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工業(yè)機(jī)器人與智能視覺應(yīng)用實驗實訓(xùn)系統(tǒng):提升效率

時間:2024-07-16 09:25:36

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,工業(yè)機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。特別是在罐裝生產(chǎn)線上,工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用不僅提高了生產(chǎn)效率,還優(yōu)化了產(chǎn)品質(zhì)量。本文將以“工業(yè)機(jī)器人與智能視覺應(yīng)用”作為關(guān)鍵詞,詳細(xì)介紹了它的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用。

一、工業(yè)機(jī)器人與智能視覺應(yīng)用實驗實訓(xùn)設(shè)備的優(yōu)勢
1.提高生產(chǎn)效率工業(yè)機(jī)器人罐裝生產(chǎn)線培訓(xùn)系統(tǒng)采用自動化生產(chǎn)線,可實現(xiàn)24小時不間斷生產(chǎn),大大提高生產(chǎn)效率。與傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)相比,工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)速度更快,使用壽命更長。
2.優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量工業(yè)機(jī)器人罐裝生產(chǎn)線實訓(xùn)系統(tǒng)采用先進(jìn)的傳感器和控制系統(tǒng),可以實時監(jiān)控生產(chǎn)過程中的各種參數(shù),確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。此外,工業(yè)機(jī)器人可以根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)準(zhǔn)確操作,避免了人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。
3.降低勞動強(qiáng)度工業(yè)機(jī)器人罐裝生產(chǎn)線的培訓(xùn)系統(tǒng)可以代替大量的人工操作,降低工人的勞動強(qiáng)度。同時,由于工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行速度快、精度高,工人可以在短時間內(nèi)掌握相關(guān)技能,提高工作效率。

二、工業(yè)機(jī)器人與智能視覺應(yīng)用實驗實訓(xùn)設(shè)備的應(yīng)用
1.飲料罐裝生產(chǎn)在飲料罐裝生產(chǎn)過程中,工業(yè)機(jī)器人可以根據(jù)產(chǎn)品的特性對產(chǎn)品進(jìn)行精確灌裝和封口,從而保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。此外,工業(yè)機(jī)器人還可以實現(xiàn)飲料的自動檢測和包裝,提高了生產(chǎn)效率。
2.罐頭食品生產(chǎn)在罐頭食品生產(chǎn)過程中,工業(yè)機(jī)器人可以準(zhǔn)確地對食品進(jìn)行分類、包裝和密封操作,以確保產(chǎn)品質(zhì)量。同時,工業(yè)機(jī)器人可以根據(jù)食品的特性自動調(diào)整優(yōu)化,提高了生產(chǎn)效率。
3.化學(xué)品罐裝生產(chǎn)在化學(xué)品罐裝生產(chǎn)過程中,工業(yè)機(jī)器人可以實現(xiàn)化學(xué)品的精確投料、混合和包裝操作,以確保產(chǎn)品質(zhì)量。此外,工業(yè)機(jī)器人可以根據(jù)化學(xué)品的特性自動調(diào)整和優(yōu)化,提高了生產(chǎn)效率。

SG-JQR10工業(yè)機(jī)器人與智能視覺應(yīng)用實驗實訓(xùn)設(shè)備

一、產(chǎn)品概述
