基于工业机器人的多单元联合教学实训生产线的制作方法

本发明涉及工业机器人教学实训技术领域，具体为基于工业机器人的多单元联合教学实训生产线。

背景技术：

市场劳动成本上涨：市场低端劳动力供给不足、企业劳动力成本不断上涨；对机器人需求：生产方式向柔性、智能、精细转变，对工业机器人的需求将呈现大幅增长；国家政策支持：正式印发《中国制造2025》和《机器人产业发展规划(2016-2020年)》的相关政策以大力扶持机器人产业；生产模式转变：柔性生产与机器人技术的有效结合，既满足不同产品柔性生产，又提高生产效率，降低人力成本，保证加工的精准度，已普遍应用于生产工业；低端众所周知，只有品种单一、批量大、设备专用、工艺稳定、效率高，才能构成规模经济效益；反之，多品种、小批量生产，设备的专用性低，在加工形式相似的情况下，频繁的调整工夹具，工艺稳定难度增大，生产效率势必受到影响。

为了同时提高制造工业的柔性和生产效率，使之在保证产品质量的前提下，缩短产品生产周期，降低产品成本，最终使中小批量生产能与大批量生产抗衡，基于工业机器人的多单元联合教学实训生产线便应运而生。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供基于工业机器人的多单元联合教学实训生产线，以解决上述背景技术提出的目前市场上的设备的专用性低，在加工形式相似的情况下，频繁的调整工装夹具，工艺稳定难度增大，生产效率势必受到影响。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于工业机器人的多单元联合教学实训生产线，包括底座平台、第二实训区、第一实训区、暖风机构、控制区、加工区、机器人工作区和主输送线，所述主输送线安装固定在底座平台上，所述主输送线包括第一升降机构、第二升降机构、第一输送线、第二输送线和第一支撑柱，所述第一升降机构包括第一固定横杆、第二支撑柱、第一升降平台、第一固定锁销、第一限位滑轨、第一齿形带和第一固定纵杆，所述第二支撑柱上设有第一限位滑轨，所述第一固定纵杆上通过设有第一固定锁销连接有第一齿形带，所述第一齿形带固定连接有第一升降平台，所述第二升降机构包括第二固定纵杆、第二固定横杆、第一固定纵杆、第二限位滑轨、第二齿形带、第二升降平台、第二固定锁销和第三支撑柱，所述第三支撑柱上设有第二限位滑轨，所述第二固定纵杆通过第二固定锁销设有第二齿形带，所述第二齿形带固定连接有第二升降平台，所述第一支撑柱的分别支撑安装有第一输送线和第二输送线，所述第二输送线位移方向两侧设有第一钢制轮链条和第二钢制轮链条，所述第一钢制轮链条和第二钢制轮链条设有托盘，所述第二输送线左侧设有暖风机构，所述机器人工作区安装有第四机器人单元、第三机器人单元、第二机器人单元、第一机器人单元和进料口，所述加工区包括成品架、棋盒架、点漆机构、水洗除尘打磨机、第二加工中心、第一加工中心、切割单元、储料架和筛分机构，所述控制区包括电源输入端、第一控制端、第二控制端、第三控制端、第四控制端、第五控制端、第六控制端和第七控制端，所述成品架通过第十三支撑柱固定在底座平台上，所述成品架堆放成品棋盒，所述棋盒架通过第五支撑柱固定在底座平台上，所述棋盒架上设有空棋盒区和空棋盒，所述水洗除尘打磨机和点漆机构通过第六支撑柱固定安装在底座平台上，所述点漆机构上设有上漆进出口和换气扇，所述水洗除尘打磨机上设有打磨头、废料中转仓、除尘砂带打磨机构和水洗喷头，所述第二加工中心和第一加工中心通过第八支撑柱固定安装在底座平台上，所述第二加工中心和第一加工中心设有传输通道，所述第二加工中心上设有加工出口，所述第一加工中心上设有加工入口，所述切割单元上通过第十一支撑柱固定于底座平台上，所述切割单元上设有通过第四限位滑轨安装有切割电机，所述切割电机安装有切割片，所述切割单元设有圆形卡槽，所述第一机器人单元前端设有第二机械爪，所述第一机器人单元前端通过连接杆设有第一夹紧机构，所述第一夹紧机构上设有气动卡盘，所述气动卡盘与圆形卡槽固定木棒，所述底座平台右侧末端通过第十二支撑柱固定安装有进料储料平台，所述进料储料平台上设有储料架和筛分机构，所述进料口通过第一通道和筛分机构连接，所述筛分机构通过第二通道连接有储料架，所述第四机器人单元通过第一机器人平台和第四支撑柱固定在底座平台上，所述第三机器人单元通过第二机器人平台和第七支撑柱固定在底座平台上，所述第一机器人单元通过第四机器人平台和第十支撑柱固定在底座平台上，所述第二机器人单元的机器人底座通过第三限位滑轨安装在第三机器人平台上，所述第三机器人平台通过第九支撑柱固定在底座平台上，所述第四机器人单元包括机器人底座、转动轴、机械手和第一机械爪，所述第一机器人单元前端设有第二机械爪。

