一种积木式智能制造设备的模块化辅助架体装置的制作方法

1.本实用新型涉及教学设备领域，具体涉及一种积木式智能制造设备的模块化辅助架体装置。


背景技术：

2.智能制造设备在教育中是先进技术，标准规范，职业态度，工匠精神的承载平台，是学生学习的标杆和示范。学生最终通过反复的学习操作教学设备而获得相关技能职业教育技能培养的，专业建设，课程建设，三教改革等等最终落到教学设备去表达，教学设备是教学实施的最后一公里。职业教育培养大国工匠，教学设备是培养大工工匠的重要基石。
3.针对目前制造教学设备现状，存在如下缺陷：
4.1、设备过于庞大，成本高
5.比如：“festo didactic体系”，festo ag&co.kg是世界上最著名的气动元件、组件和系统的生产厂商，其festo didactic体系产品与服务项目为全部自动化技术领域提供快速学习和快速记忆的解决方案：这套体系拥有气动、电子气动、液压、电子液压、电子、电动工程、传感器、机器人、数控技术、plc及现场总线技术、制造技术、工艺工程以及机电一体化。
6.还比如：“sx-815q机电一体化综合实训设备”，该设备由三向教学仪器制造股份有限公司设计制造，该设备主要由颗粒上料单元、加盖拧单元、检测分拣单元、工业机器人搬运单元和智能仓储单元组成，包括了智能装配、自动包装、自动化立体仓储及智能物流、自动检测质量控制、生产过程数据采集及控制系统等，是一个完整的智能工厂模拟装置。应用了工业机器人技术、plc控制技术、变频控制技术、伺服控制技术、工业传感器技术、电机驱动技术等工业自动化相关技术，可实现空瓶上料、颗粒物料上料、物料分拣、颗粒填装、加盖、拧盖、物料检测、瓶盖检测、成品分拣、机器人抓取入盒、盒盖包装、贴标、入库等智能生产全过程。
7.对于上述过于庞大的设备，具有的缺陷是：新技术融合过多、过复杂，教师无法迅速掌握设备；过于庞大，同工序无法给学生提供多个工位，学生不能独立操作；采购成本高，维护困难，维护成本高昂；学生的人身安全，实训安全风险高。
8.2、很多教学设备为非标设备，导致设备差异极大，教学设备的通用型、互换型极差。
9.目前现有的教学设备相关的标准，教学设备相关国家标准中有4项，最新的标准是09年制定，其他都均是行业标准，国家标准针对通用基础教学设施制定例如桌椅，中小学的实验室设备，制定时间早，有的已经不适用与现有发展，国家标准中无针对职业教育的标准，更无新型技术智能制造的的相关教学设备的标准。
10.比如：“汇博
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hbhx-rcps-c10”，该实训平台主要由6关节型关节机器人单元、agv移动机器人、智能视觉统检测识别单元、码垛机器人智能仓储单元、工件流水线单元、装配流水线单元以及主控系统单元组成。
11.还比如：“汇博—工业机器人应用编程实训系统”，工业机器人应用编程实训系统模块化设计，可组合进行初级、中级、高级三个1+x工业机器人应用编程等级的项目实训，依次递进，高级别涵盖低级别技能要求。用户可单桌面应用进行基础实训考核，也可以双桌面拼接实现双机器人协作实训考核。系统融入工业机器人技术、机械传动技术、电子电工技术、多种作业技术、智能传感技术、可编程控制技术、机器视觉技术、计算机技术、串口通信技术、以太网通讯技术等先进制造技术，涵盖工业机器人、机械设计、电气自动化、智能传感、智能制造等多门学科的专业知识。
12.上述设备具有的缺陷是：没有相关标准智能制造教学设备产业生产销售没有门槛标准。开发厂商众多，水平各有不同厂商能力差异大，设备功能质量差异巨大，并且各个模块之间没有互换性，很多模块需要单独设计，单独存放，造成附加模块很多，甚至需要设计架子来摆放，总之设备之间的通用性差，互换性差。
13.3、部分教学设备过于生产化教学设备，功能单一
14.比如：现在的三轴、五轴机械臂，用于焊接产品，或者是用于产品整齐排列，或者是用于安装、拆下、下货某一种产品，这些多用于流水线式作业。
15.以上设备具有的缺陷是：该部分设备与与企业生产直接接轨。设备功能单一，承载的技术知识单一，技术或者课程淘汰设备无法使用，升级困难，配套的课程资源缺乏。
16.4、部分教学设备过于教学化，像玩具
17.此类设备制作粗糙，控制不精确，程序混乱，缺乏实操性，适用于学生创新教育，兴趣教育。用于技能训练，和生产实际相差较远，不利于面向岗位的技能教育。
18.总体来说，目前智能制造教学设备重视硬件，忽视设备配套的教学资源，同时还缺乏规范的教学设备，致使教学设备升级能力差扩展，承载的技术内容有限，不能满足多课程的要求，容易淘汰。


技术实现要素：

19.为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种积木式智能制造设备的模块化辅助架体装置，该装置是一款高度模块化、标准化、通用性好、互换性好、耗损少、维护少、成本低、升级方便的模块化辅助架体装置。
20.为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
