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一、功能總體介紹

近年來，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革飛速發(fā)展，工業(yè)制造由數(shù)字化向網(wǎng)絡(luò)化、智能化深度拓展。應(yīng)用模式和工業(yè)生態(tài)，通過對人 、機(jī)、物、系統(tǒng)等全面連接，構(gòu)建起覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈的全新制造與服務(wù)體系。為工業(yè)乃至產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展提供了實現(xiàn)途徑。
智能制造設(shè)備技術(shù)應(yīng)用平臺，如圖所示，以工業(yè)機(jī)器人和協(xié)作機(jī)器人為核心，在操作平臺的四周合理分布有多種不同工藝應(yīng)用的機(jī)器人工具以及搬運碼垛單元、原料庫單元、成品庫單元、裝配檢測單元、2D視覺檢測單元、3D視覺檢測單元、螺絲供料單元、皮帶輸送單元、緩存單元、加工單元、2D軌跡訓(xùn)練單元、3D軌跡訓(xùn)練單元、總控系統(tǒng)及操作面板等組件。該平臺深度集成了離線編程技術(shù)，軟件中不僅包含了與硬件平臺的相符三維模型資源，還大大簡化了搬運碼垛工藝實現(xiàn)的編程應(yīng)用過程、提高軌跡復(fù)現(xiàn)精度、避免發(fā)生碰撞干涉。工作站包含了搬運碼垛工藝、分揀工藝、裝配工藝等工業(yè)機(jī)器人最典型應(yīng)用，不僅滿足了職業(yè)院校不同專業(yè)學(xué)生針對工業(yè)機(jī)器人的操作和編程的教學(xué)需求，完全來源于工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場的特征也使該工作站更加適合于作為職業(yè)技能競賽平臺。
智能制造設(shè)備技術(shù)應(yīng)用平臺采用教育化的設(shè)計理念和工業(yè)化的設(shè)計方法，通過嚴(yán)密的計算以及合理的布局，將多種功能集成在應(yīng)用平臺桌面上。
智能制造設(shè)備技術(shù)應(yīng)用平臺教學(xué)任務(wù)的同時，還能夠根據(jù)使用者的想法，靈活的改變操作流程，降低或增加操作難度。擁有這種特性的應(yīng)用教學(xué)平臺能夠伴隨學(xué)員不同階段的成長而不過時。
智能制造設(shè)備技術(shù)應(yīng)用平臺取于工業(yè)應(yīng)用場景，里面主要元件如工業(yè)機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人、鎖螺絲工具、皮帶輸送單元等均來自實際應(yīng)用場景。
智能制造設(shè)備技術(shù)應(yīng)用平臺，以實際工業(yè)應(yīng)用場景為基礎(chǔ)，采用高度模塊化單元自由組合理念設(shè)計，主要包括設(shè)備架體單元、工業(yè)機(jī)器人單元、協(xié)作機(jī)器人單元、搬運碼垛單元、原料庫單元、裝配檢測單元、2D視覺檢測單元、螺絲供料單元、皮帶輸送單元、芯片供料單元、快換工具單元、成品庫單元、加工單元、3D視覺檢測單元、緩存單元、行星齒輪裝配單元、2D軌跡訓(xùn)練單元、3D軌跡訓(xùn)練單元、總控單元等硬件單元。
此款設(shè)備既可滿足學(xué)校針對機(jī)器人教學(xué)功能的要求，也可完成機(jī)器視覺的功能教學(xué)。設(shè)備體現(xiàn)了智能控制的基本概念，為后續(xù)要推廣的智能控制及智能制造兩大領(lǐng)域有很好的理解和影響力。下圖展示了各單元組成。

圖1 單元組成

二、設(shè)備單元介紹

1、設(shè)備架體單元
設(shè)備架體用于支持各單元，上臺面為型材臺面，各單元可方便在臺面安裝。具有腳輪，可用于移動設(shè)備。上面安裝有云監(jiān)控安全光柵、三色燈，另一臺架控制面板上也具有三色燈，用于顯示協(xié)作機(jī)器人運行狀態(tài)?？刂泼姘灏惭b有急停開關(guān)，可在緊急情況下快速停止設(shè)備。架體前方可開門，可放置工具、行星裝配模塊、2D軌跡訓(xùn)練單元、3D軌跡訓(xùn)練單元等物品。如圖所示。

