一种基于工业机器人的柔性制造系统实验设备的制作方法

本发明属于教学实验设备技术领域，涉及一种基于工业机器人的柔性制造系统实验设备。

背景技术：

一、中国目前工业机器人技术在工业生产中的应用

工业机器人是“制造业皇冠顶端的明珠”，其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。目前我国正处于转型阶段，要想从“世界工厂”顺利向“制造业中心”过度，并且成为“全球制造业基地”，就必须抓住第三次工业革命的进程，使工业机器人成为我国制造业优势的重要筹码。2014年中国工业机器人需求量达32000台，我国成为全球第一大需求国，在工业机器人使用过程中，设计、制造、安装、调试、操作、维护等工作都需要大量的专业技术人员，随着机器人应用的日益广泛和装机容量的增长，对这类技术人员的需求也变得越来越迫切，因此，适应这一发展需求必然推动工业机器人技术的向前发展。

二、柔性制造系统与工业机器人的糅合

现代工业生产中需要面对的是竞争十分激烈的市场经济，多数产品的商业寿命正在日益缩短。人们需求的品种正日益增多，原来传统制造业的机床，特别是原来由传统机床组成的固定工艺路线模式的流水线已很难适应市场经济的需求。市场经济促使了产品生产必须从传统的单一品种、大批量生产逐步向多品种、小批量柔性生产发展，这就提出了由各种加工设备、工业机器人、物料传送装置和自动化仓储系统所组成的柔性制造系统。

三、职业院校对基于工业机器人的柔性制造系统教学设备的需求

职业院校根据人才培养及职业岗位技能的要求，在进行柔性制造系统教学活动时，应选取最具代表性的制造自动化系统，可实现多品种、中小批量的加工管理，在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上,将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程,在计算机及其软件的支撑下,构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统,以实现全局动态最优化,总体高效益、高柔性,并进而赢得竞争全胜的智能制造技术应用于教学。

根据机电类、自动化类、先进制造类行业、企业中工业自动化应用的特点，对柔性制造技术的工作过程进行研究，对工业现场设备进行提炼和浓缩，并针对实训教学活动进行专门设计，融机、光、电、气，包含了PLC、工业机器人、传感器、气动、工业控制网络、电机驱动与控制、计算机等诸多技术领域，整个系统应由生产管理系统、WINCC监控系统、主控PLC和下位PLC通过网络通讯技术构成一个完整的多级计算机控制系统，通过训练，使学生了解FMS的基本组成和基本原理，让学生全面掌握机电一体化技术的应用开发和集成技术，帮助学生从系统整体角度去认识系统各组成部分，从而掌握机电控制系统的组成、功能及控制原理。可以促进学生在机械设计、电气自动化、自动控制、工业机器人技术、计算机技术、传感器技术、数控技术等方面的学习,并对电机驱动及控制技术、PLC 控制系统的设计与应用、计算机网络通信技术和现场总线技术、高级语言编程等运用技能得到实际的训练，激发学生的学习兴趣，使学生的机电系统的设计、装配、调试能力均能得到综合提高。

教学系统应将机械、气动、电气控制、电机传动、传感检测、工业机器人、数控系统、PLC以及工业网络控制技术有机地进行整合，按照结构模块化，便于组合，可以完成各类单线技能训练和综合性项目训练。能较好地满足实训教学、工程训练的需要。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种基于工业机器人的柔性制造系统实验设备，它集成有总控制站、焊接站、数控加工站、视觉检测站和装配仓储站五大模块，能够工业机器人应用技术、机电维修与管理专业、机电一体化专业、电气自动化专业级、机械制造与自动化专业等提供相关的实践环节的训练。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于工业机器人的柔性制造系统实验设备，由总控制站、焊接站、数控加工站、视觉检测站和装配仓储站五大模块构成，其中总控制站与其他各个站相联，该总控制站包括一个PLC主控台及一个由PCL主控台控制的输送设备，该输送设备包括一个输送轨道，在输送轨道上设置有搬运机器人，该搬运机器人与步进电机相联，由搬运机器人将工件搬运到焊接站内，所述焊接站包括电气控制柜、物料站、焊接台及焊接机器人，其中物料站与焊接台相连，并由电气控制柜控制进行工作，焊接机器人则由总控制站控制将工件搬运至数码加工站的数控铣床进行钻孔加工，该数码铣床与数控铣床控制柜相联，并由数控铣床控制柜进行控制，该数控铣床又与视觉检测站相联，视觉检测站包括传送带，传送带上由数控铣床输送过来的工件通过固定在传送带旁的摄像头拍摄成像并由龙门机器手将不合格工件剔除，该传送带的另一端与装配仓储站相联。

