一、實訓(xùn)裝置介紹

智能產(chǎn)線實訓(xùn)裝置是模塊化組成自動裝配的教學(xué)工作站。工作站覆蓋了互聯(lián)控制技術(shù)、傳動技術(shù)、人機交互（HMI）技術(shù)、視覺檢測技術(shù)、機械技術(shù)、傳感與氣動技術(shù)及多種工業(yè)現(xiàn)場總線通訊技術(shù)等多種技術(shù)應(yīng)用。其中，互聯(lián)控制、人機交互（HMI）技術(shù)載體標(biāo)配國內(nèi)外一線品牌，其保證了智能實訓(xùn)裝置在系統(tǒng)教學(xué)過程的穩(wěn)定性與可靠性。

圖1 智能產(chǎn)線實訓(xùn)裝置組裝設(shè)備正面模型圖

智能產(chǎn)線實訓(xùn)裝置由四個工作站組合而成：供料工作站、裝配工作站、檢測工作站、入庫工作站。其包含供料單元、機械手搬運單元、裝配單元、輸送單元（橫向/豎向）、視覺檢測單元、信息寫入/讀取單元、龍門機構(gòu)入庫單元、人機交互單元、多站協(xié)同控制單元等工作單元。且該實訓(xùn)裝置既可小組配合，進(jìn)行綜合實訓(xùn)，亦可單人、一單元進(jìn)行單站實訓(xùn)。

在某些通道狹窄的區(qū)域，分離式設(shè)計可很大程度上方便搬運與運輸，同時分離式模塊化設(shè)計方便智能產(chǎn)線實訓(xùn)裝置進(jìn)行后續(xù)設(shè)備的更新迭代，且在智能產(chǎn)線實訓(xùn)裝置的部分模塊設(shè)備出現(xiàn)使用損毀時，只需更換相應(yīng)設(shè)備模塊即可完成修復(fù)。

技術(shù)參數(shù)：

1、輸入電源：單相三線制～220V±10%  50Hz

2、溫度：-5℃～+40℃，相對濕度＜85%（25℃）

3、設(shè)備功率：＜2.0 kw

4、外形尺寸：長×寬×高：1600mm×600mm×1300mm

智能產(chǎn)線實訓(xùn)裝置主體分為四個工作站：供料工作站、裝配工作站、檢測工作站、入庫工作站，供料工作站主要實現(xiàn)物料瓶的推出、信息寫入（RFID）和運輸；裝配工作站主要負(fù)責(zé)根據(jù)條碼訂單信息，將符合訂單的物料裝配到瓶體；檢測工作站運用視覺檢測技術(shù)對裝配好的產(chǎn)品進(jìn)行瑕疵檢測，并比對訂單信息，檢測、比對無誤后，對其進(jìn)行上蓋，否則進(jìn)行踢廢操作；入庫工作站則是將裝配上蓋完成后的物料，通過識別物料瓶上的信息（RFID），并結(jié)合庫位傳感器，使用龍門機構(gòu)完成搬運入庫操作。

智能產(chǎn)線實訓(xùn)裝置通過模擬顆粒灌裝類的產(chǎn)線應(yīng)用，在人機交互單元上登錄權(quán)限賬號，確認(rèn)產(chǎn)線關(guān)鍵參數(shù)，參數(shù)確認(rèn)無誤后，按下啟動按鈕，啟動設(shè)備運行，由供料工作站的井式供料模塊氣缸將物料瓶體從料倉推出，機械手搬運單元夾取物料進(jìn)行信息寫入（RFID）后，將物料瓶體運送至裝配工作站的輸送單元上，輸送單元先將物料瓶體輸送至訂單識別單元，進(jìn)行訂單信息識別，而后根據(jù)掃碼識別出的訂單信息，裝入相應(yīng)物料的種類及數(shù)量，裝配完成后，機械手搬運單元再將裝配工作站上的物料轉(zhuǎn)移到檢測工作站的輸送單元上，對裝配好的物料進(jìn)行視覺檢測，經(jīng)檢測無誤后，對物料瓶體進(jìn)行上蓋（如檢測有瑕疵或不符合訂單信息，則進(jìn)行踢廢處理），上蓋完成后，推出到入庫待抓取位，通過識別物料瓶上的信息（RFID），并結(jié)合庫位傳感器，最后由龍門機構(gòu)入庫單元夾取裝配合格的產(chǎn)品入庫。

