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LGGY-T03A型智能制造单元系统集成应用平台

一、功能总体介绍

平台以汽车零部件（轮毂）的打磨、装配、激光雕刻、检测等工序为背景，采用高度模块化单元自由组合理念设计，主要包括执行单元、立体仓储单元、视觉检测单元、打磨单元、工具单元、分拣单元、压装单元、SCARA机器人单元、激光打标模块、RFID模块、AGV小车单元、总控单元等硬件单元，可快速更换组合不同单元模块。

系统深度集成了工业机器人离线编程技术和数字双胞虚拟调试技术。离线编程软件内置实训平台的所有三维模型资源，可实现复杂轨迹的快速编程、提高轨迹复现精度、避免发生碰撞干涉。数字双胞虚拟调试软件可通过虚拟技术创建出物理制造环境的数字复制品，以用于测试和验证产品设计的合理性。例如，在计算机上模拟整个生产过程，包括机器人、机床、自动化设备、PLC、变频器、电机等单元。模型创建完成就可以在虚拟世界中进行测试和验证。如果在过程自动化或机器人运动中需要进行优化，则可以在同一台计算机上进行更改，虚拟调试允许重新编程机器人或更改变频驱动器、PLC编程等操作。一旦重新编程，系统会再次进行测试，如果调试通过，则可大大降低后期物理部署的出错率。使用虚拟调试来提前编程和测试产品允许设计者在产品生产之前进行任何修改和优化，而不会造成硬件资源的浪费，并且可节省大量时间。对于学校，基于数字双胞虚拟调试软件，学生可构建各种虚拟智能生产线，并进行仿真调试，最大程度的模拟真实场景，可很好地解决学校生产线“只看不教”，学生不敢上手操作的问题。

平台以智能制造技术应用为核心，可让学员参与系统功能分析、系统集成设计、成本控制、布局规划到安装部署、编程调试、优化改进等完整的项目周期，考察学员的技术应用、技术创新和协调配合能力。本设备平台可极大地提升高职院校智能制造相关专业的人才培养质量，进一步推动智能制造技术的应用。

平台展示了工业自动化、生产数字化、控制网络化、系统集成化等思想，涉及智能控制技术、工业机器人技术、AGV技术、机电一体化技术、计算机应用技术、数字双胞技术、相机测量技术等领域的知识和技能。

平台每个单元间安装在可自由移动的独立台架上，布置远程IO模块通过工业以太网实现信号监控和控制协调，用以满足不同的工艺流程要求和功能实现，充分体现出系统集成的功耗、效率及成本特性。每个单元的四边均可以与其他单元进行拼接，根据工序顺序，自由组合成适合不用功能要求的布局形式，体现出系统集成设计过程中空间规划内容。

平台核心点是利用工业以太网将原有设备层、现场层、应用层的控制结构扁平化，实现一网到底，控制与设备间的直接通信，多类型设备间的信息兼容，系统间的大数据交换。

二、设备单元介绍

（一）立体仓储单元

实现仓库物料管理，配合4轴机械手进行取原材料/放置成品料操作

（二）执行单元

执行单元是产品在各个单元间转换和定制加工的执行终端，是应用平台的核心单元，由工作台、工业机器人及控制柜、平移滑台、快换工具、远程IO模块等组件构成。六自由度可使其在工作空间内自由活动，完成以不同姿态拾取零件或加工；平移滑台作为工业机器人扩展轴，扩大了工业机器人的可达工作空间，可以配合更多的功能单元完成复杂的工艺流程；平移滑台的运动参数信息，如速度、位置等，由工业机器人控制器通过现场IO信号传输给PLC，从而控制伺服电机实现线性运动；快换工具公头安装在工业机器人末端法兰上，可与快换工具母头匹配，实现工业机器人工具的自动更换；执行单元的流程控制信号由远程IO 模块通过工业以太网与总控单元实现交互。采用六轴工业机器人，适合用于上下料、分拣、装配等各项工作。同时所有机器人线缆内置，能够在狭小的空间灵活的进行作业，安装方式可以选择地面安装、挂装、倒装。

