專利名稱：一種直線型多單元mps自動化物流系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于柔性制造教學系統(tǒng)領域，具體涉及一種直線型多單元MPS自動化物流系統(tǒng)。
背景技術：
隨著科學技術的迅速發(fā)展，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)品的復雜程度也隨之增加，而產(chǎn)品的市場壽命日益縮短，更新?lián)Q代加速，中、小批量生產(chǎn)占有越來越重要的地位。面臨這-新的局面，必須大幅度提高制造柔性和生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低能耗，從而降低生產(chǎn)成本，以獲得更好的經(jīng)濟效益。為了促進對機器人、柔性制造系統(tǒng)等先進制造技術有一個全面的深入了解和體會，結(jié)合實際教學的需求，采用了工業(yè)上幾乎常見的柔性制造系統(tǒng)工作站，開發(fā)完全模擬工業(yè)現(xiàn)場實際應用的柔性制造/自動化物流教學系統(tǒng)，并配備相應的實驗指導書。便于針對各高職高校機電一體化專業(yè)教學、動手操作及科研、二次開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題便是針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種直線型多單元MPS自動化物流系統(tǒng)，它覆蓋常見機電一體化技術，使得受訓者更容易全面掌握機器人與機電一體化技術的應用開發(fā)和集成，同時解決了傳統(tǒng)的自動化物流教學系統(tǒng)控制多為PLC單一控制及高端設備缺乏的現(xiàn)狀。本發(fā)明所采用的技術方案是:一種直線型多單元MPS自動化物流系統(tǒng)，包括依次可拆卸連接的氣動機器人上料站、檢測加工站、轉(zhuǎn)運尺寸檢測站、輸送噴涂站、機器視覺顏色識別站、機器人裝配站、倉儲站以及系統(tǒng)集成總控工作站，每個子工作站上均設有控制相應子工作站工作的控制系統(tǒng)，每個子工作站的控制系統(tǒng)均與所述系統(tǒng)集成總控工作站通τΗ ο作為優(yōu)選，所述氣動機器人上料站包括上料工作臺以及上料工作臺上的旋轉(zhuǎn)原料庫和三自由度氣動機器人，所述三自由度氣動機器人設置于所述旋轉(zhuǎn)原料庫和檢測加工站的同步帶輸送機之間。作為優(yōu)選，所述檢測加工站包括檢測工作臺以及檢測工作臺上的同步帶輸送機，所述同步帶輸送機的正上方通過支架安裝有帶加工頭的變頻電主軸。作為優(yōu)選，所述轉(zhuǎn)運尺寸檢測站包括轉(zhuǎn)運工作臺以及轉(zhuǎn)運工作臺上的沿系統(tǒng)運行方向布置的直線軌道和四工位檢測裝置，所述直線軌道上設有可沿其長度方向移動的搬運機器人，所述四工位檢測裝置上設有孔深檢測裝置和廢品分揀裝置。作為優(yōu)選，所述輸送噴涂站包括輸送工作臺以及輸送工作臺上的沿系統(tǒng)運行方向布置的第一皮帶運輸機，所述第一皮帶運輸機側(cè)向設有噴涂方向朝向該第一皮帶運輸機的三工位噴涂裝置。

作為優(yōu)選，所述機器視覺顏色識別站包括識別工作臺以及識別工作臺上的沿系統(tǒng)運行方向布置的第二皮帶運輸機，該第二皮帶運輸機上方安裝有CCD視覺檢測裝置。作為優(yōu)選，所述機器人裝配站包括裝配工作臺以及裝配工作臺上的四自由度機器人和十二工位旋轉(zhuǎn)料庫，所述四自由度機器人上設有真空吸附工具，所述工作臺上還設有裝配平臺。作為優(yōu)選，所述倉儲站包括倉儲工作臺以及倉儲工作臺上的四自由度碼垛機和立體倉庫，所述四自由度碼垛機上通過稱重傳感器安裝有末端氣動手爪。作為優(yōu)選，所述系統(tǒng)集成總控工作站包括總控工作臺以及總控工作臺上的總控機，所述系統(tǒng)集成總控工作站通過以太網(wǎng)與每個子工作站連接通訊。本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提供一個開放性的、創(chuàng)新性的和可參與性的平臺，使得受訓者更容易全面掌握機器人與機電一體化技術的應用開發(fā)和集成，可以促進在機械設計、電氣自動化、自動控制、機器人技術、計算機技術、傳感器技術、數(shù)控技術等方面的學習，并對電機驅(qū)動及控制技術、PLC控制系統(tǒng)的設計與應用、計算機網(wǎng)絡通信技術和現(xiàn)場總線技術、高級語言編程等技能得到實際的訓練，在柔性制造物流系統(tǒng)的設計、裝配、調(diào)試能力等方面均能得到綜合提聞。