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工業(yè)機(jī)器人工程考核實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

一、系統(tǒng)介紹
1、系統(tǒng)組成
LG-BWL06型 工業(yè)機(jī)器人工程考核實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)主要由碼垛機(jī)立庫系統(tǒng)、AGV小車、托盤流水線、物品盒流水線、視覺系統(tǒng)、六自由度工業(yè)機(jī)器人組成，如下圖1-1所示。
（1）碼垛機(jī)立庫系統(tǒng)，用于存儲物品托盤，并且按照要求碼垛機(jī)完成出庫和入庫；
（2） AGV小車，用于把安裝有物品的托盤從碼垛機(jī)立庫系統(tǒng)對接為，沿鋪設(shè)的磁條運(yùn)行到托盤流水線；
（3）托盤流水線，負(fù)責(zé)把貨品托盤輸送到視覺檢測工位，經(jīng)視覺定位識別輸送到抓取工位；
（4）物品盒流水線，負(fù)責(zé)成品物品盒的裝箱及傳送；
（5）視覺系統(tǒng)，對托盤流水線上的托盤上的物品進(jìn)行識別，并把識別結(jié)果發(fā)送至主控系統(tǒng)的PLC；
（6）六自由度工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，根據(jù)主控系統(tǒng) PLC 發(fā)送的數(shù)據(jù)，對托盤流水線上的托盤上的物品進(jìn)行分揀，放置于物品盒流水線上的指定物品盒中，同時(shí)把空托盤放置于空托盤庫中。

圖 1-1 整體組成

2、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)目標(biāo)
本系統(tǒng)再現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場從倉儲、搬運(yùn)、分揀以及包裝的全過程，將目前工業(yè)自動化現(xiàn)場前沿的實(shí)用技術(shù)和方案引入到比賽當(dāng)中，通過比賽，讓學(xué)生能熟練掌握自動化科技的前沿應(yīng)用技術(shù)，為我國從制造大國發(fā)展到制造強(qiáng)國，為工業(yè)智能制造培養(yǎng)一批有素質(zhì)，能干活，干好活的新一代職業(yè)能手。
（1）選用6軸關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人+堆垛直角坐標(biāo)機(jī)器人+AGV移動機(jī)器人，該三種機(jī)器人都是目前工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用比較廣泛的機(jī)器人；——切合工業(yè)現(xiàn)場，體現(xiàn)機(jī)器人的多樣性；
（2）將立體倉庫（碼垛機(jī)器人）+工件運(yùn)輸（AGV機(jī)器人）+檢測分揀（機(jī)器視覺）+機(jī)器人自動分揀裝配（6軸機(jī)器人）+自動回收+自動包裝完美的融合。——詮釋智能工廠和智能物流的概念；
（3）設(shè)置多物件和多工位+多倉儲，可以展現(xiàn)出非常多的組合場景，不僅可以展現(xiàn)學(xué)生的控制系統(tǒng)和機(jī)器人的編程能力，同時(shí)也能展現(xiàn)學(xué)生的流程規(guī)劃策略和優(yōu)化能力；——真實(shí)展示實(shí)際工業(yè)和物流系統(tǒng)場景，非常適合于實(shí)訓(xùn)和比賽。
（4）整個(gè)系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)化控制構(gòu)架，以及最新的控制系統(tǒng)。——學(xué)生能夠了解先進(jìn)的控制技術(shù)以及編程方法。
3、工作流程

