工业机器人工程考核实训系统

一、系统简介
1、系统构成
ZR-BWL06型 工业机器人工程考核实训系统主要采用码垛机立库系统、AGV小车、托盘流水线、物品盒流水线、视觉系统、六自由度工业机器人构成，如下图1-1所示。
（1） 码垛机立库系统，用来存储物品托盘，并而且按照要求码垛机完成出库和入库；
（2） AGV小车，用来把装配备有物品的托盘从码垛机立库系统对接为，沿铺设的磁条运行到托盘流水线；
（3） 托盘流水线，负责把货品托盘输送到视觉检验测试工位，经视觉定位识别输送到抓取工位；
（4） 物品盒流水线，负责成品物品盒的装箱及传送；
（5） 视觉系统，对托盘流水线上的托盘上的物品实行识别，并把识别成果发送至主控系统的PLC；
（6） 六自由度工业机器人系统，按照主控系统 PLC 发送的数值，对托盘流水线上的托盘上的物品实行分拣，存放于物品盒流水线上的指定物品盒中，同时把空托盘存放于空托盘库中。 图 1-1 整体构成 2、系统整体设计目标
本系统再现工业现场从仓储、搬运、分拣以及包装的全过程，将目前工业自动化现场前沿的实用技术和方案引入到比赛当中，经过比赛，让学员能熟练掌控把握自动化科技的前沿应用技术，为我国从制造大国发展到制造强国，为工业智能制造培养一批有素质，能干活，干好活的新一代职业能手。
（1） 选用6轴关节型工业机器人+堆垛直角坐标机器人+AGV位移机器人，该三种机器人全部是目前工业现场应用对比广泛的机器人；——切合工业现场，体现机器人的多样性；
（2） 将立体仓库（码垛机器人）+工件运输（AGV机器人）+检验测试分拣（机器视觉）+机器人自动分拣装配（6轴机器人）+自动回收+自动包装完美的融合。——诠释智能工厂和智能物流的概念；
（3） 设定多物件和多工位+多仓储，可以展现出非常多的结合场景， 不仅可以展现学员的控制系统和机器人的编程能力，同时也能展现学员的流程规划策略和优化能力；——真实展示实际工业和物流系统场景，非常适合于实训和比赛。
（4） 整个系统应用互联网化控制构架，以及最新的控制系统。——学员能够理解先进的控制技术以及编程方法。
3、作业流程 基础运行流程描述：
（1） 物品以托盘形式存储在原料仓库中（物品共有 8 种不一样形状高度的样式，每个托盘上随机存放 0-3 个物品，样式也随机，可能相同，也可能不一样）。
（2） 物品随托盘从码垛机立库出库，由AGV 小车搬输送至托盘流水线；
（3） 托盘在托盘流水线的 4 号工位停止，经过智能相机识别物品数量、类型、相对于标定原点的位置、相对于标定姿态的旋转角度并传输给PLC；
（4） 识别完成后，托盘流水线把托盘传输到 1 号位置后停止；
（5） 主控系统把需要分拣物品的 XYZ 坐标偏移和旋转角度经过MODBUS TCP 协议依次发送给六自由度工业机器人系统，六自由度工业机器人机器人按照事先编写的程序流程，执行抓取分拣；
（6） 六自由度工业机器人按照存放位置的XYZ 坐标偏移和旋转角度把物品放入礼品箱中。（礼品箱有 8 个格子，相同的工件放到同一
个格子，每个格子最多放 2 件物品。码垛部分偏移运算由主控系统计算，整合到Z 轴偏移中给六自由度工业机器人）。
（7） 把物品取完后，六自由度工业机器人把空托盘也搬运存放到空托盘库中。
（8） 物品装满物品箱后，流转到下料码垛区。（每个比赛区不会 使用全部物品样式，应取其中 2-3 种。当中转箱装满或物品无法按照规则放入物品箱时流入下一区域）；
（9）当物品箱码到一定数量或原料出库完成任务时停止比赛。
二、设备装配
1、设备装配
本设备共含有概括：工业机器人及控制储物柜、PLC 控制储物柜、托盘流水线、物品盒摆放流水线、AGV 小车等。比赛所用场地为 4m×8m，如图 2-1 所示为装备之间的大致布置，现场装配时并不一定严格按照图中所标尺寸装配，允许有所变动。在装配时需要注意以下事项：
（1） 调动工业机器人装配底座的四个地脚，使工业机器人的装配底座水平；(水平仪)
