一种工业机器人教学装置制造方法及图纸

针对提高实物教学过程中工业机器人操作安全性的需求，本发明专利技术提供了一种工业机器人教学装置，包括：工业机器人、可编程处理器单元、故障检测单元、安全检测单元、外围设备、图像处理单元以及多个图像采集单元。

An industrial robot teaching device

For the safe operation of industrial robots to improve the physical teaching process needs, the invention provides an industrial robot teaching device, including: industrial robots, programmable processor unit, fault detection unit, security detection unit and peripheral equipment, an image processing unit and a plurality of image acquisition units.

【技术实现步骤摘要】
一种工业机器人教学装置
本申请涉及工业机器人
，更具体地，涉及一种工业机器人教学装置。
技术介绍
随着科技的快速发展，工业机器人作为集机械、电子、控制、传感以及计算机技术等多领域知识于一体的典型代表以及工业自动化的三大支柱之一，已经被广泛地应用于各个领域的工业现场。工业机器人通常是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。随着工业机器人的广泛应用，不少院校乃至工厂培训都把工业机器人的教学引入教学大纲和实训环节。在学校授课或工厂培训的过程中，考虑成本、安全以及资源等多方面因素，无法提供真实的实验器材或设备供教学对象(学校学生或工厂员工)进行实地操作，但是为了能够使教学对象掌握真实实验的操作流程或真实设备的操作方法，目前一般采用仿真教学的方式使教学对象学习真实实验的操作流程或真实设备的操作方法。现有技术中，仿真教学包括实物仿真和虚拟仿真两种。虚拟仿真(VR，VirtualReality的缩写)或称“虚拟现实”，其概念是在80年代初提出来的，具体是指借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段。VR主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。目前，虚拟仿真教学主要通过以下方式实现：创建真实实验器材或设备的三维数字模型，教学对象通过在计算机上对三维数字模型进行操作，模拟对真实实验器材或设备进行操作的过程。然而，虚拟仿真的硬件成本过高，加之在教学过程中学习者如果操作不慎容易造成损坏，容易磨损或灵敏度下降，从而使得维护成本过高。实物仿真例如申请号为CN201620684856.X的中国技术专利公开的一种远程操控式工业机器人系统，由工业机器人和控制盒子组成，其中，工业机器人包括主臂、控制器、基座和旋转轮，主臂的前面设置有前端，主臂的后面设置有后座，主臂的下端连接旋转轮，控制器和旋转轮设置在基座上，主臂和基座之间设置有连杆，基座内设置有调节杆；控制盒子与工业机器人连接，控制盒子还与计算机终端、移动终端以及Pad终端无线连接。然而，控制盒子在使用较长时间后由于老化等因素造成反应不灵敏或者由于学员不正确操作容易造成安全事故。
技术实现思路
针对提高实物教学过程中工业机器人操作安全性的需求，本专利技术提供了一种工业机器人教学装置，包括：工业机器人、可编程处理器单元、故障检测单元、安全检测单元、外围设备、图像处理单元以及多个图像采集单元，所述外围设备通过所述可编程处理器单元对工业机器人的动作进行控制，所述安全检测单元用于检测工业机器人的位置及动作数据且与所述外围设备连接，所述故障检测单元通过主动发射激励信号并检测响应信号的方式检测工业机器人和可编程处理器单元的状态，所述图像采集单元用于采集工业机器人的实时图像，所述可编程处理器单元包括存储子单元和通信子单元，所述存储子单元获取可编程处理器向工业机器人发出的指令，所述通信子单元将该指令以无线通信的方式传输给所述故障检测单元。