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構示意圖；圖2為本發(fā)明的側(cè)視圖；圖3為本發(fā)明的氣動機器人上料站結(jié)構示意圖；圖4為本發(fā)明的氣動機器人上料站側(cè)視圖；圖5為本發(fā)明的檢測加工站結(jié)構示意圖；圖6為本發(fā)明的檢測加工站側(cè)視圖；圖7為本發(fā)明的轉(zhuǎn)運尺寸檢測站結(jié)構示意圖；圖8為本發(fā)明的轉(zhuǎn)運尺寸檢測站側(cè)視圖；圖9為本發(fā)明的輸送噴涂站結(jié)構示意圖；圖10為本發(fā)明的輸送噴涂站側(cè)視圖；圖11為本發(fā)明的顏色識別站結(jié)構示意圖；圖12為本發(fā)明的顏色識別站側(cè)視圖；圖13為本發(fā)明的裝配站結(jié)構示意圖；圖14為本發(fā)明的裝配站側(cè)視圖；圖15為本發(fā)明的倉儲站結(jié)構示意圖；圖16為本發(fā)明的倉儲站側(cè)視圖；圖17為本發(fā)明的總控工作站結(jié)構示意圖；圖18為本發(fā)明的總控工作站側(cè)視圖。圖中:1、氣動機器人上料站；2、檢測加工站；3、轉(zhuǎn)運尺寸檢測站；4、輸送噴涂站；
5、機器視覺顏色識別站；6、機器人裝配站；7、倉儲站；8、系統(tǒng)集成總控工作站；11、上料工作臺；12、三自由度氣動機器人；13、機器人末端氣動手爪；14、旋轉(zhuǎn)原料庫；21、檢測工作臺；22、同步帶輸送機；23、變頻電主軸；24、電主軸冷卻系統(tǒng)；25、電主軸升降調(diào)整臺；31、轉(zhuǎn)運工作臺；32、直線軌道；33、四工位檢測裝置；34、孔深檢測裝置；35、廢品分揀裝置；36、電控直線平移臺；37、搬運機械手；41、輸送工作臺；42、第一皮帶運輸機；43、三工位噴涂裝置；51、識別工作臺；52、第二皮帶運輸機；53、CXD視覺檢測裝置；54、控制顯示器；61、裝配工作臺；62、四自由度機器人；63、十二工位旋轉(zhuǎn)料庫；64、裝配平臺；65、真空吸附工具；71、倉儲工作臺；72、四自由度碼垛機；73、立體倉庫；81、總控工作臺；82、總控機。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。如圖1和圖2所示，一種直線型多單元MPS自動化物流系統(tǒng)，包括依次可拆卸連接的氣動機器人上料站1、檢測加工站2、轉(zhuǎn)運尺寸檢測站3、輸送噴涂站4、機器視覺顏色識別站5、機器人裝配站6、倉儲站7以及系統(tǒng)集成總控工作站8，其組成直線布置模式，每個子工作站上均設有控制相應子工作站工作的控制系統(tǒng)，每個子工作站的控制系統(tǒng)均與所述系統(tǒng)集成總控工作站8通訊，每個子工作站均具備單機/聯(lián)機功能，既可脫離系統(tǒng)獨立運行，又可通過工業(yè)以太網(wǎng)總線將系統(tǒng)中的所有單機設備進行高度、高效的集成，八組工作站分別分布于獨立鋁合金工作臺上，全套設備占地面積為5.6X0.8米。每個子工作站的工作臺均采用優(yōu)質(zhì)鋁型材搭建，底板安裝支腳滾輪，可輕松移動與集成。相應子工作站的控制系統(tǒng)安裝于鋁型材下方，控制系統(tǒng)掛板安裝滑道，可抽取式開放布置。工作臺前方配置工作站控制操作面板，安裝按鈕與指示燈。如圖3和圖4所示，所述氣動機器人上料站I包括上料工作臺11以及上料工作臺
11上的旋轉(zhuǎn)原料庫14和三自由度氣動機器人12，所述三自由度氣動機器人12設置于所述旋轉(zhuǎn)原料庫14和檢測加工站2的同步帶輸送機22之間，該子工作站采用PLC控制器控制，可配置人機界面操作與監(jiān)控。所述旋轉(zhuǎn)原料庫1 4底部由鋁型材搭建框架固定，并由步進電機驅(qū)動，直連諧波減速器，減速器輸出軸通過軸承 支撐，末端安裝料庫圓盤，圓盤上共十二倉位，倉位內(nèi)部中空，用于下方傳感器檢測，圓盤下安裝槽型光電開關與漫反射光電傳感器，光電開關用于旋轉(zhuǎn)原料庫14復位零點作用，漫反射光電傳感器對準十二倉位圓心，用以檢測倉位內(nèi)工件的有無，圓盤下兩種傳感器180度分布，其中漫反射傳感器位于三自由度氣動機器人12側(cè)，即三自由度氣動機器人12從旋轉(zhuǎn)原料庫14固定抓取工位抓取工件的下方。系統(tǒng)上電復位，旋轉(zhuǎn)原料庫14圓盤旋轉(zhuǎn)，下方擋片擋住光電開關后停止，即為零位，也是保證漫反射傳感器正對倉位圓心，每次復位按此進行。所述旋轉(zhuǎn)原料庫14位于上料工作臺11左側(cè)，系統(tǒng)起始點，設備本體外形與之間距離根據(jù)設備行程確定，保證取放位置適宜，同時各設備通過上料工作臺11臺面型材溝槽固定，加工可調(diào)節(jié)光孔，可調(diào)整各設備之間間距，方便調(diào)試。所述三自由度氣動機器人12位于旋轉(zhuǎn)原料庫14右側(cè),介于旋轉(zhuǎn)原料庫14與檢測加工站2的同步帶輸送機22之間，用于工件從旋轉(zhuǎn)原料庫14內(nèi)搬運至同步帶輸送機22活動平臺上。三自由度氣動機器人12為圓柱坐標機器人構型，底部鋁型材支架固定于上料工作臺11上，安裝180度旋轉(zhuǎn)角度擺臺氣缸，上方安裝升降Z向無桿氣缸，Z向無桿氣缸活動平臺安裝伸縮向無桿氣缸，其活動平臺通過連接板安裝氣動手爪。