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LG-GJQS2A型工業(yè)機器人與智能視覺系統(tǒng)應(yīng)用實訓(xùn)平臺
一、產(chǎn)品概述
本設(shè)備包含六自由度工業(yè)機器人、智能視覺檢測系統(tǒng)、RFID數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)及一套供料、輸送、裝配、倉儲機構(gòu)，可以實現(xiàn)對高速傳輸?shù)墓ぜM行分揀、檢測、搬運、裝配、存儲等操作。
該平臺各組件均安裝在型材桌面上，機械結(jié)構(gòu)、電氣控制回路、執(zhí)行機構(gòu)相對獨立，采用工業(yè)標準件設(shè)計。通過此平臺可以進行機械組裝、電氣線路設(shè)計與接線、PLC編程與調(diào)試、智能視覺流程編輯、工業(yè)機器人編程與調(diào)試、RFID數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用等多方面訓(xùn)練，適合職業(yè)院校、技工學(xué)校自動化類相關(guān)專業(yè)《工業(yè)機器人與控制技術(shù)》、《自動化技術(shù)》等課程的實訓(xùn)教學(xué)，適合自動化技術(shù)人員進行工程訓(xùn)練及技能比賽。
二、技術(shù)性能
1. 輸入電源：單相三線～220V±10% 50Hz
2. 工作環(huán)境：溫度-10℃～+40℃ 相對濕度≤85%（25℃） 海拔＜4000m
3. 裝置容量：＜1.5kVA
4. 實訓(xùn)平臺尺寸：2000mm×1200mm×1500mm
5. 控制柜尺寸：600mm×600mm×1400mm
6. 安全保護：具有漏電保護，安全符合國家標準
三、設(shè)備結(jié)構(gòu)與組成
該實訓(xùn)平臺由STEP SD500型六自由度工業(yè)機器人系統(tǒng)、歐姆龍智能視覺檢測系統(tǒng)、可編程控制器（PLC）系統(tǒng)、RFID數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、工具換裝單元、四工位供料單元、環(huán)形輸送單元、直線輸送單元、工件組裝單元、立體倉庫單元、廢品回收框、各類工件、電氣控制柜、型材實訓(xùn)桌、型材電腦桌等組成。
1. 新時達STEP SD500型六自由度工業(yè)機器人系統(tǒng)
由機器人本體、機器人控制器、示教單元、輸入輸出信號轉(zhuǎn)換器和抓取機構(gòu)組成，裝備多種夾具、吸盤、量具、工具等，可對工件進行抓取、吸取、搬運、裝配、打磨、測量、拆解等操作，也可以抓取智能視覺相機對工件、裝配過程進行實時視覺檢測操作。
1) 機器人本體由六自由度關(guān)節(jié)組成，固定在型材實訓(xùn)桌上，具有6個自由度，串聯(lián)關(guān)節(jié)型工業(yè)機器人安裝方式包括地面安裝、掛裝、倒裝
2) 最大的工作半徑為500mm
3) 有效負載5kg
4) 機器人示教單元有液晶顯示屏、使能按鈕、急停按鈕、操作鍵盤，用于參數(shù)設(shè)置、手動示教、位置編輯、程序編輯等操作。
2. 歐姆龍智能視覺檢測系統(tǒng)
配備一套歐姆龍ZFX-C10智能視覺系統(tǒng)，由視覺控制器、視覺相機及監(jiān)視顯示器等組成。用于檢測工件的特性，如數(shù)字、顏色、形狀等，還可以對裝配效果進行實時檢測操作。通過I/O電纜連接到PLC或機器人控制器，也支持串行總線和以太網(wǎng)總線連接到PLC或機器人控制器，對檢測結(jié)果和檢測數(shù)據(jù)進行傳輸。
3. 三菱可編程控制器單元
配備三菱FX3U可編程控制器、數(shù)字量擴展模塊、模擬量輸出模塊、232串行通信模塊、以太網(wǎng)通信模塊等，用于讀寫RFID系統(tǒng)的工件數(shù)據(jù)，控制機器人、電機、氣缸等執(zhí)行機構(gòu)動作，處理各單元檢測信號，管理工作流程、數(shù)據(jù)傳輸?shù)热蝿?wù)。
4. RFID數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)
采用西門子RFID數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，安裝在環(huán)線輸送單元的左端圓弧處，電子標簽已埋在工件內(nèi)部，檢測距離為40mm。當工件從環(huán)線輸送單元經(jīng)過左端圓弧處時，RFID檢測系統(tǒng)可以準確地讀取工件內(nèi)的標簽信息，如編號、顏色、高度等信息，該信息通過工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線傳輸給PLC，用來實現(xiàn)工件的分揀操作。
5. 工具換裝單元
