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LGGY-T03A型智能制造單元系統集成應用平臺

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計，主要包括執行單元、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。

系統深度集成了工業機器人離線編程技術和數字雙胞虛擬調試技術。離線編程軟件內置實訓平臺的所有三維模型資源，可實現復雜軌跡的快速編程、提高軌跡復現精度、避免發生碰撞干涉。數字雙胞虛擬調試軟件可通過虛擬技術創建出物理制造環境的數字復制品，以用于測試和驗證產品設計的合理性。例如，在計算機上模擬整個生產過程，包括機器人、機床、自動化設備、PLC、變頻器、電機等單元。模型創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化，則可以在同一臺計算機上進行更改，虛擬調試允許重新編程機器人或更改變頻驅動器、PLC編程等操作。一旦重新編程，系統會再次進行測試，如果調試通過，則可大大降低后期物理部署的出錯率。使用虛擬調試來提前編程和測試產品允許設計者在產品生產之前進行任何修改和優化，而不會造成硬件資源的浪費，并且可節省大量時間。對于學校，基于數字雙胞虛擬調試軟件，學生可構建各種虛擬智能生產線，并進行仿真調試，最大程度的模擬真實場景，可很好地解決學校生產線“只看不教”，學生不敢上手操作的問題。

平臺以智能制造技術應用為核心，可讓學員參與系統功能分析、系統集成設計、成本控制、布局規劃到安裝部署、編程調試、優化改進等完整的項目周期，考察學員的技術應用、技術創新和協調配合能力。本設備平臺可極大地提升高職院校智能制造相關專業的人才培養質量，進一步推動智能制造技術的應用。

平臺展示了工業自動化、生產數字化、控制網絡化、系統集成化等思想，涉及智能控制技術、工業機器人技術、AGV技術、機電一體化技術、計算機應用技術、數字雙胞技術、相機測量技術等領域的知識和技能。

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模塊通過工業以太網實現信號監控和控制協調，用以滿足不同的工藝流程要求和功能實現，充分體現出系統集成的功耗、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，根據工序順序，自由組合成適合不用功能要求的布局形式，體現出系統集成設計過程中空間規劃內容。

平臺核心點是利用工業以太網將原有設備層、現場層、應用層的控制結構扁平化，實現一網到底，控制與設備間的直接通信，多類型設備間的信息兼容，系統間的大數據交換。

二、設備單元介紹

（一）立體倉儲單元

實現倉庫物料管理，配合4軸機械手進行取原材料/放置成品料操作

（二）執行單元

執行單元是產品在各個單元間轉換和定制加工的執行終端，是應用平臺的核心單元，由工作臺、工業機器人及控制柜、平移滑臺、快換工具、遠程IO模塊等組件構成。六自由度可使其在工作空間內自由活動，完成以不同姿態拾取零件或加工；平移滑臺作為工業機器人擴展軸，擴大了工業機器人的可達工作空間，可以配合更多的功能單元完成復雜的工藝流程；平移滑臺的運動參數信息，如速度、位置等，由工業機器人控制器通過現場IO信號傳輸給PLC，從而控制伺服電機實現線性運動；快換工具公頭安裝在工業機器人末端法蘭上，可與快換工具母頭匹配，實現工業機器人工具的自動更換；執行單元的流程控制信號由遠程IO 模塊通過工業以太網與總控單元實現交互。采用六軸工業機器人，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置，能夠在狹小的空間靈活的進行作業，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、旋轉工位、翻轉工裝、吹屑工位、防護罩、遠程IO模塊等組件構成，如圖7所示。打磨工位可準確定位零件并穩定夾持，是實現打磨加工的主要工位；旋轉工位可在準確固定零件的同時帶動零件實現180°沿其軸線旋轉，方便切換打磨加工區域；翻轉工裝在無需執行單元的參與下，實現零件在打磨工位和旋轉工位的轉移，并完成零件的翻面；吹屑工位可以實現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模塊通過工業以太網傳輸到總控單元。

（四）視覺檢測單元

視覺檢測單元可根據不同需求完成對零件進行檢測、識別功能，由環形光源、工業相機、光源控制器、CCD控制器、工作臺等組成，如圖8所示。智能視覺可根據不同的程序設置，實現條碼識別、形狀匹配、顏色檢測、尺寸測量等功能，操作過程和結果通過顯示器顯示；視覺檢測單元的程序選擇、檢測執行和結果輸出通過工業以太網傳輸到執行單元的工業機器人，并由其將結果信息傳遞到總控單元從而決定后續工作流程。視覺鏡頭配套檢測光源，可以盡量避免環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行檢測，減少周邊配套設備，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成，如圖9所示。工業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，實現了無需人為干預，工業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，大大擴展了工業機器人的應用能力。

（六）分揀單元

分揀單元可根據程序實現對不同零件的分揀動作，由工作臺、傳輸帶、分揀機構、分揀工位、遠程IO模塊等組件構成，如圖10所示。傳輸帶可將放置到起始位的零件傳輸到RFID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根據信息內容控制傳輸帶將零件送至相應的分揀機構前；分揀機構根據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實現對滑入零件準確定位，并設置有傳感器檢測當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模塊通過工業以太網傳輸到總控單元。

