一、實(shí)訓(xùn)裝置介紹

智能產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)裝置是模塊化組成自動(dòng)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(dòng)技術(shù)、人機(jī)交互（HMI）技術(shù)、視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、傳感與氣動(dòng)技術(shù)及多種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(jī)交互（HMI）技術(shù)載體標(biāo)配國(guó)內(nèi)外一線品牌，其保證了智能實(shí)訓(xùn)裝置在系統(tǒng)教學(xué)過(guò)程的穩(wěn)定性與可靠性。

圖1 智能產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)裝置組裝設(shè)備正面模型圖

智能產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)裝置由四個(gè)工作站組合而成：供料工作站、裝配工作站、檢測(cè)工作站、入庫(kù)工作站。其包含供料單元、機(jī)械手搬運(yùn)單元、裝配單元、輸送單元（橫向/豎向）、視覺(jué)檢測(cè)單元、信息寫入/讀取單元、龍門機(jī)構(gòu)入庫(kù)單元、人機(jī)交互單元、多站協(xié)同控制單元等工作單元。且該實(shí)訓(xùn)裝置既可小組配合，進(jìn)行綜合實(shí)訓(xùn)，亦可單人、一單元進(jìn)行單站實(shí)訓(xùn)。

在某些通道狹窄的區(qū)域，分離式設(shè)計(jì)可很大程度上方便搬運(yùn)與運(yùn)輸，同時(shí)分離式模塊化設(shè)計(jì)方便智能產(chǎn)線實(shí)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(shí)訓(xùn)裝置的部分模塊設(shè)備出現(xiàn)使用損毀時(shí)，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：?jiǎn)蜗嗳€制～220V±10%  50Hz

2、溫度：-5℃～+40℃，相對(duì)濕度＜85%（25℃）

3、設(shè)備功率：＜2.0 kw

4、外形尺寸：長(zhǎng)×寬×高：1600mm×600mm×1300mm

智能產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)裝置主體分為四個(gè)工作站：供料工作站、裝配工作站、檢測(cè)工作站、入庫(kù)工作站，供料工作站主要實(shí)現(xiàn)物料瓶的推出、信息寫入（RFID）和運(yùn)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(cè)工作站運(yùn)用視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)對(duì)裝配好的產(chǎn)品進(jìn)行瑕疵檢測(cè)，并比對(duì)訂單信息，檢測(cè)、比對(duì)無(wú)誤后，對(duì)其進(jìn)行上蓋，否則進(jìn)行踢廢操作；入庫(kù)工作站則是將裝配上蓋完成后的物料，通過(guò)識(shí)別物料瓶上的信息（RFID），并結(jié)合庫(kù)位傳感器，使用龍門機(jī)構(gòu)完成搬運(yùn)入庫(kù)操作。

智能產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)裝置通過(guò)模擬顆粒灌裝類的產(chǎn)線應(yīng)用，在人機(jī)交互單元上登錄權(quán)限賬號(hào)，確認(rèn)產(chǎn)線關(guān)鍵參數(shù)，參數(shù)確認(rèn)無(wú)誤后，按下啟動(dòng)按鈕，啟動(dòng)設(shè)備運(yùn)行，由供料工作站的井式供料模塊氣缸將物料瓶體從料倉(cāng)推出，機(jī)械手搬運(yùn)單元夾取物料進(jìn)行信息寫入（RFID）后，將物料瓶體運(yùn)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(shí)別單元，進(jìn)行訂單信息識(shí)別，而后根據(jù)掃碼識(shí)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(jī)械手搬運(yùn)單元再將裝配工作站上的物料轉(zhuǎn)移到檢測(cè)工作站的輸送單元上，對(duì)裝配好的物料進(jìn)行視覺(jué)檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)無(wú)誤后，對(duì)物料瓶體進(jìn)行上蓋（如檢測(cè)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(kù)待抓取位，通過(guò)識(shí)別物料瓶上的信息（RFID），并結(jié)合庫(kù)位傳感器，最后由龍門機(jī)構(gòu)入庫(kù)單元夾取裝配合格的產(chǎn)品入庫(kù)。