21.一种积木式智能制造设备的模块化辅助架体装置，包括框架结构的机架、设置于机架侧面的机架门、机架顶部的机台，所述机台上等间距设有多组接口板，所述接口板上设有定位销，在接口板的纵横间隙之间设有穿线孔，所述接口板上安装有模块化拼装座，所述模块化拼装座包括底座板、支架和桌面板，所述底座板通过定位销孔和强磁固定在接口板上，所述底座板上至少竖直固定着一个支架，其桌面板平行于底座板固定在支架顶端，在桌面板上安装有机械功能模块，在桌面板与底座板之间安装有悬挂于支架上的电气接口架，电气接口架上设有电气接口模块；所述机架底部设有底板，所述底板上安装有电气模块，电气接口模块的电线经过穿线孔接入电气模块中。
22.所述接口板包括连接公板和连接边板，所述连接公板为正方形，连接边板的其中一边长等于连接公板的其中一边长，连接边板朝向机台的外侧并排着连接公板安装。
23.在连接公板和连接边板上还安装有底座板，在连接公板的四角位置处设有定为
销，所述底座板通过定为销安装在连接公板上，且所述定位销的直线间隔距离等于对角线间隔距离。无论底座板怎么与连接公板和连接边板安装，都能使得定位销孔对接在定位销中。
24.所述连接公板、连接边板和底座板上均设有安装螺纹孔。利用定位销定位后，利用强磁可以快速安装，还可以采用螺栓加强连接强度。
25.所述底座板和连接公板为边长相等的正方形，其底座板一对一固定在连接公板上，可以直接相互一对一匹配安装，无需跨步安装。
26.所述底座板为长方形，所述底座板跨步安装在相邻两个或者三个连接公板上。
27.所述底座板为边长长于连接公板边长的正方形，且底座板跨步安装在连接公板和连接边板上。
28.所述底座板、连接公板和连接边板均为矩形。具体的，所述底座板为长方形，其长度不超过水平安装的三个等距离布置连接公板的总长度，实现底座板与连接公板之间的一对二的跨步安装，或者一对三的跨步安装。
29.底座板不仅可以直接安装在连接公板上，利用固定的规格尺寸和固定的孔位，使得底座板跨步安装在相邻两个连接公板上。或者是，所述底座板跨步安装在连接公板和连接边板上。由于模块化拼装座上要固定安装不同体积的机械结构，所以需要不同长度的拼装座，那么就需要不同长度的底座板，为了实现互通性，使其拼装座无论在哪个位置处，都能使其快速对接在连接公板和连接边板上，由此设计了具有共用性的连接公板和连接边板。
30.在本设计中，设计了三个通用规格的模块化拼装座，一种是所述桌面板的长度和宽度相等。二种是所述桌面板的长度是宽度的2倍，在底座板与桌面板之间设有两个支架。三种是所述桌面板的长度是宽度的3倍，在底座板与桌面板之间设有三个支架。不同长度的拼装座利用其底座板在连接公板上实行一对一安装，或者一对二、一对三的跨步安装。
31.所述机架门包括门板和门框，门框上还安装有贴着门板的连接公板，以及垂直于门板安装在门框上的备用模块支架。
32.所述机架上还安装有至少一组朝向机架外侧的备用模块支架，备用模块支架包括固定在机架上的备用板，备用板上安装有至少一块连接公板。备用板上同样采用机台上同规格的连接公板，就是为了放置从机台上撤下来的模块化拼装座，在该设备切换不同作业场景时，不同的机械功能模块之间能够快速更换、组装，不用在其他地方去搬运或寻找其他机械功能模块，更简便、快捷。
33.所述机台为正方形，或者是，所述机台为矩形且矩形机台的长度是宽度的整数倍。
34.进一步的，该智能制造设备包括至少一台正方形机台，或长方形的机台，或多种规格的组合，多个机台之间利用角铁固定连接，组合成一条智能制造生产线。
35.以上机台的设计特征，使得机台的长度、宽度、高度尺寸形成了标准，长方形或正方形的机台无论是从长度方向还是宽度方向对接，都能确保机台上的接口板保持在一条水平线上，这样接口板上的各个模块能在两个机台之间进行跨步安装，保证了设备整体协调性，在设备组装时节省空间，特别是利用该装置组装流水线式的生产或教学设备时，其互通性更好，组装更快捷、更简便。其机架的形状匹配着机台的形状，两者长宽设计同步。
36.本实用新型与现有技术相比的有益效果是：本装置采用了模块化设计，所谓的模
块化设计，简单地说就是将产品的某些要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子系统，将这个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合，构成新的系统，产生多种不同功能或相同功能、不同性能的系列产品。模块化设计是绿色设计方法之一，它已经从理念转变为较成熟的设计方法。将绿色设计思想与模块化设计方法结合起来，可以同时满足产品的功能属性和环境属性，一方面可以缩短产品研发与制造周期，增加产品系列，提高产品质量，快速应对市场变化；另一方面，可以减少或消除对环境的不利影响，方便重用、升级、维修和产品废弃后的拆卸、回收和处理。
37.模块是模块化设计和制造的功能单元，具有三大特征：
38.1.相对独立性，可以对模块单独进行设计、制造、调试、修改和存储，这便于由不同的专业化企业分别进行生产；
39.2.互换性，模块接口部位的结构、尺寸和参数标准化，容易实现模块间的互换，从而使模块满足更大数量的不同产品的需要；
40.3.通用性，有利于实现横系列、纵系列产品间的模块的通用，实现跨系列产品间的模块的通用。
附图说明
41.图1为拼装座安装在机台装置上的立体结构示意图；
42.图2为本实用新型的立体结构示意图；
43.图3为320mm
