I/O 端子、变频器的接线端子、各常用模块与PLC的连接端子，均与安全插座连接，使用带安全插头的导线进行电路连接；各指令开关、光电开关、传感器和指示元件的电路，则通过端子排进行连接。插拔线连接电路与端子牌连接电路相结合，既保证学生基本技能的训练、形成和巩固，又保证电路连接的快速、安全和可靠。

1、铝合金导轨式实训台：可以安装送料机构、机械手、传输分拣机构。实训模块及PLC主机等可以放置在拉出式的支架上。

2、触摸屏模块：昆仑通态TPC7062,模块材料要求：高强度塑料外壳、重量轻，面板是铝塑板，图案、文字符号采用进口油墨丝印。

3、PLC模块及变频器模块：PLC西门子S7-1200系列；变频器：西门子V20；模块材料要求：高强度塑料外壳、重量轻，面板是铝塑板，图案、文字符号采用进口油墨丝印。

4、电源模块：电源总开关（带漏电和短路保护）1个，单相电源插座2个，安全插座5个；

按钮模块：24 V/6 A、12 V/2 A各一组；急停按钮1只，转换开关2只，蜂鸣器1只，复位按钮黄、绿、红各1只，自锁按钮黄、绿、红各1只，24V指示灯黄、绿、红各2只；

5、一体化接线排：接线排壳体上两侧相对设置有一初级接线区（接线端子）和一次级接线区（安全插座）；接线端子与对应的安全插座通过导电弹性件连接；接线排壳体边缘卷折，设有固定用的螺孔，可以固定在实训桌上。

6、井式上料机构：井式工件库1件，物料推出机构1件，光电传感器2只，磁性开关2只，单缸气缸1只，单控电磁阀1只，警示灯1只，主要完成将工件库中的工件依次推出。气缸及附属传感器选用SMC或其他名牌厂家正规产品。

7、协作机器人搬运装置：

8、加工机构：主要由物料台、物料夹紧装置、龙门式二维运动装置、主轴电机、刀具以及相应的传感器、磁性开关、电磁阀、步进电机及驱动器、主轴电机、滚珠丝杆副、支架、机械零部件构成。

9、物件包装机构：主要由井式供料单元、三工位旋转工作台、平面轴承、冲压装配单元、光电传感器磁性开关、电磁阀（日本SMC）、直流减速电机、支架、机械零部件构成。

10、物料分拣装置：传送带通过三相异步电动机驱动，在传送带端点处设计有落料口，通过光电传感器检测物料；传送带上装有三个出料槽，对应位置有电感传感器、光纤传感器等，同时正对料槽位置装有推料气缸，共计三个气缸。传送带采用可拆卸的铝合金支架。气缸及附属传感器选用SMCSMC或其他名牌厂家正规产品。

五、软件及管理系统

1、智能制造生产线虚拟仿真系统

通过本系统软件了解组成智能制造生产线的电气、气动、PLC等元件的工作原理并对机电系统的设计、分析进行虚拟仿真。通过选择元件利用符合绘制二维回路图或利用三维模型在系统内实现智能制造的动作而进行虚拟仿真。本系统不仅实现工厂的三维仿真使虚拟现实仿真更加逼真，而且把通过仿真验证的控制逻辑单元可用作监视及控制模块，使能够实现并行工程及软件、硬件的并行设计。

2、云智能实验室安全管理系统

本平台将无线传输、信息处理等物联网技术应用用于自动化远程控制。设备端运行状态、数据参数等上传至云平台。物联网系统的传感层、传输层和应用层关联掌握数据与分析数据。

★3、PLC控制编程仿真软件

提供一个本设备专用的工件装配流程编辑软件，通过PLC下载口与PLC进行数据传输，可以将工件的装配流程进行随意编辑，并下发给PLC。每组的三个工件盒，每个工件盒的四个工位都可以设置成需要的工件，可选编号、颜色、高度，不同位置可选相同工件。软件配合PLC和机器人程序，实现工件装配流程的多样化。

