工業機器人柔性製造應用實訓平臺

　　一•₪·、實訓裝置的結構和工作過程

　　在鋁合金導軌式實訓臺上安裝大工件出料裝置•₪·、伺服搬運機械手•₪·、模擬衝床加工•₪·、小工件給料裝配•₪·、自動傳送分揀•₪·、6 自由度工業機械手搬運•₪·、智慧倉儲入庫等工作站☁₪╃╃•，構成一個典型的機電一體化裝置的機械平臺;電氣控制採用 RS485 序列通訊方式實現分散式的控制☁₪╃╃•，從而組成自動加工•₪·、裝配生產線☁₪╃╃•，真實呈現自動生產線的柔性加工過程☁▩✘✘。

　　各工作站的結構和功能如下•₪│：

　　⑴ 供料站

　　供料站主要由料倉及料槽•₪·、推料氣缸和物料臺以及相應的感測器•₪·、電磁閥構成☁₪╃╃•，如圖 1 所示☁▩✘✘。

　　本站工作過程如下•₪│：系統啟動後☁₪╃╃•，推料氣缸推出☁₪╃╃•，把料槽中最底層的工件推到物料臺上工件抓取位☁▩✘✘。工

　　件到位感測器檢測到工件到位後☁₪╃╃•，推出氣缸氣缸縮回☁▩✘✘。搬運站機械手伸出並抓取該工件☁₪╃╃•，並將其運送往加工站☁▩✘✘。

　　⑵加工站

　　加工站主要由物料臺•₪·、夾緊機械手•₪·、物料臺伸出/縮回氣缸•₪·、加工(衝壓)氣缸以及相應的感測器•₪·、電磁閥構成☁▩✘✘。

　　本站的功能是完成一個對工件的衝壓加工過程☁₪╃╃•，流程如下•₪│：

　　搬運站機械手把工件運送到物料臺上→機械手指夾緊工件→物料臺回到加工區域衝壓氣缸的下方→衝壓氣缸向下伸出衝壓工件→完成衝壓動作後向上縮回→衝壓氣缸縮回到位→物料臺重新伸出→到位後機械手指鬆開→搬運站機械手伸出並夾緊工件☁₪╃╃•，將其運送往裝配站☁▩✘✘。

　　⑶裝配站

　　裝配站主要有供料單元•₪·、吸盤式裝配單元•₪·、放料臺以及相應的感測器•₪·、電磁閥構成☁▩✘✘。

　　本站功能是完成裝配工序☁₪╃╃•，即把黑色或白色兩種小圓柱工件嵌入到大工件中的裝配過程☁▩✘✘。

　　當搬運站的機械手把工件運送到裝配站物料臺上時☁₪╃╃•，推料氣缸伸出☁₪╃╃•，使料槽中最底層的小圓柱工件落到旋轉供料臺上☁₪╃╃•，然後吸盤式裝配機構伸出吸盤→抓取小圓柱→手爪提升→手臂伸出→手爪下降→手爪鬆開的動作順序☁₪╃╃•，把小園柱工件順利裝入大工件中☁₪╃╃•，搬運站機械手伸出並抓取該工件☁₪╃╃•，並將其運送往物料分解站☁▩✘✘。

　　⑷分揀站

　　分揀站主要有傳送帶•₪·、變頻器•₪·、三相電機•₪·、推料氣缸•₪·、電磁閥和定位光電感測器及區分黑白兩種顏色的光纖感測器構成☁▩✘✘。

　　本站的功能是完成從裝配站送來的裝配好的工件進行分揀☁▩✘✘。當搬運站送來工件放到傳送帶上併為入料口光電感測器檢測到時☁₪╃╃•，即啟動變頻器☁₪╃╃•，工件開始送入分揀區☁₪╃╃•，如果進入分揀區工件為金屬☁₪╃╃•，由檢測金屬的電感式感測器作為 1 號槽推料氣缸啟動訊號☁₪╃╃•，將黑色料推到 1 號槽裡;如果進入分揀區工件為白色☁₪╃╃•，則由檢測