优选的，所述第一升降平台起始位置与第二输送线在同一高度，第二升降平台的起始位置与第一输送线在同一高度，第一升降平台和第二升降平台的位移d1为50cm。

优选的，所述第一输送线输送方向向右、第二输送线输送方向向左，第一输送线和第二输送线输送距离d2为20m。

优选的，所述气动卡盘，工作压力为0.4～0.8mpa，最大夹紧力为41.7kn,最大行程4.7mm。

优选的，所述第一升降平台和第二升降平台的运行速度范围为10-15m/min，托盘的运行速度范围为10～15m/min，生产线运行过程中，第一升降平台、第二升降平台和托盘运行速度设定值需一致。

优选的，所述暖风机构安装在第二输送线上对点漆完成的棋子进行油漆烘干，暖风机构温度设定范围为0～80℃，最大功率1400w。

优选的，所述第一控制端控制点漆机构，第二控制端控制水洗除尘打磨机，第三控制端控制第二加工中心，第四控制端控制第一加工中心，第五控制端综合控制第四机器人单元、第三机器人单元、第二机器人单元和第一机器人单元，第六控制端控制切割单元，和第七控制端控制筛分机构和进料口，所述第一控制端、第二控制端、第三控制端、第四控制端、第五控制端、第六控制端和第七控制端均配有21.5寸触摸一体机作为伺服单机程序设计调试端，用以完成多个单元的联合实训。

优选的，所述第四机器人单元、第三机器人单元、第二机器人单元为完全相同的机器人单元，第一机械爪为三爪，第一机器人单元前端设有的第二机械爪为二爪。

优选的，所述第一升降平台、第一限位滑轨和第二固定纵杆相配合，所述第二限位滑轨、第二升降平台和第三支撑柱相配合，所述第三限位滑轨、机器人底座和第三机器人平台相配合，机器人底座水平方向可移动最大位移为0.8m。

本发明的有益效果是：本发明第一机器人单元通过第二机械爪抓起木棒放入切割单元进行切割，再通过第二机器人单元夹取分割块通过加工入口送入第一加工中心中进行单面雕刻，再通过传输通道输送至第二加工中心中进行翻面雕刻，然后通过第三机器人单元夹取刻完字的半成品送入水洗除尘打磨机，水洗喷头和除尘砂带打磨机构相配合进行打磨塑形，打磨结束第三机器人单元将塑形完成的半成品送入点漆机构内进行上漆，上漆完成后第三机器人单元将半成品放上输送线的托盘上经过暖风机构进行烘干，最后第四机器人单元将成品棋子放入空棋盒内，当空棋盒装满后，第四机器人单元会将装满后的成品棋盒放在成品架上，然后重新从空棋盒区夹取空棋盒备用，输送完成品棋子的托盘会通过第一升降机构进入第一输送线上，第一输送线输送托盘通过第二升降机构进入第二输送线上；本发明生产线是把多台可以调整的机床联结起来，配以自动运送装置组成的生产线。它依靠计算机管理，并将多种生产模式结合，从而能够减少生产成本做到物尽其用，可实现木制中国象棋从上料到打包入库全生产环节流程，达到国家生产标准，可实现每个单元4-6名学生参与实训，整个车间满足54名学生同时参与实训，每个单元独立设计，可实现实训时进行自由组合，生产不同的产品，可实现基于工业机器人应用技术专业、机械制造与自动化专业、电气自动化专业、机器人工程专业等生产线专业相关实训。