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320mm尺寸的拼装座的立体结构示意图；
44.图4为320mm
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640mm尺寸的拼装座的立体结构示意图；
45.图5为320mm
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960mm尺寸的拼装座的立体结构示意图；
46.图6为320mm
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960mm尺寸的拼装座安装在机台装置上的立体结构示意图；
47.图7为320mm
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640mm尺寸的拼装座安装在机台装置上的立体结构示意图；
48.图8为320mm
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320mm尺寸的拼装座安装在机台装置上的立体结构示意图；
49.图9为机架门的立体结构示意图；
50.图10为三种规格的机台拼接在一起的立体结构示意图。
具体实施方式
51.为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本实用新型。
52.如图1、图2所示的一种积木式智能制造设备的模块化辅助架体装置，包括框架结构的机架7、设置于机架7侧面的机架门8、机架7顶部的机台6，所述机台6上等间距设有多组接口板，接口板之间设有穿线孔60，穿线孔60之间还设有穿线管61，避免线路外露，机架7底部设有底板70，所述底板上设有电气模块，机台6上的电线经过穿线孔60接入电气模块中。在本设计中，该机台装置的台面为模块尺寸320的倍数，在本实施例中，以960mm
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960mm的台面尺寸为例，上面可安装9组等间距布置的接口板。
53.接口板上可安装多个规格的模块化拼装座，模块化拼装座包括底座板3、支架2和桌面板1，所述底座板3上竖直固定着支架2，其桌面板1平行于底座板3固定在支架2顶端，所述桌面板1为矩形，桌面板1的板面投影面积大于底座板3的板面投影面积，桌面板3的板面
上为机械结构区域，主要安装功能模块的机械机构，桌面板1与底座板3之间为电气区域，主要安装模块的电气结构，电气接口架20悬挂在支架2上，电气结构主要为双口db9信号端子台、双口24v电源端子台、双口220v电源端子台、网口端子。
54.桌面板有三个标准规格：
55.1、桌面板的长度和宽度相等，尺寸为320mm
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320mm，如图3所示。
56.2、桌面板为长方形，尺寸为320mm
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640mm，如图4所示。
57.3、桌面板为长方形，尺寸为320mm
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960mm，如图5所示。在桌面板1上主要安装比较长的机架机构，比如传输带。
58.如图3、图、4、图5所示，底座板3的设计就是为了所需功能模块的拼装座能快速对接安装在机台6上，底座板3上设有定位销孔31和强磁孔32，强磁孔32内嵌有强磁，无需额外多余的螺栓，便能快速对接在连接公板4和连接边板5上。
59.具体的，接口板包括等间距安装在机台6台面上的连接公板5，在靠近机台6边沿的连接公板4的外边侧还设有连接边板5，连接边板5与连接公板4对接的侧边长度相等，连接公板4上设有定位销40，所述底座板4通过定位销孔31配合定位销、强磁吸附力安装在连接公板4上，所述定位销40的直线间隔距离等于对角线间隔距离。
60.并且，相邻两个连接公板4的定位销的间隔距离等于同一个底座板3上两个定位销孔31之间的间隔距离。即底座板3能跨步安装在相邻两个连接公板4上，相邻的两个连接公板4的相邻边上，其定位销40的间隔距离也等于同一个连接公板4上的间隔距离，机台6上的每块连接公板4无论从横向还是纵向，其分布间距都是相等的。
61.一般情况下，底座板4的对接安装只需要定位销40和强磁足以，特殊情况下需要螺栓连接加固，所以连接公板4、连接边板5和底座板3上均设有安装螺纹孔30，比如多轴机器人在旋转时，旋转时需要底座保持平衡，避免倾倒。尽管需要螺栓紧固，也不需要定位，标准尺寸使得模块更换时，直接利用定位销40定位，强磁能瞬间吸附在不锈钢材质的连接公板4和连接边板5上，避免找位而浪费时间。
62.具体的，如图6、图7所示，为实现模块化，便于三种规格的拼装座安装，所述底座板3为长方形，其长度不超过水平安装的三个等距离布置连接公板4的总长度，底座板3跨步安装在相邻两个连接公板4上。该设计实施例用于安装尺寸为320mm
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640mm或者尺寸为320mm
