一种工件自动分拣加工实训系统

1.本实用新型涉及一种工业机器人的实训系统，尤其涉及一种工件自动分拣加工实训系统。


背景技术：

2.目前，工业机器人已经在物料或工件的加工、输送、码垛系统中广泛应用，现有的工业机器人实训系统也大多是将工业机器人和相应的实训模块集成在操作平台上进行训练，但工业机器人系统的外围设备的数量庞大、类型复杂，很难将所有的外围设备所对应的实训模块集成到体积有限的同一个操作平台上，而集成到同一个操作平台上的实训模块也无法实现更换，使得现有的一套工业机器人实训系统往往只能进行单一工业操作的模拟训练，不利于职业学院或高校的教学活动，或者企业的培训项目的开展。


技术实现要素：

3.为克服现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种工件自动分拣加工实训系统，其实训模块可更换，组合方式灵活多样，可同时实现多种工业操作的模拟训练。
4.本实用新型实现上述目的的技术方案是：一种工件自动分拣加工实训系统，包括：
5.操作平台，其台面上设有若干个平行的安装槽，所述安装槽为通槽，各所述安装槽的横截面形状和尺寸相同；
6.工业机器人，其动作执行端设有工具手气动夹爪，其底座的底面上向下延伸出能够与所述安装槽滑动配合的滑块，用于在所述安装槽上安装，其底座上还设有用于旋接顶丝的贯穿螺孔，用于在所述操作平台上的顶丝固定；
7.加工平台，安装在变位机上，所述变位机的底座的底面上向下延伸出能够与所述安装槽滑动配合的滑块，用于在所述安装槽上的安装，所述变位机的底座上还设有用于旋接顶丝的贯穿螺孔，用于在所述操作平台上的顶丝固定；
8.工具架，用于放置快换工具手，其底座的底面上向下延伸出能够与所述安装槽滑动配合的滑块，用于在所述安装槽上的安装，其底座上还设有用于旋接顶丝的贯穿螺孔，用于在所述操作平台上的顶丝固定；
9.快换工具手，放置在所述工具架上（例如，插装），设有适于所述工具手气动夹爪夹持的工具框架，所述工具框架上安装有加工工具。
10.优选的，所述工具手气动夹爪的内壁上和所述工具框架的外壁上设有相配合电极接触端子和气动对接接口，所述工具手气动夹爪上的电极接触端子和气动对接接口分别连接电源和气源，所述工具框架上的电极接触端子和气动对接接口分别连接所述加工工具的相应的电动或气动驱动装置（例如，电机或气缸）。
11.优选的，所述变位机设有变位机支架，所述变位机支架的内侧沿竖向设有若干个接近开关。
12.优选的，所述加工平台上设有工件夹持机构。
13.优选的，所述工件夹持机构包括气缸、固定夹持块和移动夹持块，所述气缸和所述固定夹持块固定设于所述加工平台上，二者之间留有间距，所述气缸的活塞杆朝向所述固定夹持块，所述移动夹持块固定连接在所述气缸的活塞杆的端部，所述固定夹持块和所述移动夹持块相对的端面上设有相配合的工件夹持定位槽。
14.优选的，所述工件夹持定位槽为竖向的通槽，所述工件夹持定位槽呈倒三角形、倒梯形或圆弧形。
15.优选的，所述快换工具手的数量为若干个，各所述快换工具手的加工工具不同。
16.优选的，所述加工工具包括打磨工具、焊接工具、喷釉工具和吸盘工具中的一种、几种或全部。
17.优选的，所述工具架上设有快换工具手检测传感器。
18.优选的，所述工件自动分拣加工实训系统还包括：
19.传送带，设有传送带驱动电机；
20.工件库，呈竖向的空心柱状，各待加工工件在所述工件库中竖向排列，所述工件库的底端设有适于送料机构将工件推出的水平贯穿的豁口；
21.送料机构，设有适于水平滑动插入所述豁口并将工件从所述工件库中推出的滑块，所述滑块设有用于驱动其水平滑动的送料气缸；
22.工件码放架，设有多个工件码放工位，所述工件码放工位上设有工件定位装置，
23.所述传送带、所述工件库、所述送料机构和所述工件码放架的底座的底面上均向下延伸出能够与所述安装槽滑动配合的滑块，用于在所述安装槽上安装，各底座上还均设有用于旋接顶丝的贯穿螺孔，用于在所述操作平台上的顶丝固定。
