李 勇， 黃敦華， 黃桂蕓

（北京電子科技職業(yè)學院， 北京 100176）

0 引言

智能綜合實訓平臺核心部件是工業(yè)機器人。 工業(yè)機器人是先進制造業(yè)的關鍵支撐裝備， 已經廣泛應用在生產制造各行各業(yè)中。工業(yè)機器人在打造中國制造、推動工業(yè)轉型、加快我國制造業(yè)強國建設方面具有重要意義。近年來， 北京電子科技職業(yè)學院機電一體化技術專業(yè)人才培養(yǎng)方案系統(tǒng)中， 工業(yè)機器人及智能制造都擺在了突出地位。為培養(yǎng)出我院該專業(yè)人才培養(yǎng)方案所要求的人才，我們與深圳市越疆科技有限公司進行了深入合作， 共同研發(fā)了基于工業(yè)機器人的智能綜合實訓平臺。 該實訓平臺在機電一體化技術專業(yè)人才培養(yǎng)方案中可以滿足機電設備運行與維護、機器人應用、機電系統(tǒng)集成等職業(yè)崗位的技能培養(yǎng)；課程可以滿足《工業(yè)機器人編程與操作》和《機電一體化設備組裝與調試》的教學載體的需要。 在實現(xiàn)學生一專多能的同時， 教師也能結合實際生產任務和項目研發(fā)，較好完成人才培養(yǎng)與產學研結合的目標。

1 實訓平臺功能

智能綜合實訓平臺可實現(xiàn)市場自動售花功能 （也稱為智能售花機實訓臺），集花倉供花單元1、花枝拾取單元2、 傳送帶5 及視覺檢測4 單元、 工業(yè)自動工業(yè)機器人6搬運單元、花束暫存8 單元、拾取快換工具7 單元、花束捆扎9 單元、花束輸出11 單元、人機界面10 單元、電氣控制系統(tǒng)等構成。如圖1 所示。滿足機電一體化技術專業(yè)教學、科研需求，該實訓臺采用模塊化設計，學生通過各單元操作學習及技能訓練，達到提高動手、編程、控制調試等方面能力。

圖1 智能綜合實訓平臺

智能綜合實訓平臺工作過程如下：

該設備由觸摸屏設置各種工作參數， 以及設備手工調試；工作時通過觸摸屏設置最多兩個訂單的花束生產，每個訂單最多8 枝花朵，顏色可以預定。 根據訂單，花倉供花，自動取花裝置完成花枝的拾取并放到傳送帶，由視覺檢查花朵的顏色和位置，工業(yè)機器人完成抓取，并放到花束預置位置，多余花束進行廢花枝處理，放到廢花枝預置位置，訂單完成后，機器人將花束搬運至捆扎處進行捆扎，并送到售花口處。該機器可以連續(xù)根據訂單進行售賣工作。 花倉花枝不足可以提醒賣花者預存花枝。

2 實訓平臺設計及教學功能

2.1 智能綜合實訓平臺設計

在人民生活的商圈中，我們可以看到各種的玩具自動售貨機、飲品自動售貨機，榨汁無人售賣機等，這些給了我們一些創(chuàng)意， 我們可以用我們所學機電一體化知識和技能，創(chuàng)新一種智能售花機，從而使我們設計的裝置即有商業(yè)價值又有教學實訓價值。 設計構思圖見圖2。

圖2 實訓臺設計構思圖

該構思中上花區(qū)實現(xiàn)花枝儲存和拾?。粋魉蛶崿F(xiàn)花枝的傳送；視覺檢測進行智能識別；判斷花的顏色和工業(yè)機器人拾取位置；機器人為6 自由度工業(yè)機器人，實現(xiàn)花枝的搬運機擺放；工具區(qū)放置拾取花枝的夾取工具；實現(xiàn)花枝和花束的抓??；花束1 和2為暫存區(qū)域，用于調整花枝方向和形成花束；捆扎機用于花束的捆綁；出花束口1 和2 用于成品的放置口；廢花槽和廢花口用于存放和取回非預定花朵； 人機界面完成人機交互，設置購置花束等信息。

2.2 智能綜合實訓平臺構成及教學功能

智能綜合實訓平臺教學設計有機械部件組裝與調試、 工業(yè)機器人編程與調試、PLC 控制器編程與調試、視覺檢測應用與調試、電氣系統(tǒng)安裝與調試、裝置集成與調試內容，相應的教學功能豐富，既可以滿足機電一體化技術專業(yè)課程需求， 又可以滿足最后一個學期本專業(yè)開設綜合課程的需求。

（1）花倉。 花倉功能是實現(xiàn)花枝的預存和供花，見圖3。四層托盤作為預存花枝用，每層預存花枝6 枝，一共24枝，步進電動機驅動底板完成托盤定位控制。托盤移出位置用于存放取花后空托盤， 同樣由步進電機進行驅動底板實現(xiàn)托盤存儲。 各進給控制均設有原點和正負極限位置。 空托盤的拾取由吸盤實現(xiàn)， 吸盤移位由移動氣缸實現(xiàn)托盤預存位和移出位的控制， 吸盤固定在升降氣缸上， 可實現(xiàn)吸盤上位和下位兩個位置的控制。 該裝置可以達到氣動系統(tǒng)控制、步進電機驅動、PLC 編程等綜合訓練的目的。