进一步地，所述故障检测单元包括可编程处理器单元使能模块、激励信号产生模块和响应信号采集模块以及多个信号记录单元，所述各个信号记录单元均包括彼此连接的信号存储子模块以及驱动信号采集子模块，所述驱动信号采集子模块分别设置于工业机器人具有执行动作的驱动部件处且与各驱动部件一一对应地连接，所述各个信号存储子模块包括依次相连的无线传输子模块、存储器以及模数子模块，所述模数子模块将与其所述的信号存储子模块相连的驱动信号采集子模块采集到的驱动部件第二驱动信号进行模数转换，所述存储器用于存储与其相连的模数子模块转换后得到的数据，所述响应信号采集模块通过所述无线传输子模块无线地连接各信号记录单元的存储器并从存储器获得相应第二驱动信号，所述激励信号产生模块包括彼此连接的激励信号获取子模块以及激励信号生成子模块，所述激励信号获取子模块从所述可编程处理器单元获取所述可编程处理器向工业机器人发出的指令并根据工业机器人的指令集独立地产生第一驱动信号，所述激励信号生成子模块包括彼此相连的激励信号数模转换子模块和激励信号放大电路，所述激励信号数模转换子模块用于根据与其相连的激励信号获取子模块获得的第一驱动信号进行数模转换，所述激励信号放大电路用于将与其连接的激励信号数模转换子模块输出的第一驱动信号进行放大；且当所述故障检测单元通过所述激励信号放大电路输出经过放大的第一驱动信号时，所述可编程处理器单元使能模块使所述可编程处理器单元失能，当所述响应信号采集模块采集完毕后根据故障检测结果，即第一驱动信号放大后的信号与第二驱动信号进行比对后二者差值是否小于预设阈值，确定是否使所述可编程处理器单元使能。进一步地，所述安全检测单元包括多个位置检测模块，所述图像采集单元分别采集三维空间中某一个方向上的工业机器人所处环境内的实时图像并传输给所述图像处理单元，所述图像处理单元根据所述实时图像确定工业机器人与人之间的人-机距离并进而确定该人-机距离是否小于预定的安全人-机距离；所述各位置检测模块均包括间隔距离确定单元以及六个红外传感器，所述红外传感器分别设置于工业机器人的关节及手爪，用于检测各关节和手爪与工业机器人所处环境之间的空间直线距离，即工业机器人所在位置周围的墙壁、天花板和工作台水平面之间的空间直线距离，所述间隔距离确定单元用于确定空间直线距离是否小于预定的空间直线距离；当所述人-机距离小于预定的安全人-机距离或空间直线距离小于预定的空间直线距离时，所述安全检测单元以预定方式生成预警信号：所述预定方式生成的预警信号根据所述可编程处理器单元的时钟信号CLK生成且占空比为该晶振信号CLK的两倍。进一步地，所述工业机器人为四自由度多关节机器人。进一步地，所述工业机器人为KUKAKR40PA机器人。进一步地，所述工业机器人为六自由度多关节机器人。进一步地，所述工业机器人采用富士康FoxBotA1700。进一步地，所述外围设备包括键盘以及执行辅助单元，所述执行辅助单元用于辅助工业机器人执行操作的机械元件及电子元件。进一步地，所述执行辅助单元包括真空吸盘、弹性吸盘、真空发生器、继电器、接触器、常闭按钮、常开按钮、急停开关。进一步地，所述安全检测单元输出端连接所述急停开关。进一步地，所述可编程处理器单元采用三菱公司的PLC处理器。进一步地，所述激励信号放大电路包括：第一电源VDD、第二电源VCC、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一三极管T1-第二十九三极管T29、电流源、放大器A1、第一比较器C_1、第二比较器C_2、第一D触发器Q1、第二D触发器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业机器人教学装置，包括：工业机器人、可编程处理器单元、外围设备，其特征在于，还包括故障检测单元、安全检测单元、图像处理单元以及多个图像采集单元，所述外围设备通过所述可编程处理器单元对工业机器人的动作进行控制，所述安全检测单元用于检测工业机器人的位置及动作数据且与所述外围设备连接，所述故障检测单元通过主动发射激励信号并检测响应信号的方式检测工业机器人和可编程处理器单元的状态，所述图像采集单元用于采集工业机器人的实时图像，所述可编程处理器单元包括存储子单元和通信子单元，所述存储子单元获取可编程处理器向工业机器人发出的指令，所述通信子单元将该指令以无线通信的方式传输给所述故障检测单元。