（三）打磨单元

打磨单元是完成对零件表面打磨过程中的工装治具，由工作台、打磨工位、旋转工位、翻转工装、吹屑工位、防护罩、远程IO模块等组件构成，如图7所示。打磨工位可准确定位零件并稳定夹持，是实现打磨加工的主要工位；旋转工位可在准确固定零件的同时带动零件实现180°沿其轴线旋转，方便切换打磨加工区域；翻转工装在无需执行单元的参与下，实现零件在打磨工位和旋转工位的转移，并完成零件的翻面；吹屑工位可以实现在零件完成打磨工序后吹除碎屑功能；

打磨单元所有气缸动作和传感器信号均由远程IO模块通过工业以太网传输到总控单元。

（四）视觉检测单元

视觉检测单元可根据不同需求完成对零件进行检测、识别功能，由环形光源、工业相机、光源控制器、CCD控制器、工作台等组成，如图8所示。智能视觉可根据不同的程序设置，实现条码识别、形状匹配、颜色检测、尺寸测量等功能，操作过程和结果通过显示器显示；视觉检测单元的程序选择、检测执行和结果输出通过工业以太网传输到执行单元的工业机器人，并由其将结果信息传递到总控单元从而决定后续工作流程。视觉镜头配套检测光源，可以尽量避免环境光源对检测结果的影响。采用倒置式安装，可以使机器人手持零件进行检测，减少周边配套设备，简化机器人轨迹动作。

（五）工具单元

工具单元用于存放不同功用的工具是执行单元的附属单元，由工作台、工具支架、工具、示教器支架等组件构成，如图9所示。工业机器人可通过程序控制到指定位置安装或释放工具；工具单元提供了打磨、抛光、夹爪、吸盘等7种不同类型的工具，每种工具均配置了快换工具母头，可以与机器人本体上安装的快换工具公头配合，实现了无需人为干预，工业机器人可在不同工具间自由切换，同时确保气路、电路信号通信正常，大大扩展了工业机器人的应用能力。

（六）分拣单元

分拣单元可根据程序实现对不同零件的分拣动作，由工作台、传输带、分拣机构、分拣工位、远程IO模块等组件构成，如图10所示。传输带可将放置到起始位的零件传输到RFID模块下，RFID读写器读取零件上电子芯片信息后，将信息传递给PLC，PLC根据信息内容控制传输带将零件送至相应的分拣机构前；分拣机构根据程序要求在不同位置拦截传输带上的零件，并将其推入指定的分拣工位；分拣工位可通过定位机构实现对滑入零件准确定位，并设置有传感器检测当前工位是否存有零件；分拣单元共有三个分拣工位，每个工位可存放一个零件；

分拣单元所有气缸动作和传感器信号均由远程IO模块通过工业以太网传输到总控单元。

（七）压装单元

压装单元可将车标和轮胎分别安装在轮毂上，实现自动装配功能，主要由压装气缸、步进电机、直线运动机构、行程开关、力传感器及数显仪、远程IO模块和工作台等组成。

步进电机带动直线运动机构实现压装工位的移动，两端工位用于实现物料的上下料，压装气缸分别实现车标和轮胎零件的装配；力传感器用于测量压装过程的力值大小，并实时的显示在数显仪上，若力值大于设定阈值，则系统会发出报警，从而停止装配过程；行程开关可检测到滑台是否移动超限。压装单元所有气缸动作和传感器信号均由远程IO模块通过工业以太网传输到总控单元。

（八）激光打标模块

激光打标模块用于打印不同品牌车标LOGO，实现图标定制功能，其主要由激光打标机、井式供料模块、打标机升降机构、远程IO模块等组成，激光打标模块与工具单元公用同一工作台，布局紧凑，节省空间。其中井式工料模块可根据程序，推出一个车标毛坯料至打标位，打标机升降机构用于上下调节激光打标机的高度，从而调节激光焦点距离，获取最佳打印效果。激光打标模块所有气缸动作和传感器信号均由远程IO模块通过工业以太网传输到总控单元。

（九）SCARA机器人单元

SCARA机器人单元用于搬运相应物料至压装单元，实现上下料功能，同时将装配成品下料进行检测，其主要由SCARA机器人、机器人末端工具、物料存储模块、导锥工具、工作台等组成。

根据压装控制程序，SCARA机器人利用末端工具抓取导锥和轮胎物料至压装单元上下料工位，压装工序完成后，SCARA机器人将成品取下并移动到视觉检测单元进行检测，检测结束后，又将成品放置分拣单元的传输带上。SCARA机器人单元与执行单元构成双机器人工作流水线，可组合执行多种不同任务。