擺臺氣缸與兩臺無桿氣缸兩側(cè)均安裝磁性傳感器，用以檢測氣缸是否運動到位，三自由度氣動機器人12在氣泵供氣后即保證進入初始零位位置。本子工作站的工作過程為:系統(tǒng)啟動前，人工將十二個三種顏色工件隨意放于旋轉(zhuǎn)原料庫14十二倉位內(nèi)，系統(tǒng)上電，氣泵打開，各工作站設備首先復位運動，即設備歸復零位初始位置，此時，三自由度氣動機器人12手爪初始位于旋轉(zhuǎn)原料庫14 一側(cè)，然后本子工作站開始動作，因初始工件滿倉，即漫反射傳感器檢測有效，此時三自由度氣動機器人12動作，伸縮無桿氣缸前伸，Z向升降無桿氣缸下落，手爪氣缸動作夾取工件，Z向升降無桿氣缸上升，伸縮無桿氣缸退回，擺臺氣缸旋轉(zhuǎn)180度,伸縮無桿氣缸前伸,Z向升降無桿氣缸下落，手爪氣缸松開夾持的工件，Z向升降無桿氣缸上升,伸縮無桿氣缸退回,擺臺氣缸反向旋轉(zhuǎn)180度，回復三自由度氣動機器人12零位初始位置，待抓取下一工件。工件落至下一單元同步帶輸送機22活動平臺上,開始變頻加工單元工作?；顒悠脚_復位時已在此位置,每次運輸工件后都回復此位置。此時旋轉(zhuǎn)原料庫14當前漫反射傳感器檢測信號無效，按程序規(guī)定，無信號時，圓盤每次按固定時針方向運轉(zhuǎn)30度，轉(zhuǎn)至下一倉位，當有工件即漫反射傳感器有效即可停止，開始又一輪工件出庫搬運工作。如圖5和圖6所示,所述檢測加工站2包括檢測工作臺21以及檢測工作臺21上的同步帶輸送機22，所述同步帶輸送機22的正上方通過支架安裝有帶加工頭的變頻電主軸23，該變頻電主軸23上安裝雕刻銑刀，所述支架即為電主軸升降調(diào)整臺25，并由高速變頻調(diào)速控制，本子工作站采用PLC控制器控制，可配置人機界面操作與監(jiān)控。所述同步帶輸送機22整體為鋁制板材框架，下方可調(diào)支腳支撐，內(nèi)部由步進電機驅(qū)動，帶動同步齒形帶輪組傳動，活動平臺與同步帶固定，兩側(cè)安裝直線軸承，隨同步帶直線移動。輸送機兩側(cè)板間安裝兩根直線光軸用于活動平臺支撐。通過活動平臺兩側(cè)直線軸承在光軸上移動支撐。輸送機內(nèi)部按照工作位置安裝三處槽型光電開關，開關擋片安裝在活動平臺上，擋片運行到光電開關之間時，開關信號遮蓋即有效。其中，輸送機兩側(cè)各安裝一個開關，用于活動平臺限位。中間位置即電主軸加工位置安裝一個，用于活動平臺運行至此時停止然后開始加工。同步帶輸送機22零位初始位置位于上一單元氣動機器人一側(cè)，復位時活動平臺移動至此側(cè)光電開關，擋片擋住有效停止。每次往復運動后均行至此位置，等待接收工件。所述電主軸升降調(diào)整臺25為典型的電控平移臺，電機或手動手輪向上直立布置，調(diào)整臺安裝于鋁型材框架上，橫跨于同步帶輸送機22，`整體位于同步帶輸送機22中間位置。調(diào)整臺由步進電機驅(qū)動，電機軸連接聯(lián)軸器，另一端安裝滾珠絲杠螺母副，絲杠螺母與調(diào)整臺活動臺固定，兩側(cè)兩根直線光軸支撐，活動臺安裝直線軸承。隨絲杠旋轉(zhuǎn)，絲母帶動活動臺直線升降運動。電主軸升降調(diào)整臺25復位過程是向上運行，電機側(cè)光電開關被擋住有效時停止，程序可編制開關有效后活動臺下行一段固定距離停止為零位。每次運動后都可按此回復零位。電主軸升降調(diào)整臺25的活動臺面固定L型連接板，連接板水平臺面安裝電主軸。電主軸選用雕刻機應用的變頻高速電主軸變頻器調(diào)速控制，可安裝鉆頭或銑刀，能真實加工。所述檢測工作臺21上還設有電主軸冷卻系統(tǒng)24，該電主軸冷卻系統(tǒng)24由水泵與水槽及連接變頻電主軸23的兩側(cè)水管組成，通過水泵抽水至一根水管，進入變頻電主軸23內(nèi)部循環(huán)至另一水管放出，保證變頻電主軸23在高速運轉(zhuǎn)時冷卻，所述水槽位于同步帶輸送機22靠近按鈕面板一側(cè)桌面上。本子工作站的工作過程:同步帶輸送機22活動平臺承接上一單元工件后，開始運行，活動平臺向另一側(cè)直線運動，(此處可擴展增加材質(zhì)檢測傳感器裝置，輸送機增加一個光電開關工位，先進行工件材質(zhì)檢測，再繼續(xù)運行)當活動平臺下?lián)跗瑩踔虚g光電開關時，活動平臺停止，進入變頻電主軸23加工位置，此時電主軸升降調(diào)整臺25下行適合距離，保證變頻電主軸23刀具對準工件加工位置，之后，變頻控制電主軸23按預定工藝參數(shù)旋轉(zhuǎn)加工，加工完成，電主軸升降調(diào)整臺25帶動電主軸23上行至安全位置。同步帶輸送機22活動平臺再次動作，繼續(xù)向尺寸檢測站運行，至輸送機末端光電開關有效后停止，等待下一單元移動搬運機器人的搬運機械手37抓取。如圖7和圖8所示，所述轉(zhuǎn)運尺寸檢測站3包括轉(zhuǎn)運工作臺31以及轉(zhuǎn)運工作臺31上的沿系統(tǒng)運行方向布置的直線軌道32和四工位檢測裝置33，所述直線軌道32上設有可沿其長度方向移動的移動搬運機器人，所述四工位檢測裝置33上設有孔深檢測裝置34和廢品分揀裝置35，本子工作站采用PLC控制器控制，可配置人機界面操作與監(jiān)控。