本發(fā)明屬于教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于工業(yè)機(jī)器人的柔性制造系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

背景技術(shù)：

一、中國(guó)目前工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人是“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，其研發(fā)、制造、應(yīng)用是衡量一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。目前我國(guó)正處于轉(zhuǎn)型階段，要想從“世界工廠”順利向“制造業(yè)中心”過(guò)度，并且成為“全球制造業(yè)基地”，就必須抓住第三次工業(yè)革命的進(jìn)程，使工業(yè)機(jī)器人成為我國(guó)制造業(yè)優(yōu)勢(shì)的重要籌碼。2014年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人需求量達(dá)32000臺(tái)，我國(guó)成為全球第一大需求國(guó)，在工業(yè)機(jī)器人使用過(guò)程中，設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試、操作、維護(hù)等工作都需要大量的專業(yè)技術(shù)人員，隨著機(jī)器人應(yīng)用的日益廣泛和裝機(jī)容量的增長(zhǎng)，對(duì)這類技術(shù)人員的需求也變得越來(lái)越迫切，因此，適應(yīng)這一發(fā)展需求必然推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的向前發(fā)展。

二、柔性制造系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人的糅合

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中需要面對(duì)的是競(jìng)爭(zhēng)十分激烈的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，多數(shù)產(chǎn)品的商業(yè)壽命正在日益縮短。人們需求的品種正日益增多，原來(lái)傳統(tǒng)制造業(yè)的機(jī)床，特別是原來(lái)由傳統(tǒng)機(jī)床組成的固定工藝路線模式的流水線已很難適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的需求。市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)促使了產(chǎn)品生產(chǎn)必須從傳統(tǒng)的單一品種、大批量生產(chǎn)逐步向多品種、小批量柔性生產(chǎn)發(fā)展，這就提出了由各種加工設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人、物料傳送裝置和自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)所組成的柔性制造系統(tǒng)。

三、職業(yè)院校對(duì)基于工業(yè)機(jī)器人的柔性制造系統(tǒng)教學(xué)設(shè)備的需求

職業(yè)院校根據(jù)人才培養(yǎng)及職業(yè)崗位技能的要求，在進(jìn)行柔性制造系統(tǒng)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，應(yīng)選取最具代表性的制造自動(dòng)化系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多品種、中小批量的加工管理，在自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)及制造技術(shù)的基礎(chǔ)上,將以往企業(yè)中相互獨(dú)立的工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造及經(jīng)營(yíng)管理等過(guò)程,在計(jì)算機(jī)及其軟件的支撐下,構(gòu)成一個(gè)覆蓋整個(gè)企業(yè)的完整而有機(jī)的系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)全局動(dòng)態(tài)最優(yōu)化,總體高效益、高柔性,并進(jìn)而贏得競(jìng)爭(zhēng)全勝的智能制造技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)。

根據(jù)機(jī)電類、自動(dòng)化類、先進(jìn)制造類行業(yè)、企業(yè)中工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的特點(diǎn)，對(duì)柔性制造技術(shù)的工作過(guò)程進(jìn)行研究，對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行提煉和濃縮，并針對(duì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，融機(jī)、光、電、氣，包含了PLC、工業(yè)機(jī)器人、傳感器、氣動(dòng)、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制、計(jì)算機(jī)等諸多技術(shù)領(lǐng)域，整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)由生產(chǎn)管理系統(tǒng)、WINCC監(jiān)控系統(tǒng)、主控PLC和下位PLC通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)構(gòu)成一個(gè)完整的多級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，通過(guò)訓(xùn)練，使學(xué)生了解FMS的基本組成和基本原理，讓學(xué)生全面掌握機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)和集成技術(shù)，幫助學(xué)生從系統(tǒng)整體角度去認(rèn)識(shí)系統(tǒng)各組成部分，從而掌握機(jī)電控制系統(tǒng)的組成、功能及控制原理?？梢源龠M(jìn)學(xué)生在機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣自動(dòng)化、自動(dòng)控制、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等方面的學(xué)習(xí),并對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)、PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、高級(jí)語(yǔ)言編程等運(yùn)用技能得到實(shí)際的訓(xùn)練，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生的機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、裝配、調(diào)試能力均能得到綜合提高。

