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LGGY-T03A型智能制造單元系統(tǒng)集成應(yīng)用平臺

一、功能總體介紹

平臺以汽車零部件（輪轂）的打磨、裝配、激光雕刻、檢測等工序為背景，采用高度模塊化單元自由組合理念設(shè)計，主要包括執(zhí)行單元、立體倉儲單元、視覺檢測單元、打磨單元、工具單元、分揀單元、壓裝單元、SCARA機器人單元、激光打標(biāo)模塊、RFID模塊、AGV小車單元、總控單元等硬件單元，可快速更換組合不同單元模塊。

系統(tǒng)深度集成了工業(yè)機器人離線編程技術(shù)和數(shù)字雙胞虛擬調(diào)試技術(shù)。離線編程軟件內(nèi)置實訓(xùn)平臺的所有三維模型資源，可實現(xiàn)復(fù)雜軌跡的快速編程、提高軌跡復(fù)現(xiàn)精度、避免發(fā)生碰撞干涉。數(shù)字雙胞虛擬調(diào)試軟件可通過虛擬技術(shù)創(chuàng)建出物理制造環(huán)境的數(shù)字復(fù)制品，以用于測試和驗證產(chǎn)品設(shè)計的合理性。例如，在計算機上模擬整個生產(chǎn)過程，包括機器人、機床、自動化設(shè)備、PLC、變頻器、電機等單元。模型創(chuàng)建完成就可以在虛擬世界中進行測試和驗證。如果在過程自動化或機器人運動中需要進行優(yōu)化，則可以在同一臺計算機上進行更改，虛擬調(diào)試允許重新編程機器人或更改變頻驅(qū)動器、PLC編程等操作。一旦重新編程，系統(tǒng)會再次進行測試，如果調(diào)試通過，則可大大降低后期物理部署的出錯率。使用虛擬調(diào)試來提前編程和測試產(chǎn)品允許設(shè)計者在產(chǎn)品生產(chǎn)之前進行任何修改和優(yōu)化，而不會造成硬件資源的浪費，并且可節(jié)省大量時間。對于學(xué)校，基于數(shù)字雙胞虛擬調(diào)試軟件，學(xué)生可構(gòu)建各種虛擬智能生產(chǎn)線，并進行仿真調(diào)試，最大程度的模擬真實場景，可很好地解決學(xué)校生產(chǎn)線“只看不教”，學(xué)生不敢上手操作的問題。

平臺以智能制造技術(shù)應(yīng)用為核心，可讓學(xué)員參與系統(tǒng)功能分析、系統(tǒng)集成設(shè)計、成本控制、布局規(guī)劃到安裝部署、編程調(diào)試、優(yōu)化改進等完整的項目周期，考察學(xué)員的技術(shù)應(yīng)用、技術(shù)創(chuàng)新和協(xié)調(diào)配合能力。本設(shè)備平臺可極大地提升高職院校智能制造相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)質(zhì)量，進一步推動智能制造技術(shù)的應(yīng)用。

平臺展示了工業(yè)自動化、生產(chǎn)數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)集成化等思想，涉及智能控制技術(shù)、工業(yè)機器人技術(shù)、AGV技術(shù)、機電一體化技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)、數(shù)字雙胞技術(shù)、相機測量技術(shù)等領(lǐng)域的知識和技能。

平臺每個單元間安裝在可自由移動的獨立臺架上，布置遠程IO模塊通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)信號監(jiān)控和控制協(xié)調(diào)，用以滿足不同的工藝流程要求和功能實現(xiàn)，充分體現(xiàn)出系統(tǒng)集成的功耗、效率及成本特性。每個單元的四邊均可以與其他單元進行拼接，根據(jù)工序順序，自由組合成適合不用功能要求的布局形式，體現(xiàn)出系統(tǒng)集成設(shè)計過程中空間規(guī)劃內(nèi)容。

平臺核心點是利用工業(yè)以太網(wǎng)將原有設(shè)備層、現(xiàn)場層、應(yīng)用層的控制結(jié)構(gòu)扁平化，實現(xiàn)一網(wǎng)到底，控制與設(shè)備間的直接通信，多類型設(shè)備間的信息兼容，系統(tǒng)間的大數(shù)據(jù)交換。