所述移動搬運機器人由兩部分組成，底部為沿系統(tǒng)運行方向布置的電控直線平移臺36，由步進電機驅(qū)動，通過聯(lián)軸器連接滾珠絲杠螺母副傳動，兩側(cè)直線導軌滑塊支撐，其下安裝導軌滑塊與絲杠螺母，保證能直線運行。電控直線平移臺36兩側(cè)安裝機械限位開關，限制行程，并起到復位時走向某一開關再反向一定距離的過程，達到零位初始位置。電控直線平移臺36上方為搬運機械手37，底部鋁型材搭建框架固定于電控直線平移臺36上，搬運機械手37由步進電機驅(qū)動，諧波減速器傳動，Θ Z旋轉(zhuǎn)自由度，180度旋轉(zhuǎn)，搬運機械手37圓筒支座對側(cè)安裝光電開關，限制行程，其上方輸出軸安裝水平連接板，連接板下安裝光電擋片，用來限制旋轉(zhuǎn)自由·度在180度范圍內(nèi)運動。所述連接板末端安裝升降導桿氣缸，導軌氣缸下水平安裝氣動手爪。移動搬運機械手37可到達上一單元同步帶輸送機22，四工位檢測圓盤、下一單元第一皮帶運輸機42三個工位。該移動搬運機械手37運動時兩部分聯(lián)動，初始復位狀態(tài)為電控直線平移臺36位于中間行程位置，搬運機械手37為避免其它設備干涉，水平連接板延電控直線平移臺36運動方向上，手爪指向噴涂單元側(cè)，二者均為檢測一側(cè)光電開關后回復一定距離或角度達到初始位置的過程。所述四工位檢測裝置33同氣動機器人上料站I的旋轉(zhuǎn)原料庫14結(jié)構組成基本一致，共計四個工位，工位中空，下方檢測漫反射傳感器位于搬運機械手37直線平移臺側(cè)，垂直平移臺位置為初始工位，當信號無效，圓盤逆時針旋轉(zhuǎn)90度檢測。所述孔深檢測裝置34由升降導桿氣缸驅(qū)動，整體安裝在四工位檢測裝置33靠近轉(zhuǎn)動工作臺按鈕面板一側(cè)，鋁型材支架，根據(jù)工件尺寸確定支架高度。當工件延四工位檢測裝置33運轉(zhuǎn)到孔深檢測工位下方，升降導桿氣缸下落，孔深檢測裝置34 (即位移傳感器)接觸工件，檢測工件孔深尺寸，檢測完畢，升降導桿氣缸縮回。所述廢品分揀裝置35與孔深檢測裝置34成90度分布，安裝于四工位檢測裝置33右側(cè)，鋁型材支架，在四工位檢測裝置33圓盤圓心位置水平安裝導桿氣缸，氣缸輸出軸安裝尼龍檔柱推動廢品工件至四工位檢測裝置33左側(cè)廢品槽內(nèi)。本子工作站的工作過程:工件加工完成至同步帶輸送機22末端后，本單元移動搬運機器人動作，移動搬運機器人各軸為聯(lián)動動作，電控直線平移臺36移動帶動搬運機械手37至同步帶輸送機22側(cè)，機械手初始位置Θ Z軸180度旋轉(zhuǎn)至同步帶輸送機22的工件上方，升降導桿氣缸下落，氣動手爪抓取工件，升降導桿氣缸上升，直線平移臺反向直線運行，同時搬運機械手37 Θ Z軸反向旋轉(zhuǎn)，整體搬運工件至四工位檢測裝置33側(cè)，Θ Z軸已反向旋轉(zhuǎn)90度至四工位檢測裝置33轉(zhuǎn)盤正對電控直線平移臺36的工位上方，升降導桿氣缸下落，氣動手爪松脫工件，升降導桿氣缸上升。四工位檢測裝置33轉(zhuǎn)盤逆時針運轉(zhuǎn)，首先旋轉(zhuǎn)180度至孔深檢測裝置34下，傳感器升降導桿氣缸帶動位移傳感器下落檢測工件尺寸，檢測完畢，導桿氣缸升起。工件在圓盤上繼續(xù)運行，如果不合格工件，反向旋轉(zhuǎn)90度，至氣推工位，由水平導桿氣缸推動工件至廢品槽。合格工件逆時針旋轉(zhuǎn)180度，至初始工位，再由搬運機械手37導桿氣缸下落氣爪夾持工件，氣缸上升，Θ Z軸噴涂單元側(cè)旋轉(zhuǎn)90度，同時電控直線平移臺36向噴涂單元運行，最終搬運機械手37導桿氣缸下落，氣爪松開將工件放置在下一單元的第一皮帶運輸機42上，同時搬運機械手37各軸運行回復初始狀態(tài)。如圖9和圖10所示，所述輸送噴涂站4包括輸送工作臺41以及輸送工作臺41上的沿系統(tǒng)運行方向布置的第一皮帶運輸機42,所述第一皮帶運輸機42側(cè)向設有噴涂方向朝向該第一皮帶運輸機42的三工位噴涂裝置43。所述第一皮帶運輸機42由直流減速電機或三相異步電機驅(qū)動，電機直連主動輥筒，驅(qū)動PU白色皮帶運轉(zhuǎn)，第一皮帶運輸機42為鋁型材主體框架，鈑金支架支撐固定于輸送工作臺41面上，與上一單元的直線軌道32位于一條直線上布置。第一皮帶運輸機42上安裝五處漫反射光電傳感器，分別檢測工件進入和輸出兩端各一個，中間三處噴涂工位安裝三個光電漫反射傳感器。所述三工位噴涂裝置43位于第一皮帶運輸機42 —側(cè)，三工位并排布置，該三工位噴涂裝置43由氣動噴槍通過鋁型材支架垂直向下安裝，噴涂中心位于第一皮帶運輸機42中心，噴槍支架外觀利用紅黃藍顏色貼紙，區(qū)別噴涂顏色，可真實噴涂，噴槍進氣電磁閥控制?？烧{(diào)節(jié)噴涂面積和容量。