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一、功能總體介紹
平臺(tái)以汽車(chē)零部件（輪轂）的打磨、裝配、激光雕刻、檢測(cè)等工序?yàn)楸尘?，采用高度模塊化單元自由組合理念設(shè)計(jì)，主要包括執(zhí)行單元、立體倉(cāng)儲(chǔ)單元、視覺(jué)檢測(cè)單元、打磨單元、工具單元、分揀單元、壓裝單元、SCARA機(jī)器人單元、激光打標(biāo)模塊、RFID模塊、AGV小車(chē)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(jī)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(shí)訓(xùn)平臺(tái)的所有三維模型資源，可實(shí)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(guò)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(cè)試和驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性。例如，在計(jì)算機(jī)上模擬整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，包括機(jī)器人、機(jī)床、自動(dòng)化設(shè)備、PLC、變頻器、電機(jī)等單元。模型創(chuàng)建完成就可以在虛擬世界中進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。如果在過(guò)程自動(dòng)化或機(jī)器人運(yùn)動(dòng)中需要進(jìn)行優(yōu)化，則可以在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行更改，虛擬調(diào)試允許重新編程機(jī)器人或更改變頻驅(qū)動(dòng)器、PLC編程等操作。一旦重新編程，系統(tǒng)會(huì)再次進(jìn)行測(cè)試，如果調(diào)試通過(guò)，則可大大降低后期物理部署的出錯(cuò)率。使用虛擬調(diào)試來(lái)提前編程和測(cè)試產(chǎn)品允許設(shè)計(jì)者在產(chǎn)品生產(chǎn)之前進(jìn)行任何修改和優(yōu)化，而不會(huì)造成硬件資源的浪費(fèi)，并且可節(jié)省大量時(shí)間。對(duì)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(jìn)行仿真調(diào)試，最大程度的模擬真實(shí)場(chǎng)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(wèn)題。
平臺(tái)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(jì)、成本控制、布局規(guī)劃到安裝部署、編程調(diào)試、優(yōu)化改進(jìn)等完整的項(xiàng)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(tái)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(jìn)一步推動(dòng)智能制造技術(shù)的應(yīng)用。
平臺(tái)展示了工業(yè)自動(dòng)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(jī)器人技術(shù)、AGV技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、數(shù)字雙胞技術(shù)、相機(jī)測(cè)量技術(shù)等領(lǐng)域的知識(shí)和技能。
平臺(tái)每個(gè)單元間安裝在可自由移動(dòng)的獨(dú)立臺(tái)架上，布置遠(yuǎn)程IO模塊通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(shí)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(gè)單元的四邊均可以與其他單元進(jìn)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(jì)過(guò)程中空間規(guī)劃內(nèi)容。
平臺(tái)核心點(diǎn)是利用工業(yè)以太網(wǎng)將原有設(shè)備層、現(xiàn)場(chǎng)層、應(yīng)用層的控制結(jié)構(gòu)扁平化，實(shí)現(xiàn)一網(wǎng)到底，控制與設(shè)備間的直接通信，多類(lèi)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(cāng)儲(chǔ)單元