二、設(shè)備單元介紹

（一）立體倉儲單元

實現(xiàn)倉庫物料管理，配合4軸機械手進行取原材料/放置成品料操作

（二）執(zhí)行單元

執(zhí)行單元是產(chǎn)品在各個單元間轉(zhuǎn)換和定制加工的執(zhí)行終端，是應(yīng)用平臺的核心單元，由工作臺、工業(yè)機器人及控制柜、平移滑臺、快換工具、遠程IO模塊等組件構(gòu)成。六自由度可使其在工作空間內(nèi)自由活動，完成以不同姿態(tài)拾取零件或加工；平移滑臺作為工業(yè)機器人擴展軸，擴大了工業(yè)機器人的可達工作空間，可以配合更多的功能單元完成復(fù)雜的工藝流程；平移滑臺的運動參數(shù)信息，如速度、位置等，由工業(yè)機器人控制器通過現(xiàn)場IO信號傳輸給PLC，從而控制伺服電機實現(xiàn)線性運動；快換工具公頭安裝在工業(yè)機器人末端法蘭上，可與快換工具母頭匹配，實現(xiàn)工業(yè)機器人工具的自動更換；執(zhí)行單元的流程控制信號由遠程IO 模塊通過工業(yè)以太網(wǎng)與總控單元實現(xiàn)交互。采用六軸工業(yè)機器人，適合用于上下料、分揀、裝配等各項工作。同時所有機器人線纜內(nèi)置，能夠在狹小的空間靈活的進行作業(yè)，安裝方式可以選擇地面安裝、掛裝、倒裝。

（三）打磨單元

打磨單元是完成對零件表面打磨過程中的工裝治具，由工作臺、打磨工位、旋轉(zhuǎn)工位、翻轉(zhuǎn)工裝、吹屑工位、防護罩、遠程IO模塊等組件構(gòu)成，如圖7所示。打磨工位可準(zhǔn)確定位零件并穩(wěn)定夾持，是實現(xiàn)打磨加工的主要工位；旋轉(zhuǎn)工位可在準(zhǔn)確固定零件的同時帶動零件實現(xiàn)180°沿其軸線旋轉(zhuǎn)，方便切換打磨加工區(qū)域；翻轉(zhuǎn)工裝在無需執(zhí)行單元的參與下，實現(xiàn)零件在打磨工位和旋轉(zhuǎn)工位的轉(zhuǎn)移，并完成零件的翻面；吹屑工位可以實現(xiàn)在零件完成打磨工序后吹除碎屑功能；

打磨單元所有氣缸動作和傳感器信號均由遠程IO模塊通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)娇偪貑卧?/span>

（四）視覺檢測單元

視覺檢測單元可根據(jù)不同需求完成對零件進行檢測、識別功能，由環(huán)形光源、工業(yè)相機、光源控制器、CCD控制器、工作臺等組成，如圖8所示。智能視覺可根據(jù)不同的程序設(shè)置，實現(xiàn)條碼識別、形狀匹配、顏色檢測、尺寸測量等功能，操作過程和結(jié)果通過顯示器顯示；視覺檢測單元的程序選擇、檢測執(zhí)行和結(jié)果輸出通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)綀?zhí)行單元的工業(yè)機器人，并由其將結(jié)果信息傳遞到總控單元從而決定后續(xù)工作流程。視覺鏡頭配套檢測光源，可以盡量避免環(huán)境光源對檢測結(jié)果的影響。采用倒置式安裝，可以使機器人手持零件進行檢測，減少周邊配套設(shè)備，簡化機器人軌跡動作。

（五）工具單元

工具單元用于存放不同功用的工具是執(zhí)行單元的附屬單元，由工作臺、工具支架、工具、示教器支架等組件構(gòu)成，如圖9所示。工業(yè)機器人可通過程序控制到指定位置安裝或釋放工具；工具單元提供了打磨、拋光、夾爪、吸盤等7種不同類型的工具，每種工具均配置了快換工具母頭，可以與機器人本體上安裝的快換工具公頭配合，實現(xiàn)了無需人為干預(yù)，工業(yè)機器人可在不同工具間自由切換，同時確保氣路、電路信號通信正常，大大擴展了工業(yè)機器人的應(yīng)用能力。

（六）分揀單元

分揀單元可根據(jù)程序?qū)崿F(xiàn)對不同零件的分揀動作，由工作臺、傳輸帶、分揀機構(gòu)、分揀工位、遠程IO模塊等組件構(gòu)成，如圖10所示。傳輸帶可將放置到起始位的零件傳輸?shù)絉FID模塊下，RFID讀寫器讀取零件上電子芯片信息后，將信息傳遞給PLC，PLC根據(jù)信息內(nèi)容控制傳輸帶將零件送至相應(yīng)的分揀機構(gòu)前；分揀機構(gòu)根據(jù)程序要求在不同位置攔截傳輸帶上的零件，并將其推入指定的分揀工位；分揀工位可通過定位機構(gòu)實現(xiàn)對滑入零件準(zhǔn)確定位，并設(shè)置有傳感器檢測當(dāng)前工位是否存有零件；分揀單元共有三個分揀工位，每個工位可存放一個零件；