由大口氣夾、真空發(fā)生器、吸盤工裝、視覺工裝、定位工裝、工裝支架等機構(gòu)組成。大口氣夾、真空發(fā)生器安裝機器人本體上，受機器人控制，大口氣夾不僅可以夾取工件，還可以夾取三種工裝進行功能性操作。大口氣夾一側(cè)前端裝有光纖傳感器，用于檢測前方有無物體，另一側(cè)裝有氣動對接裝置，用于將氣動信號自動導(dǎo)入到氣動工裝（吸盤工裝）上。吸盤工裝上裝有真空吸盤和氣動對接裝置，當大口氣夾夾取吸盤工裝時，真空吸盤的動作由機器人控制，可以隨之移動，吸取任意可到達位置內(nèi)的工件。視覺工裝上裝有視覺相機，當大口氣夾夾取視覺工裝時，視覺相機可以隨著機器人的移動拍攝不同位置、方向的工件或場景。定位工裝上設(shè)有定位針，用于精確定位工件的位置。工裝支架安裝在型材實訓(xùn)桌上，用于機器人自動放置和取用不同的工裝。
6. 四工位供料單元
由井式料庫、推料氣缸、頂料氣缸和光電傳感器組成，安裝在型材實訓(xùn)桌上，用于將工件庫中的工件依次推出到環(huán)形輸送線。提供不同編號、高度、顏色的標準工件，以及編號缺少筆畫、雜色疊加等不合格工件。多工位的供料設(shè)計，使得供料方式多樣化，可以進行單一的上料，也可以進行不同編號、高度、顏色的組合上料，以及對上料速度進行控制，實現(xiàn)上料形式的多樣化。
7. 環(huán)形輸送單元
包含一套交流調(diào)速系統(tǒng)，由變頻器、三相交流電機、環(huán)形板鏈（傳送帶）、對射傳感器等組成，安裝在型材實訓(xùn)桌上，用于傳輸工件。
8. 直線輸送單元
包含一套直流調(diào)速系統(tǒng)，由直流電機、高精度編碼器、調(diào)速控制器、同步帶輪等組成，安裝在型材實訓(xùn)桌上，用于傳輸工件（工件跟蹤抓取時用）。
9. 工件組裝單元
由工件盒送料機構(gòu)及工件蓋送料機構(gòu)組成，安裝在型材實訓(xùn)桌上，用于裝配工件。具有3個工件盒組裝位置，能同時對3個工件盒進行裝配操作。工件盒內(nèi)設(shè)有4個工件槽用于放置工件，工件盒和工件蓋四個角帶有磁性粘合，可以使工件盒與工件蓋緊密組合在一起。設(shè)有多個傳感器，可以檢測工件盒/工件蓋的有無、方向是否裝反。機器人可以進行工件盒/工件蓋裝反時的修正、工件按序裝配、工件拆解等操作。
10. 立體倉庫單元
由鋁質(zhì)材料加工而成，配有9個倉位（3×3），安裝在型材實訓(xùn)桌上，用于放置裝配完的組件，也可以通過機器人對裝配完成的組件進行拆裝，并分類放置到相應(yīng)的工件料庫。
11. 廢品回收框
安裝在型材實訓(xùn)桌左后側(cè)，用于機器人自動放置被檢測出來的無用工件或不合格品。
12. 電氣控制柜
用于安裝機器人控制器、PLC、變頻器及調(diào)速控制器等電氣部件，采用網(wǎng)孔板的結(jié)構(gòu)，便于拆裝。通過兩根電纜線與型材實訓(xùn)桌相連，兩端使用航空插頭，強弱電分離，連接安全可靠。
13. 以太網(wǎng)路由器
以太網(wǎng)路由器將PLC、機器人控制器、智能視覺控制器組成一個以太網(wǎng)局域網(wǎng)，進行數(shù)據(jù)的相互傳輸，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)的高層次應(yīng)用，同時可以培養(yǎng)和考核學(xué)生對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的使用技能。
四、軟件介紹
1. 機器人調(diào)試編程仿真軟件
本設(shè)備使用機器人專用調(diào)試編程軟件，可以對機器人進行編程和調(diào)試。該軟件具有文本編輯區(qū)、位置列表區(qū)、屬性指示區(qū)、項目管理區(qū)等窗口，可以對機器人進行在線和離線調(diào)試。在線調(diào)試時可對機器人進行如下操作：程序編輯、伺服開和關(guān)、運行速度設(shè)置、各關(guān)節(jié)位置給定、運行和停止、單步執(zhí)行指令、連續(xù)執(zhí)行指令、程序跳轉(zhuǎn)執(zhí)行等。離線調(diào)試時可調(diào)用模擬窗口，使用三維仿真機器人模型，逼真地模擬當前選擇的本型號機器人，可對機器人進行如下操作：程序編輯、伺服開和關(guān)、運行速度設(shè)置、各關(guān)節(jié)位置給定、運行和停止、單步執(zhí)行指令、連續(xù)執(zhí)行指令、程序跳轉(zhuǎn)執(zhí)行等。同時該軟件提供底層驅(qū)動接口函數(shù)，可供用戶進行二次開發(fā)使用及進行深層次機器人控制技術(shù)的研究。
2. 工件裝配流程編輯軟件
提供一個本設(shè)備專用的工件裝配流程編輯軟件，通過PLC下載口與PLC進行數(shù)據(jù)傳輸，可以將工件的裝配流程進行隨意編輯，并下發(fā)給PLC。每組的三個工件盒，每個工件盒的四個工位都可以設(shè)置成需要的工件，可選編號、顏色、高度，不同位置可選相同工件。軟件配合PLC和機器人程序，實現(xiàn)工件裝配流程的多樣化。
3. RFID讀寫軟件
提供一個本設(shè)備專用的RFID讀寫軟件，可以對西門子RFID讀寫器進行操作，包括讀寫器的啟動、停止，標簽的初始化、數(shù)據(jù)寫入、數(shù)據(jù)讀取等功能。
五、配置清單
本設(shè)備包含六自由度工業(yè)機器人、智能視覺檢測系統(tǒng)、RFID數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)及一套供料、輸送、裝配、倉儲機構(gòu)，可以實現(xiàn)對高速傳輸?shù)墓ぜM行分揀、檢測、搬運、裝配、存儲等操作。
