CN103632602B - 一种光机电气液一体化柔性制造*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光机电气液一体化柔性制造***，其特征是：其组成包括从右向左依次设立的四自由度SCARA机器人出库单元(1)、液压冲压单元(2)、液压加工单元(3)，与上述各单元平行且从左向右设置的计算机总控***(7)、CCD颜色识别单元(4)、自动装配单元(5)、自动分类入库单元(6)六个单元模块，各单元具备单机/联机功能，在单机模式下，各单元铝合金桌面可脱离***独立运行，可以通过本单元的控制***控制该单元工作；联机模式下，该单元作为网络中的一个节点，受主站调度。通过上述方式，本发明能够解决高职高校机器人与机电一体化专业相关教学设备短缺的现状，使得受训者更容易全面掌握机器人与机电一体化技术的应用开发和集成。
Description
技术领域
本发明涉及柔性制造教学***技术领域，特别涉及一种用于教学与科研的光机电气液一体化柔性制造***。
背景技术
随着科学技术的迅速发展，新产品不断涌现，产品的复杂程度也随之增加，而产品的市场寿命日益缩短，更新换代加速，中、小批量生产占有越来越重要的地位。面临这一新的局面，必须大幅度提高制造柔性和生产效率，缩短生产周期，保证产品质量，降低能耗，从而降低生产成本，以获得更好的经济效益。柔性制造***正是在这种形势下应运而生的。
为了促进对机器人、柔性制造***等先进制造技术有一个全面的深入了解和体会，结合实际教学的需求，采用了工业上几乎常见的柔性制造单元，开发完全模拟工业现场实际应用的柔性制造自动化物流教学***，并配备相应的实验指导书。便于针对各高职高校机电一体化专业教学、动手操作及科研、二次开发。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的技术中存在的缺陷，提供一种光机电气液一体化柔性制造***，能够解决高职高校机器人与机电一体化专业相关教学设备短缺的现状，使得受训者更容易全面掌握机器人与机电一体化技术的应用开发和集成。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种光机电气液一体化柔性制造***，其特征是：其组成包括从右向左依次设立的四自由度SCARA机器人出库单元、液压冲压单元、液压加工单元，与上述各单元平行且从左向右设置的计算机总控***、CCD颜色识别单元、自动装配单元、自动分类入库单元六个单元模块，各单元具备单机/联机功能，在单机模式下，各单元铝合金桌面可脱离***独立运行，可以通过本单元的控制***控制该单元工作；联机模式下，该单元作为网络中的一个节点，受主站调度。
作为进一步的改进，所述的计算机总控***包含总控计算机、单元PLC控制***、单元机器人嵌入式控制***，所述的各单元PLC控制***、单元机器人嵌入式控制***与所述总控计算机通过ProfiBus-DP总线连接与通讯。
作为进一步的改进，所述的四自由度SCARA机器人出库单元包含铝合金桌面、铝合金原料库、工件、四自由度SCARA机器人、真空吸附工具、单元采用基于PC104总线嵌入式运动控制器控制，控制器内部安装二块二轴机器人运动控制卡；所述的四自由度SCARA机器人采用经济型教学产品，由一套交流伺服电机三套步进电机驱动，一关节与二关节谐波减速器传动，三关节滚珠丝杠螺母副传动，四关节行星减速器传动，机器人末端安装真空吸附工具；所述的铝合金原料库由铝合金型材搭建，平面圆弧布局，共计12处工位，工位下安装检测传感器，用以检测工件有无。
作为进一步的改进，所述的材料检测与液压冲压单元包含铝合金桌面、同步带输送机、漫反射光电传感器、电动调整台、液压缸，单元采用PLC控制器控制，可配置人机界面操作与监控；所述的同步带输送机步进电机驱动，同步带轮组传动，直线轴与直线轴承支撑，输送机内安装光电传感器检测定位，所述的电动调整台通过铝合金型材框架龙门式横跨同步带输送机上，调整台步进电机驱动，滚珠丝杠螺母传动，直线轴与直线轴承支撑，活动平台通过连接板安装液压缸，实训模拟冲压作业。
