LG-BWL06型工業機器人工程考核實訓系統

一、系統介紹
1、系統組成
LG-BWL06型 工業機器人工程考核實訓系統主要由碼垛機立庫系統、AGV小車、托盤流水線、物品盒流水線、視覺系統、六自由度工業機器人組成，如下圖1-1所示。
（1）碼垛機立庫系統，用于存儲物品托盤，并且按照要求碼垛機完成出庫和入庫；
（2） AGV小車，用于把安裝有物品的托盤從碼垛機立庫系統對接為，沿鋪設的磁條運行到托盤流水線；
（3）托盤流水線，負責把貨品托盤輸送到視覺檢測工位，經視覺定位識別輸送到抓取工位；
（4）物品盒流水線，負責成品物品盒的裝箱及傳送；
（5）視覺系統，對托盤流水線上的托盤上的物品進行識別，并把識別結果發送至主控系統的PLC；
（6）六自由度工業機器人系統，根據主控系統 PLC 發送的數據，對托盤流水線上的托盤上的物品進行分揀，放置于物品盒流水線上的指定物品盒中，同時把空托盤放置于空托盤庫中。

圖 1-1 整體組成

2、系統整體設計目標
本系統再現工業現場從倉儲、搬運、分揀以及包裝的全過程，將目前工業自動化現場前沿的實用技術和方案引入到比賽當中，通過比賽，讓學生能熟練掌握自動化科技的前沿應用技術，為我國從制造大國發展到制造強國，為工業智能制造培養一批有素質，能干活，干好活的新一代職業能手。
（1）選用6軸關節型工業機器人+堆垛直角坐標機器人+AGV移動機器人，該三種機器人都是目前工業現場應用比較廣泛的機器人；——切合工業現場，體現機器人的多樣性；
（2）將立體倉庫（碼垛機器人）+工件運輸（AGV機器人）+檢測分揀（機器視覺）+機器人自動分揀裝配（6軸機器人）+自動回收+自動包裝完美的融合。——詮釋智能工廠和智能物流的概念；
（3）設置多物件和多工位+多倉儲，可以展現出非常多的組合場景，不僅可以展現學生的控制系統和機器人的編程能力，同時也能展現學生的流程規劃策略和優化能力；——真實展示實際工業和物流系統場景，非常適合于實訓和比賽。
（4）整個系統采用網絡化控制構架，以及最新的控制系統。——學生能夠了解先進的控制技術以及編程方法。
3、工作流程

基本運行流程描述：
（1）物品以托盤形式存儲在原料倉庫中（物品共有 8 種不同形狀高度的樣式，每個托盤上隨機放置 0-3 個物品，樣式也隨機，可能相同，也可能不同）。
（2）物品隨托盤從碼垛機立庫出庫，由AGV 小車搬輸送至托盤流水線；
（3）托盤在托盤流水線的 4 號工位停止，通過智能相機識別物品數量、類型、相對于標定原點的位置、相對于標定姿態的旋轉角度并傳輸給PLC；
（4）識別完成后，托盤流水線把托盤傳輸到 1 號位置后停止；
（5）主控系統把需要分揀物品的 XYZ 坐標偏移和旋轉角度通過MODBUS TCP 協議依次發送給六自由度工業機器人系統，六自由度工業機器人機器人按照事先編寫的程序流程，執行抓取分揀；
（6）六自由度工業機器人根據放置位置的XYZ 坐標偏移和旋轉角度把物品放入禮品箱中。（禮品箱有 8 個格子，相同的工件放到同一
個格子，每個格子最多放 2 件物品。碼垛部分偏移運算由主控系統計算，整合到Z 軸偏移中給六自由度工業機器人）。
（7）把物品取完后，六自由度工業機器人把空托盤也搬運放置到空托盤庫中。
（8）物品裝滿物品箱后，流轉到下料碼垛區。（每個比賽區不會使用全部物品樣式，應取其中 2-3 種。當中轉箱裝滿或物品無法按照規則放入物品箱時流入下一區域）；
（9）當物品箱碼到一定數量或原料出庫完成任務時停止比賽。
二、設備安裝
1、設備安裝
本設備共包括：工業機器人及控制柜、PLC 控制柜、托盤流水線、物品盒擺放流水線、AGV 小車等。比賽所用場地為 4m×8m，如圖 2-1 所示為裝備之間的大致布局，現場安裝時并不一定嚴格按照圖中所標尺寸安裝，允許有所變動。在安裝時需要注意以下事項：
（1）調節工業機器人安裝底座的四個地腳，使工業機器人的安裝底座水平；(水平儀)
（2）調節托盤流水線和物品盒擺放流水線的水平；(水平儀)
（3）以工業機器人為基準，確保托盤流水線與工業機器人的 Y 軸方向平行，確保物品盒擺放流水線與工業機器人的 X 軸方向平行；(具體調節方式見節 2.2)
（4）確保托盤流水線前端滑輪的平切面低于AGV 小車的平帶面；(見圖 2-2)。
（5）確保智能相機與托盤流水線垂直。(見圖 2-3)