實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)物料管理，配合4軸機(jī)械手進(jìn)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(gè)單元間轉(zhuǎn)換和定制加工的執(zhí)行終端，是應(yīng)用平臺(tái)的核心單元，由工作臺(tái)、工業(yè)機(jī)器人及控制柜、平移滑臺(tái)、快換工具、遠(yuǎn)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(dòng)，完成以不同姿態(tài)拾取零件或加工；平移滑臺(tái)作為工業(yè)機(jī)器人擴(kuò)展軸，擴(kuò)大了工業(yè)機(jī)器人的可達(dá)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(tái)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)信息，如速度、位置等，由工業(yè)機(jī)器人控制器通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)IO信號(hào)傳輸給PLC，從而控制伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)線性運(yùn)動(dòng)；快換工具公頭安裝在工業(yè)機(jī)器人末端法蘭上，可與快換工具母頭匹配，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人工具的自動(dòng)更換；執(zhí)行單元的流程控制信號(hào)由遠(yuǎn)程IO 模塊通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與總控單元實(shí)現(xiàn)交互。采用六軸工業(yè)機(jī)器人，適合用于上下料、分揀、裝配等各項(xiàng)工作。同時(shí)所有機(jī)器人線纜內(nèi)置，能夠在狹小的空間靈活的進(jìn)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(duì)零件表面打磨過(guò)程中的工裝治具，由工作臺(tái)、打磨工位、旋轉(zhuǎn)工位、翻轉(zhuǎn)工裝、吹屑工位、防護(hù)罩、遠(yuǎn)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(shí)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(shí)帶動(dòng)零件實(shí)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(wú)需執(zhí)行單元的參與下，實(shí)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(shí)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(dòng)作和傳感器信號(hào)均由遠(yuǎn)程IO模塊通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)娇偪貑卧?/span>
（四）視覺(jué)檢測(cè)單元
視覺(jué)檢測(cè)單元可根據(jù)不同需求完成對(duì)零件進(jìn)行檢測(cè)、識(shí)別功能，由環(huán)形光源、工業(yè)相機(jī)、光源控制器、CCD控制器、工作臺(tái)等組成，如圖8所示。智能視覺(jué)可根據(jù)不同的程序設(shè)置，實(shí)現(xiàn)條碼識(shí)別、形狀匹配、顏色檢測(cè)、尺寸測(cè)量等功能，操作過(guò)程和結(jié)果通過(guò)顯示器顯示；視覺(jué)檢測(cè)單元的程序選擇、檢測(cè)執(zhí)行和結(jié)果輸出通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)綀?zhí)行單元的工業(yè)機(jī)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(jué)鏡頭配套檢測(cè)光源，可以盡量避免環(huán)境光源對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。采用倒置式安裝，可以使機(jī)器人手持零件進(jìn)行檢測(cè)，減少周邊配套設(shè)備，簡(jiǎn)化機(jī)器人軌跡動(dòng)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(tái)、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(jī)器人可通過(guò)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(pán)等7種不同類(lèi)型的工具，每種工具均配置了快換工具母頭，可以與機(jī)器人本體上安裝的快換工具公頭配合，實(shí)現(xiàn)了無(wú)需人為干預(yù)，工業(yè)機(jī)器人可在不同工具間自由切換，同時(shí)確保氣路、電路信號(hào)通信正常，大大擴(kuò)展了工業(yè)機(jī)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(duì)不同零件的分揀動(dòng)作，由工作臺(tái)、傳輸帶、分揀機(jī)構(gòu)、分揀工位、遠(yuǎn)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(xiě)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(jī)構(gòu)前；分揀機(jī)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(guò)定位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)滑入零件準(zhǔn)確定位，并設(shè)置有傳感器檢測(cè)當(dāng)前工位是否存有零件；分揀單元共有三個(gè)分揀工位，每個(gè)工位可存放一個(gè)零件；