作为进一步的改进，所述的液压加工单元包含铝合金桌面、一维平移台、搬运机械手、气动夹具、C型钢手动调整台、液压缸，单元采用PLC控制，可配置人机界面操作与监控，所述的一维平移台铝合金型材框架，步进电机驱动，滚珠丝杠螺母传动，直线导轨支撑，平移台活动平台上固定搬运机械手，所述的搬运机械手铝合金型材框架，圆柱坐标机器人模式，步进电机驱动，谐波减速器传动，通过连接杆安装升降导杆气缸，末端安装气动手爪，所述的气动夹具铝型材框架，导杆气缸夹紧，配置漫反射光电传感器检测与通讯，所述的C型钢手动调整台支架由钢板焊接而成，正面安装手动调整装置，由手轮手动驱动、梯形滑动丝杆传动，直线导轨支撑，活动平台通过连接板安装液压缸。
作为进一步的改进，所述的CCD颜色识别单元包含铝合金桌面、皮带输送机、CCD机器视觉装置、总控计算机，单元借用总控计算机控制；所述的皮带输送机铝合金型材框架，直流电机连接蜗轮蜗杆减速器传动，输送机上安装漫反射光电传感器与气动定位装置，所述的CCD机器视觉装置铝型材框架，采用高分辨率相机检测，配置视频采集卡，安装于总控计算机内。
作为进一步的改进，所述的自动装配单元包含铝合金桌面、伺服平移台、搬运机械手、十二工位旋转料库、子工件、气动装配台，单元采用PLC控制器控制，可配置人机界面操作与监控；所述的伺服平移台铝合金型材框架，交流伺服电机驱动，同步带轮组传动，直线导轨支撑。活动平台上安装搬运机械手，所述的搬运机械手，圆柱坐标机器人模式，步进电机驱动，谐波减速器传动，通过连接杆安装导杆气缸，末端安装气动手爪，所述的十二工位旋转料库步进电机驱动，直连谐波减速器输出，所述的气动装配台导杆气缸驱动升降运动，承接待装配工件。
作为进一步的改进，所述的自动分类入库单元包含铝合金桌面、二套铝合金成品库、龙门式平移台、气动机械手、变频皮带输送机，单元采用PLC控制器控制，可配置人机界面操作与监控；所述的铝合金成品库铝合金型材搭建，位于变频皮带输送机两侧，每套六处工位，工位内安装检测传感器，用以检测工件有无，所述的龙门式平移台铝合金龙门支架，步进电机驱动，滚珠丝杠螺母副传动，直线轴与直线轴承支撑，活动平台安装气动机械手，所述的气动机械手由升降气缸、伸缩气缸、气动手爪通过连接板搭建而成，所述的变频皮带输送机铝型材支架，三相异步减速电机驱动，配套变频器调速。
本发明的有益效果是：解决高职高校机器人与机电一体化专业相关教学设备短缺的现状，使得受训者更容易全面掌握机器人与机电一体化技术的应用开发和集成。
附图说明
下面结合附图与实施案例进一步说明本发明。
图1是本发明***总体组成与布置示意图。
图2是本发明的四自由度SCARA机器人出库单元组成示意图。
图3是本发明的液压冲压单元组成示意图。
图4是本发明的液压加工单元组成示意图。
图5是本发明的CCD颜色识别单元组成示意图。
图6是本发明的自动装配单元元组成示意图。
图7是本发明的自动分类入库单元组成示意图。
图1-图7中，1、四自由度SCARA机器人出库单元，2、液压冲压单元，3、液压加工单元，4、CCD颜色识别单元，5、自动装配单元，6、自动分类入库单元，7、计算机总控***，8、铝合金桌面，9、铝合金原料库，10、工件，11、四自由度SCARA机器人，12、真空吸附工具，13、铝合金桌面，14、同步带输送机，15、漫反射光电传感器，16、电动调整台，17、液压缸，18、铝合金桌面，19、一维平移台，20、搬运机械手，21、气动夹具，22、C型钢手动调整台，23、液压缸，24、铝合金桌面，25、皮带输送机，26、CCD机器视觉装置，27、总控计算机，28、铝合金桌面，29、伺服平移台，30、搬运机械手，31、十二工位旋转料库，32、子工件，33、气动装配台，34、铝合金桌面，35、二套铝合金成品库，36、龙门式平移台，37、气动机械手，38、变频皮带输送机。