附图说明

图1为本发明平面装配结构示意图；

图2为本发明主输送线结构示意图；

图3为本发明加工区和机器人工作区结构示意图；

图4为本发明切割单元和第一机器人单元切割状态结构示意图；

图5为本发明第四机器人单元结构示意图。

图中：1、底座平台，2、第一输送线，3、第二输送线，4、第一支撑柱，5、第一升降机构，6、第二升降机构，7、第一固定横杆，8、第二支撑柱，9、第一升降平台，10、第一固定锁销，11、第一限位滑轨，12、第一齿形带，13、第二固定纵杆，14、第二固定横杆，15、第一固定纵杆，16、第二限位滑轨，17、第二齿形带，18、第二升降平台，19、第二固定锁销，20、第三支撑柱，21、成品架，22、成品棋盒，23、第四机器人单元，24、第三机器人单元，25、空棋盒区，26、换气扇，27、空棋盒，28、棋盒架，29、第四支撑柱，30、第五支撑柱，31、第六支撑柱，32、上漆进出口，33、打磨头，34、水洗除尘打磨机，35、废料中转仓，36、除尘砂带打磨机构，37、第二机器人单元，38、加工出口，39、第二加工中心，40、传输通道，41、切割单元，42、加工入口，43、第一加工中心，44、第七支撑柱，45、第一机器人平台，46、第一夹紧机构，47、气动卡盘，48、第一机器人单元，49、储料架，50、第三限位滑轨，51、水洗喷头，52、机器人底座，53、转动轴，54、机械手，55、第一机械爪，56、第八支撑柱，57、第九支撑柱，58、木棒，59、第二机械爪，60、切割片，61、第四限位滑轨，62、切割电机，63、第十支撑柱，64、第十一支撑柱，65、第十二支撑柱，66、进料储料平台，67、筛分机构，68、进料口，69、第一通道，70、第二通道，71、第一钢制轮链条，72、圆形卡槽，73、连接杆，74、托盘，75、点漆机构，76、电源输入端，77、第一控制端，78、第二控制端，79、第三控制端，80、第四控制端，81、第五控制端，82、第六控制端，83、第七控制端，84、第二实训区，85、第一实训区，86、暖风机构，87、控制区，88、加工区，89、机器人工作区，90、主输送线，91、第二钢制轮链条，92、第十三支撑柱，93、第二机器人平台，94、第三机器人平台，95、第四机器人平台。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：基于工业机器人的多单元联合教学实训生产线，包括底座平台1、第二实训区84、第一实训区85、暖风机构86、控制区87、加工区88、机器人工作区89和主输送线90，所述主输送线90安装固定在底座平台1上，所述主输送线90包括第一升降机构5、第二升降机构6、第一输送线2、第二输送线3和第一支撑柱4，所述第一升降机构5包括第一固定横杆7、第二支撑柱8、第一升降平台9、第一固定锁销10、第一限位滑轨11、第一齿形带12和第一固定纵杆15，所述第二支撑柱8上设有第一限位滑轨11，所述第一固定纵杆15上通过设有第一固定锁销10连接有第一齿形带12，所述第一齿形带12固定连接有第一升降平台9，所述第二升降机构6包括第二固定纵杆13、第二固定横杆14、第一固定纵杆15、第二限位滑轨16、第二齿形带17、第二升降平台18、第二固定锁销19和第三支撑柱20，所述第三支撑柱20上设有第二限位滑轨16，所述第二固定纵杆13通过第二固定锁销19设有第二齿形带17，所述第二齿形带17固定连接有第二升降平台18，所述第一支撑柱4的分别支撑安装有第一输送线2和第二输送线3，所述第二输送线3位移方向两侧设有第一钢制轮链条71和第二钢制轮链条91，所述第一钢制轮链条71和第二钢制轮链条91设有托盘74，所述第二输送线3左侧设有暖风机构86，所述机器人工作区89安装有第四机器人单元23、第三机器人单元24、第二机器人单元37、第一机器人单元48和进料口68，所述加工区88包括成品架21、棋盒架28、点漆机构75、水洗除尘打磨机34、第二加工中心39、第一加工中心43、切割单元41、储料架49和筛分机构67，所述控制区87包括电源输入端76、第一控制端77、第二控制端78、第三控制端79、第四控制端80、第五控制端81、第六控制端82和第七控制端83，所述成品架21通过第十三支撑柱92固定在底座平台1上，所述成品架21堆放成品棋盒22，所述棋盒架28通过第五支撑柱30固定在底座平台1上，所述棋盒架28上设有空棋盒区25和空棋盒27，所述水洗除尘打磨机34和点漆机构75通过第六支撑柱31固定安装在底座平台1上，所述点漆机构75上设有上漆进出口32和换气扇26，所述水洗除尘打磨机34上设有打磨头33、废料中转仓35、除尘砂带打磨机构36和水洗喷头51，所述第二加工中心39和第一加工中心43通过第八支撑柱56固定安装在底座平台1上，所述第二加工中心39和第一加工中心43设有传输通道40，所述第二加工中心39上设有加工出口38，所述第一加工中心43上设有加工入口42，所述切割单元41上通过第十一支撑柱64固定于底座平台1上，所述切割单元41上设有通过第四限位滑轨61安装有切割电机62，所述切割电机62安装有切割片60，所述切割单元41设有圆形卡槽72，所述第一机器人单元48前端设有第二机械爪59，所述第一机器人单元48前端通过连接杆73设有第一夹紧机构46，所述第一夹紧机构46上设有气动卡盘47，所述气动卡盘47与圆形卡槽72固定木棒58，所述底座平台1右侧末端通过第十二支撑柱65固定安装有进料储料平台66，所述进料储料平台66上设有储料架49和筛分机构67，所述进料口68通过第一通道69和筛分机构67连接，所述筛分机构67通过第二通道70连接有储料架49，所述第四机器人单元23通过第一机器人平台45和第四支撑柱29固定在底座平台1上，所述第三机器人单元24通过第二机器人平台93和第七支撑柱44固定在底座平台1上，所述第一机器人单元48通过第四机器人平台95和第十支撑柱63固定在底座平台1上，所述第二机器人单元37的机器人底座52通过第三限位滑轨50安装在第三机器人平台94上，所述第三机器人平台94通过第九支撑柱57固定在底座平台1上，所述第四机器人单元23包括机器人底座52、转动轴53、机械手54和第一机械爪55，所述第一机器人单元48前端设有第二机械爪59。