分揀單元所有氣缸動作和傳感器信號均由遠程IO模塊通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)娇偪貑卧?/span>

（七）壓裝單元

壓裝單元可將車標(biāo)和輪胎分別安裝在輪轂上，實現(xiàn)自動裝配功能，主要由壓裝氣缸、步進電機、直線運動機構(gòu)、行程開關(guān)、力傳感器及數(shù)顯儀、遠程IO模塊和工作臺等組成。

步進電機帶動直線運動機構(gòu)實現(xiàn)壓裝工位的移動，兩端工位用于實現(xiàn)物料的上下料，壓裝氣缸分別實現(xiàn)車標(biāo)和輪胎零件的裝配；力傳感器用于測量壓裝過程的力值大小，并實時的顯示在數(shù)顯儀上，若力值大于設(shè)定閾值，則系統(tǒng)會發(fā)出報警，從而停止裝配過程；行程開關(guān)可檢測到滑臺是否移動超限。壓裝單元所有氣缸動作和傳感器信號均由遠程IO模塊通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)娇偪貑卧?/span>

（八）激光打標(biāo)模塊

激光打標(biāo)模塊用于打印不同品牌車標(biāo)LOGO，實現(xiàn)圖標(biāo)定制功能，其主要由激光打標(biāo)機、井式供料模塊、打標(biāo)機升降機構(gòu)、遠程IO模塊等組成，激光打標(biāo)模塊與工具單元公用同一工作臺，布局緊湊，節(jié)省空間。其中井式工料模塊可根據(jù)程序，推出一個車標(biāo)毛坯料至打標(biāo)位，打標(biāo)機升降機構(gòu)用于上下調(diào)節(jié)激光打標(biāo)機的高度，從而調(diào)節(jié)激光焦點距離，獲取最佳打印效果。激光打標(biāo)模塊所有氣缸動作和傳感器信號均由遠程IO模塊通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)娇偪貑卧?/span>

（九）SCARA機器人單元

SCARA機器人單元用于搬運相應(yīng)物料至壓裝單元，實現(xiàn)上下料功能，同時將裝配成品下料進行檢測，其主要由SCARA機器人、機器人末端工具、物料存儲模塊、導(dǎo)錐工具、工作臺等組成。

根據(jù)壓裝控制程序，SCARA機器人利用末端工具抓取導(dǎo)錐和輪胎物料至壓裝單元上下料工位，壓裝工序完成后，SCARA機器人將成品取下并移動到視覺檢測單元進行檢測，檢測結(jié)束后，又將成品放置分揀單元的傳輸帶上。SCARA機器人單元與執(zhí)行單元構(gòu)成雙機器人工作流水線，可組合執(zhí)行多種不同任務(wù)。

（十）AGV智能小車單元

（十一）總控單元

總控單元是各單元程序執(zhí)行和動作流程的總控制端，是工作站的核心單元，由工作臺、控制模塊、操作面板、電源模塊、氣源模塊、顯示終端、交換機、三色燈等組件構(gòu)成?？刂颇K由兩個PLC和工業(yè)交換機構(gòu)成，PLC通過工業(yè)以太網(wǎng)與各單元控制器和遠程IO模塊實現(xiàn)信息交互，用戶可根據(jù)需求自行編制程序?qū)崿F(xiàn)流程功能；操作面板提供了電源開關(guān)、急停開關(guān)和自定義按鈕；應(yīng)用平臺其他單元的電、氣均由總控單元提供，通過所提供的線纜實現(xiàn)快速連接；顯示終端用于上位機控制界面顯示和仿真調(diào)試軟件內(nèi)容展示，HMI人機界面可對應(yīng)用平臺實現(xiàn)信息監(jiān)控、流程控制、訂單管理等功能。

（十二）智能制造生產(chǎn)線虛擬仿真系統(tǒng)軟件：

（十三）數(shù)字孿生技術(shù)實訓(xùn)系統(tǒng)

（十四）云智能實驗室安全管理系統(tǒng)

系統(tǒng)由主電路、控制電路、檢測保護電路、顯示電路、云平臺數(shù)據(jù)收發(fā)器、云平臺智能管理網(wǎng)站、云組態(tài)軟件、大數(shù)據(jù)云平臺記錄等組成，實現(xiàn)無線傳輸、信息處理等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于自動化遠程控制。設(shè)備端運行狀態(tài)、數(shù)據(jù)參數(shù)等上傳至云平臺。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的傳感層、傳輸層和應(yīng)用層關(guān)聯(lián)掌握數(shù)據(jù)與分析數(shù)據(jù)整個實驗室配置一套管理系統(tǒng)。

