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LGDS-03型 智能制造設備技術(shù)應用平臺

品牌：理工偉業(yè) 咨詢(xún)電話(huà)：010-82827827 82827835

一、功能總體介紹

近年來(lái)，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革飛速發(fā)展，工業(yè)制造由數字化向網(wǎng)絡(luò )化、智能化深度拓展。應用模式和工業(yè)生態(tài)，通過(guò)對人 、機、物、系統等全面連接，構建起覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈的全新制造與服務(wù)體系。為工業(yè)乃至產(chǎn)業(yè)數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化發(fā)展提供了實(shí)現途徑。
智能制造設備技術(shù)應用平臺，如圖所示，以工業(yè)機器人和協(xié)作機器人為核心，在操作平臺的四周合理分布有多種不同工藝應用的機器人工具以及搬運碼垛單元、原料庫單元、成品庫單元、裝配檢測單元、2D視覺(jué)檢測單元、3D視覺(jué)檢測單元、螺絲供料單元、皮帶輸送單元、緩存單元、加工單元、2D軌跡訓練單元、3D軌跡訓練單元、總控系統及操作面板等組件。該平臺深度集成了離線(xiàn)編程技術(shù)，軟件中不僅包含了與硬件平臺的相符三維模型資源，還大大簡(jiǎn)化了搬運碼垛工藝實(shí)現的編程應用過(guò)程、提高軌跡復現精度、避免發(fā)生碰撞干涉。工作站包含了搬運碼垛工藝、分揀工藝、裝配工藝等工業(yè)機器人最典型應用，不僅滿(mǎn)足了職業(yè)院校不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生針對工業(yè)機器人的操作和編程的教學(xué)需求，完全來(lái)源于工業(yè)應用現場(chǎng)的特征也使該工作站更加適合于作為職業(yè)技能競賽平臺。
智能制造設備技術(shù)應用平臺采用教育化的設計理念和工業(yè)化的設計方法，通過(guò)嚴密的計算以及合理的布局，將多種功能集成在應用平臺桌面上。
智能制造設備技術(shù)應用平臺教學(xué)任務(wù)的同時(shí)，還能夠根據使用者的想法，靈活的改變操作流程，降低或增加操作難度。擁有這種特性的應用教學(xué)平臺能夠伴隨學(xué)員不同階段的成長(cháng)而不過(guò)時(shí)。
智能制造設備技術(shù)應用平臺取于工業(yè)應用場(chǎng)景，里面主要元件如工業(yè)機器人、協(xié)作機器人、鎖螺絲工具、皮帶輸送單元等均來(lái)自實(shí)際應用場(chǎng)景。
智能制造設備技術(shù)應用平臺，以實(shí)際工業(yè)應用場(chǎng)景為基礎，采用高度模塊化單元自由組合理念設計，主要包括設備架體單元、工業(yè)機器人單元、協(xié)作機器人單元、搬運碼垛單元、原料庫單元、裝配檢測單元、2D視覺(jué)檢測單元、螺絲供料單元、皮帶輸送單元、芯片供料單元、快換工具單元、成品庫單元、加工單元、3D視覺(jué)檢測單元、緩存單元、行星齒輪裝配單元、2D軌跡訓練單元、3D軌跡訓練單元、總控單元等硬件單元。
此款設備既可滿(mǎn)足學(xué)校針對機器人教學(xué)功能的要求，也可完成機器視覺(jué)的功能教學(xué)。設備體現了智能控制的基本概念，為后續要推廣的智能控制及智能制造兩大領(lǐng)域有很好的理解和影響力。下圖展示了各單元組成。

圖1 單元組成

二、設備單元介紹

1、設備架體單元
設備架體用于支持各單元，上臺面為型材臺面，各單元可方便在臺面安裝。具有腳輪，可用于移動(dòng)設備。上面安裝有云監控安全光柵、三色燈，另一臺架控制面板上也具有三色燈，用于顯示協(xié)作機器人運行狀態(tài)?？刂泼姘灏惭b有急停開(kāi)關(guān)，可在緊急情況下快速停止設備。架體前方可開(kāi)門(mén)，可放置工具、行星裝配模塊、2D軌跡訓練單元、3D軌跡訓練單元等物品。如圖所示。

圖2 設備架體單元

2、工業(yè)機器人單元
采用ABB品牌的IRB 120，如圖所示，小巧靈活特性使其廣泛應用于3C、電子、食品等行業(yè)，同時(shí)較小的工作半徑和額定負載，在保證功能實(shí)現效果的前提下，確保教學(xué)和競賽安全，防止發(fā)生人員以外，滿(mǎn)足工作站使用要求。

