工业机器人专业实训室建设专项方案.doc

工业机器人技术专业实训室建设方案
该工业机器人实训体系建设方案是依据现在工业机器人建设最新要求，吸收中国外同类建设方案优点，充足考虑学校区域工业机器人发展特点和区域人才培养需求，并结合工业机器人教学特点精心构建而成。
该建设方案集成多个试验实训系统，提供了众多试验例程和经典应用，便于学生、老师熟悉和掌握工业机器人实际应用。
为符合学校物工业机人专业建设目标和要求，实训室方案丰富建设经验和优势、和专业定制化服务能力，依据学校需求，特此设计提出了一个以院校专业学科建设为宗旨工业机器人应用实训室综合处理方案，方案包含工业机器人基础实训室建设和工业机器人经典应用实训室建设。
2 实训体系配置及预算
注：本配置表是根据专业建设最全方面设备来配置，仅供参考，本企业会依据合作院校具体需求来定制化配置或调整。
述特色化专业课程体系完整配套），具体提议以下：（此配置暂以30人/班配置）
工业机器人综合试验室实训服务体系报价表
序号
实训体系\服务项目名称
数量
单位
单价（元）
总价（元）
备 注
一、工业机器人基础知识实训体系
1
机器人认知实训室
30
台
¥14,100.0
¥423,000.0

2
工业机器人仿真实训室
15
台
¥55,000.0
¥825,000.0

3
工业机器人编程和调试实训室
5
台
¥275,000.0
¥1,375,000.0

二、工业机器人工程应用技术实训体系
4
工业机器人装配应用工作站
2
台
¥328,000.0
¥656,000.0

5
工业机器人焊接应用工作站
2
台
¥314,000.0
¥628,000.0

6
工业机器人分拣应用工作站
2
台
¥442,000.0
¥884,000.0

7
工业机器人搬运应用工作站
2
台
¥276,000.0
¥552,000.0

8
工业机器人机床上下料工作站
2
台
¥321,000.0
¥642,000.0

累计金额

¥5,985,000.0
注：本表方案是根据专业建设最全方面设备来配置，仅供参考。本企业会依据具体需求来定制化配置。

3 工业机器人实训室具体设计方案
3.2 工业机器人多功效实训室
实训目标
经过多功效实训室建设能够满足工业机器人编程、系统调试、和机电设备安装和调试实训教学。经过实训使学生掌握工业机器人应用以下技能：
1） 熟悉工业机器人应用系统基础组成；
2） 熟练掌握工业机器人编程和调试能力；
3） 熟练掌握工业机器人示教器使用方法和技巧；
4） 熟练掌握工业机器人示教器编程和示教功效；
5） 掌握工业机器人离线编程基础能力；
6） 掌握工业机器人安全使用规范；
7） 掌握工业机器人码垛应用编程和调试方法；
8） 掌握工业机器人轨迹计划编程和调试方法；
9） 掌握工业机器人TCP定点编程和调试方法；
10） 掌握工业机器人固定位置排序编程和调试方法。
实训项目
1） 工业机器人基础认识实训；
2） ABB机器人控制器结构认识；
3） ABB控制器IO接线实训；
4） FlexPendant关键组成实训；
5） ABB示教器基础操作实训；
6） ABB示教器运动操作实训；
7） ABB 机器人 IO 通信及应用；
8） ABB机器人程序数据设置实训；
9） 实训外设安装和调试；
10） 机器人基础运动指令实训；
11） 平面矩形描图编程和示教实训；
12） 平面圆形描图编程和示教实训；
13） 固定位置搬运编程和示教；
14） 平面矩阵码垛编程和示教；
15） 码垛编程和示教。
实训效果
经过系统实训课程训练，使学生掌握工业机器人应用系统组成、编程、调试和机电设备安装方面知识和技能。为后续机器人经典应用和综合应用打下坚实基础。
提议配置
根据工业机器人实训教学特点，实训室根据理实一体化形式进行建设，实训室内部设实践操作区、工具集中管理区、理论学习讨论区。便于开展理实一体化教学。实训室效果图以下。

表1 关键设备配置清单
序号
设备名称
品牌型号
数量
单位
1
ABB 机器人本体
ABB IRB120
12
台
2
ABB机器人控制器
IRC5 紧凑型控制器
12
台
3
实训台架
一体式/模块化
12
台
4
机器人夹具
快速换装夹具，顶尖夹头，搬运训练夹头，轨迹计划夹头
12
套
5
坐标标定模块