（十五）工業(yè)自動化控制實訓(xùn)系統(tǒng)

通過本系統(tǒng)軟件了解組成智能制造生產(chǎn)線的電氣、氣動、PLC等元件的工作原理并對機電系統(tǒng)的設(shè)計、分析進行虛擬仿真。通過選擇元件利用符合繪制二維回路圖或利用三維模型在系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)智能制造的動作而進行虛擬仿真。本系統(tǒng)不僅實現(xiàn)工廠的三維仿真使虛擬現(xiàn)實仿真更加逼真，而且把通過仿真驗證的控制邏輯單元可用作監(jiān)視及控制模塊，使能夠?qū)崿F(xiàn)并行工程及軟件、硬件的并行設(shè)計。

三、技術(shù)參數(shù)

1、輸入電源：交流380V，頻率50Hz

2、額定功率：8kW

3、安全保護：急停開關(guān)、漏電保護、短路保護、過載保護

4、整體尺寸：5000mm×8000mm（建議單臺可用實訓(xùn)面積）

5、建議實訓(xùn)人數(shù)：12人/臺

6、單元模塊：執(zhí)行單元，激光打標(biāo)模塊，倉儲單元，SCARA機器人單元，打磨單元，檢測單元，分揀單元，總控單元，壓裝單元，工具單元

7、工業(yè)機器人：工作范圍700mm，有效荷重7kg，重復(fù)定位精度0.03mm

8、PLC：工作存儲器75KB，裝載存儲器2MB，保持性存儲器10KB，支持PROFINET通信

9、SCARA機器人：臂長600mm，有效荷重3kg，重復(fù)定位精度0.02mm

10、視覺系統(tǒng)：30W像素CCD相機，彩色，有效像素640×480，支持Ethernet通信

四、能夠完成的考核項目

1、工業(yè)機器人安裝、初始化與備份恢復(fù)考核項目

2、工業(yè)機器人手動控制及基本參數(shù)設(shè)置

3、工業(yè)機器人IO通信及總線通信

4、工業(yè)機器人單軸運動與線性運動控制

5、工業(yè)機器人工具TCP參數(shù)標(biāo)定

6、工業(yè)機器人工件坐標(biāo)系參數(shù)標(biāo)定及多坐標(biāo)系切換

7、工業(yè)機器人多類型工具快速更換

8、簡單平面軌跡、復(fù)雜空間軌跡編程

9、工業(yè)機器人打磨工藝應(yīng)用考核項目

10、力覺傳感器的安裝、通訊與檢測考核項目

11、工業(yè)機器人快換工具的技術(shù)選型與應(yīng)用考核項目

12、SCARA機器人參數(shù)與通信設(shè)置考核項目

13、SCARA機器人示教編程考核項目

14、SCARA機器人離線編程考核項目

15、CCD相機與光源的組成和工作原理考核項目

16、工業(yè)視覺顏色識別、尺寸識別、形狀識別案例實操考核項目

17、工業(yè)機器人與CCD視覺系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊應(yīng)用考核項目

18、伺服、步進等電機的參數(shù)設(shè)置與驅(qū)動應(yīng)用考核項目

19、系統(tǒng)單元HMI觸摸屏基本編程與調(diào)試考核項目

20、組態(tài)軟件的安裝與通信設(shè)置考核項目

21、PLC基本編程與調(diào)試考核項目

22、PLC與CCD之間通訊設(shè)置考核項目

23、PLC與工業(yè)機器人網(wǎng)絡(luò)通訊應(yīng)用考核項目

24、PLC控制伺服、步進電機速度位置功能的應(yīng)用考核項目

25、PLC程序故障的設(shè)置與排除考核項目

26、系統(tǒng)參數(shù)故障的設(shè)置與排除考核項目

27、電氣接線故障的設(shè)置與排除考核項目

28、傳感器信號故障的設(shè)置與排除考核項目

29、基于數(shù)字雙胞虛擬仿真軟件的生產(chǎn)線模型導(dǎo)入與信號制作考核項目

30、基于數(shù)字雙胞虛擬仿真軟件的虛擬生產(chǎn)線PLC程序控制考核項目

31、AGV小車編程的考核項目

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LGGY-T03A型智能制造單元系統(tǒng)集成應(yīng)用平臺