【技术特征摘要】
1.一种工业机器人教学装置，包括：工业机器人、可编程处理器单元、外围设备，其特征在于，还包括故障检测单元、安全检测单元、图像处理单元以及多个图像采集单元，所述外围设备通过所述可编程处理器单元对工业机器人的动作进行控制，所述安全检测单元用于检测工业机器人的位置及动作数据且与所述外围设备连接，所述故障检测单元通过主动发射激励信号并检测响应信号的方式检测工业机器人和可编程处理器单元的状态，所述图像采集单元用于采集工业机器人的实时图像，所述可编程处理器单元包括存储子单元和通信子单元，所述存储子单元获取可编程处理器向工业机器人发出的指令，所述通信子单元将该指令以无线通信的方式传输给所述故障检测单元。2.根据权利要求1所述的工业机器人教学装置，其特征在于，所述故障检测单元包括可编程处理器单元使能模块、激励信号产生模块和响应信号采集模块以及多个信号记录单元，所述各个信号记录单元均包括彼此连接的信号存储子模块以及驱动信号采集子模块，所述驱动信号采集子模块分别设置于工业机器人具有执行动作的驱动部件处且与各驱动部件一一对应地连接，所述各个信号存储子模块包括依次相连的无线传输子模块、存储器以及模数子模块，所述模数子模块将与其所述的信号存储子模块相连的驱动信号采集子模块采集到的驱动部件第二驱动信号进行模数转换，所述存储器用于存储与其相连的模数子模块转换后得到的数据，所述响应信号采集模块通过所述无线传输子模块无线地连接各信号记录单元的存储器并从存储器获得相应第二驱动信号，所述激励信号产生模块包括彼此连接的激励信号获取子模块以及激励信号生成子模块，所述激励信号获取子模块从所述可编程处理器单元获取所述可编程处理器向工业机器人发出的指令并根据工业机器人的指令集独立地产生第一驱动信号，所述激励信号生成子模块包括彼此相连的激励信号数模转换子模块和激励信号放大电路，所述激励信号数模转换子模块用于根据与其相连的激励信号获取子模块获得的第一驱动信号进行数模转换，所述激励信号放大电路用于将与其连接的激励信号数模转换子模块输出的第一驱动信号进行放大；且当所述故障检测单元通过所述激励信号放大电路输出经过放大的第一驱动信号时，所述可编程处理器单元使能模块使所述可编程处理器单元失能，当所述响应信号采集模块采集完毕后根据故障检测结果，即第一驱动信号放大后的信号与第二驱动信号进行比对后二者差值是否小于预设阈值，确定是否使所述可编程处理器单元使能。3.根据权利要求2所述的工业机器人教学装置，其特征在于，所述安全检测单元包括多个位置检测模块，所述图像采集单元分别采集三维空间中某一个方向上的工业机器人所处环境内的实时图像并传输给所述图像处理单元，所述图像处理单元根据所述实时图像确定工业机器人与人之间的人-机距离并进而确定该人-机距离是否小于预定的安全人-机距离；所述各位置检测模块均包括间隔距离确定单元以及六个红外传感器，所述红外传感器分别设置于工业机器人的关节及手爪，用于检测各关节和手爪与工业机器人所处环境之间的空间直线距离，即工业机器人所在位置周围的墙壁、天花板和工作台水平面之间的空间直线距离，所述间隔距离确定单元用于确定空间直线距离是否小于预定的空间直线距离；当所述人-机距离小于预定的安全人-机距离或空间直线距离小于预定的空间直线距离时，所述安全检测单元以预定方式生成预警信号：所述预定方式生成的预警信号根据所述可编程处理器单元的时钟信号CLK生成且占空比为该晶振信号CLK的两倍。4.根据权利要求3所述的工业机器人教学装置，其特征在于，所述工业机器人为四自由度多关节机器人。5.根据权利要求4所述的工业机器人教学装置，其特征在于，所述工业机器人为KUKAKR40PA机器人。6.根据权利要求3所述的工业机器人教学装置，其特征在于，所述工业机器人为六自由度多关节机器人。7.根据权利要求6所述的工业机器人教学装置，其特征在于，所述工业机器人采用富士康FoxBotA1700。8.根据权利要求3所述的工业机器人教学装置，其特征在于，所述外围设备包括键盘以及执行辅助单元，所述执行辅助单元用于辅助工业机器人执行操作的机械元件及电子元件。9.根据权利要求8所述的工业机器人教学装置，其特征在于，所述执行辅助单元包括真空吸盘、弹性吸盘、真空发生器、继电器、接触器、常闭按钮、常开按钮、急停开关。10.根据权利要求9所述的工业机器人教学装置，其特征在于，进一步地，所述激励信号放大电路包括：第一电源VDD、第二电源VCC、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一三极管T1-第二十九三极管T29、电流源、放大器A1、第一比较器C_1、第二比较器C_2、第一D触发器Q1、第二D触发器Q2、第三D触发器Q3、第四D触发器Q4，第一信号端G(n)、第二信号端G(n-1)、信号输入端Vin、信号输出端Vout、第一取反器、第二取反器、第三取反器、第四取反器、第五取反器、第六取反器、第七取反器、与运算器、第一或运算器、第一电容器C1、第二电容器C2、第三电容器C3、第四电容器C4以及电感L；所述第一电阻R1的一端连接第十三极管T10的基极，第一电阻R1的另一端连接第一三极管T1的发射极和第二三极管T2的发射极，第一三极管T1的基极连接第二三极管T2的基极，第一晶体管T1的基极连接第三晶体管T3的发射极以及第一晶体管T1的集电极，第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴乐平，窦祥星，周伯荣，祁连祥，周坚强，金世光，吴乐雄，
申请(专利权)人：南京旭上数控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32