（七）壓裝單元

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

步進電機帶動直線運動機構實現壓裝工位的移動，兩端工位用于實現物料的上下料，壓裝氣缸分別實現車標和輪胎零件的裝配；力傳感器用于測量壓裝過程的力值大小，并實時的顯示在數顯儀上，若力值大于設定閾值，則系統會發出報警，從而停止裝配過程；行程開關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模塊通過工業以太網傳輸到總控單元。

（八）激光打標模塊

激光打標模塊用于打印不同品牌車標LOGO，實現圖標定制功能，其主要由激光打標機、井式供料模塊、打標機升降機構、遠程IO模塊等組成，激光打標模塊與工具單元公用同一工作臺，布局緊湊，節省空間。其中井式工料模塊可根據程序，推出一個車標毛坯料至打標位，打標機升降機構用于上下調節激光打標機的高度，從而調節激光焦點距離，獲取最佳打印效果。激光打標模塊所有氣缸動作和傳感器信號均由遠程IO模塊通過工業以太網傳輸到總控單元。

（九）SCARA機器人單元

SCARA機器人單元用于搬運相應物料至壓裝單元，實現上下料功能，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、導錐工具、工作臺等組成。

根據壓裝控制程序，SCARA機器人利用末端工具抓取導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機器人單元與執行單元構成雙機器人工作流水線，可組合執行多種不同任務。

（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、三色燈等組件構成。控制模塊由兩個PLC和工業交換機構成，PLC通過工業以太網與各單元控制器和遠程IO模塊實現信息交互，用戶可根據需求自行編制程序實現流程功能；操作面板提供了電源開關、急停開關和自定義按鈕；應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快速連接；顯示終端用于上位機控制界面顯示和仿真調試軟件內容展示，HMI人機界面可對應用平臺實現信息監控、流程控制、訂單管理等功能。

（十二）智能制造生產線虛擬仿真系統軟件：

（十三）數字孿生技術實訓系統

（十四）云智能實驗室安全管理系統

系統由主電路、控制電路、檢測保護電路、顯示電路、云平臺數據收發器、云平臺智能管理網站、云組態軟件、大數據云平臺記錄等組成，實現無線傳輸、信息處理等物聯網技術應用于自動化遠程控制。設備端運行狀態、數據參數等上傳至云平臺。物聯網系統的傳感層、傳輸層和應用層關聯掌握數據與分析數據整個實驗室配置一套管理系統。

（十五）工業自動化控制實訓系統

通過本系統軟件了解組成智能制造生產線的電氣、氣動、PLC等元件的工作原理并對機電系統的設計、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內實現智能制造的動作而進行虛擬仿真。本系統不僅實現工廠的三維仿真使虛擬現實仿真更加逼真，而且把通過仿真驗證的控制邏輯單元可用作監視及控制模塊，使能夠實現并行工程及軟件、硬件的并行設計。

三、技術參數

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、漏電保護、短路保護、過載保護

4、整體尺寸：5000mm×8000mm（建議單臺可用實訓面積）

5、建議實訓人數：12人/臺

6、單元模塊：執行單元，激光打標模塊，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、工業機器人：工作范圍700mm，有效荷重7kg，重復定位精度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，重復定位精度0.02mm

10、視覺系統：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、工業機器人安裝、初始化與備份恢復考核項目

2、工業機器人手動控制及基本參數設置

3、工業機器人IO通信及總線通信

4、工業機器人單軸運動與線性運動控制

5、工業機器人工具TCP參數標定

6、工業機器人工件坐標系參數標定及多坐標系切換

7、工業機器人多類型工具快速更換

8、簡單平面軌跡、復雜空間軌跡編程

9、工業機器人打磨工藝應用考核項目

10、力覺傳感器的安裝、通訊與檢測考核項目

11、工業機器人快換工具的技術選型與應用考核項目

12、SCARA機器人參數與通信設置考核項目

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、工業機器人與CCD視覺系統數據通訊應用考核項目

18、伺服、步進等電機的參數設置與驅動應用考核項目

19、系統單元HMI觸摸屏基本編程與調試考核項目

20、組態軟件的安裝與通信設置考核項目

21、PLC基本編程與調試考核項目

22、PLC與CCD之間通訊設置考核項目

23、PLC與工業機器人網絡通訊應用考核項目

24、PLC控制伺服、步進電機速度位置功能的應用考核項目

25、PLC程序故障的設置與排除考核項目

26、系統參數故障的設置與排除考核項目

27、電氣接線故障的設置與排除考核項目

28、傳感器信號故障的設置與排除考核項目

29、基于數字雙胞虛擬仿真軟件的生產線模型導入與信號制作考核項目

30、基于數字雙胞虛擬仿真軟件的虛擬生產線PLC程序控制考核項目

31、AGV小車編程的考核項目

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