12
套
6
TCP标定模块

12
套
7
轨迹计划模块

12
套
8
码垛模块

12
套
9
气泵
依据集中供气或单独供气进行具体配置
//
台
10
低压电器
带漏保空气开关，熔断器，三插电源线
12
套
11
工具柜
铁皮，定制
2
个
12
PC机
戴尔/联想品牌机
12
台
13
电脑桌
定制
12
台
14
桌子
六角桌/长桌
/
/
15
凳子
小方凳
25
个
16
实训室文化建设

1
套
注：（1）为了确保教学效果，提议采取小班化进行教学，确保每两个学生有一个实训工位；
（2）依据学校具体情况和需求，可对实训室配置进行增减。
3.2.1 工业机器人多功效实训台
(1) 产品介绍
工业机器人多功效教学工作站含有结构紧凑，训练多个机器人应用功效特点。关键包含：ABB机器人IRB120，操作面板模块，码垛模块，几何轨迹计划模块，TCP标定模块，TCP工件标定模块，物料排序模块等。而且在该实训模块基础上，能够拓展PLC控制模块、送料模块、传送带模块、物料检测模块等。
经过该工作站能够学习机器人基础操作（机器人编程、TCP标定、示教轨迹编程、机器人IO信号控制等），机器人码垛，分拣排序和学习PLC、气动元件、传感器、电动传送带等常见机电一体化基础知识和设备应用。
系统说明：
1） 实训装置为模块化开放式设计结构，不仅可作为独立系统单独使用，也能够作为子系统和其它类似设备组合，组成自动化生产线系统，含有功效可扩展性等优点；
2） 多种气动元件、电气元件和机械运动实施机构工作过程及运行状态含有直观性；
3） 实训装置含有手动和自动控制功效，经过手动能够检测气缸、气爪等关键器件工作性能是否正常进行检测；
4） 五个模块由易到难，循序渐进，使学习者快速掌握ABB 机器人基础操作及使用技巧。

设备3D效果图
(2) 系统组成
表1 系统配置清单
序号
设备名称
品牌型号
数量
单位
1
工业机器人
IRB120-3 /0.58
1
台
2
机器人控制器控制器
ABB IRC5紧凑型控制器
1
台
3
机器人本体到控制器之间电缆长度7米
ABB
1
块
4
示教盘附带10米电缆，具汉字操作界面
ABB
1
个
5
DeviceNet总线
ABB
1
根
6
数字式直流24V 16进/16出，输入、输出信号板
ABB （附10 米电缆）
1
个
7
机器人基础控制软件, 5.0版操作系统
ABB
1
套
8
机器人资料(DVD版)
ABB
1
套
9
机器人夹具（含顶针夹头、搬运训练夹头、写字训练夹头）
定制
1
套
10
机器人底座
定制
1
块
11
机器人实训工作台
L*W*H=1500mm*1200mm*1400mm（含机器人高度）
1
台
12
TCP标定模块
定制
1
套
13
TCP多形状工件标定模块
定制
1
套
14
轨迹计划模块
定制
1
套
15
码垛搬运模块
定制
1
套
16
工件分拣排序模块
定制
1
套
17
配套资源
教学视频、实训指导书、教学PPT、教学教案
1
套

(3) 关键技术参数
机器人本体
Ø 型号IRB120-3/0.6
Ø 工业机器人工作半径：580mm
Ø 有效载荷：3kg
Ø 位置反复精度：0.1mm
Ø 轴数：6
Ø 机械手重量：25Kg
Ø 机器人底座尺寸：180×180 mm
Ø 机器人高度：700 mm
Ø 电源电压 200-600V 50/60Hz
Ø 变压器额定功率：3.0 kVA

机器人无限制工作范围

位置
手腕中心处
角度
X
Z
轴2
轴3
A
302mm
630mm
0°
0°
B
0mm
870mm
0°
-77°
C
169mm
300mm
0°
+70°
D
580mm
270mm
+90°
-77°
E
545mm
91mm
+110°
-77°
F
-440mm
-50mm
-110°
-110°
G
-67mm
445mm
-110°
+70°
H
-580mm
270mm
-90°
-77°
J
-545mm
91mm
-110°
-77°