24.优选的，所述传送带的两侧设有护栏，所述传送带的末端（出料端）侧的护栏上设有工件检测传感器。
25.优选的，所述工件自动分拣加工实训系统还包括工业相机，所述工业相机设有相机支架，所述相机支架的底座的底面上向下延伸出能够与所述安装槽滑动配合的滑块，用于在所述安装槽上安装，所述相机支架的底座上还设有用于旋接顶丝的贯穿螺孔，用于在所述操作平台上的顶丝固定。
26.优选的，所述工件自动分拣加工实训系统还包括显示控制装置，所述显示控制装置包括触摸显示屏和控制盒，所述控制盒上设有系统电源总开关、系统启动按钮、系统急停按钮以及报警蜂鸣器和/或报警指示灯，所述触摸显示屏和所述控制盒的底座的底面上均向下延伸出能够与所述安装槽滑动配合的滑块，用于在所述安装槽上安装，各底座上还均设有用于旋接顶丝的贯穿螺孔，用于在所述操作平台上的顶丝固定。
27.所述显示控制装置内可以依据现有技术设置配套的控制电路或控制器进行相关元件/装置（例如，各实训模块）的控制，亦可以通过配套适宜的数据采集电路采集各检测元件（例如，各接近开关或传感器）的输出信号，送入所述显示控制装置作为控制相关元件/装置工作的依据。
28.本实用新型的有益效果是：由于各实训模块可拆卸地安装在操作平台上，因此可以根据实训的不同目的适宜地选择和更换实训模块，或者调整实训模块在操作平台上的位置，各实训模块的组合方式灵活多样，从而使一套实训系统能够实现对多种工业操作的模拟训练，既能够有针对性的进行单一工业操作的实训，又能够进行多种工业操作的全面或
协同配合实训，有利于学生或初期从业者的知识和技能的全面提升，还可降低对操作平台的体积大小以及实训室的空间大小的要求。
附图说明
29.图1是本实用新型的一种实施方式的结构示意图；
30.图2是图1中的工业机器人的动作执行端的局部结构示意图；
31.图3是图1中的快换工具手的局部结构示意图；
32.图4是图1中的加工平台的局部结构示意图；
33.图5是图1中的传送带、工件库、送料机构和工业相机的局部结构示意图；
34.图6是图1中的工件码放架的局部结构示意图；
35.图7是图1中的显示控制装置的局部结构示意图；
36.图8是实训模块与操作平台之间的可拆连接结构的一种实施方式的局部剖视图。
具体实施方式
37.本实用新型实施方式中的所有方向性指示（例如上、下、前、后、左、右等）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，不构成对实际使用方向的限定，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
38.参见图1-8，本实用新型公开了一种工件自动分拣加工实训系统，包括操作平台1，所述操作平台可以采用铝型材或不锈钢型材制成，所述操作平台上可拆卸安装有若干个实训模块，所述实训模块包括工业机器人2、加工平台3和若干个快换工具手（例如，4个或5个）4，所述工业机器人的动作执行端连接有工具手气动夹爪（可以通过相配合的法兰及螺栓连接）5，用于抓取所述快换工具手对待加工工件进行加工，所述加工平台用于放置和固定待加工工件，通常位于所述工业机器人的动作执行端的左侧，所述加工平台设有驱动其转动的变位机，以便在对待加工工件的加工过程中，转动所述加工平台使其上的待加工工件处于不同的加工工位，所述加工平台上设有工件夹持机构，用于固定待加工工件，所述快换工具手通常位于所述工业机器人的前侧，包括加工工具和适于所述工具手气动夹爪夹持的工具框架6，所述加工工具安装（连接）在所述工具框架上，各所述快换工具手的加工工具不同，所述加工工具优选包括打磨工具（例如砂轮）、焊接工具（例如焊枪）、喷釉工具（例如喷枪）和吸盘工具，分别用于对待加工工件进行打磨加工、焊接加工、喷釉加工和抓取。