    本設(shè)備包含六自由度工業(yè)機(jī)器人、智能視覺檢測系統(tǒng)、RFID數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)及一套供料、輸送、裝配、倉儲機(jī)構(gòu),可以實現(xiàn)對高速傳輸?shù)墓ぜM(jìn)行分揀、檢測、搬運(yùn)、裝配、存儲等操作。
該平臺各組件均安裝在型材桌面上,機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣控制回路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對獨(dú)立,采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計。通過此平臺可以進(jìn)行機(jī)械組裝、電氣線路設(shè)計與接線、PLC編程與調(diào)試、智能視覺流程編輯、工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試、RFID數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用等多方面訓(xùn)練,適合職業(yè)院校、技工學(xué)校自動化類相關(guān)專業(yè)《工業(yè)機(jī)器人與控制技術(shù)》、《自動化技術(shù)》等課程的實訓(xùn)教學(xué),適合自動化技術(shù)人員進(jìn)行工程訓(xùn)練及技能比賽。
 二、產(chǎn)品特點(diǎn)
1.創(chuàng)新性:將工業(yè)機(jī)器人、智能視覺、RFID數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)整合到一個實驗平臺中,微縮一個工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)線,緊密結(jié)合工業(yè)實際應(yīng)用,可極大地開拓學(xué)生視野,具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性。
2.開放性:用戶可利用平臺提供的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)、智能視覺系統(tǒng),進(jìn)行機(jī)器人基本控制編程實驗,也可利用平臺的PLC、RFID和各種工件進(jìn)行配合應(yīng)用方面的教學(xué)和研究。提供工業(yè)機(jī)器人底層驅(qū)動接口函數(shù),可供用戶進(jìn)行二次開發(fā)使用及進(jìn)行深層次機(jī)器人控制技術(shù)的研究。
3.靈活性:提供“工件裝配流程編輯軟件”,為主控制器指定裝配任務(wù),能展現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的柔性化生產(chǎn)的特點(diǎn),可根據(jù)不同的生產(chǎn)要求,設(shè)計開發(fā)不同的控制軟件。
三、技術(shù)性能要求:
1.輸入電源:三相四線AC380V±10%  50Hz
2.裝置容量:<3kVA
3.外形尺寸:約2000mm×1200mm×1500mm(實驗平臺)
約600mm×560mm×880mm(電腦桌)
4.六自由度工業(yè)機(jī)器人參數(shù)如下表:
保持等級:IP40;
動作自由度:6
安裝姿勢:地板、垂吊;
構(gòu)造:垂直多關(guān)節(jié)型;
驅(qū)動方式:AC伺服馬達(dá);
位置檢出方式:絕對型編碼器;
最大可搬重量4kg;
臂長mm:≧240+300;
最大動作半徑mm: ≧640;
動作范圍:度
 (J1):480(-240~+240)
 (J2): 240(-120~+120)
 (J3): 164(0~+164)
 (J4): 400(-200~+200)
 (J5): 240(-120~+120)
 (J6): 720(-360~+360)
最大速度:度/秒
(J1):420
(J2): 336
(J3): 250
(J4): 540
(J5): 623
(J6): 720
最大合成速度9048mm/sec
位置往返精度±0.02mm
周圍溫度℃:0~40
容許力矩
(J4)N•m :6.66
(J5)N•m :6.66
(J6)N•m :3.96