机器人转到半径图
机器人型号
位置A
位置B
位置C
IRB120-3/0.6
R121
R580
R169.4

控制器参数
Ø 型号：IRC5C紧凑型控制器
Ø 控制柜尺寸：258×450×565 mm (H×W×D)
Ø 控制柜重量：27.5kg
Ø 电气连接：单相 220/230V，50-60Hz
Ø 防护等级：IP20
Ø 环境温度：0-45℃
Ø 相对湿度：最高95%
实训台架
Ø 材质：铝合金型材
Ø 尺寸：L*W*H=1500mm*1200mm*1400mm（含机器人高度）
Ø 重量：100kg

实训台3D效果图

3.4 工业机器人仿真实训室
实训目标
经过仿真实训室建设关键目标是在有硬件实训室基础上，经过虚拟仿真技术对硬件实训设备不足一个补充；其次经过虚拟仿真技术，处理机器人教学难点、学生入门学习难问题。虚拟仿真实训室能够满足工业机器人编程、系统建模、机器人组成、机器人拆装、机器人维护理论知识实际操作。经过虚拟仿真实训使学生掌握工业机器人以下知识和技能：
1） 掌握工业机器人系统组成；
2） 掌握工业机器人拆装步骤；
3） 掌握工业机器人工作站系统组成；
4） 掌握工业机器人基础编程方法；
5） 掌握工业机器人系统建模基础方法；
6） 掌握工业机器人示教编程基础操作和方法；
7） 掌握工业机器人日常维修项目。
实训项目
工业机器人仿真实训室能够开展以下实训项目：
1） 工业机器人认识实训；
2） 工业机器人系统组成认识实训；
3） 工业机器人本体拆装操作实训；
4） 工业机器人调试基础方法实训；
5） 工业机器人离线编程实训；
6） 工业机器人建模实训；
7） 工业机器人示教器操作实训；
8） 工业机器人IO配置实训；
9） 工业机器人日常维护实训；
10） 工业机器人故障排除实训。
实训效果
经过虚拟仿真实训体系训练，使学生能够掌握机器人系统基础组成，机器人基础操作，机器人本体拆装、机器人日常维护保养、机器人编程调试和机器人系统建模基础知识和技能。培养学生机器人安全操作基础规范和技能，为真实设备操作打下基础，减低学习难度，提升教学效果，保障学生人身和设备安全。
提议配置
表1 仿真实训室配置清单
序号
设备名称
品牌型号
数量
单位
1
机器人应用仿真系统
HX-FZ-RB01
50
套
2
RobotStudio
ABB
50
套
3
资料柜
铁皮，定制
2
个
4
PC机
戴尔/联想品牌机
50
台
5
电脑桌
定制
50
台
6
凳子
小方凳
50
个
7
教学资源
教学视频、实训指导书、PPT、教案
1
套
8
实训室文化建设

1
套

3.4.1 工业机器人系统仿真工作站
（1） 产品介绍
本系统由深圳市华兴鼎盛科技依据keba机器人控制系统专门为中、高等职业院校机器人教学而设计，该系统实现了真实示教器和虚拟仿真系统完美结合。适合中高等职业院校机器人编程、操作和系统仿真理实一体化教学。能够处理机器人现场编程、机器人操作和系统仿真实训和理论学习。
工业机器人系统仿真由机器人控制器、示教器和PC端仿真软件组成。

仿真系统实物图（以具体实物为准）
（2）系统组成
工业机器人仿真实训系统保护工业机器人控制器、操作系统、虚拟仿真软件、电源保护、示教器、总线通讯模块、钢制控制箱等组成。是真实工业机器人控制系统完整一部分，控制系统含有模块化拓展功效，可依据需要进行设备拓展。
序号
设备名称
品牌型号
数量
单位
1
工业机器人仿真控制器
FZ-RB01
1
台
2
工业机器示教器
T55
1
台
3
CF卡（256M）