39.所述工具手气动夹爪的内壁上和所述工具框架的外壁上优选设有相配合电极接触端子和气动对接接口，所述工具手气动夹爪上的电极接触端子7和气动对接接口8分别连接电源和气源，所述电源和气源可以设在所述工业机器人上，也可以设在所述操作平台下方的机柜中，所述工具框架上的电极接触端子和气动对接接口分别连接所述加工工具的相应的电动或气动驱动装置（例如，电机或气缸）。当所述工具手气动夹爪夹取相应的快换工具手后，所述工具手气动夹爪上的电极接触端子与工具框架上的电极接触端子接触，所述工具手气动夹爪上的气动对接接口与工具框架上的气动对接接口对接，实现电源或气源与加工工具的相应电动或气动驱动装置的电路或气路快速连通，为加工工具的加工操作提供动力。
40.所述变位机优选通过变位机支架安装在所述操作平台上，所述变位机支架的内侧
沿竖向优选设有若干个接近开关（例如，4个或5个），用于检测所述加工平台的转动位置，提高控制精度。所述接近开关可以为红外线传感器。
41.所述工件夹持机构优选包括气缸9、固定夹持块10和移动夹持块11，所述气缸和所述固定夹持块固定设于所述加工平台上，二者之间留有间距，所述气缸的活塞杆朝向所述固定夹持块，所述移动夹持块固定连接在所述气缸的活塞杆的端部，所述固定夹持块和所述移动夹持块相对的端面上设有相配合的工件夹持定位槽，以提高对待加工工件的夹持固定效果。所述加工平台的台面上可以固定设有置物板，所述气缸和所述固定夹持块固定设于所述置物板上，便于二者在所述加工平台上的安装。
42.所述工件夹持定位槽优选为竖向的通槽，所述工件夹持定位槽可以呈倒三角形、倒梯形或圆弧形。
43.所述快换工具手优选设有工具架，所述工具架安装在所述操作平台上，所述快换工具手放置（例如，插装）在所述工具架上，便于所述工具手气动夹爪从所述操作平台上抓取所述快换工具手和将所述快换工具手放回到所述操作平台上的指定位置。
44.所述工具架上优选设有快换工具手检测传感器，所述快换工具手检测传感器可以为光电传感器，用于检测所述工具架上是否放置有所述快换工具手。
45.所述实训模块优选还包括传送带12、工件库13、送料机构14、工件码放架15和工业相机16。所述传送带水平设于所述操作平台上，通常位于快换工具手的前侧，设有传送带驱动电机（优选为伺服电机），所述传送带的两侧设有护栏（或者挡板或挡块）17，用于防止待加工工件在传送过程中从所述传送带上意外掉落以及偏离正确的传送路径（在传送带上居中传送，便于所述工业相机对待加工工件进行识别），所述传送带的末端（出料端）侧的护栏上（护栏的内侧）设有工件检测传感器，当工件检测传感器检测到待加工工件后，控制所述传送带停止传送，便于所述工业机器人抓取待加工工件，所述工件检测传感器可以为接近开关。所述工件库呈空心柱状（或称筒状），竖直设于所述操作平台上，位于所述传送带的进料端侧（右侧），用于存放待加工工件，各待加工工件在所述工件库中竖向排列，所述工件库的底端设有适于送料机构将工件推出并推至所述传送带上的水平贯穿的豁口，所述豁口（工件库的底端）高于所述传送带或与所述传送带平齐，以使从所述豁口推出的待加工工件能够顺利地被推至或落于所述传送带上。所述送料机构通常位于所述工件库的右侧，包括适于水平滑动插入所述豁口并将工件推至所述传送带上的滑块18，所述滑块与所述豁口的高度平齐，所述操作平台上设有或不设有与所述滑块相配合的滑轨，所述滑块设有用于驱动其水平滑动的送料气缸19，所述滑块可以固定连接在所述送料气缸的活塞杆的端部。所述工件码放架通常位于所述加工平台的后侧，可以包括多层工件码放台面20，例如三层或四层，所述工件码放台面的数量通常与待加工工件的种类数量相同，同一层所述工件码放台面码放相同种类的工件，各层工件码放台面均设有多个工件码放工位，所述工件码放工位上设有工件定位装置，所述工件定位装置优选为若干个（例如，两个或三个）竖向设置的定位销21，待加工工件的底部固定设有工件底座，所述工件底座的底面上设有与所述定位销相配合的定位销孔，当所述工业机器人将工件（已经加工完毕的工件）放置在所述工件码放架的相应工件码放工位上时，使工件码放工位上的定位销插入工件上的定位销孔，实现工件在工件码放工位上的精确定位和固定。所述工件码放工位上还可以设有工件检测传感器，用于检测所述工件码放工位上是否放置有工件，所述工件检测传感器可以为光电传感