所述步进电动机是通过PLC控制从而带动搬运机器人运动，所以要输入脉冲让电机运转，步进电动机的转速取决于输入脉冲的频率，旋转方向取决于控制绕组轮流通电的顺序，所以搬运机器人的移动速度、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，但因控制搬运机器人所需的脉冲信号的频率和脉冲数偏大，超出PLSY指令所控制的范围，因此需使用DPLSY指令。

所述物料站包括用于投料的物料架，在物料架一端设置有顶料杆，该顶料杆受电气控制柜控制，能够对物料架进行顶料，将工件顶到物料架下端的物料转盘上，在物料转盘旁设置有一个用于控制物料转盘转动的原料检测传感器，在物料转盘旁设置有传送带，传送带末端设置有皮带末端光电传感器，该皮带末端光电传感器又与机械手相联，使机械手将工件搬运到焊接转盘上，该焊接转盘与焊接机器人相邻，由焊接机器人完成搬运工作。

所述数控加工站由数控铣床、PLC电气控制柜、液压站、液压卡盘及安全防护罩构成，由搬运机器人搬运到该站的数控铣床上进行钻孔加工，以达到生产所需的要求，其中数控铣床由机架、主轴及X、Y、Z轴组成，数控铣床控制柜由数控铣床系统、伺服系统、I/O模块、电源及控制面板组成，液压站由油箱、三相异步电动机、单联叶片泵、电磁换向阀、油压表、液压卡盘及油管组成，PLC电气控制柜则由FX-3U三菱PLC、通讯模块、电源模块、漏电保护开关、电源停止按钮、电源启动按钮、启动按钮、停止按钮、复位按钮及急停按钮电器元件组成。

所述视觉检测站包括电气控制柜、视觉检测系统、龙门机器手、传送带及挡料杆，由数控加工站搬运的工件经传送带传送，通过摄像头拍摄成像，使用工件尺寸测量系统对比宽度、半径加工精度。

所述装配仓储站是以高层立体货架为主体，以成套搬运设备为基础，以计算机控制技术为主要手段组成的高效率物流、大容量储藏系统，该装配仓储站由电气控制柜、配件送料装置、输送带、机器人四大部分组成，配件送料装置送料转盘由步进电机驱动，由视觉检测站检测合格的工件传送到位，送料装置推出工件，使用工业机器人实现装配，装配完成后使用机器人放置工件入库实现仓储。

本发明的有益效果是：它集成有总控制站、焊接站、数控加工站、视觉检测站和装配仓储站五大模块，能够工业机器人应用技术、机电维修与管理专业、机电一体化专业、电气自动化专业级、机械制造与自动化专业等提供相关的实践环节的训练。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明工艺流程图。