基本運(yùn)行流程描述：
（1）物品以托盤形式存儲在原料倉庫中（物品共有 8 種不同形狀高度的樣式，每個(gè)托盤上隨機(jī)放置 0-3 個(gè)物品，樣式也隨機(jī)，可能相同，也可能不同）。
（2）物品隨托盤從碼垛機(jī)立庫出庫，由AGV 小車搬輸送至托盤流水線；
（3）托盤在托盤流水線的 4 號工位停止，通過智能相機(jī)識別物品數(shù)量、類型、相對于標(biāo)定原點(diǎn)的位置、相對于標(biāo)定姿態(tài)的旋轉(zhuǎn)角度并傳輸給PLC；
（4）識別完成后，托盤流水線把托盤傳輸?shù)?nbsp;1 號位置后停止；
（5）主控系統(tǒng)把需要分揀物品的 XYZ 坐標(biāo)偏移和旋轉(zhuǎn)角度通過MODBUS TCP 協(xié)議依次發(fā)送給六自由度工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，六自由度工業(yè)機(jī)器人機(jī)器人按照事先編寫的程序流程，執(zhí)行抓取分揀；
（6）六自由度工業(yè)機(jī)器人根據(jù)放置位置的XYZ 坐標(biāo)偏移和旋轉(zhuǎn)角度把物品放入禮品箱中。（禮品箱有 8 個(gè)格子，相同的工件放到同一
個(gè)格子，每個(gè)格子最多放 2 件物品。碼垛部分偏移運(yùn)算由主控系統(tǒng)計(jì)算，整合到Z 軸偏移中給六自由度工業(yè)機(jī)器人）。
（7）把物品取完后，六自由度工業(yè)機(jī)器人把空托盤也搬運(yùn)放置到空托盤庫中。
（8）物品裝滿物品箱后，流轉(zhuǎn)到下料碼垛區(qū)。（每個(gè)比賽區(qū)不會使用全部物品樣式，應(yīng)取其中 2-3 種。當(dāng)中轉(zhuǎn)箱裝滿或物品無法按照規(guī)則放入物品箱時(shí)流入下一區(qū)域）；
（9）當(dāng)物品箱碼到一定數(shù)量或原料出庫完成任務(wù)時(shí)停止比賽。
二、設(shè)備安裝
1、設(shè)備安裝
本設(shè)備共包括：工業(yè)機(jī)器人及控制柜、PLC 控制柜、托盤流水線、物品盒擺放流水線、AGV 小車等。比賽所用場地為 4m×8m，如圖 2-1 所示為裝備之間的大致布局，現(xiàn)場安裝時(shí)并不一定嚴(yán)格按照圖中所標(biāo)尺寸安裝，允許有所變動。在安裝時(shí)需要注意以下事項(xiàng)：
（1）調(diào)節(jié)工業(yè)機(jī)器人安裝底座的四個(gè)地腳，使工業(yè)機(jī)器人的安裝底座水平；(水平儀)
（2）調(diào)節(jié)托盤流水線和物品盒擺放流水線的水平；(水平儀)
（3）以工業(yè)機(jī)器人為基準(zhǔn)，確保托盤流水線與工業(yè)機(jī)器人的 Y 軸方向平行，確保物品盒擺放流水線與工業(yè)機(jī)器人的 X 軸方向平行；(具體調(diào)節(jié)方式見節(jié) 2.2)
（4）確保托盤流水線前端滑輪的平切面低于AGV 小車的平帶面；(見圖 2-2)。
（5）確保智能相機(jī)與托盤流水線垂直。(見圖 2-3)

圖 2-1 設(shè)備布局

圖 2-2 托盤流水線高度調(diào)節(jié)

圖 2-3 智能相機(jī)安裝

2、平行度調(diào)節(jié)
如圖 2-4 所示，在工業(yè)機(jī)器人末端夾具上安裝了一個(gè)激光筆，具體調(diào)節(jié)步驟如下：
（1）利用工業(yè)機(jī)器人的工具坐標(biāo)系調(diào)整機(jī)器人的姿態(tài)，使得激光筆始終垂直于工業(yè)機(jī)器人的安裝基面；
（2）首先控制工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動到托盤流水線上方合適的高度，將激光筆發(fā)出的激光對準(zhǔn)流水線架上的鋁型材邊線，利用機(jī)器人的工具坐標(biāo)系，使機(jī)器人沿著基坐標(biāo)系的 Y 方向運(yùn)動（注意降低機(jī)器人的運(yùn)動速度），注意觀察激光是否偏離鋁型材邊線，并作適當(dāng)調(diào)整。
（3）利用同樣的方法調(diào)整物品擺放流水線，只是使機(jī)器人沿著坐標(biāo)系的X 方向運(yùn)動。

圖 2-4 平行度調(diào)整

三、6 自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人
6 自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人，如下圖 3.1 所示。6 個(gè)自由度，最大負(fù)荷 20KG,臂展>1.5m。
工業(yè)機(jī)器人在系統(tǒng)中的位置如下圖 3.2 所示。