　　白色物料的光纖感測器動作☁₪╃╃•，作為 2 號槽推料氣缸啟動訊號☁₪╃╃•，將白色料推到 2 號槽裡☁₪╃╃•，如果進入分揀區工件

　　為黑色☁₪╃╃•，由檢測黑色的光纖感測器作為 3 號槽推料氣缸啟動訊號☁₪╃╃•，將黑色料推到 3 號槽裡☁▩✘✘。☁▩✘✘。自動生產線的加工結束☁▩✘✘。

　　⑸伺服輸送機構

　　伺服輸送機構主要有伺服電機•₪·、伺服電機驅動器•₪·、同步帶式線性導軌•₪·、四自由度搬運機械手•₪·、電磁閥和原點定位開關構成☁▩✘✘。

　　本站的功能是完成向各個工作單元輸送工件☁₪╃╃•，系統分為四自由度抓取機械手單元和直線位移位置精確控制單元兩部分☁₪╃╃•，系統上電後☁₪╃╃•，先執行回原點操作☁₪╃╃•，當到達原點位置後☁₪╃╃•，若系統啟動☁₪╃╃•，供料站物料臺檢測感測器檢測到有工件時☁₪╃╃•，機械手整體先提升到位後手爪伸出到位後手爪夾緊☁₪╃╃•，手爪夾緊到位手爪開始縮會機械手整體下將到位後☁₪╃╃•，步進電機開始工作按設定好的脈衝量到加工站☁▩✘✘。加工站到位後機械手整體提升☁₪╃╃•，提升到位後手爪伸出伸出到位後機械手整體下降☁₪╃╃•，下降到位後工件已放入加工站物料臺上☁₪╃╃•，然後手爪鬆開☁₪╃╃•，鬆開到位後機械手回縮☁₪╃╃•，等加工站加工完成後再將工件送到裝配站和分揀站完成整個自動生產線加工過程☁▩✘✘。

　　(6)6 自由度工業機械手搬運

　　由 6 自由度工業機械手本體(RV-2F-1D-S11)•₪·、工業機械手驅動器(CR751-D)•₪·、抓手輸入輸出電纜•₪·、I/O 通訊模組•₪·、控制電纜•₪·、示教器•₪·、夾緊機械手相應的感測器•₪·、電磁閥構成☁▩✘✘。六軸機器人對經過檢測分揀單元檢測合格的工件進行搬運☁₪╃╃•，搬運到智慧倉庫單元供入庫☁▩✘✘。

　　(7)智慧立體倉庫

　　立體倉庫裝置為四層十六倉位庫體☁₪╃╃•，主要由機械部件•₪·、電氣控制部件及上位機組態三部分組成☁▩✘✘。具備三維運動控制功能(X•₪·、Z 軸完成倉位定位•₪·、Y 軸完成物料放入與取出);

　　機械部件為可拆裝式模組化結構☁₪╃╃•，由底板(由工業組合型鋁型材組成)•₪·、庫體(全鋁結構)•₪·、垛手(全鋁結構)•₪·、蝸輪傳動部件•₪·、滾珠絲槓•₪·、光槓•₪·、異型鋁材•₪·、氣缸•₪·、手指及按鈕角板等部分組成;

　　電氣部件由西門子 PLC(CPU226 DC/DC/DC☁₪╃╃•，也可選配其它常用 PLC)•₪·、步進電機•₪·、步進電機驅動器•₪·、單

　　相漏電保護器•₪·、熔斷器•₪·、開關電源•₪·、繼電器•₪·、電感式接近開關•₪·、微型光電開關•₪·、行程開關•₪·、按鈕•₪·、工程拖鏈　　及整合電纜接線系統等部分組成;

　　觸控式螢幕組態監控使用 MCGSTPC7062 型觸控式螢幕☁₪╃╃•，在上位機上可進行各種功能設定及選擇☁₪╃╃•，並能實時監控倉庫的狀態並可對其進行控制☁▩✘✘。

　　二•₪·、系統控制方案

　　根據機械平臺的上述工藝過程☁₪╃╃•， 採用 RS485 序列通訊方式實現分散式的控制系統☁▩✘✘。採用 RS-485 匯流排的 PLC 互連網路☁▩✘✘。

　　採用了觸控式螢幕人機介面☁₪╃╃•，而每種通訊網路又按所選用不同的主流 PLC 廠家而有不同的配置☁₪╃╃•，分述如下•₪│： 1•₪·、採用 RS-485 匯流排的 PLC 互連網路的控制方案

　　本控制方案的目標☁₪╃╃•，是使學生透過實訓☁₪╃╃•，掌握 RS-485 通訊技術和採用廣播方式實現 PLC 之間交換資訊的PLC 互連技術☁▩✘✘。作為 PLC 通訊網路的基本技術☁₪╃╃•，並鑑於採用 RS-485 匯流排的 PLC 互連網路廣泛用於小型集散控制系統上☁₪╃╃•，熟練掌握這一技能☁₪╃╃•，是高職學生必不可少的☁▩✘✘。

　　本裝備分別有西門子 S7-200 系列☁₪╃╃•，三菱 FX2N 系列的 PLC 配置☁₪╃╃•，使用者也可選擇其它廠家的控制器系統☁▩✘✘。1)西門子 S7-200 系列

　　本方案採用 PPI(點對點介面)協議實現通訊☁₪╃╃•，以觸控式螢幕(TPC7062)和搬運站 PLC(S7-226)為智慧倉庫站控制系統.