圖 2-1 設備布局

圖 2-2 托盤流水線高度調節

圖 2-3 智能相機安裝

2、平行度調節
如圖 2-4 所示，在工業機器人末端夾具上安裝了一個激光筆，具體調節步驟如下：
（1）利用工業機器人的工具坐標系調整機器人的姿態，使得激光筆始終垂直于工業機器人的安裝基面；
（2）首先控制工業機器人運動到托盤流水線上方合適的高度，將激光筆發出的激光對準流水線架上的鋁型材邊線，利用機器人的工具坐標系，使機器人沿著基坐標系的 Y 方向運動（注意降低機器人的運動速度），注意觀察激光是否偏離鋁型材邊線，并作適當調整。
（3）利用同樣的方法調整物品擺放流水線，只是使機器人沿著坐標系的X 方向運動。

圖 2-4 平行度調整

三、6 自由度關節型機器人
6 自由度關節型機器人，如下圖 3.1 所示。6 個自由度，最大負荷 20KG,臂展>1.5m。
工業機器人在系統中的位置如下圖 3.2 所示。

圖 3.1 工業機器人在系統中的位置

機器人工作流程如下所示：

四、視覺識別系統
本系統安裝于托盤流水線中，當托盤貨物到視覺檢測工位時， X-SIGHT 機器視覺系統對托盤內的貨物進行視覺識別，并把識別的位置，形狀等特征數據給到中央控制器和六關節機器人，由機械人根據目標存放位置執行相應的動作。

圖 4.1 智能視覺系統整體圖

五、流水線
1、托盤流水線
負責把貨品托盤輸送到視覺檢測工位，經視覺定位識別輸送到抓取工位，由機械手將托盤中的貨品，通過真空吸盤吸放到相應物品盒中。當貨品托盤中的貨物全部取空時，由機械手通過另一套真空吸盤將托盤吸放到空托盤存放處。

圖 5.1 托盤流水線效果圖

圖 5.2 托盤流水線倍速鏈實物圖

圖 5.3 托盤流水線與 AGV 對接口實物圖

2、物品盒流水線
物品盒流水線采用板鏈結構，負責成品物品盒的裝箱及傳送，為5工位流水線，裝在3個物品盒（占用3個工位）。

圖 5.4 物品盒流水線效果圖

圖 5.6 物品盒流水線實物圖

本系統中6自由度工業機器人負責把托盤流水線上托盤中的貨品抓取到，根據規定的目標物品盒，放入到相應的位置。機械手裝載貨品限定在5工位的中間工位。如需裝載左右物品盒，通過左右移位將邊上的物品盒移到中間工位。
如圖所示，從左到右設為1-5工位，當前物品盒處于2 、3 、4工位，定義為物品盒A、B、C，機械手裝載3號工位的物品盒，即B物品盒。如果需要裝載A物品盒，則流水線傳送機構動作右移，當右檢測物品盒傳感器接通時，流水線停止運行，此時機械手裝載A物品盒。如果下一個要裝載的是C物品盒，則流水線向左運行，碰到左面物品盒檢測傳感器時停止運行。系統中另設有零位檢測傳感器，以檢測物品盒處于中間工位。為防止物品盒滑落，在左右極限位置設有左右限位開關，以防止控制失誤，致物品盒跌落。
物品盒流水線由步進電機控制，實際控制策略可以采用脈沖定位控制的方式。
六、電氣控制系統
本系統采用國際上先進的控制理念和最新的控制產品，采用網絡化控制模式，系統主要控制框圖如 6.1 所示。

圖 6.1 設備電氣網絡拓撲圖

如上圖所示，整個系統通過工業以太網總線，把工業機器人、主控流水線 PLC、碼垛機立庫系統 PLC、碼垛機立庫系統觸摸屏、主控流水線觸摸屏、視覺系統、變頻器以及編程開發計算機等均通過以太網連接。編程開發計算機負責開發調試程序、視覺系統特征識別開發以及機器人示教等編程。碼垛立庫系統和主控流水線觸摸屏負責管理碼垛立庫系統、主控流水線的運行參數，以及系統報警和提示信息等。

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