具体实施方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
如图1所述的光机电气液一体化柔性制造***由四自由度SCARA机器人出库单元1、液压冲压单元2、液压加工单元3、CCD颜色识别单元4、自动装配单元5、自动分类入库单元6和计算机总控***7、气动***组成，***配置总控计算机，单元具备单机/联机功能。各单元铝合金桌面可脱离***独立运行，又可通过工业ProfiBus-DP总线将***中的所有单机设备进行高度、高效的集成。六组单元分别分布于独立铝合金实验台上，全套设备占地面积为3.6X2.0米。
单元铝合金实验台采用优质铝型材搭建，底板安装支脚滚轮，可轻松移动与集成。单元控制***安装与铝型材下方，开放式布置。实验台前方配置单元控制操作面板，安装按钮与指示灯。
如图2所述的四自由度SCARA机器人出库单元1包含铝合金桌面8、铝合金原料库9、工件10、四自由度SCARA机器人11、真空吸附工具12、单元采用基于PC104总线嵌入式运动控制器控制，控制器内部安装二块二轴机器人运动控制卡。所述的四自由度SCARA机器人11采用经济型教学产品，圆柱坐标机构，由一套交流伺服电机三套步进电机驱动，一关节与二关节谐波减速器传动，三关节滚珠丝杠螺母副传动，四关节行星减速器传动，机器人末端安装真空吸附工具12。所述的铝合金原料库9由铝合金型材搭建，平面圆弧布局，共计12处工位，工位下安装检测传感器，用以检测工件有无。
如图3所述的材料检测与液压冲压单元2包含铝合金桌面13、同步带输送机14、漫反射光电传感器15、电动调整台16、液压缸17，单元采用PLC控制器控制，可配置人机界面操作与监控。所述的同步带输送机14步进电机驱动，同步带轮组传动，直线轴与直线轴承支撑。输送机内安装光电传感器检测定位。所述的电动调整台16通过铝合金型材框架龙门式横跨同步带输送机14上，调整台步进电机驱动，滚珠丝杠螺母传动，直线轴与直线轴承支撑，活动平台通过连接板安装液压缸17，实训模拟冲压作业。
如图4所述的液压加工单元3包含铝合金桌面18、一维平移台19、搬运机械手20、气动夹具21、C型钢手动调整台22、液压缸23，单元采用PLC控制，可配置人机界面操作与监控。所述的一维平移台19铝合金型材框架，步进电机驱动，滚珠丝杠螺母传动，直线导轨支撑，平移台活动平台上固定搬运机械手20。所述的搬运机械手20铝合金型材框架，圆柱坐标机器人模式，步进电机驱动，谐波减速器传动，通过连接杆安装升降导杆气缸，末端安装气动手爪。所述的气动夹具21铝型材框架。导杆气缸夹紧，配置漫反射光电传感器检测与通讯。所述的C型钢手动调整台22支架由钢板焊接而成，正面安装手动调整装置，由手轮手动驱动、梯形滑动丝杆传动，直线导轨支撑，活动平台通过连接板安装液压缸23。
如图5所述的CCD颜色识别单元4包含铝合金桌面24、皮带输送机25、CCD机器视觉装置26、总控计算机27，单元借用总控计算机27控制。所述的皮带输送机25铝合金型材框架，直流电机连接蜗轮蜗杆减速器传动，输送机上安装漫反射光电传感器与气动定位装置。所述的CCD机器视觉装置26铝型材框架，采用高分辨率相机检测，配置视频采集卡，安装于总控计算机内。
如图6所述的自动装配单元5包含铝合金桌面28、伺服平移台29、搬运机械手30、十二工位旋转料库31、子工件32、气动装配台33，单元采用PLC控制器控制，可配置人机界面操作与监控。所述的伺服平移台29铝合金型材框架，交流伺服电机驱动，同步带轮组传动，直线导轨支撑。活动平台上安装搬运机械手30。所述的搬运机械手30，圆柱坐标机器人模式，步进电机驱动，谐波减速器传动，通过连接杆安装导杆气缸，末端安装气动手爪。所述的十二工位旋转料库31步进电机驱动，直连谐波减速器输出。所述的气动装配台33导杆气缸驱动升降运动，承接待装配工件。
