工業(yè)機(jī)器人與智能視覺應(yīng)用實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備,智能工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

時(shí)間：2023-06-16 10:48:58

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(cè)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(cāng)儲(chǔ)機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高速傳輸?shù)墓ぜM(jìn)行分揀、檢測(cè)、搬運(yùn)、裝配、存儲(chǔ)等操作。
該平臺(tái)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(duì)獨(dú)立，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)。通過(guò)此平臺(tái)可以進(jìn)行機(jī)械組裝、電氣線路設(shè)計(jì)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(dòng)化類相關(guān)專業(yè)《工業(yè)機(jī)器人與控制技術(shù)》、《自動(dòng)化技術(shù)》等課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)，適合自動(dòng)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(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，微縮一個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)線，緊密結(jié)合工業(yè)實(shí)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(tái)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(shí)驗(yàn)，也可利用平臺(tái)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(dòng)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(jì)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)）
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(jí):IP40；
動(dòng)作自由度:6
安裝姿勢(shì):地板、垂吊；
構(gòu)造:垂直多關(guān)節(jié)型；
驅(qū)動(dòng)方式:AC伺服馬達(dá)；
位置檢出方式:絕對(duì)型編碼器；
最大可搬重量4kg；
臂長(zhǎng)mm:≧240+300；
最大動(dòng)作半徑mm: ≧640；
動(dòng)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(zhǎng)度m:5
5.智能視覺檢測(cè)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(shí)接2臺(tái)相機(jī)）；測(cè)量圖像切換。
(2)檢查和測(cè)量——執(zhí)行測(cè)量的處理項(xiàng)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(cè)；邊緣位置檢測(cè)；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(cè)；標(biāo)簽數(shù)據(jù)；高功能標(biāo)簽+；缺陷檢測(cè)；高精度缺陷；精細(xì)匹配；字符檢測(cè)；日期核實(shí)；模型辭典；條形碼檢測(cè)；2維碼檢測(cè)；圓角度獲取。
(3)修正圖像——為準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量而在輸入的圖像上對(duì)測(cè)量對(duì)象進(jìn)行位置修正的方法位置修正；梯形失真補(bǔ)償；測(cè)量前處理；背景消除；色彩灰度過(guò)濾；顏色抽取過(guò)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(duì)測(cè)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(wèn)時(shí)間:≤0.6ms
讀取訪問(wèn)時(shí)間: ≤0.6ms
接口的標(biāo)準(zhǔn):RS422
四、平臺(tái)結(jié)構(gòu)和組成配置要求：
本平臺(tái)要求由六自由度工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)、智能視覺檢測(cè)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(cāng)庫(kù)單元、廢品回收框、各類工件、電氣控制柜、型材實(shí)驗(yàn)桌、型材電腦桌等組成，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高速傳輸?shù)墓ぜM(jìn)行分揀、檢測(cè)、搬運(yùn)、裝配、存儲(chǔ)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(hào)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(duì)工件進(jìn)行抓取、吸取、搬運(yùn)、裝配、打磨、測(cè)量、拆解等操作，也可以抓取智能視覺相機(jī)對(duì)工件、裝配過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)視覺檢測(cè)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(shí)驗(yàn)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(dòng)示教、位置編輯、程序編輯等操作。
1.智能視覺檢測(cè)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(cè)系統(tǒng)，可隨機(jī)器人移動(dòng)（視覺工裝），另一套為智能視覺相機(jī)系統(tǒng)，固定在平臺(tái)桌面安裝支架上。
智能視覺檢測(cè)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(dòng)視覺工裝用于檢測(cè)工件的特性，如數(shù)字、顏色、形狀等，還可以對(duì)裝配效果進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)操作。通過(guò)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(duì)檢測(cè)結(jié)果和檢測(cè)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物體移動(dòng)過(guò)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(cè)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(guò)左端圓弧處時(shí)，RFID檢測(cè)系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地讀取工件內(nèi)的標(biāo)簽信息，如編號(hào)、顏色、高度等信息，該信息通過(guò)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線傳輸給PLC，用來(lái)實(shí)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(dòng)作，處理各單元檢測(cè)信號(hào)，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?shī)A取工件，還可以?shī)A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(cè)前方有無(wú)物體，另一側(cè)裝有氣動(dòng)對(duì)接裝置，用于將氣動(dòng)信號(hào)自動(dòng)導(dǎo)入到氣動(dòng)工裝（吸盤工裝）上。工裝支架安裝在型材實(shí)驗(yàn)桌上，用于機(jī)器人自動(dòng)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(dòng)對(duì)接裝置，當(dāng)大口氣夾夾取吸盤工裝時(shí)，真空吸盤的動(dòng)作由機(jī)器人控制，可以隨之移動(dòng)，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(shí)，視覺相機(jī)可以隨著機(jī)器人的移動(dòng)拍攝不同位置、不同方向的工件或場(chǎng)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(kù)、推料氣缸、頂料氣缸和光電傳感器組成，安裝在型材實(shí)驗(yàn)桌上，用于將工件庫(kù)中的工件依次推出到環(huán)形輸送線。提供不同編號(hào)、不同高度、不同顏色的標(biāo)準(zhǔn)工件，以及編號(hào)缺少筆畫、雜色疊加等不合格工件。四工位的供料設(shè)計(jì)，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(hào)、高度、顏色的組合上料，以及對(duì)上料速度快慢控制，實(shí)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(duì)射傳感器等組成，安裝在型材實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)桌上，用于傳輸工件（工件跟蹤抓取時(shí)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(shí)驗(yàn)桌上，用于裝配工件。具有3個(gè)工件盒組裝位置，能同時(shí)對(duì)3個(gè)工件盒進(jìn)行裝配操作。工件盒內(nèi)設(shè)有4個(gè)工件槽用于放置工件，工件盒和工件蓋四個(gè)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(gè)傳感器，可以檢測(cè)工件盒/工件蓋的有無(wú)、方向是否裝反。機(jī)器人可以進(jìn)行工件盒/工件蓋裝反時(shí)的修正、工件按序裝配、工件拆解等操作。通過(guò)對(duì)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(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)及考核的多樣化。
11.立體倉(cāng)庫(kù)單元：由鋁質(zhì)材料加工而成，要求配9個(gè)倉(cāng)位（3×3），安裝在型材實(shí)驗(yàn)桌上，用于放置裝配完的組件，也可以通過(guò)機(jī)器人對(duì)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(kù)。
12.廢品回收框：安裝在型材實(shí)驗(yàn)桌左后側(cè)，用于機(jī)器人自動(dòng)放置被檢測(cè)出來(lái)的無(wú)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(guò)兩根電纜線與型材實(shí)驗(yàn)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(gè)以太網(wǎng)局域網(wǎng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的相互傳輸，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的高層次應(yīng)用，同時(shí)可以培養(yǎng)和考核學(xué)生對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的使用技能。