作为本发明的进一步方案，第一升降平台9起始位置与第二输送线3在同一高度，第二升降平台18的起始位置与第一输送线2在同一高度，第一升降平台9和第二升降平台18的位移d1为50cm；作为本发明的进一步方案，第一输送线2输送方向向右、第二输送线3输送方向向左，第一输送线2和第二输送线3输送距离d2为20m；作为本发明的进一步方案，气动卡盘47，工作压力为0.4～0.8mpa，最大夹紧力为41.7kn,最大行程4.7mm；作为本发明的进一步方案，第一升降平台9和第二升降平台18的运行速度范围为10-15m/min，托盘74的运行速度范围为10～15m/min，生产线运行过程中，第一升降平台9、第二升降平台18和托盘74运行速度设定值需一致；作为本发明的进一步方案，暖风机构86安装在第二输送线3上对点漆完成的棋子进行油漆烘干，暖风机构86温度设定范围为0～80℃，最大功率1400w；作为本发明的进一步方案，第一控制端77控制点漆机构75，第二控制端78控制水洗除尘打磨机34，第三控制端79控制第二加工中心39，第四控制端80控制第一加工中心43，第五控制端81综合控制第四机器人单元23、第三机器人单元24、第二机器人单元37和第一机器人单元48，第六控制端82控制切割单元41，和第七控制端83控制筛分机构67和进料口68，所述第一控制端77、第二控制端78、第三控制端79、第四控制端80、第五控制端81、第六控制端82和第七控制端83均配有21.5寸触摸一体机作为伺服单机程序设计调试端，用以完成多个单元的联合实训；作为本发明的进一步方案，第四机器人单元23、第三机器人单元24、第二机器人单元37为完全相同的机器人单元，第一机械爪55为三爪，第一机器人单元48前端设有的第二机械爪59为二爪；作为本发明的进一步方案，第一升降平台9、第一限位滑轨11和第二固定纵杆13相配合，所述第二限位滑轨16、第二升降平台18和第三支撑柱20相配合，所述第三限位滑轨50、机器人底座52和第三机器人平台94相配合，机器人底座52水平方向可移动最大位移为0.8m。

工作原理：本发明通过进料口68将加工原料输送至筛分机构67进行筛分，筛分掉不满足加工要求的不合格原材料，然后将筛选好的木棒58置于储料架49上备用，第一机器人单元48通过第二机械爪59抓起木棒58，木棒58进入圆形卡槽71后，第一机器人单元48通过第一夹紧机构46上的气动卡盘47夹紧木棒58，切割电机62再对木棒58进行切割，切割完成后第一机器人单元48将切割好后的分割块放置在托盘74进行下一道工具，而第一机器人单元48继续用气动卡盘47夹紧木棒58，继续切割，第二机器人单元37夹取分割块通过加工入口42送入第一加工中心43中进行单面雕刻，再通过传输通道40输送至第二加工中心39中进行翻面雕刻，雕刻完成后第二机器人单元37从加工出口取出刻完字的半成品放入输送线，第三机器人单元24夹取刻完字的半成品送入水洗除尘打磨机34，水洗喷头51和除尘砂带打磨机构36相配合进行打磨塑形，打磨结束第三机器人单元24将塑形完成的半成品送入点漆机构75内进行上漆，上漆完成后第三机器人单元24将半成品放上输送线的托盘上经过暖风机构86进行烘干，最后第四机器人单元24将成品棋子放入空棋盒27内，当空棋盒27装满后，第四机器人单元24会将装满后的成品棋盒放在成品架21上，然后重新从空棋盒区25夹取空棋盒27备用，输送完成品棋子的托盘74会通过第一升降机构5进入第一输送线2上，第一输送线2输送托盘74通过第二升降机构6进入第二输送线3上，这就是本生产线的工作流程，本说明中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。