圖2 設(shè)備架體單元

2、工業(yè)機(jī)器人單元
采用ABB品牌的IRB 120，如圖所示，小巧靈活特性使其廣泛應(yīng)用于3C、電子、食品等行業(yè)，同時較小的工作半徑和額定負(fù)載，在保證功能實現(xiàn)效果的前提下，確保教學(xué)和競賽安全，防止發(fā)生人員以外，滿足工作站使用要求。

圖3 工業(yè)機(jī)器人

3、協(xié)作機(jī)器人單元
該工作站選用協(xié)作機(jī)器人，機(jī)器人參數(shù)如下：

協(xié)作機(jī)器人如圖所示。

圖4協(xié)作機(jī)器人單元

4、螺絲供料單元
螺絲供料單元由1臺螺絲機(jī)組成，它通過旋轉(zhuǎn)式圓盤將成排的螺絲分成單顆供給，消除了螺絲重疊的現(xiàn)象，從而實現(xiàn)穩(wěn)定的裝夾。螺絲供給采用旋轉(zhuǎn)式分料比直線往返式，縮短了回原點時間，提高了螺絲的供給速度。

圖5 螺絲供料單元

5、裝配檢測單元
裝配單元提供多個裝配工位，如圖 所示，分別用于不同產(chǎn)品的裝配和檢測。不同產(chǎn)品對芯片種類、數(shù)量的要求不一，需要工業(yè)機(jī)器人根據(jù)要求從原料庫中選取所需的芯片后放置到指定位置，在完成所有芯片的安裝后，為產(chǎn)品安放蓋板并鎖緊固定螺絲。

圖6裝配檢測單元

6、2D視覺檢測單元  
2D視覺檢測單元可以對工業(yè)機(jī)器人所選取芯片的顏色、形狀、位置等信息進(jìn)行檢測和提取，如圖所示，并將檢測結(jié)果傳輸給工業(yè)機(jī)器人，以輔助其完成后續(xù)動作。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(jī)器人手持零件進(jìn)行檢測，減少周邊配套設(shè)備，簡化機(jī)器人軌跡動作。

圖7 2D視覺檢測單元

7、成品庫單元
成品庫如圖所示，兩側(cè)是存儲芯片區(qū)域，中間是存儲電路板區(qū)域，分有合格區(qū)和不合格區(qū)。

圖8 成品庫單元

8、搬運碼垛單元
搬運碼垛單元是將工業(yè)機(jī)器人對產(chǎn)品搬運碼垛工藝進(jìn)行功能抽象化，工業(yè)機(jī)器人抓持夾爪工具將已完成生產(chǎn)的方形產(chǎn)品由原料臺按照要求搬運碼垛到指定位置，如圖所示，提供兩種不同類型的倉儲料庫，可以模擬傳送帶隊列式供貨和平臺堆垛，通過對物料轉(zhuǎn)移過程和堆垛形式的要求增加教學(xué)多樣性，提高編程復(fù)雜度。

圖9搬運碼垛單元

9、皮帶輸送單元
皮帶輸送單元是設(shè)備的重要組成部分，負(fù)責(zé)接駁CPU托盤的運輸，包括輸送機(jī)本體、氣缸定位機(jī)構(gòu)、編碼器測速機(jī)構(gòu)、光電開關(guān)等組件構(gòu)成，如圖所示。芯片托盤在兩端位置可以用氣缸定位機(jī)構(gòu)定位，方便機(jī)器人精準(zhǔn)上料，編碼器可以實時測得皮帶線速度，以結(jié)合機(jī)器人和視覺相機(jī)進(jìn)行動態(tài)抓取及物料識別。側(cè)面具有光電開關(guān)，可檢測芯片托盤位置。如圖所示