教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)將機(jī)械、氣動(dòng)、電氣控制、電機(jī)傳動(dòng)、傳感檢測(cè)、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控系統(tǒng)、PLC以及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)有機(jī)地進(jìn)行整合，按照結(jié)構(gòu)模塊化，便于組合，可以完成各類單線技能訓(xùn)練和綜合性項(xiàng)目訓(xùn)練。能較好地滿足實(shí)訓(xùn)教學(xué)、工程訓(xùn)練的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種基于工業(yè)機(jī)器人的柔性制造系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，它集成有總控制站、焊接站、數(shù)控加工站、視覺(jué)檢測(cè)站和裝配倉(cāng)儲(chǔ)站五大模塊，能夠工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)、機(jī)電維修與管理專業(yè)、機(jī)電一體化專業(yè)、電氣自動(dòng)化專業(yè)級(jí)、機(jī)械制造與自動(dòng)化專業(yè)等提供相關(guān)的實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種基于工業(yè)機(jī)器人的柔性制造系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，由總控制站、焊接站、數(shù)控加工站、視覺(jué)檢測(cè)站和裝配倉(cāng)儲(chǔ)站五大模塊構(gòu)成，其中總控制站與其他各個(gè)站相聯(lián)，該總控制站包括一個(gè)PLC主控臺(tái)及一個(gè)由PCL主控臺(tái)控制的輸送設(shè)備，該輸送設(shè)備包括一個(gè)輸送軌道，在輸送軌道上設(shè)置有搬運(yùn)機(jī)器人，該搬運(yùn)機(jī)器人與步進(jìn)電機(jī)相聯(lián)，由搬運(yùn)機(jī)器人將工件搬運(yùn)到焊接站內(nèi)，所述焊接站包括電氣控制柜、物料站、焊接臺(tái)及焊接機(jī)器人，其中物料站與焊接臺(tái)相連，并由電氣控制柜控制進(jìn)行工作，焊接機(jī)器人則由總控制站控制將工件搬運(yùn)至數(shù)碼加工站的數(shù)控銑床進(jìn)行鉆孔加工，該數(shù)碼銑床與數(shù)控銑床控制柜相聯(lián)，并由數(shù)控銑床控制柜進(jìn)行控制，該數(shù)控銑床又與視覺(jué)檢測(cè)站相聯(lián)，視覺(jué)檢測(cè)站包括傳送帶，傳送帶上由數(shù)控銑床輸送過(guò)來(lái)的工件通過(guò)固定在傳送帶旁的攝像頭拍攝成像并由龍門機(jī)器手將不合格工件剔除，該傳送帶的另一端與裝配倉(cāng)儲(chǔ)站相聯(lián)。

所述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是通過(guò)PLC控制從而帶動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，所以要輸入脈沖讓電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖的頻率，旋轉(zhuǎn)方向取決于控制繞組輪流通電的順序，所以搬運(yùn)機(jī)器人的移動(dòng)速度、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，但因控制搬運(yùn)機(jī)器人所需的脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)偏大，超出PLSY指令所控制的范圍，因此需使用DPLSY指令。

所述物料站包括用于投料的物料架，在物料架一端設(shè)置有頂料桿，該頂料桿受電氣控制柜控制，能夠?qū)ξ锪霞苓M(jìn)行頂料，將工件頂?shù)轿锪霞芟露说奈锪限D(zhuǎn)盤上，在物料轉(zhuǎn)盤旁設(shè)置有一個(gè)用于控制物料轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的原料檢測(cè)傳感器，在物料轉(zhuǎn)盤旁設(shè)置有傳送帶，傳送帶末端設(shè)置有皮帶末端光電傳感器，該皮帶末端光電傳感器又與機(jī)械手相聯(lián)，使機(jī)械手將工件搬運(yùn)到焊接轉(zhuǎn)盤上，該焊接轉(zhuǎn)盤與焊接機(jī)器人相鄰，由焊接機(jī)器人完成搬運(yùn)工作。