本子工作站的工作過程:工件由搬運機器人放置到第一皮帶運輸機42上，其起始端光電傳感器有效，第一皮帶運輸機42開始運行，根據(jù)工件程序設定，工件經(jīng)過三處噴涂工位漫反射傳感器相應的其中之一而停止，進行規(guī)定顏色的噴涂作業(yè)，當工件停止，噴槍電磁閥通電，氣路連通，噴槍開始噴涂作業(yè)。噴涂完成，工件繼續(xù)運行至第一皮帶運輸機42末端，末端漫反射傳感器有效后，下一單元的第二皮帶運輸機52開始運行，工件直接輸送到視覺檢測單元的第二皮帶運輸機52上。如圖11和圖12所示，所述機器視覺顏色識別站5包括識別工作臺51以及識別工作臺51上的沿系統(tǒng)運行方向布置的第二皮帶運輸機52和控制顯示器54，該第二皮帶運輸機5252上方安裝有CCD視覺檢測裝置53，本子工作站采用嵌入式系統(tǒng)控制，內(nèi)部安裝視頻采集卡。所述第二皮帶運輸機52與上一單元輸送機同一直線上布置，其主體驅(qū)動結(jié)構等與上單元的第一皮帶運輸機42 —致，兩側(cè)也安裝漫反射傳感器，第二皮帶運輸機52中間位置安裝一處漫反射傳感器，傳感器附近安裝氣動定位裝置，由旋轉(zhuǎn)氣缸安裝連接板組成，由旋轉(zhuǎn)氣缸電磁閥驅(qū)動。第二皮帶運輸機52末端處即裝配單元側(cè)安裝工件定位擋板，防止工件失控走出第二皮帶運輸機52。所述CXD視覺檢測裝置53由C⑶機身、鏡頭、電源線、數(shù)據(jù)線、圖像采集卡等組成，圖像采集卡為PC104總線插槽，安裝于嵌入式計算機內(nèi)部，鏡頭機身通過鋁型材框架固定于第二皮帶運輸機52 —側(cè)，正對中間漫反射和氣動定位后工件圓心處。本子工作站的工作過程:工件由上一單元的第一皮帶運輸機42輸送至本單元的第二皮帶運輸機52上運行，經(jīng)過中間漫反射 傳感器后，觸發(fā)信號，氣動定位裝置動作，旋轉(zhuǎn)氣缸90度旋轉(zhuǎn)，帶動氣缸上連接板垂直于皮帶運輸機運行方向。工件被阻擋定位，第二皮帶運輸機52程序控制經(jīng)延時后停止，旋轉(zhuǎn)氣缸反向90度旋轉(zhuǎn)，擋板回位。此時CXD攝像機針對工件進行檢測識別，識別完成，工件繼續(xù)運行，至第二皮帶運輸機52末端經(jīng)末端漫反射傳感器檢測后，延時程序規(guī)定的時間后，工件已停止于第二皮帶運輸機52靠近裝配單元末端定位擋板側(cè)。如圖13和圖14所示，所述機器人裝配站6包括裝配工作臺61以及裝配工作臺61上的四自由度機器人62和十二工位旋轉(zhuǎn)料庫63，所述四自由度機器人62上設有真空吸附工具65，所述工作臺上還設有裝配平臺64，本子工作站采用基于PC104總線嵌入式運動控制器控制。所述四自由度機器人62為四自由度SCARA機器人，其為四自由度平面關節(jié)式機器人構型，一關節(jié)180度旋轉(zhuǎn)，伺服電機驅(qū)動，諧波減速器傳動，二關節(jié)180度旋轉(zhuǎn)，步進電機驅(qū)動，諧波減速器傳動，三關節(jié)步進電機驅(qū)動，通過同步帶傳動，帶動滾珠絲杠螺母副傳動，螺母副與升降活動臺連接，使得機器人三關節(jié)具有升降50mm運動，活動臺上安裝四關節(jié)，步進電機驅(qū)動，連接行星減速器帶動旋轉(zhuǎn)軸360度旋轉(zhuǎn)。機器人前三關節(jié)均安裝左右限位機械式開關，四關節(jié)安裝零位光電開關，機器人末端垂直向下安裝氣動手爪。機器人控制時，各軸聯(lián)動，按照機器人控制算法在工作空間內(nèi)運動。機器人鋁型材支架固定于鋁合金工作臺面上，根據(jù)工作空間確定固定位置，保證上一單元皮帶運輸機上工件、小旋轉(zhuǎn)料庫抓取倉位、裝配平臺64三處都位于機器人扇形工作區(qū)間內(nèi)。所述四自由度機器人62初始位置為伸展狀態(tài)，復位過程為旋轉(zhuǎn)關節(jié)行至一側(cè)限位開關后回復90度。三關節(jié)上升至限位開關停止。所述十二工位旋轉(zhuǎn)料庫63與第一單元的旋轉(zhuǎn)原料庫14結(jié)構與控制運轉(zhuǎn)完全一致，也布置十二倉位，圓盤下漫反射傳感器位于四自由度機器人62側(cè)，十二倉位系統(tǒng)上電前人工放置十二個裝配子工件。所述裝配平臺64位于裝配工作臺61右側(cè)，滿足四自由度機器人62放置和下一單元的四自由度碼垛機72抓取工作區(qū)間內(nèi)，裝配平臺64為支架固定式，其下方安裝有漫反射光電傳感器，用以檢測母工件是否正常位于裝配平臺64上?！け咀庸ぷ髡镜墓ぷ鬟^程:上一單元工件行至第二皮帶運輸機52末端定位停止，本單元的SCARA機器人動作，行至工件上方，三關節(jié)下落適當距離，氣動手爪夾持工件，三關節(jié)上升，機器人各節(jié)聯(lián)動搬運工件至裝配平臺64上方，三關節(jié)下落，手爪松脫工件，工件落入裝配平臺64上，三關節(jié)上升，平臺傳感器檢測有效，機器人繼續(xù)動作，行至十二工位旋轉(zhuǎn)料庫63抓取倉位上方，三關節(jié)下落適當距離，氣動手爪夾持子工件，三關節(jié)上升更高距離，機器人各節(jié)聯(lián)動搬運工件至裝配平臺64上方，三關節(jié)下落，將子工件裝配入工件內(nèi)，氣動手爪松脫，裝配完成。