一种基于工业机器人的模拟定制化生产实训系统及方法与流程

本发明涉及实训系统，尤其涉及一种基于工业机器人的模拟定制化生产实训系统及方法。

背景技术：

定制化生产管理可以为企业提供包括制造数据管理、计划排产管理、生产调度管理、库存管理、质量管理等模块，为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。车间生产管理是企业实现生产计划科学管理、生产成本有效控制的重要环节。缺乏科学有效的车间管理，企业就无法系统、协调、有序地进行生产。定制化生产就是按照顾客需求进行生产，以满足网络时代顾客个性化需求。由于消费者的个性化需求差异性大，加上消费者的需求量又少，因此企业实行定制生产必须在管理，供应，生产和配送各个环节上，都必须适应这种小批量，多式样，多规格和多品种的生产和销售变化。作为个性化服务的重要组成部分，按照顾客需求进行定制生产是现今满足顾客个性化需求的基本形式。

企业的生产模式由标准化生产向定制化生产转移是中国制造业的未来发展方向，制造业的发展将走向个性化定制的新时代。在传统的生产模式中，实现定制化生产的成本很高，但随着信息技术的不断发展，企业可以更容易的获取用户的需求和订单，通过智能网络信息系统来进行详细的产业协同分工，能够实现生产线各环节的网络化协同生产，所以，智能工业的发展不仅能够让个性化定制和生产规模不断扩大完美的融合，还能在保证企业运营成本的前提下，建立以客户为中心的生产运营体系。

定制管理是对物的特定的管理，是其他各项专业管理在生产现场的综合运用和补充企业在生产活动中，研究人、物、场所三者关系的一门科学。它是通过整理，把生产过程中不需要的东西清除掉，不断改善生产现场条件，科学地利用场所，向空间要效益；通过整顿，促进人与物的有效结合，使生产中需要的东西随手可得，向时间要效益，从而实现生产现场管理的规范化与科学化。

在当今社会实体经济发展速度逐渐放缓的大背景下，经济下行压力逐渐增大，中国传统的制造业正在面临严峻的挑战和冲击，无论是中小企业，还是大型跨国公司都在积极的寻找新的经济增长点。云计算、大数据、物联网等新兴技术的发展，对传统产业经营模式的发展产生深刻的影响，企业生产管理方式也逐渐由大规模的常规化管理向智能化定制化管理方向转变，随着智能工业的不断发展，中国企业将面临产业转型升级的巨大压力和挑战。而现今国内定制化生产管理实训系统存在的缺陷有：

（1）定制化资源存在浪费现象；

（2）定制化生产工艺多样化存在局限性，制造产品所需的技术比重增大，造成生产效率下降；

（3）需要不断地更新零配件，以避免生产过程中或生产后的额外库存负担；

（4）增加了诊断和维修劣质品的难度。

在应用方面，国内的定制化生产管理明显落后于发达国家，没有形成一个完整的标准体系，在实现技术上，还不能够完全满足企业的生产管理需求，也就是说，国内企业在其系统功能结构、实施上还存在风险。必须从实施能力、产品质量、服务水平等一系列问题上实现突破。中国大部分制造企业还过度依赖人力进行生产，因此收集完整、可靠的，数据化信息较为困难。由于制造过程及过程控制对象的复杂性和专有性，使得系统形态有比较大的差异，应用模式也可能完全不同，这些因素客观上造成了产品与服务市场的多样性，定制化产品在国内市场已经出现较大的需求。

而工业机器人在生产当中的应用越来越广泛，工业机器人取代人力应用到定制化生产系统中进行智能制造是工业4.0的一大发展趋势。因此需要大量的操作技术人员：如机器人调试与维修工程师，自动化设计工程师、机器人视觉工程师等。但相对于人才需求的逐年增长，工业机器人专业人才的培养仍处于相对滞后状态，其主要原因是国内大专院校和相关培训机构大多只能提供单一化的机器人教学，如单工作站式的各型号工业机器人实训平台，缺少一种基于工业机器人的模拟定制化生产实训系统，既能够满足客户定制化需求，又能实现一体化产线式生产且适合教学的实际案例和教学设备。

因此，如何提供一种基于工业机器人的模拟定制化生产实训系统，用于定制化生产教学，为定制化生产提供专业人才是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种基于工业机器人的模拟定制化生产实训系统及方法。