該平臺各組件均安裝在型材桌面上，機械結(jié)構(gòu)、電氣控制回路、執(zhí)行機構(gòu)相對獨立，采用工業(yè)標準件設(shè)計。通過此平臺可以進行機械組裝、電氣線路設(shè)計與接線、PLC編程與調(diào)試、智能視覺流程編輯、工業(yè)機器人編程與調(diào)試、RFID數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用等多方面訓(xùn)練，適合職業(yè)院校、技工學(xué)校自動化類相關(guān)專業(yè)《工業(yè)機器人與控制技術(shù)》、《自動化技術(shù)》等課程的實訓(xùn)教學(xué)，適合自動化技術(shù)人員進行工程訓(xùn)練及技能比賽。
二、技術(shù)性能
1. 輸入電源：單相三線～220V±10% 50Hz
2. 工作環(huán)境：溫度-10℃～+40℃ 相對濕度≤85%（25℃） 海拔＜4000m
3. 裝置容量：＜1.5kVA
4. 實訓(xùn)平臺尺寸：2000mm×1200mm×1500mm
5. 控制柜尺寸：600mm×600mm×1400mm
6. 安全保護：具有漏電保護，安全符合國家標準
三、設(shè)備結(jié)構(gòu)與組成
該實訓(xùn)平臺由STEP SD500型六自由度工業(yè)機器人系統(tǒng)、歐姆龍智能視覺檢測系統(tǒng)、可編程控制器（PLC）系統(tǒng)、RFID數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、工具換裝單元、四工位供料單元、環(huán)形輸送單元、直線輸送單元、工件組裝單元、立體倉庫單元、廢品回收框、各類工件、電氣控制柜、型材實訓(xùn)桌、型材電腦桌等組成。
1. 新時達STEP SD500型六自由度工業(yè)機器人系統(tǒng)
由機器人本體、機器人控制器、示教單元、輸入輸出信號轉(zhuǎn)換器和抓取機構(gòu)組成，裝備多種夾具、吸盤、量具、工具等，可對工件進行抓取、吸取、搬運、裝配、打磨、測量、拆解等操作，也可以抓取智能視覺相機對工件、裝配過程進行實時視覺檢測操作。
1) 機器人本體由六自由度關(guān)節(jié)組成，固定在型材實訓(xùn)桌上，具有6個自由度，串聯(lián)關(guān)節(jié)型工業(yè)機器人安裝方式包括地面安裝、掛裝、倒裝
2) 最大的工作半徑為500mm
3) 有效負載5kg
4) 機器人示教單元有液晶顯示屏、使能按鈕、急停按鈕、操作鍵盤，用于參數(shù)設(shè)置、手動示教、位置編輯、程序編輯等操作。
2. 歐姆龍智能視覺檢測系統(tǒng)
配備一套歐姆龍ZFX-C10智能視覺系統(tǒng)，由視覺控制器、視覺相機及監(jiān)視顯示器等組成。用于檢測工件的特性，如數(shù)字、顏色、形狀等，還可以對裝配效果進行實時檢測操作。通過I/O電纜連接到PLC或機器人控制器，也支持串行總線和以太網(wǎng)總線連接到PLC或機器人控制器，對檢測結(jié)果和檢測數(shù)據(jù)進行傳輸。
3. 三菱可編程控制器單元
配備三菱FX3U可編程控制器、數(shù)字量擴展模塊、模擬量輸出模塊、232串行通信模塊、以太網(wǎng)通信模塊等，用于讀寫RFID系統(tǒng)的工件數(shù)據(jù)，控制機器人、電機、氣缸等執(zhí)行機構(gòu)動作，處理各單元檢測信號，管理工作流程、數(shù)據(jù)傳輸?shù)热蝿?wù)。
4. RFID數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)
采用西門子RFID數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，安裝在環(huán)線輸送單元的左端圓弧處，電子標簽已埋在工件內(nèi)部，檢測距離為40mm。當工件從環(huán)線輸送單元經(jīng)過左端圓弧處時，RFID檢測系統(tǒng)可以準確地讀取工件內(nèi)的標簽信息，如編號、顏色、高度等信息，該信息通過工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線傳輸給PLC，用來實現(xiàn)工件的分揀操作。
5. 工具換裝單元
由大口氣夾、真空發(fā)生器、吸盤工裝、視覺工裝、定位工裝、工裝支架等機構(gòu)組成。大口氣夾、真空發(fā)生器安裝機器人本體上，受機器人控制，大口氣夾不僅可以夾取工件，還可以夾取三種工裝進行功能性操作。大口氣夾一側(cè)前端裝有光纖傳感器，用于檢測前方有無物體，另一側(cè)裝有氣動對接裝置，用于將氣動信號自動導(dǎo)入到氣動工裝（吸盤工裝）上。吸盤工裝上裝有真空吸盤和氣動對接裝置，當大口氣夾夾取吸盤工裝時，真空吸盤的動作由機器人控制，可以隨之移動，吸取任意可到達位置內(nèi)的工件。視覺工裝上裝有視覺相機，當大口氣夾夾取視覺工裝時，視覺相機可以隨著機器人的移動拍攝不同位置、方向的工件或場景。定位工裝上設(shè)有定位針，用于精確定位工件的位置。工裝支架安裝在型材實訓(xùn)桌上，用于機器人自動放置和取用不同的工裝。
6. 四工位供料單元