1
块
4
3D仿真系统软件

1
套
5
电气控制柜
定制
1
根
6
PC电脑
戴尔/联想
1
台
7
教学资源
教学视频、实训指导书、教学PPT、教案
1
套

（3）关键技术参数
控制柜参数
Ø 尺寸：L*W*H=300*200*400mm
Ø 材质：铁质控制柜，厚度≥1.0mm
Ø 电气参数：AC 220V 1.0A
Ø 电源保护：漏电保护、短路保护
Ø 电源指示灯（HL1）、系统运行指示灯（HL2）
Ø 系统电源开关（QS）
控制器参数
Ø 控制器规格
n CPU Intel ATOM Z510 1.1 GHz 1MB缓存
n 内存：512MB
Ø 电气参数
n DC 24V 5.5A
n 最大功耗：75W
Ø 物理尺寸
n 尺寸：（宽 x 高 x 深：135毫米 x 120毫米x 100毫米
n 重量：大约910克
Ø 通讯接口：
n CF：×1
n 以太网：10/100/1000 Mbit/s 局域网 ×1
n USB 2.0 (高速) ×2
n CAN总线 ×1
n EtherCAT ×1
n DVI ×1
n 扩展插槽 ×1
n 图形控制器：英特尔GMA 500
n DVI-D接口 ×1
示教器参数
Ø 硬件参数
n CPU ：OMAP 3530 频率600MHz
n 内存标准：LPDDRAM：64MB，FLASH：64MB，
n 6.5 寸 TFT-LCD（薄膜场效应管LCD）65535 色彩纯度，LED背光，640 X 480 分辨率
n 触摸屏 电阻屏
n 按键：薄膜接触式按钮 最多64个按键 4个状态显示LED灯
Ø 电气参数
n DC 24V （电压容限：19.2V-30V 符合EN61131-2 标准）
n 供电电压最大中止时间：≤10ms （符合EN61131-2 标准）
n 冲击电流：最大5.6A
n 功率8.6W
Ø 接口参数
n 串口 1个
n 类型 ： RS-422-A RS-232-C 数据传输率 115kBits/s
n 以太网口 1个 数据传输率 100MBits/s
n USB口 USB 2.0，高速
虚拟软件
Ø 软件含有三维建模、系统编程、使用手持器进行系统编程和示教操作；
Ø 支持全部IEC61131-3编程语言（IL, ST, LD, FBD, SFC）
Ø 软件含有其它机器人三维模型导入功效，支持多品牌机器人本体仿真；
Ø 含有机器人本体控制权限切换功效，实现机器人本体控制在示教器和PC端虚拟示教器切换；
Ø 示教器和PC虚拟端示教器含有机器人控制程序编写、修改等编辑功效；
Ø 示教器和PC端虚拟示教器含有手动模式和自动控制模式切换；
Ø 含有示教器对机器人动作示教功效。
Ø 对任何数量YT, XY曲线用于具体诊疗
Ø YT图表可用于分析快速改变变量。一个经典应用是确定运动最大加速度。这是一个快速简便方法确定动作行程是否会造成驱动器颤动。比如，XY图表可用于显示简单二维图形运动形式。
Ø 可经过设定每一个机器人可达位置姿态轴坐标位置和世界坐标位置进行运动轨迹设定，也可经过算法验证。
Ø 机器人动作能够在使用机器实际操作之前，经过集成三维查看器进行模拟。仿真结果能够反应工作空间违规情况，可提前排除损坏机械风险，
Ø 大图片总览式中央项目管理
Ø 该软件是真实机器人系统开发软件，含有整个自动化项目标中央管理（配置，PLC应用，机器人应用，可视化应用），使得易于把工程集成到项目版本管理或将其复制到另一个文件位置。
Ø 简单CPU、IO、驱动模块配置
Ø 能够对系统中全部硬件组件进行中央配置，避免误差反复出现。
Ø 数字和模拟IO模块结构化诊疗
Ø 集成IO监控功效，即使一个应用程序功效没有完全实现，也可已经过强制IO来检验线路。一样，即使没有硬件也能够对应用程序进行测试。
Ø 可用于快速系统诊疗综合汇报监控器
Ø 该汇报监控器可用于查看控制器待决信息（错误，警告，提醒信息）。这些信息历史统计能够进行显示。

3.4.2 RobotStudio 仿真软件
仿真实训室采取理实一体化形式进行建设，标准配置为不超出25台PC机，安装ABB企业RobotStudio软件和相关工具软件，实训室配置多媒体设备，便于演示操作。配置讨论区和上机演示区，可方便实施理实一体化教学。实训室配置实训室管理软件，可方便老师机监控、演示、传送文件。
（1）实训目标
u 掌握RobotStudio软件界面操作
u 掌握工业机器人工作站布局
u 掌握工业机器人系统搭建和手动操作
u 掌握工业机器人和工件坐标和轨迹程序编写
u 掌握RobotStudio中建模功效
u 掌握机器人立项轨迹编程
u 掌握Smart组件应用
u 掌握带导轨和变位机机器人系统创建和应用
u 掌握RobotStudio在线功效
经过使用RobotStudio软件对实训项目标操作练习，学习工业机器人应用相关理论知识，训练学生对工业机器人系统搭建、程序编写、安全操作规程等技术和技能。经过一系列系统实训项目标训练，培养学生工程思维能力、团体协作能力、系统计划能力，使学生真正能够掌握ABB工业机器人系统搭建、安装和调试、和编程基础操作知识和技能。