（2） 调动托盘流水线和物品盒摆放流水线的水平；(水平仪)
（3） 以工业机器人为基准，保证托盘流水线与工业机器人的 Y 轴方向平行，保证物品盒摆放流水线与工业机器人的 X 轴方向平行；(具体调动方法见节 2.2)
（4） 保证托盘流水线前端滑轮的平切面低于AGV 小车的平带面；(见图 2-2)。
（5） 保证智能相机与托盘流水线垂直。(见图 2-3) 图 2-1 设备布置 图 2-2 托盘流水线高度调动 图 2-3 智能相机装配 2、平行度调动
如图 2-4 所示，在工业机器人末端夹具上装配了一个激光笔，具体调动步骤如下：
（1） 运用工业机器人的工量具坐标系调节机器人的姿态，使得激光笔始终垂直于工业机器人的装配基面；
（2）首先控制工业机器人动作到托盘流水线上方合适的高度，将激光笔发出的激光对准流水线架上的铝型材边线，运用机器人的工量具坐标系，使机器人沿着基坐标系的 Y 方向动作（注意降低机器人的动作速度），注意查看激光是否偏离铝型材边线，并作适当调节。
（3）运用同样的方法调节物品摆放流水线，只是使机器人沿着坐标系的X 方向动作。 图 2-4 平行度调节 三、6 自由度关节型机器人
6 自由度关节型机器人，如下图 3.1 所示。6 个自由度，最大负荷 20KG,臂展>1.5m。
工业机器人在系统中的位置如下图 3.2 所示。 图 3.1 工业机器人在系统中的位置 机器人作业流程如下所示： 四、 视觉识别系统
本系统装配于托盘流水线中，当托盘货物到视觉检验测试工位时， X-SIGHT 机器视觉系统对托盘内的货物实行视觉识别，并把识别的位置，形状等特征数值给到中央控制器和六关节机器人，由机械人按照目标存放位置执行相应的动作。 图 4.1 智能视觉系统整体图 五、流水线
1、托盘流水线
负责把货品托盘输送到视觉检验测试工位，经视觉定位识别输送到抓取工位，由机械手将托盘中的货品，经过真空吸盘吸放到相应物品盒中。当货品托盘中的货物全部取空时，由机械手经过另一套真空吸盘将托盘吸放到空托盘存放处。
图 5.1 托盘流水线效果图 图 5.2 托盘流水线倍速链实物图 图 5.3 托盘流水线与 AGV 对连接口实物图 2、物品盒流水线
物品盒流水线应用板链构造，负责成品物品盒的装箱及传送，为5工位流水线，装在3个物品盒（占用3个工位）。
图 5.4 物品盒流水线效果图
图 5.6 物品盒流水线实物图 本系统中6自由度工业机器人负责把托盘流水线上托盘中的货品抓取到，按照规定的目标物品盒，放入到相应的位置。机械手装载货品限定在5工位的中间工位。如需装载左右物品盒，经过左右移位将边上的物品盒移到中间工位。
如图所示，从左到右设为1-5工位，当前物品盒处于2 、3 、4工位，定义为物品盒A、B、C，机械手装载3号工位的物品盒，即B物 品盒。如果需要装载A物品盒，则流水线传送机构动作右移，当右检验测试物品盒传感器接通时，流水线停止运行，此时机械手装载A物品盒。如果下一个要装载的是C物品盒，则流水线向左运行，碰到左面物品盒检验测试传感器时停止运行。系统中另设定有零位检验测试传感器，以检验测试物品盒处于中间工位。为防止物品盒滑落，在左右极限位置设定有左右限位开关，以防止控制失误，致物品盒跌落。
物品盒流水线由步进电动机控制，实际控制策略可以应用脉冲定位控制的方法。
六、 电气控制系统
本系统应用国际上先进的控制理念和最新的控制设备，应用互联网化控制模式，系统主要控制框图如 6.1 所示。 图 6.1 设备电气互联网拓扑图 如上图所示，整个系统经过工业以太网总线，把工业机器人、主控流水线 PLC、码垛机立库系统 PLC、码垛机立库系统触摸屏、主控流水线触摸屏、视觉系统、变频器以及编程研发计算机数值等均经过以太网连接。编程研发计算机数值负责研发调节测试程序、视觉系统特征识别研发以及机器人示教等编程。码垛立库系统和主控流水线触摸屏负责管理码垛立库系统、主控流水线的运行功能数值，以及系统报警和提醒信息等。