容許慣性
(J4)kg•m2:0.2
(J5)kg•m2:0.2
(J6)kg•m2:0.1
工具配線:抓手輸入8點(diǎn)、輸出8點(diǎn)
電纜長度m:5
5.智能視覺檢測系統(tǒng)具有以下功能:
(1)讀取圖像——從相機(jī)讀取圖像的功能:相機(jī)圖像輸入; 相機(jī)圖像輸入HDR+; 相機(jī)切換(支持同時接2臺相機(jī));測量圖像切換。
(2)檢查和測量——執(zhí)行測量的處理項目的方法:搜索;靈活搜索,靈敏搜索;ECM搜索;EC圓搜索;形狀搜索;分類檢測;邊緣位置檢測;邊緣間距;掃描邊緣位置;掃描邊緣寬度;平均色/色差; 面積重心;標(biāo)簽檢測;標(biāo)簽數(shù)據(jù);高功能標(biāo)簽+;缺陷檢測;高精度缺陷;精細(xì)匹配;字符檢測;日期核實;模型辭典;條形碼檢測;2維碼檢測;圓角度獲取。
(3)修正圖像——為準(zhǔn)確地進(jìn)行測量而在輸入的圖像上對測量對象進(jìn)行位置修正的方法位置修正;梯形失真補(bǔ)償;測量前處理;背景消除;色彩灰度過濾;顏色抽取過濾;顏色不勻消除;條紋花樣消除;光暈消除;全景畫;圓展開;
(4)結(jié)果輸出——針對測量結(jié)果的輸出方式串行數(shù)據(jù)輸出;并行數(shù)據(jù)輸出;串行判定輸出;并行判定輸出。
6.RFID數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng):
工作頻率:13.56MHz
作用范圍:≧130mm
協(xié)議:ISO 15693, ISO 18000-3
傳輸率:26.5 kbit/s
寫訪問時間:≤0.6ms
讀取訪問時間: ≤0.6ms
接口的標(biāo)準(zhǔn):RS422
四、平臺結(jié)構(gòu)和組成配置要求:
本平臺要求由六自由度工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)、智能視覺檢測系統(tǒng)、可編程控制器(PLC)系統(tǒng)、RFID數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、工具換裝單元、四工位供料單元、環(huán)形輸送單元、直線輸送單元、工件組裝單元、立體倉庫單元、廢品回收框、各類工件、電氣控制柜、型材實驗桌、型材電腦桌等組成,可以實現(xiàn)對高速傳輸?shù)墓ぜM(jìn)行分揀、檢測、搬運(yùn)、裝配、存儲等操作。
六自由度工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng):由機(jī)器人本體、機(jī)器人控制器、示教單元、輸入輸出信號轉(zhuǎn)換器和抓取機(jī)構(gòu)組成,裝備多種夾具、吸盤、量具、工具等,可對工件進(jìn)行抓取、吸取、搬運(yùn)、裝配、打磨、測量、拆解等操作,也可以抓取智能視覺相機(jī)對工件、裝配過程進(jìn)行實時視覺檢測操作。機(jī)器人本體由六自由度關(guān)節(jié)組成,固定在型材實驗桌上。機(jī)器人示教單元有液晶顯示屏、使能按鈕、急停按鈕、操作鍵盤,用于參數(shù)設(shè)置、手動示教、位置編輯、程序編輯等操作。
1.智能視覺檢測系統(tǒng)
要求提供2套智能視覺系統(tǒng),一套為智能視覺檢測系統(tǒng),可隨機(jī)器人移動(視覺工裝),另一套為智能視覺相機(jī)系統(tǒng),固定在平臺桌面安裝支架上。
智能視覺檢測系統(tǒng)由視覺控制器、視覺相機(jī)及監(jiān)視顯示器等組成。移動視覺工裝用于檢測工件的特性,如數(shù)字、顏色、形狀等,還可以對裝配效果進(jìn)行實時檢測操作。通過I/O電纜連接到PLC或機(jī)器人控制器,也支持串行總線和以太網(wǎng)總線連接到PLC或機(jī)器人控制器,對檢測結(jié)果和檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。
2.智能視覺相機(jī)系統(tǒng)
由一體式視覺控制器、相機(jī)、光源及鏡頭等組成。智能視覺相機(jī)系統(tǒng)用來實現(xiàn)對物體移動過程的視覺跟蹤,及物體輪廓線、表面、尺寸等參數(shù)的獲取研究。
3.RFID數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)