五、必須能完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
1.工程實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐項(xiàng)目
(1)PLC程序編程與調(diào)試實(shí)驗(yàn)
(2)工業(yè)機(jī)器人示教單元操作實(shí)驗(yàn)
(3)工業(yè)機(jī)器人軟件使用操作實(shí)驗(yàn)
(4)工業(yè)機(jī)器人基本指令編程實(shí)驗(yàn)
(5)工業(yè)機(jī)器人工件的跟蹤抓取實(shí)驗(yàn)
(6)使用RFID軟件讀寫電子標(biāo)簽實(shí)驗(yàn)
(7)PLC對(duì)RFID的數(shù)據(jù)讀取操作實(shí)驗(yàn)
(8)PLC對(duì)RFID的數(shù)據(jù)寫入操作實(shí)驗(yàn)
(9)智能視覺編號(hào)比對(duì)測(cè)量實(shí)驗(yàn)
(10)智能視覺顏色比對(duì)測(cè)量實(shí)驗(yàn)
(11)智能視覺角度比對(duì)測(cè)量實(shí)驗(yàn)
(12)智能視高邊緣檢測(cè)實(shí)驗(yàn)
2.高級(jí)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(hào)	名稱	主要部件、器件及規(guī)格	數(shù)量	備注
1	電氣實(shí)訓(xùn)柜	700mm×600mm×1500mm	1臺(tái)
2	實(shí)訓(xùn)平臺(tái)	2000mm×1200mm×1400mm	1臺(tái)
3	工業(yè)機(jī)器人	6軸工業(yè)機(jī)器人本體RV-3SD	1臺(tái)	三菱
3	工業(yè)機(jī)器人	機(jī)器人控制器CR1DA-700	1套	三菱
4	智能視覺系統(tǒng)	視覺控制器FZ4-350	1臺(tái)	歐姆龍
4	智能視覺系統(tǒng)	視覺相機(jī)FZ-SC	1臺(tái)	歐姆龍
5	RFID系統(tǒng)	讀寫器RF260R	1只	西門子
5	RFID系統(tǒng)	電子標(biāo)簽	36個(gè)	西門子
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
7	交流調(diào)速系統(tǒng)	交流減速電機(jī)01K3GN-D/0GN50K	1套
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(tái)
11	實(shí)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(cāng)庫(kù)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(tái)
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(hào)	名稱	主要組成器件	數(shù)量
1	耗材	保險(xiǎn)絲、0.75mm²導(dǎo)線、1.5mm²導(dǎo)線、號(hào)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(zhǎng)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(dòng)扳手、內(nèi)外六角扳手、便攜式萬(wàn)用表及書寫工具等	1套

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