二、工作站介紹

1、供料工作站

圖3 供料工作站

供料工作站主體由一個料瓶供料單元、料瓶信息讀寫單元、滑臺機械手組成。如下圖3所示，為供料工作站的料瓶供料單元。

（1）料瓶供料單元

圖4 料瓶供料單元

料瓶供料單元采用雙井式供料結(jié)構(gòu)，擁有兩個料倉，可以同時存放兩種物料瓶體，作為雙倉位放料機構(gòu)，當(dāng)裝置啟動時，左右兩邊推料氣缸將物料從料倉推出（同一時間只有一邊推出），推至出料平臺后，平臺出料氣缸將物料推出至夾取位。

（2）機械手搬運單元

圖5 機械手搬運單元

機械手搬運單元由伺服電機驅(qū)動控制，可以實現(xiàn)行程內(nèi)的精準(zhǔn)定位，同時使用多種氣缸（頂升氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸、雙軸氣缸、氣動手指）配合動作，實現(xiàn)物料對象的抓取、放置。

（3）信息寫入單元

圖6 信息寫入單元

信息寫入單元采用RFID讀寫技術(shù)，使用高頻讀寫器對物料瓶體預(yù)置的電子標(biāo)簽進(jìn)行信息寫入，方便后續(xù)分類入庫、信息錄入等操作。

2、裝配工作站

圖7 裝配工作站

裝配工作站主要由裝配物料供料單元、裝配單元、訂單信息識別模塊、橫向輸送單元組成。

（1）裝配物料供料單元

如圖5所示，裝配工作站的裝配物料供料單元。

圖8 裝配物料供料單元

裝配物料供料單元與供料站的料瓶供料單元類似，均為雙井式供料結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以根據(jù)訂單信息識別模塊的識別結(jié)果，提供規(guī)格不同的物料用于裝配。

（2）裝配單元

圖9 裝配單元

符合訂單信息的物料從料倉推出之后，裝配單元采用氣動吸取的方式，將待裝配物料從物料平臺上吸取、放置至橫放輸送帶上的待裝配料瓶內(nèi)。如圖6所示，裝配單元的模型。

（3）橫向輸送單元

圖10 橫向輸送單元

如圖7 所示，裝配工作站的橫向輸送單元，當(dāng)供料工作站瓶體物料被機械手搬運單元放置在橫向輸送單元上，首端光電開關(guān)觸發(fā)，訂單信息識別模塊（掃碼槍）掃描條形碼獲取訂單信息，識別完成后，輸送帶運轉(zhuǎn)，傳輸?shù)侥┒搜b配位時，末端傳感器觸發(fā)，輸送帶停止運轉(zhuǎn)，裝配單元將待裝配物料從平臺上吸取后，放置至待裝配瓶體中，完成裝配。

3、檢測工作站

圖11 檢測工作站

檢測工作站包含視覺檢測單元、上蓋裝配單元、豎向輸送單元等。在裝配工作站完成之后，機械手搬運單元將物料從橫向輸送單元轉(zhuǎn)移到豎向輸送單元上，經(jīng)過視覺檢測機構(gòu)后，決定物料上蓋搬運入庫還是踢廢回收。

（1）視覺檢測單元

圖12 視覺檢測單元

如圖8所示，是視覺檢測單元模型示意圖。視覺檢測單元可以通過具體的算法，進(jìn)行瑕疵檢測或者大小形狀檢測，通常作為瑕疵檢測使用，通過圖像比對的方式，檢測對象是否符合要求。

（2）上蓋裝配單元

圖13 上蓋裝配單元

如圖9所示，是上蓋裝配單元。當(dāng)前方視覺檢測判定裝配體需要入庫時，上蓋裝配單元才進(jìn)行上蓋裝配操作，否則裝配體由豎向輸送單元直接送往末端做踢廢回收。

（3）豎向輸送單元

圖14 豎向輸送單元

豎向輸送單元以三相交流電機為驅(qū)動，以氣缸為執(zhí)行機構(gòu)。分別用作氣動擋料、物料入庫、物料夾緊、物料回收幾項功能。帶踢廢庫位與待入庫軌道，軌道下方帶有信息讀取模塊。如圖10所示，是豎向輸送單元的模型示意圖。