機器人三關節(jié)上升，回復原位，此時十二工位旋轉(zhuǎn)料庫63運行與旋轉(zhuǎn)原料庫14 一致，保證機器人抓取倉位始終存在工件。如圖15和圖16所示，所述倉儲站7包括倉儲工作臺71以及倉儲工作臺71上的四自由度碼垛機72和立體倉庫73，所述四自由度碼垛機72上通過稱重傳感器安裝有末端氣動手爪，本子工作站采用PLC動控制器控制。所述四自由度碼垛機72由四自由度直角坐標機器人組成，分別由三組X/Y/Z軸直線電控平移臺和Θ Z電動旋轉(zhuǎn)臺組合而成，三組直線電控平移臺結(jié)構基本一致，由步進電機驅(qū)動，通過聯(lián)軸器連接滾珠絲杠螺母副傳動，兩側(cè)支撐型直線導軌，各軸活動平臺下安裝導軌滑塊和絲杠螺母，保證絲杠旋轉(zhuǎn)時，活動平臺直線運行。三組直線平移臺兩端各安裝一個機械限位開關，限制直線臺行程和復位應用。其中四自由度直角坐標機器人最底端為X軸，立體倉庫73固定于倉儲工作臺71面上，X軸活動平臺上方90度固定Y軸，Y軸活動平臺上方通過連接彎板垂直固定Z軸。Z軸活動平臺通過連接板安裝Θ Z電動旋轉(zhuǎn)臺，旋轉(zhuǎn)臺面平行于倉儲工作臺71面，旋轉(zhuǎn)臺面上方安裝固定稱重傳感器，稱重傳感器一側(cè)安裝末端氣動手爪，末端氣動手爪平行于倉儲工作臺71面。旋轉(zhuǎn)臺側(cè)安裝兩個限位光電開關，保證旋轉(zhuǎn)臺在90度范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)。四自由度碼垛機72復位需要各軸不同時序進行，首先X軸向遠離倉庫端行至限位開關側(cè)停止，然后Y軸向遠離裝配平臺64 —側(cè)運行，Z軸向上運行同時進行，此時Θ Z電動旋轉(zhuǎn)臺帶動末端氣動手爪方可進行旋轉(zhuǎn)動作，以避免末端氣動手爪與立體倉庫73和其它設備發(fā)生干涉。所述立體倉庫73由鋁型材搭建，共三行四列十二處倉位，與旋轉(zhuǎn)原料庫14和十二工位旋轉(zhuǎn)料庫63倉位數(shù)匹配。立體倉庫73通過角鋁連接件固定于倉儲工作臺71上，安裝于操作面板一側(cè)，提高安全性。立體倉庫73每倉格內(nèi)安裝有機械開關，用以檢測倉位是否有工件存在，十二倉位放置工件順序可程序編制或任意進行。本子工作站的工作過程:裝配單元裝配完成后，四自由度碼垛機72各軸聯(lián)動動作，X軸動作保證手雜夾持中心與工件圓心在一條線上，Y軸前行使得手爪位于裝配平臺64上方，Z軸下行一定距離，末端氣動手爪夾取裝配完成工件，各直線軸聯(lián)動反向運行，同時Θ Z軸帶動末端氣動手爪逆時針90度旋轉(zhuǎn)，垂直于立體倉庫73，Z軸調(diào)整距離，X軸向立體倉庫73方向運行，以便末端氣動手爪與工件無干涉的伸入倉格內(nèi)，Z軸下落，手爪松脫，工件進入倉格內(nèi)，倉格檢測開關有效，入庫完成，四自由度碼垛機72X軸反向運行，末端氣動手爪離開倉庫后，Θ Z軸帶動末端氣動手爪再旋轉(zhuǎn)90度，回復平行倉庫狀態(tài)。準備下一裝配完成工件抓取。如圖17和圖1 8所示，所述系統(tǒng)集成總控工作站8包括總控工作臺81以及總控工作臺81上的總控機82，所述總控機82可以是總控工業(yè)計算機，也可以是PLC或嵌入式控制系統(tǒng)，并配置總控人機界面操作控制，所述系統(tǒng)集成總控工作站8通過以太網(wǎng)總線與每個子工作站連接通訊。所述系統(tǒng)集成總控工作站8各單元集成采用了基于RS232串行通信的PLC網(wǎng)絡控制方案，即每一工作單元由一臺PLC或嵌入式承擔其控制任務，各PLC或嵌入式控制系統(tǒng)之間通過RS232串行通訊實現(xiàn)互連的分布式控制方式，組建成一個小型的模塊化物流生產(chǎn)線網(wǎng)絡。本發(fā)明提供一個開放性的、創(chuàng)新性的和可參與性的平臺，使得受訓者更容易全面掌握機器人與機電一體化技術的應用開發(fā)和集成，可以促進在機械設計、電氣自動化、自動控制、機器人技術、計算機技術、傳感器技術、數(shù)控技術等方面的學習，并對電機驅(qū)動及控制技術、PLC控制系統(tǒng)的設計與應用、計算機網(wǎng)絡通信技術和現(xiàn)場總線技術、高級語言編程等技能得到實際的訓練，在柔性制造物流系統(tǒng)的設計、裝配、調(diào)試能力等方面均能得到綜合提聞。本發(fā)明的特點在于:1、系統(tǒng)以機器人技術為核心，集成SCARA機器人、直角坐標機器人、氣動機器人、氣電混合機器人等多種工業(yè)常用機器人模式，為適應機器人技術等高端裝備在物流等工業(yè)領域應用普及的趨勢，本發(fā)明引入工業(yè)常見的高端SCARA型平面關節(jié)式機器人，采用工業(yè)嵌入式控制方式，使得系統(tǒng)變?yōu)橐詸C器人技術為核心的符合當今實際應用的教學系統(tǒng)產(chǎn)品。