由井式料庫、推料氣缸、頂料氣缸和光電傳感器組成，安裝在型材實訓(xùn)桌上，用于將工件庫中的工件依次推出到環(huán)形輸送線。提供不同編號、高度、顏色的標準工件，以及編號缺少筆畫、雜色疊加等不合格工件。多工位的供料設(shè)計，使得供料方式多樣化，可以進行單一的上料，也可以進行不同編號、高度、顏色的組合上料，以及對上料速度進行控制，實現(xiàn)上料形式的多樣化。
7. 環(huán)形輸送單元
包含一套交流調(diào)速系統(tǒng)，由變頻器、三相交流電機、環(huán)形板鏈（傳送帶）、對射傳感器等組成，安裝在型材實訓(xùn)桌上，用于傳輸工件。
8. 直線輸送單元
包含一套直流調(diào)速系統(tǒng)，由直流電機、高精度編碼器、調(diào)速控制器、同步帶輪等組成，安裝在型材實訓(xùn)桌上，用于傳輸工件（工件跟蹤抓取時用）。
9. 工件組裝單元
由工件盒送料機構(gòu)及工件蓋送料機構(gòu)組成，安裝在型材實訓(xùn)桌上，用于裝配工件。具有3個工件盒組裝位置，能同時對3個工件盒進行裝配操作。工件盒內(nèi)設(shè)有4個工件槽用于放置工件，工件盒和工件蓋四個角帶有磁性粘合，可以使工件盒與工件蓋緊密組合在一起。設(shè)有多個傳感器，可以檢測工件盒/工件蓋的有無、方向是否裝反。機器人可以進行工件盒/工件蓋裝反時的修正、工件按序裝配、工件拆解等操作。
10. 立體倉庫單元
由鋁質(zhì)材料加工而成，配有9個倉位（3×3），安裝在型材實訓(xùn)桌上，用于放置裝配完的組件，也可以通過機器人對裝配完成的組件進行拆裝，并分類放置到相應(yīng)的工件料庫。
11. 廢品回收框
安裝在型材實訓(xùn)桌左后側(cè)，用于機器人自動放置被檢測出來的無用工件或不合格品。
12. 電氣控制柜
用于安裝機器人控制器、PLC、變頻器及調(diào)速控制器等電氣部件，采用網(wǎng)孔板的結(jié)構(gòu)，便于拆裝。通過兩根電纜線與型材實訓(xùn)桌相連，兩端使用航空插頭，強弱電分離，連接安全可靠。
13. 以太網(wǎng)路由器
以太網(wǎng)路由器將PLC、機器人控制器、智能視覺控制器組成一個以太網(wǎng)局域網(wǎng)，進行數(shù)據(jù)的相互傳輸，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)的高層次應(yīng)用，同時可以培養(yǎng)和考核學(xué)生對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的使用技能。
四、軟件介紹
1. 機器人調(diào)試編程仿真軟件
本設(shè)備使用機器人專用調(diào)試編程軟件，可以對機器人進行編程和調(diào)試。該軟件具有文本編輯區(qū)、位置列表區(qū)、屬性指示區(qū)、項目管理區(qū)等窗口，可以對機器人進行在線和離線調(diào)試。在線調(diào)試時可對機器人進行如下操作：程序編輯、伺服開和關(guān)、運行速度設(shè)置、各關(guān)節(jié)位置給定、運行和停止、單步執(zhí)行指令、連續(xù)執(zhí)行指令、程序跳轉(zhuǎn)執(zhí)行等。離線調(diào)試時可調(diào)用模擬窗口，使用三維仿真機器人模型，逼真地模擬當前選擇的本型號機器人，可對機器人進行如下操作：程序編輯、伺服開和關(guān)、運行速度設(shè)置、各關(guān)節(jié)位置給定、運行和停止、單步執(zhí)行指令、連續(xù)執(zhí)行指令、程序跳轉(zhuǎn)執(zhí)行等。同時該軟件提供底層驅(qū)動接口函數(shù)，可供用戶進行二次開發(fā)使用及進行深層次機器人控制技術(shù)的研究。
2. 工件裝配流程編輯軟件
提供一個本設(shè)備專用的工件裝配流程編輯軟件，通過PLC下載口與PLC進行數(shù)據(jù)傳輸，可以將工件的裝配流程進行隨意編輯，并下發(fā)給PLC。每組的三個工件盒，每個工件盒的四個工位都可以設(shè)置成需要的工件，可選編號、顏色、高度，不同位置可選相同工件。軟件配合PLC和機器人程序，實現(xiàn)工件裝配流程的多樣化。
3. RFID讀寫軟件
提供一個本設(shè)備專用的RFID讀寫軟件，可以對西門子RFID讀寫器進行操作，包括讀寫器的啟動、停止，標簽的初始化、數(shù)據(jù)寫入、數(shù)據(jù)讀取等功能。
五、配置清單
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序號
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名 稱
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主要部件、器件及規(guī)格
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數(shù)量
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備注
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1
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電氣實訓(xùn)柜