圖10 皮帶輸送單元

10、芯片供料單元
芯片供料單元由料盒、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、芯片定位機(jī)構(gòu)、條形光源等組成。芯片可以在翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上進(jìn)行正反方向改變，料盒振動功能，由氣缸伸縮實現(xiàn)?？蓪崿F(xiàn)芯片的重新排列。料盒兩側(cè)具有條形光源，可補(bǔ)償外部環(huán)境對于視覺的干擾。芯片定位機(jī)構(gòu)是利用芯片的自重可進(jìn)行二次定位，以便于協(xié)作機(jī)器人精準(zhǔn)取放。如圖所示

圖10 芯片供料單元

11、快換工具單元
該設(shè)備快換工具單元共有8套工具，如下表所示。工業(yè)機(jī)器人可通過程序控制到指定位置安裝或釋放工具，實現(xiàn)了無需人為干預(yù)，工業(yè)機(jī)器人可在不同工具間自由切換，同時確保氣路正常，大大擴(kuò)展了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用能力。

12、原料庫單元
原料庫單元由鋁合金板材拼接而成，由架體、光電開關(guān)等組成。共有兩層四個庫位，每個庫位有光電開關(guān)進(jìn)行有無檢測。用于存放檢測完成后的產(chǎn)品。上層用于存放合格產(chǎn)品，下層用于存放不合格品（倉位功能可自由設(shè)定）。同時也可放置芯片托盤。機(jī)器人根據(jù)檢測結(jié)果，將產(chǎn)品放入對應(yīng)的倉位。下方集成了電磁閥、真空發(fā)生器、真空表等。方便集中調(diào)試管理。如圖所示。

圖11 原料庫單元

13、加工單元
加工單元由安裝架體、銑刀電動工具、打磨電動工具等組成，可對零件表面進(jìn)行銑削以及打磨，并且兩個工具都可以調(diào)整角度，方便與機(jī)器人進(jìn)行角度配合。非常詳細(xì)的展示實際生產(chǎn)中這兩種不同的加工工藝，極大的加深了學(xué)生對兩種工藝?yán)斫夂驼J(rèn)知。如圖所示。

圖12 加工單元

14、3D視覺檢測單元
3D視覺檢測單元是整個設(shè)備的核心單元之一，基于雙目結(jié)構(gòu)光3D成像技術(shù)獲取物體的深度圖像，具有高精度、廣視角等技術(shù)特點。可根據(jù)視覺系統(tǒng)的處理結(jié)果，機(jī)器人可進(jìn)行物料無序分揀、形狀識別、顏色識別。如圖所示。

圖13 3D視覺檢測單元

15、緩存單元
緩存單元是機(jī)器人將分揀后的芯片放入定位板內(nèi)；可以根據(jù)需求設(shè)定，讓機(jī)器人取揀選不同的芯片放至對應(yīng)的槽位。由支撐架體、定位板等組成。如圖所示。

圖14 緩存單元

16、行星齒輪裝配單元
行星齒輪裝配單元是用于機(jī)器人和視覺進(jìn)行柔性裝配的重要一環(huán)，由支撐架體、行星輪、太陽輪、外齒輪等組成。此裝配過程通過視覺定位齒輪位置進(jìn)行行星齒輪快速柔性裝配，可避免齒輪齒形誤差造成的安裝困難。并且很好的展示了協(xié)作機(jī)器人的力控特性。如圖所示。

圖15行星齒輪裝配單元

17、2D軌跡訓(xùn)練單元
2D軌跡訓(xùn)練單元是將協(xié)作機(jī)器人對產(chǎn)品裝配前的涂膠工藝進(jìn)行功能抽象化，協(xié)作機(jī)器人抓持涂膠工具沿軌跡板上不同輪廓軌跡運動，模擬涂膠工藝，軌跡板角度可調(diào)，保證工藝真實性同時增加教學(xué)可行性和趣味性。配備發(fā)動機(jī)模擬蓋板組件，實現(xiàn)定點位置處的軌跡訓(xùn)練如圖所示

圖16  2D軌跡訓(xùn)練單元

18、3D軌跡訓(xùn)練單元
3D軌跡訓(xùn)練單元是將協(xié)作機(jī)器人對焊接工藝進(jìn)行功能抽象化，機(jī)器人模擬兩個圓柱零件焊接軌跡訓(xùn)練，如圖所示。

19、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，拓?fù)鋱D如下所示 。

圖18 拓?fù)鋱D