圖3 花倉構成

（2）花枝拾取機器手。 機械手功能是實現(xiàn)花枝從花倉花枝預存位最上面托盤中順序拾取花枝到傳送帶上，見圖4。機械手采用兩指氣爪實現(xiàn)，并固定在可升降的氣缸上，花枝移送采用交流伺服電動機驅動，通過滾珠絲杠帶動拾取氣抓移動，完成花枝的拾取、搬運工作。 采用交流伺服電動機控制具有控制位置精度高、控制靈活的特點。 機械手訓練可以達到氣動系統(tǒng)、交流伺服驅動控制、PLC 編程，機械裝調等綜合訓練目的。

圖4 花枝拾取機器手

（3） 傳送帶及視覺檢測。 傳送帶可以將花枝的傳送到視覺檢測位置， 通過視覺檢測實現(xiàn)花朵顏色和拾取位置的判斷。 傳送帶由直流電機驅動， 視覺由攝像頭及影像處理系統(tǒng)構成，見圖5。 該部分可以完成傳送帶裝調、視覺檢測智能識別控制、通信控制等綜合教學訓練。

圖5 傳送帶及視覺檢測構成

（4）工業(yè)機器人。 工業(yè)機器人采用DOBOT SR4-560 六自由度機械臂，功能是實現(xiàn)花枝的搬運，如圖6 所示。 根據視覺檢測結果，從傳送帶上拾取花枝，根據花朵的顏色， 搬運至花束暫存位置。該工業(yè)機器人可完成機器人操作、編程、綜合應用等教學項目訓練。

圖6 工業(yè)機器人

（5）快換工具。 快換工具用于安裝在工業(yè)機器人末端， 實現(xiàn)花枝和花束的夾取， 快換工具包含由兩指花枝氣爪和插抱式花束手抓，見圖7。配合機器人完成I/O 口控制教學項目。

圖7 快換工具

（6）花束暫存裝置。 花束暫存裝置共有三個，其中兩個用于暫存預定花束所用， 另外一個用于存放不是預定的廢余花枝。 機器手從傳送帶拾取過來的額花枝按照規(guī)定的方向擺放到花束預定槽中， 拾取花枝數量滿足后， 暫存裝置的氣缸驅動兩指夾具， 實現(xiàn)花束的加緊，見圖8。 該部分可以與工業(yè)機器人、PLC 協(xié)調控制實現(xiàn)綜合項目訓練。

圖8 花束暫存裝置

（7）捆扎及花束輸出裝置。 捆扎裝置采用捆扎機實現(xiàn)花束的捆扎，做好花束成品的準備。 花束輸出裝置采用了花瓶形式實現(xiàn)，機器手從花束暫存裝置（廢余花槽）中拾取花束，搬運到捆扎機處，進行捆扎（廢余花枝不需捆扎）；機器手再把捆扎好的花束搬運到花瓶輸出處， 實現(xiàn)售花的輸出以及廢余花枝的收集，見圖9。

圖9 花束輸出裝置

（8）人機界面。 人機界面采用觸摸屏形式， 實現(xiàn)智能實訓平臺操作。 功能是完成人與機器的交互，一方面完成購買者對花束要求的設定，即訂單設定。另一方面完成設備維護人員的設備調試、故障報警等使用，如圖10 所示觸摸屏操作臺和控制界面。該部分可以完成觸摸屏及設備控制教學訓練， 訂單設置界面、 手工操作界面、參數設置界面、PLC 控制器I/O 口監(jiān)控、設備報警界面等，如圖11 所示。

圖10 觸摸屏操作臺和控制界面

圖11 相關控制界面

（9）電氣控制系統(tǒng)。智能實訓平臺實現(xiàn)上述控制內容，電氣控制部分也是重要組成部分， 該設備控制器采用三菱FX3U-80MT（PLC）控制器。完成設備上步進電機、氣動系統(tǒng)、伺服驅動系統(tǒng)、花枝顏色、花束搬運、傳送帶控制、捆扎機等控制。 該部分可以完成電氣系統(tǒng)連接及調試的綜合教學項目訓練。

（10）綜合聯(lián)調。 本實訓臺涉及機械部件組裝及調試、工業(yè)機器人操作與編程、傳感器應用、視覺檢測及調試、PLC 編程與調試、電氣組裝及調試等工作內容，鍛煉學生項目實施與項目優(yōu)化能力。 該實訓臺整體控制方案，見圖12。

圖12 實訓臺控制方案

3 結束語

智能綜合實訓平臺(智能售花機實訓臺）研發(fā)后，在北京電子科技職業(yè)學院機電一體化技術專業(yè)教學和科研中得到了具體應用，學生在工業(yè)機器人技術、PLC 控制技術、視覺檢測技術、機械裝調技術等方面都取得了顯著技能提高，專業(yè)技能水平得到了鍛煉，也增加了專業(yè)實踐和工程實施的經驗積累。該實訓臺在實際應用過程中，還有待進一步改進，例如，可以利用自動化技術手段增加花倉存儲花枝保鮮功能，花枝拾取處增加視覺檢測，根據需要進行拾取花枝，提高花枝的有效率，進一步提高智能化水平；實訓臺更加貼近實際的人工智能等創(chuàng)新內容。以滿足機電一體化技術專業(yè)學生對新技術和技能的需求。 該實訓平臺為培養(yǎng)更多高素質、 高級技能型人才奠定了良好基礎。