圖 3.1 工業(yè)機(jī)器人在系統(tǒng)中的位置

機(jī)器人工作流程如下所示：

四、視覺識別系統(tǒng)
本系統(tǒng)安裝于托盤流水線中，當(dāng)托盤貨物到視覺檢測工位時(shí)， X-SIGHT 機(jī)器視覺系統(tǒng)對托盤內(nèi)的貨物進(jìn)行視覺識別，并把識別的位置，形狀等特征數(shù)據(jù)給到中央控制器和六關(guān)節(jié)機(jī)器人，由機(jī)械人根據(jù)目標(biāo)存放位置執(zhí)行相應(yīng)的動作。

圖 4.1 智能視覺系統(tǒng)整體圖

五、流水線
1、托盤流水線
負(fù)責(zé)把貨品托盤輸送到視覺檢測工位，經(jīng)視覺定位識別輸送到抓取工位，由機(jī)械手將托盤中的貨品，通過真空吸盤吸放到相應(yīng)物品盒中。當(dāng)貨品托盤中的貨物全部取空時(shí)，由機(jī)械手通過另一套真空吸盤將托盤吸放到空托盤存放處。

圖 5.1 托盤流水線效果圖

圖 5.2 托盤流水線倍速鏈實(shí)物圖

圖 5.3 托盤流水線與 AGV 對接口實(shí)物圖

2、物品盒流水線
物品盒流水線采用板鏈結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)成品物品盒的裝箱及傳送，為5工位流水線，裝在3個(gè)物品盒（占用3個(gè)工位）。

圖 5.4 物品盒流水線效果圖

圖 5.6 物品盒流水線實(shí)物圖

本系統(tǒng)中6自由度工業(yè)機(jī)器人負(fù)責(zé)把托盤流水線上托盤中的貨品抓取到，根據(jù)規(guī)定的目標(biāo)物品盒，放入到相應(yīng)的位置。機(jī)械手裝載貨品限定在5工位的中間工位。如需裝載左右物品盒，通過左右移位將邊上的物品盒移到中間工位。
如圖所示，從左到右設(shè)為1-5工位，當(dāng)前物品盒處于2 、3 、4工位，定義為物品盒A、B、C，機(jī)械手裝載3號工位的物品盒，即B物品盒。如果需要裝載A物品盒，則流水線傳送機(jī)構(gòu)動作右移，當(dāng)右檢測物品盒傳感器接通時(shí)，流水線停止運(yùn)行，此時(shí)機(jī)械手裝載A物品盒。如果下一個(gè)要裝載的是C物品盒，則流水線向左運(yùn)行，碰到左面物品盒檢測傳感器時(shí)停止運(yùn)行。系統(tǒng)中另設(shè)有零位檢測傳感器，以檢測物品盒處于中間工位。為防止物品盒滑落，在左右極限位置設(shè)有左右限位開關(guān)，以防止控制失誤，致物品盒跌落。
物品盒流水線由步進(jìn)電機(jī)控制，實(shí)際控制策略可以采用脈沖定位控制的方式。
六、電氣控制系統(tǒng)
本系統(tǒng)采用國際上先進(jìn)的控制理念和最新的控制產(chǎn)品，采用網(wǎng)絡(luò)化控制模式，系統(tǒng)主要控制框圖如 6.1 所示。

圖 6.1 設(shè)備電氣網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

如上圖所示，整個(gè)系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)總線，把工業(yè)機(jī)器人、主控流水線 PLC、碼垛機(jī)立庫系統(tǒng) PLC、碼垛機(jī)立庫系統(tǒng)觸摸屏、主控流水線觸摸屏、視覺系統(tǒng)、變頻器以及編程開發(fā)計(jì)算機(jī)等均通過以太網(wǎng)連接。編程開發(fā)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)開發(fā)調(diào)試程序、視覺系統(tǒng)特征識別開發(fā)以及機(jī)器人示教等編程。碼垛立庫系統(tǒng)和主控流水線觸摸屏負(fù)責(zé)管理碼垛立庫系統(tǒng)、主控流水線的運(yùn)行參數(shù)，以及系統(tǒng)報(bào)警和提示信息等。

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