器。所述待加工工件的种类为多种，结合多种快换工具手实现多种工业操作的模拟训练，所述待加工工件可以包括管件、直角工件和碗状工件等。所述工业相机设有相机支架22，所述相机支架安装在所述操作平台上，所述工业相机位于所述传送带的正上方，用于识别所述传送带上传送的待加工工件的种类，位于所述工业相机的正下方的护栏上（护栏的内侧）可以设有工件检测传感器（例如，接近开关），当检测到待加工工件时，控制所述传送带停止传动，便于所述工业相机精确识别待加工工件的种类。待加工工件上可以设有便于所述工业相机识别的rfid标签、条形码或二维码，所述工业相机依据现有技术识别待加工工件上的rfid标签、条形码或二维码，判断待加工工件的种类。
46.所述实训模块优选还包括显示控制装置，通常位于所述传送带的前侧，所述显示控制装置包括触摸显示屏23和控制盒24，所述触摸显示屏主要用于其他实训模块的控制和操作信息的输入和显示以及待加工工件的特征信息（种类、形状等）的输入和显示，所述控制盒上设有系统电源总开关25、系统启动按钮26和系统急停按钮27，用于对实训系统进行相应控制，还可以设有报警蜂鸣器和/或报警指示灯28，用于在实训系统出现故障或实训模块操作错误等情况时报警。
47.所述显示控制装置内可以依据现有技术设置配套的控制电路或控制器（例如，plc控制器）进行相关元件/装置（例如，各实训模块）的控制，亦可以通过配套适宜的数据采集电路采集各检测元件（例如，各接近开关或传感器）的输出信号，送入所述显示控制装置作为控制相关元件/装置工作的依据。
48.所述实训模块还可以包括其他适于工业操作模拟训练的模块。所述操作平台的台面上优选设有用于安装所述实训模块的可拆安装结构，各所述实训模块的底座上设有与所述可拆安装结构相配合的平台连接结构。所述可拆安装结构包括多个水平设于所述操作平台的顶面上的安装槽29，所述安装槽为通槽，多个所述安装槽相互平行且间距相同，布满所述操作平台的顶面，各所述安装槽的横截面形状和尺寸相同，所述安装槽优选为竖向的倒t形槽或包括竖向倒t形结构的槽。所述平台连接结构包括所述实训模块的底座的底面上向下延伸出能够与所述安装槽滑动配合的滑块30，通过所述滑块与所述安装槽的滑动配合连接（通常留有滑动配合间隙）实现各所述实训模块在所述操作平台上的拆装。各所述实训模块的底座可以包括从各自的底部向外水平伸出的安装板31，所述滑块固定连接在（固定位于）所述安装板的底部。各所述实训模块的底座上可以设有用于旋接顶丝32的贯穿螺孔，用于所述实训模块在所述操作平台上的顶丝固定。当需要将所述实训模块安装在所述操作平台上时，将所述实训模块的滑块水平插入相应的安装槽，并将所述实训模块在所述操作平台上滑动至指定的位置，然后旋紧顶丝，使顶丝压紧在所述操作平台上，实现所述实训模块在所述操作平台上的固定；当需要从所述操作平台上拆卸所述实训模块时，旋松顶丝，再将所述实训模块的滑块从相应的安装槽中滑出即可。所述实训模块与所述操作平台之间的锁紧固定也可以采用现有技术下任意适于插接件或滑动件相对位置固定的锁紧装置。通常，所述实训模块的底座上至少包括两个所述滑块，以保证所述实训模块在所述操作平台上的稳固连接。
49.所述实训系统的工作过程举例如下（以工件打磨、工件焊接、和工件喷釉实训项目为例）：
50.实训项目a：工件打磨
51.步骤a1：工业机器人与变位机回到安全点进行复位，其他实训模块进行初始化复位操作；
52.步骤a2：启动传送带，送料机构将一个待加工工件从工件库中推出至传送带上；
53.步骤a3：传送带运送待加工工件至工业相机的下方，工业相机识别待加工工件的种类（以三通管件为例）；
54.步骤a4：当三通管件工件传送到传送带的末端时，传送带停止，工业机器人自动安装抓取快换工具手（带吸盘工具的工具手）；
55.步骤a5：工业机器人通过抓取快换工具手将三通管件工件搬运到加工平台上并通过工件夹持机构夹紧固定；
56.步骤a6：工业机器人自动拆卸抓取快换工具手，同时变位机驱动加工平台转动到第一打磨工位；