所述數(shù)控加工站由數(shù)控銑床、PLC電氣控制柜、液壓站、液壓卡盤及安全防護(hù)罩構(gòu)成，由搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)到該站的數(shù)控銑床上進(jìn)行鉆孔加工，以達(dá)到生產(chǎn)所需的要求，其中數(shù)控銑床由機(jī)架、主軸及X、Y、Z軸組成，數(shù)控銑床控制柜由數(shù)控銑床系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、I/O模塊、電源及控制面板組成，液壓站由油箱、三相異步電動(dòng)機(jī)、單聯(lián)葉片泵、電磁換向閥、油壓表、液壓卡盤及油管組成，PLC電氣控制柜則由FX-3U三菱PLC、通訊模塊、電源模塊、漏電保護(hù)開關(guān)、電源停止按鈕、電源啟動(dòng)按鈕、啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、復(fù)位按鈕及急停按鈕電器元件組成。

所述視覺(jué)檢測(cè)站包括電氣控制柜、視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)、龍門機(jī)器手、傳送帶及擋料桿，由數(shù)控加工站搬運(yùn)的工件經(jīng)傳送帶傳送，通過(guò)攝像頭拍攝成像，使用工件尺寸測(cè)量系統(tǒng)對(duì)比寬度、半徑加工精度。

所述裝配倉(cāng)儲(chǔ)站是以高層立體貨架為主體，以成套搬運(yùn)設(shè)備為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為主要手段組成的高效率物流、大容量?jī)?chǔ)藏系統(tǒng)，該裝配倉(cāng)儲(chǔ)站由電氣控制柜、配件送料裝置、輸送帶、機(jī)器人四大部分組成，配件送料裝置送料轉(zhuǎn)盤由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由視覺(jué)檢測(cè)站檢測(cè)合格的工件傳送到位，送料裝置推出工件，使用工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)裝配，裝配完成后使用機(jī)器人放置工件入庫(kù)實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)。

本發(fā)明的有益效果是：它集成有總控制站、焊接站、數(shù)控加工站、視覺(jué)檢測(cè)站和裝配倉(cāng)儲(chǔ)站五大模塊，能夠工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)、機(jī)電維修與管理專業(yè)、機(jī)電一體化專業(yè)、電氣自動(dòng)化專業(yè)級(jí)、機(jī)械制造與自動(dòng)化專業(yè)等提供相關(guān)的實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明工藝流程圖。

圖中：1-總控制站，2-焊接站，3-數(shù)控加工站，4-視覺(jué)檢測(cè)站，5-輸送軌道，6-搬運(yùn)機(jī)器人，7-電氣控制柜，8-物料站，9-焊接機(jī)器人，10-數(shù)控銑床，11-裝配倉(cāng)儲(chǔ)站。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

參見(jiàn)圖，一種基于工業(yè)機(jī)器人的柔性制造系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，由總控制站1、焊接站2、數(shù)控加工站3、視覺(jué)檢測(cè)站4和裝配倉(cāng)儲(chǔ)站11五大模塊構(gòu)成。總控制站1與其他各個(gè)站通過(guò)CClink網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)，該總控制站1包括一個(gè)PLC主控臺(tái)及一個(gè)由PLC主控臺(tái)控制的輸送設(shè)備，該輸送設(shè)備有一個(gè)輸送軌道5，在輸送軌道5上安裝有機(jī)床上下料機(jī)器人。機(jī)床上下料機(jī)器人受步進(jìn)電機(jī)控制在輸送軌道5上水平移動(dòng)，完成將工件從物料站8搬運(yùn)到焊接站2內(nèi)的工作。所述焊接站2包括電氣控制柜7、焊接臺(tái)及焊接機(jī)器人9，其中物料站8與焊接臺(tái)相連，并由電氣控制柜7控制進(jìn)行工作，機(jī)床上下料機(jī)器人由總控制站1控制，將焊好的工件搬運(yùn)至數(shù)控加工站3的數(shù)控銑床10進(jìn)行鉆孔加工，該數(shù)控銑床10與數(shù)控銑床10控制柜相聯(lián)，并由數(shù)控銑床10控制柜進(jìn)行控制。該數(shù)控銑床10又與視覺(jué)檢測(cè)站4相聯(lián)，視覺(jué)檢測(cè)站4包括傳送帶，由機(jī)床上下料機(jī)器人搬運(yùn)到傳送帶上的工件，通過(guò)固定在傳送帶旁的工業(yè)照相機(jī)拍攝成像并由龍門機(jī)器手將不合格工件剔除，該傳送帶的另一端與裝配倉(cāng)儲(chǔ)站11相聯(lián)。