如图7所述的自动分类入库单元6包含铝合金桌面34、二套铝合金成品库35、龙门式平移台36、气动机械手37、变频皮带输送机38，单元采用PLC控制器控制，可配置人机界面操作与监控。所述的铝合金成品库35铝合金型材搭建，位于变频皮带输送机38两侧，每套六处工位，工位内安装检测传感器，用以检测工件有无。所述的龙门式平移台36铝合金龙门支架，步进电机驱动，滚珠丝杠螺母副传动，直线轴与直线轴承支撑。活动平台安装气动机械手37。所述的气动机械手37由升降气缸、伸缩气缸、气动手爪通过连接板搭建而成。所述的变频皮带输送机38铝型材支架，三相异步减速电机驱动，配套变频器调速。
光机电气液一体化柔性制造***特点：
1、***以机器人技术为核心，集成SCARA机器人、气动机器人、气电混合机器人等多种工业常用机器人模式。且***技术全面，集成气动、液压、光学传感器、机电一体化技术等工业常见技术与控制方式。
2、***含机器人单元嵌入式***控制，windows2000操作***。***紧凑小巧，对实时和多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间。并具有功能很强的存储区保护功能，便于学生动手操作和***可维护性。
3、***中的单元桌面具有“联机/单机”两种操作模式。所有的单元设备的软硬件均可以脱离***独立操作，可用单机设备为平台，进行单项技术的研发，易扩展。
4、按工业标准设计，通过工业总线通讯技术将***中的所有单机模块设备进行高度的集成，与工业现场形式完全相同。
5、***软、硬件部分预留扩展空间，开放接口，用户方可在我公司***基础上增添设备模块，并可轻松集成到***中，为二次开发和扩展学科创造了极为有利条件。
6、***集成信息管理，通过各单元传感器通讯，将***中各环节的状态显示在操作界面上，使操作者通过计算机随时了解***各环节的工况、状态、运行数据，掌握***运行状态。
7、***机电技术全面开放，配备完善的实验指导书，可轻松开发出自己的运动或控制功能，激发学习兴趣。
光机电气液一体化柔性制造***适用范围：作为机电一体化***教学设备应用于高职高校。
与现有技术相比，本发明的优点是：能够解决高职高校机器人与机电一体化专业相关教学设备短缺的现状，使得受训者更容易全面掌握机器人与机电一体化技术的应用开发和集成。
综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。
Claims (7)
1.一种光机电气液一体化柔性制造***，其特征是：其组成包括从右向左依次设立的四自由度SCARA机器人出库单元(1)、液压冲压单元(2)、液压加工单元(3)，与上述各单元平行且从左向右设置的计算机总控***(7)、CCD颜色识别单元(4)、自动装配单元(5)、自动分类入库单元(6)四个单元模块，各单元具备单机/联机功能，在单机模式下，各单元铝合金桌面可脱离***独立运行，通过本单元的控制***控制该单元工作；联机模式下，该单元作为网络中的一个节点，受主站调度；
所述的四自由度SCARA机器人出库单元(1)包含铝合金桌面(8)、铝合金原料库(9)、工件(10)、四自由度SCARA机器人(11)、真空吸附工具(12)，单元采用基于PC104总线嵌入式运动控制器控制，控制器内部安装二块二轴机器人运动控制卡；所述的四自由度SCARA机器人(11)采用经济型教学产品，由一套交流伺服电机三套步进电机驱动，一关节与二关节谐波减速器传动，三关节滚珠丝杠螺母副传动，四关节行星减速器传动，机器人末端安装真空吸附工具(12)；所述的铝合金原料库(9)由铝合金型材搭建，平面圆弧布局，共计12处工位，工位下安装检测传感器，用以检测工件有无。
