01项目背景
目前学校或多或少都有一些机电自动化实训台、工业机器人实训工作站或智能制造产线等实训设备用于学生的实验实训教学或大赛训练,但是这些设备往往成本高昂、占地空间大,采购台套数较少,不能很好的满足学生的使用需求;另外由于学生熟练程度不一致,容易导致零件损坏及设备故障,教师疲于设备调试与维护,甚至出现安全隐患。
而利用数字孪生技术可以很好的解决上述问题,通过对现有实训设备或生产线进行数字孪生体构建,在孪生体上开发出不同的实训对象,可以帮助学生在虚拟环境中完成设备的编程调试等任务,提高应用实训效率,降低设备故障,教师也可以有更多的时间及精力用在学生的有效指导上,实现“理实虚”融合的一体化教学。同时可以在疫情期间,有效地远程开展各类实操仿真训练,真正做到停课不停学、停课不停训。
构建数字孪生体,还原不同的实训对象
虚实联动,实现数字模型与物理实体同步运行
实验实训,打造虚拟仿真线上教学环境
所以工业机器人工程应用虚拟仿真实验系统的开发是非常有必要的,它能够解决高校资金短缺,教学资源分配不均的窘状,让每个学生都能控制与真实机器人无差的虚拟机器人,可模拟多个应用场景,学习真实环境下示教器的使用和机器人的运动,并避免学生因误操作而损坏昂贵的机器人。
02项目特点
仿真实验整体以1:1模拟黄淮学院工业机器人工程实验室的糖果产品包装实验生产线和实验平台,体现虚实结合、仿真联动的教学理念。
本系统是一套基于糖果产品包装实验生产线的线上柔性智能制造实验仿真平台。依托于年度河南省虚拟仿真实验教学项目,通过1:1建模还原实验场景,建设有糖果包装自动化生产线实验模块,涵盖有成品装箱、成品入库、焊接工位、搬运工位、视觉工位和上下料工位等典型应用模块。
虚拟仿真操作力求与实际ABB机器人的操作一模一样,让使用者可以模拟整个机器人系统或他的子系统(如传感器或机械结构),最终实现数字孪生。项目预留丰富的应用程式接口(API)与自动化指令,可以轻易整合机器人的各种功能。实验平台内置PLC控制通讯技术和ABB机器人的运动控制算法、视觉感知算法,用于训练学生在PLC控制、机器人的示教和指令编写、视觉算法的应用、探索6轴机器人在自动化产线中的应用等相关技能。具体内容如下:
(1)PLC控制通讯技术
通过与博图建立通讯,自由编制PLC程序,实现机器人的控制通讯。
(2)机器人运动控制算法
还原真实示教器的界面和功能。
支持在线MoveJ/MoveL/Set/Reset/WaitTime/WaitDI等多种运动控制指令的编制。
(3)机器人视觉感知算法
基于掌握工业机器人集成系统的搭建布局、节拍控制视觉控制算法的集成创新应用和机器人视觉识别上料的应用。
(4)工业机器人维修保养
工业机器人及系统维护维修虚拟实验系统用于工业机器人维护、维修等相关课程的辅助教学。
03生产工位
1.成品装箱工位:
针对工业机器人进行编程,成品装箱工位实验模块的工序包括以下工序:
把大礼品盒安放在工作台上;
把小礼品盒安放在大礼品盒里边;
把大礼品盒盖子安放在大礼品盒上面;
两台机器人协作,分别按压大礼品盒子的两侧,每个机器人按压两次等。
2.成品入库工位:
针对工业机器人进行编程,成品入库工位实验模块工序包括但不限于
把大礼品盒入库在指定工作台上;
把托盘从传送带上卸下,并安装在指定支架上等
3.模拟焊接工位:
通过PLC关联控制变位机、机器人启动、光电传感器、电磁阀等设备。学习了解如何通过控制工业机器人来完成焊接工序。
4.搬运工位:
了解设备的结构和工作方式,学习6轴工业机器人的示教、程序编写。学习如何通过控制工业机器人来完成搬运工序。
5.视觉系统工位:
提供内置视觉算法以识别不同角度、坐标、大小的圆形、正方形、矩形、多边形、三角形的功能实现。支持PCV降维算法、相机标定。
6.视觉上料工位:
实验室现有机器人的指令编程和机器视觉算法的结合,机器视觉算法传给实验室现有机器人工件坐标和角度,通过机器人的编程实现上料功能。