57.步骤a7：工业机器人自动安装打磨快换工具手（带打磨工具的工具手）；
58.步骤a8：工业机器人通过打磨快换工具手对加工平台上的三通管件工件进行打磨；
59.步骤a9：变位机驱动加工平台转动到第二打磨工位，工业机器人通过打磨快换工具手对加工平台上的三通管件进行打磨；
60.步骤a10：变位机驱动加工平台转动到第三打磨工位，工业机器人通过打磨快换工具手对加工平台上的三通管件进行打磨；
61.步骤a11：工业机器人自动拆卸打磨快换工具手；
62.步骤a12：工业机器人自动安装抓取快换工具手；
63.步骤a13：工业机器人通过抓取快换工具手将三通管件工件搬运至工件码放架上的相应码放工位；
64.步骤a14：工业机器人自动拆卸抓取快换工具手并恢复安全点，变位机恢复原点位置。
65.实训项目b：工件焊接
66.步骤b1：工业机器人与变位机回到安全点进行复位，其他实训模块进行初始化复位操作；
67.步骤b2：启动传送带，送料机构将一个待加工工件从工件库中推出至传送带上；
68.步骤b3：传送带运送待加工工件至工业相机的下方，工业相机识别待加工工件的种类（以直角工件为例）；
69.步骤b4：当直角管件工件传送到传送带的末端时，传送带停止，工业机器人自动安装抓取快换工具手（带吸盘工具的工具手）；
70.步骤b5：工业机器人通过抓取快换工具手将直角工件搬运到加工平台上并通过工件夹持机构夹紧固定；
71.步骤b6：工业机器人自动拆卸抓取快换工具手，同时变位机驱动加工平台转动到第一焊接工位；
72.步骤b7：工业机器人自动安装焊接快换工具手（带焊接工具的工具手）；
73.步骤b8：工业机器人通过焊接快换工具手对加工平台上的直角工件进行焊接；
74.步骤b9：变位机驱动加工平台转动到第二焊接工位，工业机器人通过焊接快换工
具手对加工平台上的直角工件进行焊接；
75.步骤b10：工业机器人自动拆卸焊接快换工具手；
76.步骤b11：工业机器人自动安装抓取快换工具手；
77.步骤b12：工业机器人通过抓取快换工具手将直角工件搬运至工件码放架上的相应码放工位；
78.步骤b13：工业机器人自动拆卸抓取快换工具手并恢复安全点，变位机恢复原点位置。
79.实训项目c：工件喷釉
80.步骤c1：工业机器人与变位机回到安全点进行复位，其他实训模块进行初始化复位操作；
81.步骤c2：启动传送带，送料机构将一个待加工工件从工件库中推出至传送带上；
82.步骤c3：传送带运送待加工工件至工业相机的下方，工业相机识别待加工工件的种类（以碗状工件为例）；
83.步骤c4：当碗型工件传送到传送带的末端时，传送带停止，工业机器人自动安装抓取快换工具手（带吸盘工具的工具手）；
84.步骤c5：工业机器人通过抓取快换工具手将碗型工件搬运到加工平台上并通过工件夹持机构夹紧固定；
85.步骤c6：工业机器人自动拆卸抓取快换工具手，同时变位机驱动加工平台转动到第一喷釉工位；
86.步骤c7：工业机器人自动安装喷釉快换工具手（带喷釉工具的工具手）；
87.步骤c8：工业机器人通过喷釉快换工具手对加工平台上的碗状工件进行喷釉；
88.步骤c9：变位机驱动加工平台转动到第二喷釉工位，工业机器人通过喷釉快换工具手对加工平台上的碗状工件进行喷釉；
89.步骤c10：变位机驱动加工平台转动到第三喷釉工位，工业机器人通过喷釉快换工具手对加工平台上的碗状工件进行喷釉；
90.步骤c11：变位机驱动加工平台转动到第四喷釉工位，工业机器人通过喷釉快换工具手对加工平台上的碗状工件进行喷釉；
91.步骤c12：工业机器人自动拆卸喷釉快换工具手；
92.步骤c13：工业机器人自动安装抓取快换工具手；
93.步骤c14：工业机器人通过抓取快换工具手将碗型工件搬运至工件码放架上的相应码放工位；
94.步骤c15：工业机器人自动拆卸抓取快换工具手并恢复安全点，变位机恢复原点位置。
95.本实用新型公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。