所述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是通過(guò)PLC控制從而帶動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人6運(yùn)動(dòng)，所以要輸入脈沖讓電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖的頻率，旋轉(zhuǎn)方向取決于控制繞組輪流通電的順序，所以機(jī)床上下料機(jī)器人的移動(dòng)速度、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，但因控制機(jī)床上下料機(jī)器人所需的脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)偏大，超出PLSY指令所控制的范圍，因此需使用DPLSY指令。

所述物料站8包括用于投料的物料架，在物料架一端設(shè)置有頂料桿，該頂料桿受電氣控制柜7控制，能夠?qū)ξ锪霞苓M(jìn)行頂料，將工件頂?shù)轿锪霞芟露说奈锪限D(zhuǎn)盤上，在物料轉(zhuǎn)盤旁設(shè)置有一個(gè)用于控制物料轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的原料檢測(cè)傳感器，在物料轉(zhuǎn)盤旁設(shè)置有傳送帶，傳送帶末端設(shè)置有皮帶末端光電傳感器，該皮帶末端光電傳感器又與搬運(yùn)機(jī)械手相聯(lián)，使搬運(yùn)機(jī)械手將工件搬運(yùn)到焊接轉(zhuǎn)盤上，該焊接轉(zhuǎn)盤與機(jī)床上下料機(jī)器人相鄰，由機(jī)床上下料機(jī)器人完成搬運(yùn)工作。

所述數(shù)控加工站3由數(shù)控銑床10、PLC電氣控制柜7、液壓站、液壓卡盤及安全防護(hù)罩構(gòu)成，由機(jī)床上下料機(jī)器人將焊接好的工件搬運(yùn)到該站的數(shù)控銑床10上進(jìn)行銑孔加工，以達(dá)到生產(chǎn)所需的要求，其中數(shù)控銑床10由機(jī)架、主軸及X、Y、Z軸組成，數(shù)控銑床10控制柜由數(shù)控銑床10系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、I/O模塊、電源及控制面板組成，液壓站由油箱、三相異步電動(dòng)機(jī)、單聯(lián)葉片泵、電磁換向閥、油壓表、液壓卡盤及油管組成，PLC電氣控制柜7則由FX-3U三菱PLC、通訊模塊、電源模塊、漏電保護(hù)開關(guān)、電源停止按鈕、電源啟動(dòng)按鈕、啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、復(fù)位按鈕及急停按鈕電器元件組成。

所述視覺(jué)檢測(cè)站4包括電氣控制柜7、視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)、龍門機(jī)械手、傳送帶及擋料桿，由數(shù)控加工站3搬運(yùn)過(guò)來(lái)的工件經(jīng)傳送帶傳送，通過(guò)工業(yè)照相機(jī)拍攝成像，使用工件尺寸測(cè)量系統(tǒng)對(duì)比寬度、半徑加工精度。

所述裝配倉(cāng)儲(chǔ)站11是以高層立體貨架為主體，以成套搬運(yùn)設(shè)備為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為主要手段組成的高效率物流、大容量?jī)?chǔ)藏系統(tǒng)，該裝配倉(cāng)儲(chǔ)站11由電氣控制柜7、配件送料裝置、輸送帶、搬運(yùn)機(jī)器人6四大部分組成，配件送料裝置送料轉(zhuǎn)盤由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由視覺(jué)檢測(cè)站4檢測(cè)合格的工件經(jīng)傳送帶傳送到位，送料裝置推出工件，使用搬運(yùn)機(jī)器人6實(shí)現(xiàn)裝配，裝配完成后使用搬運(yùn)機(jī)器人6放置工件入庫(kù)實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)。

本發(fā)明集成有總控制站1、焊接站2、數(shù)控加工站3、視覺(jué)檢測(cè)站4和裝配倉(cāng)儲(chǔ)站11五大模塊，能夠?yàn)楣I(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)、機(jī)電維修與管理專業(yè)、機(jī)電一體化專業(yè)、電氣自動(dòng)化專業(yè)級(jí)、機(jī)械制造與自動(dòng)化專業(yè)等提供相關(guān)的實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練。