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600mm×600mm×1500mm
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1臺
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2
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實訓(xùn)平臺
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2000mm×1200mm×1400mm
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1臺
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3
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工業(yè)機器人
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6軸工業(yè)機器人本體：SD500
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1臺
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上海STEP
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機器人控制器：SRC3.1
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1套
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4
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智能視覺系統(tǒng)
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視覺控制器：ZFX-C10
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1臺
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歐姆龍
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視覺相機：ZFX-SC10
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1臺
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5
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RFID系統(tǒng)
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讀寫器：RF260R
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1套
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西門子
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電子標簽：A20
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36個
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6
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可編程控制器系統(tǒng)
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PLC主機：FX3U-64MT
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1只
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三菱
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數(shù)字量輸入模塊：FX2N-8EX
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1只
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模擬量輸出模塊：FX2N-2DA
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1只
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232通信模塊：FX3U-232-BD
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1只
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以太網(wǎng)通信模塊：FX3U-ENET-L
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1只
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7
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交流調(diào)速系統(tǒng)
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變頻器：FR-D720S-0.4kW
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1套
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交流減速電機：01K3GN-D/0GN50K
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8
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直流調(diào)速系統(tǒng)
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PID調(diào)節(jié)控制器：AQMD3620NS
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1套
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直流電機：DM-06-2GN-24
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10
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路由器
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4P以太網(wǎng)路由器
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1臺
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11
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實訓(xùn)模塊
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四工位供料單元、環(huán)形輸送單元、直線輸送單元、工件組裝單元、工具換裝單元、立體倉庫單元等
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1套
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12
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氣泵
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靜音氣泵
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1臺
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六、實訓(xùn)項目
1. 工業(yè)機器人示教單元使用
2. 工業(yè)機器人軟件使用
3. 工業(yè)機器人基本指令操作與位置點設(shè)置
4. 工業(yè)機器人工件的跟蹤抓取
5. 工業(yè)機器人成品組裝與入庫
6. RFID數(shù)據(jù)讀寫編程與調(diào)試
7. 智能視覺圖像輸入編輯與調(diào)試
8. 智能視覺結(jié)果給出編輯與調(diào)試
9. 智能視覺顏色比對測量
10. 智能視覺編號比對測量
11. 智能視覺尺寸比對測量
12. 智能視覺角度測量
13. 智能視覺系統(tǒng)與工業(yè)機器人綜合應(yīng)用
14. PLC程序編程與調(diào)試
15. RFID、智能視覺系統(tǒng)與工業(yè)機器人綜合應(yīng)用
1. 工業(yè)機器人示教單元使用
2. 工業(yè)機器人軟件使用
3. 工業(yè)機器人基本指令操作與位置點設(shè)置
4. 工業(yè)機器人工件的跟蹤抓取
5. 工業(yè)機器人成品組裝與入庫
6. RFID數(shù)據(jù)讀寫編程與調(diào)試
7. 智能視覺圖像輸入編輯與調(diào)試
8. 智能視覺結(jié)果給出編輯與調(diào)試
9. 智能視覺顏色比對測量
10. 智能視覺編號比對測量
11. 智能視覺尺寸比對測量
12. 智能視覺角度測量
13. 智能視覺系統(tǒng)與工業(yè)機器人綜合應(yīng)用
14. PLC程序編程與調(diào)試
15. RFID、智能視覺系統(tǒng)與工業(yè)機器人綜合應(yīng)用