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960mm的拼装座。
63.或者是，如图8所示，底座板还可以设计为：所述底座板3和连接公板4均为正方形，底座板支架安装在一块连接公板上，或者底座板3跨步安装在连接公板4和连接边板5上，连接边板5为长方形，其中一边的长度等于连接公板4的长度，且连接边板5的宽度小于其长度。该设计实施例用于安装尺寸为320mm
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320mm的拼装座。在机台上均能同时容纳三种规格的拼装座安装。
64.在本实施例中，机台6之上是利用接口板和拼装座安装机械机构，在机架空间中安装电气模块，电气模块主要涉及到主电气板9、跳线板10、主控机11等，拼装座上的机械结构的线路先接入电气结构，然后在通过穿线孔60接入跳线板10，再接入主控机11，这样线路通过转接规整，避免机台之上的线路凌乱。在960mm
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960mm台面尺寸的机台之上，可以同时安装320mm
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320mm、320mm
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640mm、320mm
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960mm的拼装座。
65.以上所涉及的材料为铝合金，利用强磁具有吸附力，快速吸紧固定，铝合金材质的
设备不生锈、维护成本低，支架和桌面板可采用铝合金型材，不用加工，直接型材切断即可安装，加工成本低。
66.由于智能制造设备属于积木式结构，各个机械功能模块可以拆卸重组，根据生产所需或者教学场景所需切换成不同的模式，这就涉及到机械功能模块的调换，每个机械功能模块都选用上述三种规格的模块化拼装座安装在机台上，拆卸下来的模块化拼装座和机械功能模块就可以直接踱在机架的备用模块支架82上，备用模块支架82包括固定在机架上的备用板，备用板上安装有至少一块连接公板4，连接公板4的规格与机台上连接公板4为相同规格，备用模块支架82可以沿着机架底部一周等间距布置，要确保此处的连接公板4与机台6上连接公板4的间距相对，这样备用板上就能承载三种规格的模块化拼装座，在放置时要确保机架的平衡性，避免放在同一侧导致机架的重心不稳。此设计如图6所示。
67.如图9所示，为了充分利用机架内的空间，所述机架门8包括门板80和门框81，门框81上还安装有贴着门板80的连接公板4，以及垂直于门板80安装在门框81上的备用模块支架82。
68.在本实施例中，机台6的台面为矩形，除开960mm
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960mm的标准尺寸意外，还可以是640mm
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640mm，或者是320mm
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320mm。
69.除开以上实施例以外，还可以将所述机台设计成矩形，矩形机台的长度是宽度的整数倍，比如960mm
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640mm台面尺寸，或者是640mm
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320mm，或者是960mm
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320mm。
70.如图10所示，机台装置除开上述的标准尺寸以外，还可以将上述多种尺寸的机台装置从纵横两个方向组合使用，多个机台装置之间利用角铁12在机台6上进行固定连接，从而组合成一条生产线。具体的，图8中从左至右分别是960mm
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960mm台面尺寸的机台、960mm
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640mm台面尺寸的机台和320mm
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320mm台面尺寸的机台。
71.本设计主要将多个机械功能模块和电气模块使用的基座零件设计成具有互通性、互换性的标准件，模块接口部位的结构、尺寸和参数标准化，容易实现模块间的互换，从而使模块满足更大数量的不同产品的需要。还有利于实现横系列、纵系列产品间的模块的通用，实现跨系列产品间的模块的通用。
72.以上对本实用新型提供的一种积木式智能制造设备的模块化辅助架体装置进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。