图中：1-总控制站，2-焊接站，3-数控加工站，4-视觉检测站，5-输送轨道，6-搬运机器人，7-电气控制柜，8-物料站，9-焊接机器人，10-数控铣床，11-装配仓储站。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参见图，一种基于工业机器人的柔性制造系统实验设备，由总控制站1、焊接站2、数控加工站3、视觉检测站4和装配仓储站11五大模块构成。总控制站1与其他各个站通过CClink网络相联，该总控制站1包括一个PLC主控台及一个由PLC主控台控制的输送设备，该输送设备有一个输送轨道5，在输送轨道5上安装有机床上下料机器人。机床上下料机器人受步进电机控制在输送轨道5上水平移动，完成将工件从物料站8搬运到焊接站2内的工作。所述焊接站2包括电气控制柜7、焊接台及焊接机器人9，其中物料站8与焊接台相连，并由电气控制柜7控制进行工作，机床上下料机器人由总控制站1控制，将焊好的工件搬运至数控加工站3的数控铣床10进行钻孔加工，该数控铣床10与数控铣床10控制柜相联，并由数控铣床10控制柜进行控制。该数控铣床10又与视觉检测站4相联，视觉检测站4包括传送带，由机床上下料机器人搬运到传送带上的工件，通过固定在传送带旁的工业照相机拍摄成像并由龙门机器手将不合格工件剔除，该传送带的另一端与装配仓储站11相联。

所述步进电动机是通过PLC控制从而带动搬运机器人6运动，所以要输入脉冲让电机运转，步进电动机的转速取决于输入脉冲的频率，旋转方向取决于控制绕组轮流通电的顺序，所以机床上下料机器人的移动速度、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，但因控制机床上下料机器人所需的脉冲信号的频率和脉冲数偏大，超出PLSY指令所控制的范围，因此需使用DPLSY指令。

所述物料站8包括用于投料的物料架，在物料架一端设置有顶料杆，该顶料杆受电气控制柜7控制，能够对物料架进行顶料，将工件顶到物料架下端的物料转盘上，在物料转盘旁设置有一个用于控制物料转盘转动的原料检测传感器，在物料转盘旁设置有传送带，传送带末端设置有皮带末端光电传感器，该皮带末端光电传感器又与搬运机械手相联，使搬运机械手将工件搬运到焊接转盘上，该焊接转盘与机床上下料机器人相邻，由机床上下料机器人完成搬运工作。

所述数控加工站3由数控铣床10、PLC电气控制柜7、液压站、液压卡盘及安全防护罩构成，由机床上下料机器人将焊接好的工件搬运到该站的数控铣床10上进行铣孔加工，以达到生产所需的要求，其中数控铣床10由机架、主轴及X、Y、Z轴组成，数控铣床10控制柜由数控铣床10系统、伺服系统、I/O模块、电源及控制面板组成，液压站由油箱、三相异步电动机、单联叶片泵、电磁换向阀、油压表、液压卡盘及油管组成，PLC电气控制柜7则由FX-3U三菱PLC、通讯模块、电源模块、漏电保护开关、电源停止按钮、电源启动按钮、启动按钮、停止按钮、复位按钮及急停按钮电器元件组成。

所述视觉检测站4包括电气控制柜7、视觉检测系统、龙门机械手、传送带及挡料杆，由数控加工站3搬运过来的工件经传送带传送，通过工业照相机拍摄成像，使用工件尺寸测量系统对比宽度、半径加工精度。

所述装配仓储站11是以高层立体货架为主体，以成套搬运设备为基础，以计算机控制技术为主要手段组成的高效率物流、大容量储藏系统，该装配仓储站11由电气控制柜7、配件送料装置、输送带、搬运机器人6四大部分组成，配件送料装置送料转盘由步进电机驱动，由视觉检测站4检测合格的工件经传送带传送到位，送料装置推出工件，使用搬运机器人6实现装配，装配完成后使用搬运机器人6放置工件入库实现仓储。

本发明集成有总控制站1、焊接站2、数控加工站3、视觉检测站4和装配仓储站11五大模块，能够为工业机器人应用技术、机电维修与管理专业、机电一体化专业、电气自动化专业级、机械制造与自动化专业等提供相关的实践环节的训练。