分揀單元所有氣缸動(dòng)作和傳感器信號(hào)均由遠(yuǎn)程IO模塊通過(guò)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(chē)標(biāo)和輪胎分別安裝在輪轂上，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝配功能，主要由壓裝氣缸、步進(jìn)電機(jī)、直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、行程開(kāi)關(guān)、力傳感器及數(shù)顯儀、遠(yuǎn)程IO模塊和工作臺(tái)等組成。
步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)壓裝工位的移動(dòng)，兩端工位用于實(shí)現(xiàn)物料的上下料，壓裝氣缸分別實(shí)現(xiàn)車(chē)標(biāo)和輪胎零件的裝配；力傳感器用于測(cè)量壓裝過(guò)程的力值大小，并實(shí)時(shí)的顯示在數(shù)顯儀上，若力值大于設(shè)定閾值，則系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警，從而停止裝配過(guò)程；行程開(kāi)關(guān)可檢測(cè)到滑臺(tái)是否移動(dòng)超限。壓裝單元所有氣缸動(dòng)作和傳感器信號(hào)均由遠(yuǎn)程IO模塊通過(guò)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(chē)標(biāo)LOGO，實(shí)現(xiàn)圖標(biāo)定制功能，其主要由激光打標(biāo)機(jī)、井式供料模塊、打標(biāo)機(jī)升降機(jī)構(gòu)、遠(yuǎn)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(tái)，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(gè)車(chē)標(biāo)毛坯料至打標(biāo)位，打標(biāo)機(jī)升降機(jī)構(gòu)用于上下調(diào)節(jié)激光打標(biāo)機(jī)的高度，從而調(diào)節(jié)激光焦點(diǎn)距離，獲取最佳打印效果。激光打標(biāo)模塊所有氣缸動(dòng)作和傳感器信號(hào)均由遠(yuǎn)程IO模塊通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)娇偪貑卧?/span>
（九）SCARA機(jī)器人單元
SCARA機(jī)器人單元用于搬運(yùn)相應(yīng)物料至壓裝單元，實(shí)現(xiàn)上下料功能，同時(shí)將裝配成品下料進(jìn)行檢測(cè)，其主要由SCARA機(jī)器人、機(jī)器人末端工具、物料存儲(chǔ)模塊、導(dǎo)錐工具、工作臺(tái)等組成。
根據(jù)壓裝控制程序，SCARA機(jī)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(jī)器人將成品取下并移動(dòng)到視覺(jué)檢測(cè)單元進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)束后，又將成品放置分揀單元的傳輸帶上。SCARA機(jī)器人單元與執(zhí)行單元構(gòu)成雙機(jī)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(chē)單元
（十一）總控單元
總控單元是各單元程序執(zhí)行和動(dòng)作流程的總控制端，是工作站的核心單元，由工作臺(tái)、控制模塊、操作面板、電源模塊、氣源模塊、顯示終端、交換機(jī)、三色燈等組件構(gòu)成。控制模塊由兩個(gè)PLC和工業(yè)交換機(jī)構(gòu)成，PLC通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與各單元控制器和遠(yuǎn)程IO模塊實(shí)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(kāi)關(guān)、急停開(kāi)關(guān)和自定義按鈕；應(yīng)用平臺(tái)其他單元的電、氣均由總控單元提供，通過(guò)所提供的線纜實(shí)現(xiàn)快速連接；顯示終端用于上位機(jī)控制界面顯示和仿真調(diào)試軟件內(nèi)容展示，HMI人機(jī)界面可對(duì)應(yīng)用平臺(tái)實(shí)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(shí)訓(xùn)系統(tǒng)
（十四）云智能實(shí)驗(yàn)室安全管理系統(tǒng)
系統(tǒng)由主電路、控制電路、檢測(cè)保護(hù)電路、顯示電路、云平臺(tái)數(shù)據(jù)收發(fā)器、云平臺(tái)智能管理網(wǎng)站、云組態(tài)軟件、大數(shù)據(jù)云平臺(tái)記錄等組成，實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸、信息處理等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制。設(shè)備端運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)參數(shù)等上傳至云平臺(tái)。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(gè)實(shí)驗(yàn)室配置一套管理系統(tǒng)。