4、实验室智能电源安全管理系统

实训室总体智能电源管理系统由主电路、控制电路、检测保护电路、显示电路、语音报警电路等组成，整个实验室配置一套管理系统。

5、教学课件资源

（1）小型自动化生产线的设计

（2）S7-1200PLC的认知：S7-1200PLC简介、S7-1200PLC工作原理及运行模式、S7-1200PLC特点、S7-1200PLC扩展功能、PLC应用技术人才培养；

（3）TIA博图软件的使用：TIA 博图集成软件开发平台、TIA 博图集成软件简介、入门实例；

（4）控制单元的程序设计、指令编写、硬件选型和设计、课后思考与练习等内容。模块至少包括：八路抢答器、三相异步电机的星三角降压启动、运料小车往返控制、十字路口交通灯的控制、电动机组的启停控制、HMI控制液体混合、G120变频器的电机控制。

（5）用户手册：包括与S7-1200、有关硬件、软件和通信的手册，数量不少于二十多种。

六、实训内容：

1、协作机器人实训

（1）机器人硬件结构认知

（2）机器人安装与调试实训

（3）机器人示教控制实训

（4）机器人 IO 信号控制实训

（5）机器人在线指令编程

（6）机器人拖动示教控制

（7）机器人脚本编程开发

（8）编程与机器人控制

（9）编程机器人运动控制

（10）机器人状态信息远程采集与运维监控

（11）第七轴直线导轨调试

2、气动系统的安装与调试项目：

选用该装置配置的单出杆气缸、单出双杆气缸、旋转气缸等气动执行元件和单控电磁换向阀、双控电磁换向阀和磁性开关等气动控制元件，可完成下列气动技术的工作任务：

（1）气动方向控制回路的安装； 

（2）气动速度控制回路的安装；

（3）摆动控制回路的安装；     

（4）气动顺序控制回路的安装；

（5）气动机械手装置的安装；  

（6）气动系统安装与调试；

3、电气控制电路的安装和PLC程序编写项目：

选用该装置配置的PLC模块、变频器模块和指令开关、传感器等，可完成下列PLC应用技术工作任务：

（1）电动机正反转控制电路的连接与控制程序编写；

（2）电动机调速控制电路的连接与控制程序编写；

（3）气动方向控制程序编写；   

（4）气动顺序动作控制程序编写；

（5）气动机械手控制程序编写；   

（6）皮带输送机控制程序编写；

（7）机电一体化设备控制程序编写； 

（8）自动生产线控制程序编写。

4、机电设备安装与调试项目

选用该装置配置的机电一体化设备部件、PLC模块、变频器模块和指令开关、传感器等，可完成下列机电设备安装和机电一体化技术的工作任务：

（1）传动装置同轴度的调整；  

（2）皮带输送机的安装与调整；

（3）搬运机械手设备安装与调试；

（4）物件分拣设备的安装与调试；

（5）送料设备的安装与调试；   

（6）自动生产线设备安装与调试。

5、自动控制系统安装与调试项目

选用该装置配置的机电一体化设备部件、PLC模块、变频器模块和指令开关、传感器等，可完成下列机电设备安装和机电一体化技术的工作任务：

（1）多种传感器的安装与调试；  

（2）机械手的自动控制；

（3）皮带输送机的自动控制；  

（4）机电一体化设备的自动控制；

（5）PLC控制系统的安装与调试； 

（6）自动生产线的安装与调试。

6、PLC工业通讯网络的安装及调试

系统选用西门子PLC主控制器，基于本网络通信功能，可完成下列工业现场总线通信技术训练任务：

（1）PPI网络的硬件连接、调试

（2）PPI网络参数设置、调试

（3）基于多台西门子s7-1200PLC的复杂网络数据读写程序编写与调试