（十）AGV智能小车单元

（十一）总控单元

总控单元是各单元程序执行和动作流程的总控制端，是工作站的核心单元，由工作台、控制模块、操作面板、电源模块、气源模块、显示终端、交换机、三色灯等组件构成。控制模块由两个PLC和工业交换机构成，PLC通过工业以太网与各单元控制器和远程IO模块实现信息交互，用户可根据需求自行编制程序实现流程功能；操作面板提供了电源开关、急停开关和自定义按钮；应用平台其他单元的电、气均由总控单元提供，通过所提供的线缆实现快速连接；显示终端用于上位机控制界面显示和仿真调试软件内容展示，HMI人机界面可对应用平台实现信息监控、流程控制、订单管理等功能。

（十二）智能制造生产线虚拟仿真系统软件：

（十三）数字孪生技术实训系统

（十四）云智能实验室安全管理系统

系统由主电路、控制电路、检测保护电路、显示电路、云平台数据收发器、云平台智能管理网站、云组态软件、大数据云平台记录等组成，实现无线传输、信息处理等物联网技术应用于自动化远程控制。设备端运行状态、数据参数等上传至云平台。物联网系统的传感层、传输层和应用层关联掌握数据与分析数据整个实验室配置一套管理系统。

（十五）工业自动化控制实训系统

通过本系统软件了解组成智能制造生产线的电气、气动、PLC等元件的工作原理并对机电系统的设计、分析进行虚拟仿真。通过选择元件利用符合绘制二维回路图或利用三维模型在系统内实现智能制造的动作而进行虚拟仿真。本系统不仅实现工厂的三维仿真使虚拟现实仿真更加逼真，而且把通过仿真验证的控制逻辑单元可用作监视及控制模块，使能够实现并行工程及软件、硬件的并行设计。

三、技术参数

1、输入电源：交流380V，频率50Hz

2、额定功率：8kW

3、安全保护：急停开关、漏电保护、短路保护、过载保护

4、整体尺寸：5000mm×8000mm（建议单台可用实训面积）

5、建议实训人数：12人/台

6、单元模块：执行单元，激光打标模块，仓储单元，SCARA机器人单元，打磨单元，检测单元，分拣单元，总控单元，压装单元，工具单元

7、工业机器人：工作范围700mm，有效荷重7kg，重复定位精度0.03mm

8、PLC：工作存储器75KB，装载存储器2MB，保持性存储器10KB，支持PROFINET通信

9、SCARA机器人：臂长600mm，有效荷重3kg，重复定位精度0.02mm

10、视觉系统：30W像素CCD相机，彩色，有效像素640×480，支持Ethernet通信

四、能够完成的考核项目

1、工业机器人安装、初始化与备份恢复考核项目

2、工业机器人手动控制及基本参数设置

3、工业机器人IO通信及总线通信

4、工业机器人单轴运动与线性运动控制

5、工业机器人工具TCP参数标定

6、工业机器人工件坐标系参数标定及多坐标系切换

7、工业机器人多类型工具快速更换

8、简单平面轨迹、复杂空间轨迹编程

9、工业机器人打磨工艺应用考核项目

10、力觉传感器的安装、通讯与检测考核项目

11、工业机器人快换工具的技术选型与应用考核项目

12、SCARA机器人参数与通信设置考核项目

13、SCARA机器人示教编程考核项目

14、SCARA机器人离线编程考核项目

15、CCD相机与光源的组成和工作原理考核项目

16、工业视觉颜色识别、尺寸识别、形状识别案例实操考核项目

17、工业机器人与CCD视觉系统数据通讯应用考核项目

18、伺服、步进等电机的参数设置与驱动应用考核项目

19、系统单元HMI触摸屏基本编程与调试考核项目

20、组态软件的安装与通信设置考核项目

21、PLC基本编程与调试考核项目

22、PLC与CCD之间通讯设置考核项目

23、PLC与工业机器人网络通讯应用考核项目

24、PLC控制伺服、步进电机速度位置功能的应用考核项目

25、PLC程序故障的设置与排除考核项目

26、系统参数故障的设置与排除考核项目

27、电气接线故障的设置与排除考核项目

28、传感器信号故障的设置与排除考核项目

29、基于数字双胞虚拟仿真软件的生产线模型导入与信号制作考核项目

30、基于数字双胞虚拟仿真软件的虚拟生产线PLC程序控制考核项目

31、AGV小车编程的考核项目

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