（十五）工業(yè)自動(dòng)化控制實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)
通過(guò)本系統(tǒng)軟件了解組成智能制造生產(chǎn)線的電氣、氣動(dòng)、PLC等元件的工作原理并對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、分析進(jìn)行虛擬仿真。通過(guò)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(shí)現(xiàn)智能制造的動(dòng)作而進(jìn)行虛擬仿真。本系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)工廠的三維仿真使虛擬現(xiàn)實(shí)仿真更加逼真，而且把通過(guò)仿真驗(yàn)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(jì)。
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(hù)：急停開(kāi)關(guān)、漏電保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)
4、整體尺寸：5000mm×8000mm（建議單臺(tái)可用實(shí)訓(xùn)面積）
5、建議實(shí)訓(xùn)人數(shù)：12人/臺(tái)
6、單元模塊：執(zhí)行單元，激光打標(biāo)模塊，倉(cāng)儲(chǔ)單元，SCARA機(jī)器人單元，打磨單元，檢測(cè)單元，分揀單元，總控單元，壓裝單元，工具單元
7、工業(yè)機(jī)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(chǔ)器75KB，裝載存儲(chǔ)器2MB，保持性存儲(chǔ)器10KB，支持PROFINET通信
9、SCARA機(jī)器人：臂長(zhǎng)600mm，有效荷重3kg，重復(fù)定位精度0.02mm
10、視覺(jué)系統(tǒng)：30W像素CCD相機(jī)，彩色，有效像素640×480，支持Ethernet通信
四、能夠完成的考核項(xiàng)目
1、工業(yè)機(jī)器人安裝、初始化與備份恢復(fù)考核項(xiàng)目
2、工業(yè)機(jī)器人手動(dòng)控制及基本參數(shù)設(shè)置
3、工業(yè)機(jī)器人IO通信及總線通信
4、工業(yè)機(jī)器人單軸運(yùn)動(dòng)與線性運(yùn)動(dòng)控制
5、工業(yè)機(jī)器人工具TCP參數(shù)標(biāo)定
6、工業(yè)機(jī)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(jī)器人多類(lèi)型工具快速更換
8、簡(jiǎn)單平面軌跡、復(fù)雜空間軌跡編程
9、工業(yè)機(jī)器人打磨工藝應(yīng)用考核項(xiàng)目
10、力覺(jué)傳感器的安裝、通訊與檢測(cè)考核項(xiàng)目
11、工業(yè)機(jī)器人快換工具的技術(shù)選型與應(yīng)用考核項(xiàng)目
12、SCARA機(jī)器人參數(shù)與通信設(shè)置考核項(xiàng)目
13、SCARA機(jī)器人示教編程考核項(xiàng)目
14、SCARA機(jī)器人離線編程考核項(xiàng)目
15、CCD相機(jī)與光源的組成和工作原理考核項(xiàng)目
16、工業(yè)視覺(jué)顏色識(shí)別、尺寸識(shí)別、形狀識(shí)別案例實(shí)操考核項(xiàng)目
17、工業(yè)機(jī)器人與CCD視覺(jué)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊應(yīng)用考核項(xiàng)目
18、伺服、步進(jìn)等電機(jī)的參數(shù)設(shè)置與驅(qū)動(dòng)應(yīng)用考核項(xiàng)目
19、系統(tǒng)單元HMI觸摸屏基本編程與調(diào)試考核項(xiàng)目
20、組態(tài)軟件的安裝與通信設(shè)置考核項(xiàng)目
21、PLC基本編程與調(diào)試考核項(xiàng)目
22、PLC與CCD之間通訊設(shè)置考核項(xiàng)目
23、PLC與工業(yè)機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)通訊應(yīng)用考核項(xiàng)目
24、PLC控制伺服、步進(jìn)電機(jī)速度位置功能的應(yīng)用考核項(xiàng)目
25、PLC程序故障的設(shè)置與排除考核項(xiàng)目
26、系統(tǒng)參數(shù)故障的設(shè)置與排除考核項(xiàng)目
27、電氣接線故障的設(shè)置與排除考核項(xiàng)目
28、傳感器信號(hào)故障的設(shè)置與排除考核項(xiàng)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(hào)制作考核項(xiàng)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(xiàng)目
31、AGV小車(chē)編程的考核項(xiàng)目