4、入庫工作站

圖15 入庫工作站

入庫工作站主要有龍門機械手模塊、信息讀取模塊（RFID）、庫位平臺模塊組成。入庫工作站運行前，先要讓檢測工作站物料滑至入庫軌道上，信息讀取模塊讀出內(nèi)容識別后，根據(jù)讀出的信息分配相應(yīng)庫位，龍門機械手模塊去抓取裝配后的產(chǎn)品，搬運放置至相應(yīng)的庫位。

（1）龍門機械手模塊

圖16 龍門機械手

龍門機械手模塊XY軸采用伺服電機驅(qū)動，以實現(xiàn)對產(chǎn)品放置的精準(zhǔn)定位，Z軸與產(chǎn)品的抓取/放置采用氣動結(jié)構(gòu)，以提高定點抓放的效益。

（2）庫位平臺模塊

圖17 庫位平臺模塊

庫位平臺模塊采用3×3庫位布局，每個庫位配備庫位傳感器，以監(jiān)測庫位使用情況，避免庫位重復(fù)，導(dǎo)致碰撞的情況。

（3）人機交互單元

圖18 人機交互單元

人機交互單元配備工業(yè)觸摸屏，可進(jìn)行產(chǎn)線設(shè)備人機界面組態(tài)。在組態(tài)界面中，可實現(xiàn)產(chǎn)線綜合與單站的自動化控制、監(jiān)測產(chǎn)線設(shè)備的工作/生產(chǎn)狀態(tài)及參數(shù)、生產(chǎn)過程關(guān)鍵參數(shù)調(diào)整、設(shè)備故障報警等功能

為保證生產(chǎn)過程的安全，出廠觸摸屏程序設(shè)置多級權(quán)限，普通用戶僅可觀看生產(chǎn)數(shù)據(jù)看板和啟停操作，修改生產(chǎn)參數(shù)需通過身份認(rèn)證登錄權(quán)限用戶賬號，登錄后才可對生產(chǎn)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行修改。

三、工作站整體展示

圖19 上料工作站、裝配工作站側(cè)視圖

圖20 工作站側(cè)視圖

四、工作站詳細(xì)設(shè)備參數(shù)

一、仿真軟件

1）仿真軟件中的機器人型號與現(xiàn)實中機器人的同型號時，有模擬示教器和真實示教器一樣的操作、功能?？梢栽谲浖锬M出真實的使用環(huán)境并進(jìn)行編程，然后把做好的項目直接下載到現(xiàn)場的控制器里。

2）模型導(dǎo)入。可輕易地以各種主要的模型格式導(dǎo)入數(shù)據(jù)，包括IGES、STEP、DXF、ProE 、JT和CATIA。通過使用此類非常精確的3D模型數(shù)據(jù)，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。

3）可以模擬真實的使用環(huán)境，利用仿真軟件，可以和真實的設(shè)備一樣進(jìn)行操作和編程，并進(jìn)行設(shè)備工作站的動作模擬仿真以及周期節(jié)拍，為工程的實施提供真實的驗證。

4）機器人自動路徑編輯。通過使用機器人模型文件，可在短時間內(nèi)生成跟機器人所需要的位置。此便捷功能可讓操作者靈活移動機器人或工件，直至所有位置均可到達(dá)?？稍诙虝r間內(nèi)驗證和優(yōu)化工作單元布局。

5）機器人程序反導(dǎo)。在仿真軟件中的機器人型號和真實機器人型號同號，則可以在仿真軟件中進(jìn)行機器人程序的編寫和軌跡的移動，在仿真軟件中不會和物體進(jìn)行碰撞或者干涉，那么在現(xiàn)實中也是一樣。

6）碰撞檢測。可以對機器人在運動過程中是否可能與周邊設(shè)備發(fā)生碰撞進(jìn)行一個驗證和確認(rèn)，以確保機器人離線編程得出的程序的可用性。