2.根据权利要求1所述的一种光机电气液一体化柔性制造***，其特征是：所述的计算机总控***(7)包含总控计算机、单元PLC控制***、单元机器人嵌入式控制***，单元PLC控制***、单元机器人嵌入式控制***与总控计算机通过ProfiBus-DP总线连接与通讯。
3.根据权利要求1所述的一种光机电气液一体化柔性制造***，其特征是：所述液压冲压单元(2)包含铝合金桌面(13)、同步带输送机(14)、漫反射光电传感器(15)、电动调整台(16)、液压缸(17)，单元采用PLC控制器控制，可配置人机界面操作与监控；所述的同步带输送机(14)步进电机驱动，同步带轮组传动，直线轴与直线轴承支撑，输送机内安装光电传感器检测定位，所述的电动调整台(16)通过铝合金型材框架龙门式横跨同步带输送机(14)上，调整台步进电机驱动，滚珠丝杠螺母传动，直线轴与直线轴承支撑，活动平台通过连接板安装液压缸(17)，实训模拟冲压作业。
4.根据权利要求1所述的一种光机电气液一体化柔性制造***，其特征是：所述的液压加工单元(3)包含铝合金桌面(18)、一维平移台(19)、搬运机械手(20)、气动夹具(21)、C型钢手动调整台(22)、液压缸(23)，单元采用PLC控制，可配置人机界面操作与监控，所述的一维平移台(19)铝合金型材框架，步进电机驱动，滚珠丝杠螺母传动，直线导轨支撑，平移台活动平台上固定搬运机械手(20)，所述的搬运机械手(20)铝合金型材框架，圆柱坐标机器人模式，步进电机驱动，谐波减速器传动，通过连接杆安装升降导杆气缸，末端安装气动手爪，所述的气动夹具(21)铝型材框架，导杆气缸夹紧，配置漫反射光电传感器检测与通讯，所述的C型钢手动调整台(22)支架由钢板焊接而成，正面安装手动调整装置，由手轮手动驱动、梯形滑动丝杆传动，直线导轨支撑，活动平台通过连接板安装液压缸(23)。
5.根据权利要求1所述的一种光机电气液一体化柔性制造***，其特征是：所述的CCD颜色识别单元(4)包含铝合金桌面(24)、皮带输送机(25)、CCD机器视觉装置(26)、总控计算机(27)，单元借用总控计算机(27)控制；所述的皮带输送机(25)铝合金型材框架，直流电机连接蜗轮蜗杆减速器传动，输送机上安装漫反射光电传感器与气动定位装置，所述的CCD机器视觉装置(26)铝型材框架，采用高分辨率相机检测，配置视频采集卡，安装于总控计算机内。
6.根据权利要求1所述的一种光机电气液一体化柔性制造***，其特征是：所述的自动装配单元(5)包含铝合金桌面(28)、伺服平移台(29)、搬运机械手(30)、十二工位旋转料库(31)、子工件(32)、气动装配台(33)，单元采用PLC控制器控制，可配置人机界面操作与监控；所述的伺服平移台(29)铝合金型材框架，交流伺服电机驱动，同步带轮组传动，直线导轨支撑，活动平台上安装搬运机械手(30)，所述的搬运机械手(30)，圆柱坐标机器人模式，步进电机驱动，谐波减速器传动，通过连接杆安装导杆气缸，末端安装气动手爪，所述的十二工位旋转料库(31)步进电机驱动，直连谐波减速器输出，所述的气动装配台(33)导杆气缸驱动升降运动，承接待装配工件。
7.根据权利要求1所述的一种光机电气液一体化柔性制造***，其特征是：所述的自动分类入库单元(6)包含铝合金桌面(34)、二套铝合金成品库(35)、龙门式平移台(36)、气动机械手(37)、变频皮带输送机(38)，单元采用PLC控制器控制，可配置人机界面操作与监控，所述的铝合金成品库(35)铝合金型材搭建，位于变频皮带输送机(38)两侧，每套六处工位，工位内安装检测传感器，用以检测工件有无，所述的龙门式平移台(36)铝合金龙门支架，步进电机驱动，滚珠丝杠螺母副传动，直线轴与直线轴承支撑，活动平台安装气动机械手(37)，所述的气动机械手(37)由升降气缸、伸缩气缸、气动手爪通过连接板搭建而成，所述的变频皮带输送机(38)铝型材支架，三相异步减速电机驱动，配套变频器调速。
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