本发明提供了一种基于工业机器人的模拟定制化生产实训系统，包括护栏和被所述护栏所包围的实训总体，所述实训总体包括输送货物的第一无人搬运车；存放物料的货架；将所述货架上的物料搬运至所述第一无人搬运车的货架端工业机器人；对物料进行雕刻加工的激光内雕机；将物料从所述第一无人搬运车搬运至激光内雕机、再将雕刻好的物料从激光内雕机搬运至视觉装置、再将检测好的物料从视觉装置搬运至第一无人搬运车的雕刻端工业机器人；检测物料的雕刻图案的视觉装置；将物料从第一无人搬运车、涂胶工作站进行来回搬运的涂胶端工业机器人；对物料进行涂胶加工的涂胶工作站；将涂胶好的物料从第一无人搬运车搬运至uv固化炉进行固化成形、再将固化成形好的物料从uv固化炉搬运至第二无人搬运车的固化端工业机器人；对涂胶好的物料进行固化成形的uv固化炉；将固化成形好的物料搬运至出料端的第二无人搬运车。

作为本发明的进一步改进，所述实训总体还包括导引第一无人搬运车的第一导引路线和导引第二无人搬运车的第二导引路线。

作为本发明的进一步改进，所述货架端工业机器人、激光内雕机、雕刻端工业机器人、视觉装置、涂胶端工业机器人、涂胶工作站沿所述第一导引路线顺序布置。

作为本发明的进一步改进，所述固化端工业机器人位于所述第一导引路线、第二导引路线之间。

作为本发明的进一步改进，所述uv固化炉位于所述第一导引路线、第二导引路线之间。

本发明还提供了一种基于工业机器人的模拟定制化生产实训方法，包括以下步骤：

s1、令货架端工业机器人从货架上取出物料并放置在第一无人搬运车上；

s2、令第一无人搬运车将物料输送至雕刻端工业机器人所在位置，令雕刻端工业机器人将物料从第一无人搬运车搬运至激光内雕机中，令激光内雕机调取图片对物料进行雕刻加工；

s3、当激光内雕机完成雕刻加工之后，令雕刻端工业机器人将完成雕刻的物料从激光内雕机搬运至视觉装置，令视觉装置识别物料上的雕刻图案是否合格，识别完成之后，令雕刻端工业机器人将完成识别的物料从视觉装置搬运至第一无人搬运车，令第一无人搬运车将物料输送至涂胶端工业机器人所在位置；

s4、当第一无人搬运车到达涂胶端工业机器人所在位置时，令涂胶端工业机器人将物料从第一无人搬运车搬运至涂胶工作站，令涂胶工作站对物料进行涂胶加工，涂胶完成之后，令涂胶端工业机器人将物料从涂胶工作站搬运至第一无人搬运车，令第一无人搬运车将物料输送至固化端工业机器人所在位置；

s5、当第一无人搬运车到达固化端工业机器人所在位置时，令固化端工业机器人将物料从第一无人搬运车搬运至uv固化炉，令uv固化炉对物料进行固化成型，固化成型完成之后，令固化端工业机器人将物料从uv固化炉搬运至第二无人搬运车，令第二无人搬运车将物料输送至出料端。

作为本发明的进一步改进，在步骤s4中，通过涂胶端工业机器人控制涂胶工作站对物料进行涂胶加工。

本发明的有益效果是：通过上述方案，提供了一种基于工业机器人的模拟定制化生产实训系统，可以用于定制化生产教学。

附图说明

图1是本发明一种基于工业机器人的模拟定制化生产实训系统的示意图。

图2是本发明一种基于工业机器人的模拟定制化生产实训系统的立体示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1至图2所示，一种基于工业机器人的模拟定制化生产实训系统，包括护栏12和被所述护栏12所包围的实训总体，所述实训总体包括输送货物的第一无人搬运车（又称agv小车）3；存放物料的货架1；将所述货架1上的物料搬运至所述第一无人搬运车3的货架端工业机器人2；对物料进行雕刻加工的激光内雕机4；将物料从所述第一无人搬运车3搬运至激光内雕机4、再将雕刻好的物料从激光内雕机4搬运至视觉装置6、再将检测好的物料从视觉装置6搬运至第一无人搬运车3的雕刻端工业机器人5；检测物料的雕刻图案的视觉装置6；将物料从第一无人搬运车3、涂胶工作站8进行来回搬运的涂胶端工业机器人7；对物料进行涂胶加工的涂胶工作站8；将涂胶好的物料从第一无人搬运车3搬运至uv固化炉10进行固化成形、再将固化成形好的物料从uv固化炉10搬运至第二无人搬运车11的固化端工业机器人9；对涂胶好的物料进行固化成形的uv固化炉10；将固化成形好的物料搬运至出料端的第二无人搬运车（又称agv小车）11。