　　2)三菱 FX2N 系列•₪│：

　　本方案採用 FX2N 的 N•₪│：N 通訊網路☁▩✘✘。各工作站均插上 FX2N-485-BD 通訊板☁₪╃╃•，以搬運站 PLC(FX2N-48MT) 為主站☁₪╃╃•，其餘各站為從站構成 N•₪│：N 通訊網路☁▩✘✘。觸控式螢幕連線到主站程式設計口上☁₪╃╃•，分揀站的 FR-D700 變頻器也作

　　為第 5# 從站連線到網路上☁▩✘✘。同時安裝有伺服控制器用的定位模組☁₪╃╃•，各站 PLC 的型號見配置清單☁▩✘✘。

　　三•₪·、本裝備的特點•₪│：

　　1•₪·、有機融合了機械技術(包括氣動技術)•₪·、感測器技術•₪·、交流電動機變頻調速和步進電機驅動控制•₪·、伺服電機控制技術•₪·、工業機器人控制技術•₪·、觸控式螢幕技術•₪·、PLC 控制及通訊網路等技術☁₪╃╃•，體現了現代製造業生產過程的特徵☁▩✘✘。

　　2•₪·、整體結構採用開放式和拆裝式☁₪╃╃•，能方便地更換模組☁₪╃╃•，按具有生產性功能和整合學習功能的原則確定模組內容☁₪╃╃•，使教學或競賽時可方便的選擇需要的模組☁▩✘✘。

　　3•₪·、用於教學☁₪╃╃•，可按工作過程導向☁₪╃╃•，工學結合的模式規劃教學活動☁₪╃╃•，完成以下工作任務•₪│：

　　1) 氣動系統的安裝與除錯專案•₪│：

　　選用該裝備配置的單出杆氣缸•₪·、單出雙杆氣缸•₪·、旋轉氣缸等氣動執行元件和單控電磁換向閥•₪·、雙控電磁換向閥和磁性開關等氣動控制元件☁₪╃╃•，可完成下列氣動技術的工作任務•₪│：

　　氣動方向控制迴路的安裝;氣動速度控制迴路的安裝;擺動控制迴路的安裝;氣動順序控制迴路的安裝; 氣動機械手裝置的安裝;氣動系統安裝與除錯;

　　2) 電氣控制電路的安裝和 PLC 程式編寫專案•₪│：

　　選用該裝置配置的 PLC 模組•₪·、交電機變頻器模組•₪·、伺服電機控制模組•₪·、步進電機驅動模組•₪·、感測器等☁₪╃╃•， 可完成下列 PLC 應用技術工作任務•₪│：

　　電動機控制電路的連線與控制程式編寫;電動機調速控制電路的連線與控制程式編寫;步進電機控制電路的連線與控制程式編寫;伺服電機控制電路的連線與控制程式編寫;氣動方向控制程式編寫;氣動順序動作控制程式編寫;氣動機械手控制程式編寫;皮帶輸送機控制程式編寫;機電一體化裝置控制程式編寫;自

　　動生產線控制程式編寫☁▩✘✘。

　　工業機械手的控制•₪│：機械手多速度段執行控制•₪·、啟動與制動變速實訓•₪·、多點定位控制•₪·、機器人原點與復位•₪·、機器人單步與連續控制•₪·、多細分度與脈衝實訓•₪·、 網路 IO 監控機器人工作狀態等控制程式的編寫☁▩✘✘。

　　3) PLC 通訊網路的安裝•₪·、程式編制及除錯•₪│：

　　4) 機電裝置安裝與除錯專案

　　選用該裝置配置的機電一體化裝置部件•₪·、PLC 模組•₪·、變頻器模組和指令開關•₪·、感測器等☁₪╃╃•，可完成下列機電裝置安裝和機電一體化技術的工作任務•₪│：

　　傳動裝置同軸度的調整;皮帶輸送機的安裝與調整;搬運機械手裝置安裝與除錯;物件分揀裝置的安裝與除錯;送料裝置的安裝與除錯;自動生產線裝置安裝與除錯☁▩✘✘。

　　4•₪·、本裝備用於考核或技能競賽☁₪╃╃•，可考察的職業能力•₪│：

　　機械構件的裝配與調整能力;機電裝置的安裝與除錯能力;電路安裝能力;氣動系統的安裝與除錯能力; 機電一體化裝置的控制程式的編寫能力;自動控制系統的安裝與除錯能力☁▩✘✘。PLC 網路的安裝•₪·、程式設計與除錯能力☁▩✘✘。

　　該實訓考核裝置主站 PLC 模組的 I/O 端子•₪·、變頻器的接線端子•₪·、各常用模組與 PLC 的連線端子☁₪╃╃•，均與安全插座連線☁₪╃╃•，使用帶安全插頭的導線進行電路連線;各指令開關•₪·、光電開關•₪·、感測器和指示元件的電路☁₪╃╃•， 則透過端子排進行連線☁▩✘✘。插拔線連線電路與端子排連線電路相結合☁₪╃╃•，既保證學生基本技能的訓練•₪·、形成和鞏固☁₪╃╃•，又保證電路連線的快速•₪·、安全和可靠☁▩✘✘。

　　四•₪·、配置清單

　　六自由度工業機械手

　　立體倉庫