RFID檢測系統(tǒng),安裝在環(huán)線輸送單元的左端圓弧處,電子標(biāo)簽已埋在工件內(nèi)部。當(dāng)工件從環(huán)線輸送單元經(jīng)過左端圓弧處時,RFID檢測系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地讀取工件內(nèi)的標(biāo)簽信息,如編號、顏色、高度等信息,該信息通過工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線傳輸給PLC,用來實現(xiàn)工件的分揀操作。
4.可編程控制器單元
配備可編程控制器、數(shù)字量擴(kuò)展模塊、模擬量輸出模塊、232串行通信模塊、以太網(wǎng)通信模塊等,用于讀寫RFID系統(tǒng)的工件數(shù)據(jù),控制機(jī)器人、電機(jī)、氣缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作,處理各單元檢測信號,管理工作流程、數(shù)據(jù)傳輸?shù)热蝿?wù)。
5.工具換裝單元
由大口氣夾、真空發(fā)生器、吸盤工裝、視覺工裝、定位工裝、工裝支架等機(jī)構(gòu)組成。大口氣夾、真空發(fā)生器安裝機(jī)器人本體上,受機(jī)器人控制,大口氣夾不僅可以夾取工件,還可以夾取三種工裝進(jìn)行功能性操作。大口氣夾一側(cè)前端裝有光纖傳感器,用于檢測前方有無物體,另一側(cè)裝有氣動對接裝置,用于將氣動信號自動導(dǎo)入到氣動工裝(吸盤工裝)上。工裝支架安裝在型材實驗桌上,用于機(jī)器人自動放置和取用不同的工裝。
提供多種工裝:吸盤、視覺、定位等。
吸盤工裝上裝有真空吸盤和氣動對接裝置,當(dāng)大口氣夾夾取吸盤工裝時,真空吸盤的動作由機(jī)器人控制,可以隨之移動,吸取任意可到達(dá)位置內(nèi)的工件。
視覺工裝上裝有視覺相機(jī),當(dāng)機(jī)器人夾取視覺工裝時,視覺相機(jī)可以隨著機(jī)器人的移動拍攝不同位置、不同方向的工件或場景。
定位工裝上設(shè)有定位針,用于精確定位工件的位置。
7.四工位供料單元
由井式料庫、推料氣缸、頂料氣缸和光電傳感器組成,安裝在型材實驗桌上,用于將工件庫中的工件依次推出到環(huán)形輸送線。提供不同編號、不同高度、不同顏色的標(biāo)準(zhǔn)工件,以及編號缺少筆畫、雜色疊加等不合格工件。四工位的供料設(shè)計,使得供料方式多樣化,可以進(jìn)行單一的上料,也可以進(jìn)行不同編號、高度、顏色的組合上料,以及對上料速度快慢控制,實現(xiàn)上料形式的多樣化。
8.環(huán)形輸送單元:包含一套交流調(diào)速系統(tǒng),由變頻器、三相交流電機(jī)、環(huán)形板鏈(傳送帶)、對射傳感器等組成,安裝在型材實驗桌上,用于傳輸工件。
9.直線輸送單元:包含一套直流調(diào)速系統(tǒng),由直流電機(jī)、高精度編碼器、調(diào)速控制器、同步帶輪等組成,安裝在型材實驗桌上,用于傳輸工件(工件跟蹤抓取時用)。
10.工件組裝單元:由工件盒送料機(jī)構(gòu)及工件蓋送料機(jī)構(gòu)組成,安裝在型材實驗桌上,用于裝配工件。具有3個工件盒組裝位置,能同時對3個工件盒進(jìn)行裝配操作。工件盒內(nèi)設(shè)有4個工件槽用于放置工件,工件盒和工件蓋四個角帶有磁性粘合,可以使工件盒與工件蓋緊密組合在一起。設(shè)有多個傳感器,可以檢測工件盒/工件蓋的有無、方向是否裝反。機(jī)器人可以進(jìn)行工件盒/工件蓋裝反時的修正、工件按序裝配、工件拆解等操作。通過對工件盒/工件蓋的正反放置,工件裝配的順序變化,提高機(jī)器人的應(yīng)用靈活性,可進(jìn)行機(jī)器人不同難易程度的應(yīng)用考察,實現(xiàn)實驗及考核的多樣化。
11.立體倉庫單元:由鋁質(zhì)材料加工而成,要求配9個倉位(3×3),安裝在型材實驗桌上,用于放置裝配完的組件,也可以通過機(jī)器人對裝配完成的組件進(jìn)行拆裝,并分類放置到相應(yīng)的工件料庫。
12.廢品回收框:安裝在型材實驗桌左后側(cè),用于機(jī)器人自動放置被檢測出來的無用工件或不合格品。
13、電氣控制柜用于安裝機(jī)器人控制器、PLC、變頻器及調(diào)速控制器等電氣部件,采用網(wǎng)孔板的結(jié)構(gòu),便于拆裝。通過兩根電纜線與型材實驗桌相連,兩端使用航空插頭,強(qiáng)弱電分離,連接安全可靠。