如图1至图2所示，所述实训总体还包括导引第一无人搬运车3的第一导引路线13和导引第二无人搬运车11的第二导引路线14。

如图1至图2所示，所述货架端工业机器人2、激光内雕机4、雕刻端工业机器人5、视觉装置6、涂胶端工业机器人7、涂胶工作站8沿所述第一导引路线13顺序布置。

如图1至图2所示，所述固化端工业机器人9位于所述第一导引路线13、第二导引路线14之间。

如图1至图2所示，所述uv固化炉10位于所述第一导引路线13、第二导引路线14之间。

如图1至图2所示，所述货架端工业机器人2和涂胶端工业机器人7均安装有第一夹具101，雕刻端工业机器人5安装有第二夹具102，固化端工业机器人9安装有第三夹具103。

如图1至图2所示，一种基于工业机器人的模拟定制化生产实训方法，包括以下步骤：

s1、令货架端工业机器人2从货架1上取出物料并放置在第一无人搬运车3上；

s2、令第一无人搬运车3将物料输送至雕刻端工业机器人5所在位置，令雕刻端工业机器人5将物料从第一无人搬运车3搬运至激光内雕机4中，令激光内雕机4调取图片对物料进行雕刻加工；

s3、当激光内雕机4完成雕刻加工之后，令雕刻端工业机器人5将完成雕刻的物料从激光内雕机4搬运至视觉装置6，令视觉装置6识别物料上的雕刻图案是否合格，识别完成之后，令雕刻端工业机器人5将完成识别的物料从视觉装置6搬运至第一无人搬运车3，令第一无人搬运车3将物料输送至涂胶端工业机器人7所在位置；

s4、当第一无人搬运车3到达涂胶端工业机器人7所在位置时，令涂胶端工业机器人7将物料从第一无人搬运车3搬运至涂胶工作站8，令涂胶工作站8对物料进行涂胶加工，涂胶完成之后，令涂胶端工业机器人7将物料从涂胶工作站8搬运至第一无人搬运车3，令第一无人搬运车3将物料输送至固化端工业机器人9所在位置；

s5、当第一无人搬运车3到达固化端工业机器人9所在位置时，令固化端工业机器人9将物料从第一无人搬运车3搬运至uv固化炉10，令uv固化炉10对物料进行固化成型，固化成型完成之后，令固化端工业机器人9将物料从uv固化炉10搬运至第二无人搬运车11，令第二无人搬运车11将物料输送至出料端。

如图1至图2所示，在步骤s4中，通过涂胶端工业机器人7控制涂胶工作站8对物料进行涂胶加工。

如图1至图2所示，本发明提供的一种基于工业机器人的模拟定制化生产实训系统及方法，以激光内雕机4对水晶块进行雕刻加工为案例，将水晶块工艺品的雕刻加工、涂胶、固化等工艺集成为自动化流水线式的生产模式，并通过上位机和视觉系统实现客户定制下单、智能视觉检测、机器人追踪等一体化控制。系统中不同的机器人工作站既能独立完成教学实训任务，又能与激光内雕机4、uv固化炉10等进行协同运作。系统涵盖了工业机器人应用领域典型和较复杂的应用操作，同时该系统基于模块化设计方式，工作站之间无论机械还是电气部分，都拥有独立的接口，更换工作站时，只需将对应的接口接上即可。

本发明提供的一种基于工业机器人的模拟定制化生产实训系统及方法，以激光内雕机4对水晶块进行雕刻加工为案例，货架1用于水晶块和底座物料的存放；货架端工业机器人2、雕刻端工业机器人5、涂胶端工业机器人7、固化端工业机器人9用于完成相应的搬运工作；四套夹具分别安装在不同机器人上，满足不同工位的需求；第一无人搬运车3用于产线中物料的流水运输；激光内雕机4用于水晶块内部的雕刻加工；视觉装置7用于水晶块雕刻图案的观察与质量检测；涂胶工作站8用于和涂胶端工业机器人7协同工作进行水晶块和底座的涂胶加工；uv固化炉10用于产品的固化成形；第二无人搬运车11用于输送成品给顾客。