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(gè)料瓶供料單元、料瓶信息讀寫單元、滑臺(tái)機(jī)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(gè)料倉(cāng)，可以同時(shí)存放兩種物料瓶體，作為雙倉(cāng)位放料機(jī)構(gòu)，當(dāng)裝置啟動(dòng)時(shí)，左右兩邊推料氣缸將物料從料倉(cāng)推出（同一時(shí)間只有一邊推出），推至出料平臺(tái)后，平臺(tái)出料氣缸將物料推出至夾取位。

（2）機(jī)械手搬運(yùn)單元

圖5 機(jī)械手搬運(yùn)單元

機(jī)械手搬運(yùn)單元由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，可以實(shí)現(xiàn)行程內(nèi)的精準(zhǔn)定位，同時(shí)使用多種氣缸（頂升氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸、雙軸氣缸、氣動(dòng)手指）配合動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)物料對(duì)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(duì)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(kù)、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(shí)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(jì)，可以根據(jù)訂單信息識(shí)別模塊的識(shí)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(cāng)推出之后，裝配單元采用氣動(dòng)吸取的方式，將待裝配物料從物料平臺(tái)上吸取、放置至橫放輸送帶上的待裝配料瓶?jī)?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(jī)械手搬運(yùn)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(shí)別模塊（掃碼槍）掃描條形碼獲取訂單信息，識(shí)別完成后，輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)，傳輸?shù)侥┒搜b配位時(shí)，末端傳感器觸發(fā)，輸送帶停止運(yùn)轉(zhuǎn)，裝配單元將待裝配物料從平臺(tái)上吸取后，放置至待裝配瓶體中，完成裝配。

3、檢測(cè)工作站

圖11 檢測(cè)工作站

檢測(cè)工作站包含視覺(jué)檢測(cè)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(jī)械手搬運(yùn)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(guò)視覺(jué)檢測(cè)機(jī)構(gòu)后，決定物料上蓋搬運(yùn)入庫(kù)還是踢廢回收。

（1）視覺(jué)檢測(cè)單元

圖12 視覺(jué)檢測(cè)單元

如圖8所示，是視覺(jué)檢測(cè)單元模型示意圖。視覺(jué)檢測(cè)單元可以通過(guò)具體的算法，進(jìn)行瑕疵檢測(cè)或者大小形狀檢測(cè)，通常作為瑕疵檢測(cè)使用，通過(guò)圖像比對(duì)的方式，檢測(cè)對(duì)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(jué)檢測(cè)判定裝配體需要入庫(kù)時(shí)，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(jī)為驅(qū)動(dòng)，以氣缸為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。分別用作氣動(dòng)擋料、物料入庫(kù)、物料夾緊、物料回收幾項(xiàng)功能。帶踢廢庫(kù)位與待入庫(kù)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(kù)工作站

圖15 入庫(kù)工作站

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

（1）龍門機(jī)械手模塊

圖16 龍門機(jī)械手

龍門機(jī)械手模塊XY軸采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)結(jié)構(gòu)，以提高定點(diǎn)抓放的效益。

（2）庫(kù)位平臺(tái)模塊

圖17 庫(kù)位平臺(tái)模塊

庫(kù)位平臺(tái)模塊采用3×3庫(kù)位布局，每個(gè)庫(kù)位配備庫(kù)位傳感器，以監(jiān)測(cè)庫(kù)位使用情況，避免庫(kù)位重復(fù)，導(dǎo)致碰撞的情況。

（3）人機(jī)交互單元

圖18 人機(jī)交互單元

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

為保證生產(chǎn)過(guò)程的安全，出廠觸摸屏程序設(shè)置多級(jí)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(guò)身份認(rèn)證登錄權(quán)限用戶賬號(hào)，登錄后才可對(duì)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(jī)器人型號(hào)與現(xiàn)實(shí)中機(jī)器人的同型號(hào)時(shí)，有模擬示教器和真實(shí)示教器一樣的操作、功能?？梢栽谲浖锬M出真實(shí)的使用環(huán)境并進(jìn)行編程，然后把做好的項(xiàng)目直接下載到現(xiàn)場(chǎng)的控制器里。