图5 RobotStudio 初始界面 图6 RobotStudio工程界面

图7 机器人焊接仿真实训

图8 机器人搬运仿真实训

图9 机器人码垛仿真实训
（2）实训项目
u 项目一 认识、安装工业机器人仿真软件
u 项目二 构建基础工业机器人工作站
u 项目三 RobotStudio中建模功效
u 项目四 机器人离线轨迹编程
u 项目五 Smart组件应用
u 项目六 带导轨和变位机机器人系统创建和应用
u 项目七 ScreenMaker示教器用户自定义界面
u 项目八 RobotStudio在线功效
（3）实训配置
表1 配置一览表
序号
设备名称
备注
1
RobotStudio软件

2
PC机

3
电脑桌

4
凳子

5
文件柜

6
多媒体设备

7
实训室管理软件

8
教学资源

9
文化墙

备注：
1、此方案为工业机器人仿真实训室初步方案，具体可根据学校预算和需求做具体设备配置及型号调整。
2、实训室中配套仿真软件、PC机等设施将依据学校提供具体场地要求再做具体安排。
（4）课程资源
华兴鼎盛针对职业教育特点，集合本企业含有职业教育经验技术人员，专门为职业教育机器人教学开发了一套集合仿真软件、教材、课程资源、教学项目等等。
表2 课程资源一览表
序号
资源名称
类别
备注
1
教学课件
PPT

2
教学设计
Word

3
仿真案例

4
微课视频
AVI/RMVB/MP4

5
应用教学视频
AVI/RMVB/MP4

6
学生任务书
Word

7
习题
Word

8
综合练习题
Word

9
教学案例
Word

10
实训指导手册
PDF

11
配套数据手册
PDF

12
工业机器人图片图
JPEG/PNG

3.4.3 工业机器人应用仿真软件
（1）产品介绍
本系统是由华兴鼎盛科技专门为职业教育针对工业机器人教学而开发，本系统采取3D虚拟仿真技术实现真实机器人结构展示、机器人本体和控制系统拆装、机器人编程操作、机器人系统维护等实训项目。对真实实训实训设备操作实训进行一个补充，减低学生学习难度，提升教学效率，处理真实设备无法实现实训项目，如机器人拆装，维护和保养等。

虚拟仿真软件界面
（2）系统组成
序号
设备名称
品牌型号
数量
单位
1
工业机器人应用仿真软件
HX-FZ-RB02
1
套
2
PC机
戴尔/联想
1
台
3
课程资源
教学视频、实训指导书、教学PPT、教学教案
1
套

（3）关键技术参数
仿真软件功效
Ø 含有工业机器人结构展示
Ø 含有工业机器人结构拆装展示
Ø 含有工业机器人拆装操作
Ø 含有工业机器人示教器控制机械本体操作
Ø 含有在线测知识和技能评功效
硬件环境
服务端：
硬件名称
基础配置要求
处理器CPU
Intel(R) Xeon(R) E5-2630
磁盘
200GB以上
内存
8GB
显示适配器（显卡）
标准
显示器
无要求
用户端：
硬件名称
配置要求
处理器CPU
Pentium Dual-Core E5300以上
磁盘
200GB以上
内存
4GB
显示适配器（显卡）
独立显卡：256M及以上
显示器
无要求
软件环境
软件架构：C/S架构，采取服务器布署
服务器：操作系统：Win /,推荐使用win
必备安装软件: Microsoft SQL Server 企业版、.NET Framwork4.0，IIS5.5及以上。
用户端：操作系统——Win XP/Win7；浏览器——IE8及以上；

（4）产品介绍
本系统是由华兴鼎盛科技专门为职业教育针对工业机器人教学而开发，本系统采取3D虚拟仿真技术实现真实机器人结构展示、机器人本体和控制系统拆装、机器人编程操作、机器人系统维护等实训项目。对真实实训实训设备操作实训进行一个补充，减低学生学习难度，提升教学效率，处理真实设备无法实现实训项目，如机器人拆装，维护和保养等。

虚拟仿真软件界面

工业机器人结构展示

工业机器人本体爆炸图