[发明专利]一种基于数字孪生的协作机器人教学平台

说明书

一种基于数字孪生的协作机器人教学平台，属于教学设备类领域。包括内置有控制器组件的控制箱、以及设置在控制箱表面的机器人组件和输配料组件，该教学平台可以通过对六轴机器人和XYZ移动模组单元控制使其在供料单元、码垛单元、输送单元进行动作。学生可以开展各种创新型的实验活动，有利于培养学生的动手操作、分析调试、设计的能力和创新意识。该平台融合多个学科教学（机械设计、机电工程、PLC编程控制等）内容，可以极大促进师生了解工厂实际应用，满足企业对人才实际应用能力的根本需求。

技术领域

本发明属于教学设备类领域,特别涉及一种基于数字孪生的协作机器人教学平台。

背景技术

目前由于各高校教学资源受限制问题，设计基于数字孪生的电教室同一集中授课，避免了学校由于物理实训设备数量有限，几十个学生围着设备听老师授课，不利于展开教学活动，影响教学质量，而分组分批教学，增加老师的工作量，影响教学效率的弊端。同时实操实训过程中，经常会有一些具有危险性的项目，如机器设备伤人，设备操作不当的损坏等，而采用数字孪生技术可以让学生提前了解实训的流程，避免危险性事件的发生，使学生可以尽情地，放心大胆地做好每一个实训项目。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于数字孪生的协作机器人教学平台。

发明所采用的技术方案是：一种基于数字孪生的协作机器人教学平台，其技术要点是，包括内置有控制器组件的控制箱、以及设置在控制箱表面的机器人组件和输配料组件；

所述的机器人组件包括六轴机器人、XYZ移动模组单元和气动阀单元，所述的六轴机器人与机器人控制器连接，以接收由机器人控制器输出的控制六轴机器人尾端夹持工具和吸盘的控制信号；所述的XYZ移动模组单元与模组控制器连接，以接收由模组控制器输出的控制信号；所述气动阀单元与PLC控制器连接，以接收PLC控制器输出的驱动六轴机器人末端吸盘吸合的气动信号；

所述的输配料组件包括供料单元、码垛单元和输送单元，所述输送单元包括用于对物料进行传递的输送带单元，以及用于对输送带单元传递过来的物料进行图像采集的传感器单元，所述传感器单元设置在传感器单元中传送带的两侧；所述供料单元、码垛单元和输送带单元分别与PLC控制器连接，以接收PLC控制器输出的供料控制信号、用于使零件摆放到底板相应的仓格内的码垛控制信号和控制输送带的输送控制信号；

所述的控制器组件包括PLC控制器、数字孪生主机、机器人控制器和模组控制器，其中数字孪生主机、机器人控制器和模组控制器分别与PLC控制器连接，接收或发送来自PLC控制器的控制信号；

所述数字孪生教学显示平台包括数据采集模块、孪生模型模块和分析模块；所述的孪生模型模块包括3D模型单元、物理属性仿真单元和动作行为建立单元，所述的3D模型单元用于建立与六轴机器人、供料单元、码垛单元、输送单元、气动阀单元和XYZ移动模组单元相同的三维模型；所述的物理属性仿真单元用于根据六轴机器人、供料单元、码垛单元、输送单元、气动阀单元和XYZ移动模组单元的动作属性以及动作性能，赋予孪生模型模块相应的动作属性值；所述的动作行为建立单元用于对模拟传感器和执行器进行配置；

所述的数据采集模块包括参数配置单元和信号连接单元，所述参数配置单元用于在虚拟模型产生动作信号的同时对与该虚拟模型对应的实际硬件也配置相同的信号；所述的信号连接单元用于与数字孪生主机进行连接，用于在数字孪生教学显示平台和几控制单元硬件平台进行信息交互；

所述的分析模块包括性能分析单元、匹配度分析单元和分析报告单元，所述的性能分析单元用于对建立的数字孪生模型动作执行性能情况进行分析；所述的匹配度分析单元用于分析数字孪生模型与物理模型的匹配程度，以便于学生在数字孪生平台上练习的与物理实体练习的情况进行匹配分析。分析报告单元用于把分析结果行成报告形式，以便于老师进行统计分析。

上述方案中，还包括安全报警单元，所述的安全报警单元与PLC控制器信号连接，以接收PLC控制器的发送的包括控制急停钮、报警灯和蜂鸣器的报警信号。