圖3 工業(yè)機器人

3、協(xié)作機器人單元
該工作站選用協(xié)作機器人，機器人參數如下：

ROKAE 機器人參數明細表

型號

SR3-C-H

動(dòng)作類(lèi)型

多關(guān)節型

自由度

6

供電電源

48VDC

工作溫度范圍

0℃~45°C

最大動(dòng)作速度

 

 

 

 

 

Axis 1

180°/s

Axis 2

180°/s

Axis 3

180°/s

Axis 4

180°/s

Axis 5

180°/s

Axis 6

180°/s

最大動(dòng)作范圍

 

 

 

 

 

Axis 1

±175°

Axis 2

-155°~﹢140°

Axis 3

-175°~﹢135°

Axis 4

±175°

Axis 5

±175°

Axis 6

±175°

最大活動(dòng)半徑

706mm

手部最大負載

3Kg

可重復性

±0.02mm

協(xié)作機器人如圖所示。

圖4協(xié)作機器人單元

4、螺絲供料單元
螺絲供料單元由1臺螺絲機組成，它通過(guò)旋轉式圓盤(pán)將成排的螺絲分成單顆供給，消除了螺絲重疊的現象，從而實(shí)現穩定的裝夾。螺絲供給采用旋轉式分料比直線(xiàn)往返式，縮短了回原點(diǎn)時(shí)間，提高了螺絲的供給速度。

圖5 螺絲供料單元

5、裝配檢測單元
裝配單元提供多個(gè)裝配工位，如圖 所示，分別用于不同產(chǎn)品的裝配和檢測。不同產(chǎn)品對芯片種類(lèi)、數量的要求不一，需要工業(yè)機器人根據要求從原料庫中選取所需的芯片后放置到指定位置，在完成所有芯片的安裝后，為產(chǎn)品安放蓋板并鎖緊固定螺絲。

圖6裝配檢測單元

6、2D視覺(jué)檢測單元  
2D視覺(jué)檢測單元可以對工業(yè)機器人所選取芯片的顏色、形狀、位置等信息進(jìn)行檢測和提取，如圖所示，并將檢測結果傳輸給工業(yè)機器人，以輔助其完成后續動(dòng)作。視覺(jué)鏡頭配套檢測光源，可以盡量避免環(huán)境光源對檢測結果的影響。采用倒置式安裝，可以使機器人手持零件進(jìn)行檢測，減少周邊配套設備，簡(jiǎn)化機器人軌跡動(dòng)作。

圖7 2D視覺(jué)檢測單元

7、成品庫單元
成品庫如圖所示，兩側是存儲芯片區域，中間是存儲電路板區域，分有合格區和不合格區。

圖8 成品庫單元

8、搬運碼垛單元
搬運碼垛單元是將工業(yè)機器人對產(chǎn)品搬運碼垛工藝進(jìn)行功能抽象化，工業(yè)機器人抓持夾爪工具將已完成生產(chǎn)的方形產(chǎn)品由原料臺按照要求搬運碼垛到指定位置，如圖所示，提供兩種不同類(lèi)型的倉儲料庫，可以模擬傳送帶隊列式供貨和平臺堆垛，通過(guò)對物料轉移過(guò)程和堆垛形式的要求增加教學(xué)多樣性，提高編程復雜度。

圖9搬運碼垛單元

9、皮帶輸送單元
皮帶輸送單元是設備的重要組成部分，負責接駁CPU托盤(pán)的運輸，包括輸送機本體、氣缸定位機構、編碼器測速機構、光電開(kāi)關(guān)等組件構成，如圖所示。芯片托盤(pán)在兩端位置可以用氣缸定位機構定位，方便機器人精準上料，編碼器可以實(shí)時(shí)測得皮帶線(xiàn)速度，以結合機器人和視覺(jué)相機進(jìn)行動(dòng)態(tài)抓取及物料識別。側面具有光電開(kāi)關(guān)，可檢測芯片托盤(pán)位置。如圖所示

圖10 皮帶輸送單元

10、芯片供料單元
芯片供料單元由料盒、翻轉機構、芯片定位機構、條形光源等組成。芯片可以在翻轉機構上進(jìn)行正反方向改變，料盒振動(dòng)功能，由氣缸伸縮實(shí)現?？蓪?shí)現芯片的重新排列。料盒兩側具有條形光源，可補償外部環(huán)境對于視覺(jué)的干擾。芯片定位機構是利用芯片的自重可進(jìn)行二次定位，以便于協(xié)作機器人精準取放。如圖所示