7）軟件保存組件多樣，如：

1、另存為研究“*.psz”文件是組件資源目錄不做修改；

2、另存為研究和修改組件“*.psz”時會在存儲地址保存一個*.psz項目的文件和一個資源組件的*.zip壓縮包，壓縮包里面含有項目的所有組件；

3、另存為含以修改組件研究時會在儲存地址上保存一個*.pszx文件，將文件解壓后會有*.psz文件項目中使用的的所有組件；

4、另存為所有研究和組件是也會在存儲地址有一個“*.pszx”文件，將文件解壓后會有*.psz文件項目中使用的的所有組件，和上一個不同的是若在電腦無法識別“*.pszx”文件時可以把項目文件后綴更改為“zip”壓縮包，從而解壓項目文件。

8）在仿真軟件中我們可以保存為“Web”項目動畫演示，在保存項目動畫演示后在打開存儲地址文件，在瀏覽器中打開我們可以播放在軟件中的仿真動畫并且可以移動點擊鼠標(biāo)觀看模型的各種角度。

9）模擬仿真。根據(jù)設(shè)計，在離線編程中進(jìn)行工業(yè)機器人工作站的動作模擬仿真以及周期節(jié)拍，為工程的實施提供真實的驗證。

10）虛擬調(diào)試。根據(jù)模型設(shè)計， 在仿真軟件中添加相應(yīng)的傳感器和信號，然后用PLC中程序信號和仿真軟件的信號進(jìn)行連接，從而進(jìn)行虛擬調(diào)試觀察PLC程序是否有誤；虛擬調(diào)試完成后的程序可導(dǎo)入真是PLC中進(jìn)行無縫銜接。

11）應(yīng)用功能包。針對不同的應(yīng)用推出功能強大的工藝功能包，將機器人更好地與工藝應(yīng)用進(jìn)行有效的融合

12）提供實訓(xùn)設(shè)備等比例的虛擬仿真模型一份。

二、虛擬數(shù)字孿生交互系統(tǒng)

1）三維場景編輯，無需編程，用戶以拖拽方式對已有三維場景的模型進(jìn)行移動、旋轉(zhuǎn)等操作，模型可被各種外設(shè)驅(qū)動。

2）創(chuàng)建的三維模型具有物理屬性，能模擬現(xiàn)實生活中的物理現(xiàn)象，如：運動、旋轉(zhuǎn)等。

3）人機交互，虛擬設(shè)備工作由控制設(shè)備通過程序驅(qū)動，虛擬傳感器能反饋場景的狀態(tài)，賦予了虛擬設(shè)備與實際設(shè)備相同的特性，還能通過外部真實的控制面板或虛擬設(shè)備上的控制面板對虛擬設(shè)備進(jìn)行操作。

4）場景三維操作，通過鍵鼠能完成平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等操作，可快速切換視角。具有三視圖功能，支持頂視圖、前視圖、左視圖，可多視角同時查看三維場景

5）外設(shè)端口映射，仿真場景的虛擬設(shè)備通過多種通訊協(xié)議與外部控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，支持OPC DA、OPC UA、S7等總線通訊協(xié)議。通過設(shè)備數(shù)據(jù)映射表，把外部控制器端口與三維模型的內(nèi)部端口建立映射關(guān)系，因此外部控制器能驅(qū)動虛擬設(shè)備工作，用戶可自行修改數(shù)據(jù)映射表。

6）軟件支持信號采集盒接入：可把仿真場景的虛擬設(shè)備映射到硬件端口，外部控制器（PLC、單片機等）可通過實際接線連接到硬件端口，并驅(qū)動場景的虛擬設(shè)備運行.

7）硬件PLC仿真，與硬件PLC總線通訊，實時讀取PLC信號，硬件PLC實時驅(qū)動仿真場景的虛擬設(shè)備運行。

8）虛擬PLC仿真，軟件支持主流品牌的虛擬PLC仿真器，虛擬PLC實時驅(qū)動仿真場景的虛擬設(shè)備運行，PLC編程開發(fā)軟件能下載PLC程序、實時監(jiān)視虛擬PLC的程序運行。

9）組態(tài)軟件調(diào)試，組態(tài)軟件開發(fā)的模擬人機界面，可控制虛擬PLC，對仿真場景的虛擬設(shè)備進(jìn)行操作。

10）在數(shù)字孿生中，軟件中的數(shù)據(jù)是和現(xiàn)實中的模型數(shù)據(jù)一致，并且在現(xiàn)實模型中某一個設(shè)備有問題，則可以在仿真軟件中進(jìn)行查看和查找。