本发明提供的一种基于工业机器人的模拟定制化生产实训系统及方法，以激光内雕机4对水晶块进行雕刻加工为案例，具体工作流程如下：

1.人为给予一个开始信号令货架端工业机器人2从货架1进行取件，放置于第一无人搬运车3上并在放置完成给予信号，让第一无人搬运车3进行货物输送；

2.第一无人搬运车3到达雕刻端工业机器人5所在的位置，给予信号，令雕刻端工业机器人5搬运货运至激光内雕机4中，在放置完成，给予信号，令激光内雕机4调取图片进行雕刻操作；

3.激光内雕机4雕刻完成给予给雕刻端工业机器人5信号，令其抓取物块放置于视觉装置7（又称视觉检测工站），识别图案是否完整清晰，是否有误。识别完成再放置于第一无人搬运车3上，给予信号令其离开运往涂胶端工业机器人7位置；

4.第一无人搬运车3到达涂胶端工业机器人7所在位置发送信号，令涂胶端工业机器人7与涂胶工作站8配合，进行点胶操作。涂胶工作站8优为手动点胶机，手动点胶机由涂胶端工业机器人7上的io口连接继电器进行操控其胶量多少以及速度。在点胶完成后，放置在第一无人搬运车3的底座上。给予信号令其移动到固化端工业机器人9的位置；

5.第一无人搬运车3小车到达，给予信号令固化端工业机器人9抓取物料放置在uv固化炉10上，给予uv固化炉10信号，让uv固化炉10的皮带转动，运动到紫外线灯所在位置时停止进行固化。固化完成后，固化端工业机器人9再给予信号令皮带转动。在uv固化炉10末端装有对射光耦，当产品运动到此位置时，皮带停止，固化端工业机器人9进行抓取操作，放置到第二无人搬运车11上，给予信号令其移动至客户所在之地。

该实训装置综合应用了多学科技术，适用于机械原理、自动控制原理、电气控制与可编程控制器、传感器与检测技术、计算机控制技术、工业机器人及应用等课程的实践教学。占地面积为54m2，其中包含四台工业机器人，可作为相互独立的实训系统，当机器人协同工作时，可作为生产管理产线式实训教学平台。

相较于传统的工业机器人单工作站式教学系统，该实训系统具有如下功能与优点：

（1）功能多样性。该系统涵盖了大多数真实工厂中机器人的使用功能，如抓取、搬运、涂胶、智能视觉检测、机器人追踪等；且具备信息可视化管理功能，包括订单信息、设备信息管理、流程管理信息、生产调度管理信息、生产过程数据信息及现场工况信息等。

（2）自动化产线式的生产管理模式。该系统可实时跟踪生产进度、库存情况，工作进度和其它操作管理相关的信息流。能够整合机器人上下料控制，机器人与激光内雕机4、uv固化炉10、agv间的通讯，形成完整控制系统，支持流水线式一体化生产。

（3）涉及的专业领域广。该系统涉及了工业机器人、生产调度管理、智能视觉系统、自动控制、可编程控制器等多种技术，涵盖了自动化控制、计算机应用等多种专业领域。可提供不少于100学时的理论与实操教学及配套的指导书和编程范例。

（4）支持客户定制化生产加工。系统可实现典型范例产品的定制化下单、自动物料供应、智能加工、自动检测、自动装配及配送的完整工艺流程功能展示。同时也支持用户定制化加工生产。

该实训系统采用环形布局，占地6m×9m，四周围有护栏并留有供用户获取成品的开口，内部由四台六轴机器人、两台agv小车、一台激光内雕机4、一台uv固化炉10、一套视觉系统、四套自行设计和加工的夹装治具以及相应的电气和软件控制单元组成。系统三维视图如图1所示，系统总体结构如图2所示。

本发明提供的一种基于工业机器人的模拟定制化生产实训系统及方法，具有以下优点：

1.将工艺品加工的实际案例，设计为具有定制化工业管理功能的产线式模拟工厂实训平台。

2.采用多台机器人一体化产线式布局，既能够使学生理解工厂自动化产线的工作模式，又能够训练学员自动化综合应用能力。

3.整条生产线采用多台的机器人及加工设备，拓展了机器人实训教学内容。

本发明提供的一种基于工业机器人的模拟定制化生产实训系统及方法，应用于基于工业机器人的定制化生产实训、教学和科研，适用于轻工行业的工业机器人技能实训。本发明通过工业机器人和视觉系统配合，结合运动控制和组态控制软件，不仅能够实现各agv小车对物料的搬运、各工业机器人与uv固化炉10、激光内雕机4协同工作、还能进一步实现视觉检测、运动追踪等典型工业机器人高级应用开发功能。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。