14.以太網(wǎng)路由器:以太網(wǎng)路由器將PLC、機(jī)器人控制器、智能視覺控制器組成一個以太網(wǎng)局域網(wǎng),進(jìn)行數(shù)據(jù)的相互傳輸,實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)的高層次應(yīng)用,同時可以培養(yǎng)和考核學(xué)生對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的使用技能。
 
五、必須能完成的實驗項目
1.工程實驗/實踐項目
(1)PLC程序編程與調(diào)試 實驗
(2)工業(yè)機(jī)器人示教單元操作實驗
(3)工業(yè)機(jī)器人軟件使用操作實驗
(4)工業(yè)機(jī)器人基本指令編程實驗
(5)工業(yè)機(jī)器人工件的跟蹤抓取實驗
(6)使用RFID軟件讀寫電子標(biāo)簽實驗
(7)PLC對RFID的數(shù)據(jù)讀取操作實驗
(8)PLC對RFID的數(shù)據(jù)寫入操作實驗
(9)智能視覺編號比對測量實驗
(10)智能視覺顏色比對測量實驗
(11)智能視覺角度比對測量實驗
(12)智能視高邊緣檢測實驗
2.高級開發(fā)及課題研究方向
(1)生產(chǎn)線工件傳輸速率優(yōu)化研究
(2)工業(yè)機(jī)器人、智能視覺系統(tǒng)、RFID綜合應(yīng)用研究
(3)工業(yè)機(jī)器人基于編碼器的跟蹤抓取開發(fā)
(4)工業(yè)機(jī)器人基于視覺的跟蹤抓取開發(fā)
(5)工業(yè)機(jī)器人基于視覺的圖形組合開發(fā)
(6)工業(yè)機(jī)器人基于視覺的物體外形跟蹤功能開發(fā)
(7)工業(yè)機(jī)器人基于視覺的物體外形尺寸獲取開發(fā)
(8)工業(yè)機(jī)器人基于視覺的表面加工(打磨)功能開發(fā)
(9)工業(yè)機(jī)器人基于視覺的繪圖功能開發(fā)
六、配置清單
1.基本配置:
序號 名  稱 主要部件、器件及規(guī)格 數(shù)量 備注
1 電氣實訓(xùn)柜 700mm×600mm×1500mm 1臺  
2 實訓(xùn)平臺 2000mm×1200mm×1400mm 1臺  
3 工業(yè)機(jī)器人 6軸工業(yè)機(jī)器人本體RV-3SD 1臺 三菱
機(jī)器人控制器CR1DA-700 1套
4 智能視覺系統(tǒng) 視覺控制器FZ4-350 1臺 歐姆龍
視覺相機(jī)FZ-SC 1臺
5 RFID系統(tǒng) 讀寫器RF260R 1只 西門子
電子標(biāo)簽 36個
6 可編程控制器系統(tǒng) PLC主機(jī)FX3U-64MT 1只 三菱
數(shù)字量輸入模塊FX2N-8EX 1只
模擬量輸出模塊FX2N-2DA 1只
232通信模塊FX3U-232-BD 1只
以太網(wǎng)通信模塊FX3U-ENET-L 1只
7 交流調(diào)速系統(tǒng) 變頻器FR-D720S-0.4kW 1套  
交流減速電機(jī)01K3GN-D/0GN50K
8 直流調(diào)速系統(tǒng) PID調(diào)速控制器24/20BL-4Q02 1套  
直流電機(jī)DM-06-2GN-24
編碼器EKP3808-001G1024BZ1
10 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī) 4P網(wǎng)絡(luò)交換機(jī) 1臺  
11 實訓(xùn)模塊 四工位供料單元、環(huán)形輸送單元、直線輸送單元、工件組裝單元、立體倉庫單元等 1套  
12 型材電腦桌 600mm×560mm×1100mm 1張  
13 氣泵 靜音氣泵 1臺  
14 線纜 PLC通信電纜、以太網(wǎng)線等 1套  
15 Ф6氣管   3米  
 
2.耗材及配套工具
序號 名稱 主要組成器件 數(shù)量
1 耗材 保險絲、0.75mm2導(dǎo)線、1.5mm2導(dǎo)線、號碼管、接線端子等 1套
2 配套
工具
包括小一字螺絲刀、小十字螺絲刀、長柄螺絲刀、鐘表螺絲刀、剪刀、剝線鉗、尖嘴鉗、斜口鉗、電烙鐵、試電筆、焊錫絲、鑷子、活動扳手、內(nèi)外六角扳手、便攜式萬用表及書寫工具等 1套