2）模型導(dǎo)入?？奢p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(guò)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(shí)的使用環(huán)境，利用仿真軟件，可以和真實(shí)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(dòng)作模擬仿真以及周期節(jié)拍，為工程的實(shí)施提供真實(shí)的驗(yàn)證。

4）機(jī)器人自動(dòng)路徑編輯。通過(guò)使用機(jī)器人模型文件，可在短時(shí)間內(nèi)生成跟機(jī)器人所需要的位置。此便捷功能可讓操作者靈活移動(dòng)機(jī)器人或工件，直至所有位置均可到達(dá)。可在短時(shí)間內(nèi)驗(yàn)證和優(yōu)化工作單元布局。

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

6）碰撞檢測(cè)?？梢詫?duì)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中是否可能與周邊設(shè)備發(fā)生碰撞進(jìn)行一個(gè)驗(yàn)證和確認(rèn)，以確保機(jī)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(shí)會(huì)在存儲(chǔ)地址保存一個(gè)*.psz項(xiàng)目的文件和一個(gè)資源組件的*.zip壓縮包，壓縮包里面含有項(xiàng)目的所有組件；

3、另存為含以修改組件研究時(shí)會(huì)在儲(chǔ)存地址上保存一個(gè)*.pszx文件，將文件解壓后會(huì)有*.psz文件項(xiàng)目中使用的的所有組件；

4、另存為所有研究和組件是也會(huì)在存儲(chǔ)地址有一個(gè)“*.pszx”文件，將文件解壓后會(huì)有*.psz文件項(xiàng)目中使用的的所有組件，和上一個(gè)不同的是若在電腦無(wú)法識(shí)別“*.pszx”文件時(shí)可以把項(xiàng)目文件后綴更改為“zip”壓縮包，從而解壓項(xiàng)目文件。

8）在仿真軟件中我們可以保存為“Web”項(xiàng)目動(dòng)畫演示，在保存項(xiàng)目動(dòng)畫演示后在打開存儲(chǔ)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(dòng)畫并且可以移動(dòng)點(diǎn)擊鼠標(biāo)觀看模型的各種角度。

9）模擬仿真。根據(jù)設(shè)計(jì)，在離線編程中進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人工作站的動(dòng)作模擬仿真以及周期節(jié)拍，為工程的實(shí)施提供真實(shí)的驗(yàn)證。

10）虛擬調(diào)試。根據(jù)模型設(shè)計(jì)， 在仿真軟件中添加相應(yīng)的傳感器和信號(hào)，然后用PLC中程序信號(hào)和仿真軟件的信號(hào)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(wú)縫銜接。

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

12）提供實(shí)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(chǎng)景編輯，無(wú)需編程，用戶以拖拽方式對(duì)已有三維場(chǎng)景的模型進(jìn)行移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等操作，模型可被各種外設(shè)驅(qū)動(dòng)。

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

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

4）場(chǎng)景三維操作，通過(guò)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(shí)查看三維場(chǎng)景

5）外設(shè)端口映射，仿真場(chǎng)景的虛擬設(shè)備通過(guò)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(guò)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(dòng)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(hào)采集盒接入：可把仿真場(chǎng)景的虛擬設(shè)備映射到硬件端口，外部控制器（PLC、單片機(jī)等）可通過(guò)實(shí)際接線連接到硬件端口，并驅(qū)動(dòng)場(chǎng)景的虛擬設(shè)備運(yùn)行.

7）硬件PLC仿真，與硬件PLC總線通訊，實(shí)時(shí)讀取PLC信號(hào)，硬件PLC實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)仿真場(chǎng)景的虛擬設(shè)備運(yùn)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(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)仿真場(chǎng)景的虛擬設(shè)備運(yùn)行，PLC編程開發(fā)軟件能下載PLC程序、實(shí)時(shí)監(jiān)視虛擬PLC的程序運(yùn)行。

9）組態(tài)軟件調(diào)試，組態(tài)軟件開發(fā)的模擬人機(jī)界面，可控制虛擬PLC，對(duì)仿真場(chǎng)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(shí)中的模型數(shù)據(jù)一致，并且在現(xiàn)實(shí)模型中某一個(gè)設(shè)備有問(wèn)題，則可以在仿真軟件中進(jìn)行查看和查找。