圖10 芯片供料單元

11、快換工具單元
該設備快換工具單元共有8套工具，如下表所示。工業(yè)機器人可通過(guò)程序控制到指定位置安裝或釋放工具，實(shí)現了無(wú)需人為干預，工業(yè)機器人可在不同工具間自由切換，同時(shí)確保氣路正常，大大擴展了工業(yè)機器人的應用能力。

序號

名稱(chēng)

功能示意圖

1

吸盤(pán)工具1

2

涂膠工具

3

夾爪工具

4

鎖螺絲工具

5

三爪工具

6

夾爪工具

7

吸盤(pán)工具2

8

吸盤(pán)工具3

12、原料庫單元
原料庫單元由鋁合金板材拼接而成，由架體、光電開(kāi)關(guān)等組成。共有兩層四個(gè)庫位，每個(gè)庫位有光電開(kāi)關(guān)進(jìn)行有無(wú)檢測。用于存放檢測完成后的產(chǎn)品。上層用于存放合格產(chǎn)品，下層用于存放不合格品（倉位功能可自由設定）。同時(shí)也可放置芯片托盤(pán)。機器人根據檢測結果，將產(chǎn)品放入對應的倉位。下方集成了電磁閥、真空發(fā)生器、真空表等。方便集中調試管理。如圖所示。

圖11 原料庫單元

13、加工單元
加工單元由安裝架體、銑刀電動(dòng)工具、打磨電動(dòng)工具等組成，可對零件表面進(jìn)行銑削以及打磨，并且兩個(gè)工具都可以調整角度，方便與機器人進(jìn)行角度配合。非常詳細的展示實(shí)際生產(chǎn)中這兩種不同的加工工藝，極大的加深了學(xué)生對兩種工藝理解和認知。如圖所示。

圖12 加工單元

14、3D視覺(jué)檢測單元
3D視覺(jué)檢測單元是整個(gè)設備的核心單元之一，基于雙目結構光3D成像技術(shù)獲取物體的深度圖像，具有高精度、廣視角等技術(shù)特點(diǎn)?？筛鶕曈X(jué)系統的處理結果，機器人可進(jìn)行物料無(wú)序分揀、形狀識別、顏色識別。如圖所示。

圖13 3D視覺(jué)檢測單元

15、緩存單元
緩存單元是機器人將分揀后的芯片放入定位板內；可以根據需求設定，讓機器人取揀選不同的芯片放至對應的槽位。由支撐架體、定位板等組成。如圖所示。

圖14 緩存單元

16、行星齒輪裝配單元
行星齒輪裝配單元是用于機器人和視覺(jué)進(jìn)行柔性裝配的重要一環(huán)，由支撐架體、行星輪、太陽(yáng)輪、外齒輪等組成。此裝配過(guò)程通過(guò)視覺(jué)定位齒輪位置進(jìn)行行星齒輪快速柔性裝配，可避免齒輪齒形誤差造成的安裝困難。并且很好的展示了協(xié)作機器人的力控特性。如圖所示。

圖15行星齒輪裝配單元

17、2D軌跡訓練單元
2D軌跡訓練單元是將協(xié)作機器人對產(chǎn)品裝配前的涂膠工藝進(jìn)行功能抽象化，協(xié)作機器人抓持涂膠工具沿軌跡板上不同輪廓軌跡運動(dòng)，模擬涂膠工藝，軌跡板角度可調，保證工藝真實(shí)性同時(shí)增加教學(xué)可行性和趣味性。配備發(fā)動(dòng)機模擬蓋板組件，實(shí)現定點(diǎn)位置處的軌跡訓練如圖所示

圖16  2D軌跡訓練單元

18、3D軌跡訓練單元
3D軌跡訓練單元是將協(xié)作機器人對焊接工藝進(jìn)行功能抽象化，機器人模擬兩個(gè)圓柱零件焊接軌跡訓練，如圖所示。

19、總控單元
總控單元是各單元程序執行和動(dòng)作流程的總控制端，拓撲圖如下所示 。

圖18 拓撲圖

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

關(guān)鍵詞： 數控車(chē)床 實(shí)訓設備 實(shí)訓裝置 實(shí)驗設備 教學(xué)設備 教學(xué)儀器 實(shí)驗平臺 實(shí)訓臺 考核裝置 實(shí)訓系統 實(shí)驗裝置 數控技術(shù) 技能實(shí)訓 數控系統 電氣控制 實(shí)訓鑒定 實(shí)驗系統 數控軟件 數控實(shí)訓 電氣技術(shù) 數控銑床 高教設備 職教設備 PLC控制 PLC技術(shù) PLC實(shí)驗 變頻調速 PLC實(shí)訓 單片機 實(shí)驗實(shí)訓
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