解決了傳統(tǒng)的自動化物流教學系統(tǒng)控制多為PLC單一控制及高端設備缺乏的現(xiàn)狀。2、系統(tǒng)含機器人工作站嵌入式系統(tǒng)控制，WindoWs2000操作系統(tǒng)。系統(tǒng)緊湊小巧，對實時和多任務有很強的支持能力，能完成多任務并且有較短的中斷響應時間。并具有功能很強的存儲區(qū)保護功能，便于學生動手操作和系統(tǒng)可維護性。3、系統(tǒng)中的工作站桌面具有〃聯(lián)機/單機〃兩種操作模式。所有的工作站設備的軟硬件均可以脫離系統(tǒng)獨立操作，可用單機設備為平臺，進行單項技術的研發(fā)，易擴展。4、按工業(yè)標準設計，通過網(wǎng)絡通訊技術將系統(tǒng)中的所有單機模塊設備進行高度的集成，與工業(yè)現(xiàn)場形式完全相同。5、系統(tǒng)軟、硬件部分預留擴展空間，開放接口，用戶方可在我公司系統(tǒng)基礎上增添設備模塊，并可輕松 集成到系統(tǒng)中，為二次開發(fā)和擴展學科創(chuàng)造了極為有利條件。6、系統(tǒng)集成信息管理，通過各工作站傳感器通訊，將系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的狀態(tài)顯示在操作界面上，使操作者通過計算機隨時了解系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的工況、狀態(tài)、運行數(shù)據(jù)，掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)。7、系統(tǒng)機電技術全面開放，配備完善的實驗指導書，可輕松開發(fā)出自己的運動或控制功能，激發(fā)學習興趣。直線型模塊化MPS自動化物流系統(tǒng)適用范圍:作為機電一體化系統(tǒng)教學設備應用于高職高校，同時本系統(tǒng)具備實際工作能力，通過變頻高速電主軸安裝鉆銑刀能實際加工鋁或尼龍材質(zhì)零件，系統(tǒng)可進行流水線加工裝配作業(yè)，又可定制特定生產(chǎn)作業(yè)，解決了多數(shù)教學系統(tǒng)模擬工業(yè)應用的現(xiàn)狀。為產(chǎn)品推廣和普及，降低成本，系統(tǒng)應用的SCARA機器人在保留所有工業(yè)機器人特征基礎上，進行了低成本高性能設計，完全自主知識產(chǎn)權，開放全部技術，并提供二次開發(fā)函數(shù)與接口，解決了目前多數(shù)引入機器人技術的物流系統(tǒng)機器人技術開放性低、教學效果差、有形無實的現(xiàn)狀。為改變以往教學系統(tǒng)多為氣動元件搭建等技術單一的局限，系統(tǒng)中設計增加變頻加工、機器視覺檢測、材質(zhì)檢測、稱重檢測、工業(yè)現(xiàn)場總線等模塊，增加交流伺服電機、直流電機或三相異步電機等多種類型。同時機械本體增加各種常見傳動形式及諧波減速器、行星減速器等高端元器件。解決了以往系統(tǒng)技術含量低、知識面不夠豐富的現(xiàn)狀。為改變傳統(tǒng)系統(tǒng)教學效果差、無法深入開發(fā)的局限，系統(tǒng)引入模塊化設計概念，各單元工作站可脫離系統(tǒng)獨立運行試驗，具有"聯(lián)機/單機"兩種操作模式?？捎脝螜C設備為平臺，進行單項技術的研發(fā)，易擴展。方便了教學，通過系統(tǒng)應用解決了師生進行科研、創(chuàng)新的需要。很多教學系統(tǒng)學生參與性低，面對系統(tǒng)無所適從，嚴重影響了教學效果，為改變現(xiàn)狀，本發(fā)明每單元機電系統(tǒng)可拆卸和組裝，學生親自動手拆裝作業(yè)，增加了趣味性和可參與性，能讓學生從底層知識面入手逐步掌握高端設備的技術內(nèi)容，便于教學中系統(tǒng)維護、設置故障、排出故障等教學實施。目前國內(nèi)各高職院校尚無機器人應用方面的對口專業(yè)，從事機器人現(xiàn)場編程、包含機器人作業(yè)單元的自動線柔性系統(tǒng)維護、機器人與機電設備安裝調(diào)試等崗位的人員的需求日益增加，而且短期培訓難以達到崗位要求。這就需要各高校關于機器人及柔性制造系統(tǒng)生產(chǎn)線的使用、設計、調(diào)試、維護等應用培訓走在學生上崗的前列，并通過具體實驗設備的實際動手操作應用掌握機器人及柔性制造系統(tǒng)生產(chǎn)線的具體技術應用。以上所述，僅為本發(fā)明較佳實施例而已，故不能以此限定本發(fā)明實施的范圍，即依本發(fā)明申請專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍 內(nèi)。
權利要求
1.一種直線型多單元MPS自動化物流系統(tǒng)，其特征在于:包括依次可拆卸連接的氣動機器人上料站(1)、檢測加工站(2)、轉(zhuǎn)運尺寸檢測站(3)、輸送噴涂站(4)、機器視覺顏色識別站(5)、機器人裝配站(6)、倉儲站(7)以及系統(tǒng)集成總控工作站(8)，每個子工作站上均設有控制相應子工作站工作的控制系統(tǒng)，每個子工作站的控制系統(tǒng)均與所述系統(tǒng)集成總控工作站(8)通訊。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種直線型多單元MPS自動化物流系統(tǒng)，其特征在于:所述氣動機器人上料站(I)包括上料工作臺(11)以及上料工作臺(11)上的旋轉(zhuǎn)原料庫(14 )和三自由度氣動機器人(12)，所述三自由度氣動機器人(12)設置于所述旋轉(zhuǎn)原料庫(14)和檢測加工站(2)的同步帶輸送機(22)之間。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種直線型多單元MPS自動化物流系統(tǒng)，其特征在于:所述檢測加工站(2)包括檢測工作臺(21)以及檢測工作臺(21)上的同步帶輸送機(22)，所述同步帶輸送機(22 )的正上方通過支架安裝有帶加工頭的變頻電主軸(23 )。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種直線型多單元MPS自動化物流系統(tǒng)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)運尺寸檢測站(3)包括轉(zhuǎn)運工作臺(31)以及轉(zhuǎn)運工作臺(31)上的沿系統(tǒng)運行方向布置的直線軌道(32)和四工位檢測裝置(33)，所述直線軌道(32)上設有可沿其長度方向移動的搬運機器人，所述四工位檢測裝置(33)上設有孔深檢測裝置(34)和廢品分揀裝置(35)。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種直線型多單元MPS自動化物流系統(tǒng)，其特征在于:所述輸送噴涂站(4)包括輸送工作臺(41)以及輸送工作臺(41)上的沿系統(tǒng)運行方向布置的第一皮帶運輸機(42)，所述第一皮帶運輸機(42)側(cè)向設有噴涂方向朝向該第一皮帶運輸機(42)的三工位噴涂裝置(43)。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種直線型多單元MPS自動化物流系統(tǒng)，其特征在于:所述機器視覺顏色識別站(5)包括識別工作臺(51)以及識別工作臺(51)上的沿系統(tǒng)運行方向布置的第二皮帶運輸機(52 )，該第二皮帶運輸機(52 )上方安裝有CXD視覺檢測裝置(53 )。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種直線型多單元MPS自動化物流系統(tǒng)，其特征在于:所述機器人裝配站(6 )包括裝配工作臺(61)以及裝配工作臺(61)上的四自由度機器人(62 )和十二工位旋轉(zhuǎn)料庫(63)，所述四自由度機器人(62)上設有真空吸附工具(65)，所述工作臺上還設有裝配平臺(64)。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種直線型多單元MPS自動化物流系統(tǒng)，其特征在于:所述倉儲站(7 )包括倉儲工作臺(71)以及倉儲工作臺(71)上的四自由度碼垛機(72 )和立體倉庫(73)，所述四自由度碼垛機(72)上通過稱重傳感器安裝有末端氣動手爪。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種直線型多單元MPS自動化物流系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)集成總控工作站(8)包括總控工作臺(81)以及總控工作臺(81)上的總控機(82)，所述系統(tǒng)集成總控工作站(8)通過以太網(wǎng)總線與每個子工作站連接通訊。
全文摘要
本發(fā)明公開一種直線型多單元MPS自動化物流系統(tǒng)，包括依次可拆卸連接的氣動機器人上料站、檢測加工站、轉(zhuǎn)運尺寸檢測站、輸送噴涂站、機器視覺顏色識別站、機器人裝配站、倉儲站以及系統(tǒng)集成總控工作站，每個子工作站上均設有控制相應子工作站工作的控制系統(tǒng)，每個子工作站的控制系統(tǒng)均與所述系統(tǒng)集成總控工作站通訊。本發(fā)明提供一個開放性的、創(chuàng)新性的和可參與性的平臺，使得受訓者更容易全面掌握機器人與機電一體化技術的應用開發(fā)和集成，可以促進在機械設計、電氣自動化、自動控制、機器人技術、計算機技術、傳感器技術、數(shù)控技術等方面的學習，在柔性制造物流系統(tǒng)的設計、裝配、調(diào)試能力等方面均能得到綜合提高。
文檔編號G09B25/02GK103236219SQ20131015614
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月28日 優(yōu)先權日2013年4月28日
發(fā)明者王曉強, 王振華, 楊志龍 申請人:蘇州博實機器人技術有限公司