隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)機器人被廣泛應(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)機器人與智能視覺應(yīng)用”作為關(guān)鍵詞，詳細介紹了它的優(yōu)點和應(yīng)用。
一、工業(yè)機器人與智能視覺應(yīng)用實驗實訓設(shè)備的優(yōu)勢
1.提高生產(chǎn)效率工業(yè)機器人罐裝生產(chǎn)線培訓系統(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)機器人罐裝生產(chǎn)線實訓系統(tǒng)采用先進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)機器人可以根據(jù)產(chǎn)品的特點準確操作，避免了人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。
3.降低勞動強度工業(yè)機器人罐裝生產(chǎn)線的培訓系統(tǒng)可以代替大量的人工操作，降低工人的勞動強度。同時，由于工業(yè)機器人運行速度快、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)機器人與智能視覺應(yīng)用實驗實訓設(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)機器人可以根據(jù)產(chǎn)品的特性對產(chǎn)品進行精確灌裝和封口，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)機器人可以準確地對食品進行分類、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.化學品罐裝生產(chǎn)在化學品罐裝生產(chǎn)過程中，工業(yè)機器人可以實現(xiàn)化學品的精確投料、混合和包裝操作，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。此外，工業(yè)機器人可以根據(jù)化學品的特性自動調(diào)整和優(yōu)化，提高了生產(chǎn)效率。
一、產(chǎn)品概述
本設(shè)備包含六自由度工業(yè)機器人、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、倉儲機構(gòu)，可以實現(xiàn)對高速傳輸?shù)墓ぜM行分揀、檢測、搬運、裝配、存儲等操作。
該平臺各組件均安裝在型材桌面上，機械結(jié)構(gòu)、電氣控制回路、執(zhí)行機構(gòu)相對獨立，采用工業(yè)標準件設(shè)計。通過此平臺可以進行機械組裝、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)機器人編程與調(diào)試、RFID數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用等多方面訓練，適合職業(yè)院校、技工學校自動化類相關(guān)專業(yè)《工業(yè)機器人與控制技術(shù)》、《自動化技術(shù)》等課程的實訓教學，適合自動化技術(shù)人員進行工程訓練及技能比賽。
二、產(chǎn)品特點
1.創(chuàng)新性：將工業(yè)機器人、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，可極大地開拓學生視野，具有較強的創(chuàng)新性。
2.開放性：用戶可利用平臺提供的工業(yè)機器人控制系統(tǒng)、智能視覺系統(tǒng)，進行機器人基本控制編程實驗，也可利用平臺的PLC、RFID和各種工件進行配合應(yīng)用方面的教學和研究。提供工業(yè)機器人底層驅(qū)動接口函數(shù)，可供用戶進行二次開發(fā)使用及進行深層次機器人控制技術(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)機器人的柔性化生產(chǎn)的特點，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；
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、輸出8點
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——從相機讀取圖像的功能：相機圖像輸入； 相機圖像輸入HDR+； 相機切換（支持同時接2臺相機）；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；標簽檢測；標簽數(shù)據(jù)；高功能標簽+；缺陷檢測；高精度缺陷；精細匹配；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——為準確地進行測量而在輸入的圖像上對測量對象進行位置修正的方法位置修正；梯形失真補償；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
接口的標準: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行分揀、檢測、搬運、裝配、存儲等操作。
六自由度工業(yè)機器人系統(tǒng)：由機器人本體、機器人控制器、示教單元、輸入輸出信號轉(zhuǎn)換器和抓取機構(gòu)組成，裝備多種夾具、吸盤、量具、工具等，可對工件進行抓取、吸取、搬運、裝配、打磨、測量、拆解等操作，也可以抓取智能視覺相機對工件、裝配過程進行實時視覺檢測操作。機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)，可隨機器人移動（視覺工裝），另一套為智能視覺相機系統(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行實時檢測操作。通過I/O電纜連接到PLC或機器人控制器，也支持串行總線和以太網(wǎng)總線連接到PLC或機器人控制器，對檢測結(jié)果和檢測數(shù)據(jù)進行傳輸。
2.智能視覺相機系統(tǒng)
由一體式視覺控制器、相機、光源及鏡頭等組成。智能視覺相機系統(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，電子標簽已埋在工件內(nèi)部。當工件從環(huán)線輸送單元經(jīng)過左端圓弧處時，RFID檢測系統(tǒng)可以準確地讀取工件內(nèi)的標簽信息，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)，控制機器人、電機、氣缸等執(zhí)行機構(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、工裝支架等機構(gòu)組成。大口氣夾、真空發(fā)生器安裝機器人本體上，受機器人控制，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，當大口氣夾夾取吸盤工裝時，真空吸盤的動作由機器人控制，可以隨之移動，吸取任意可到達位置內(nèi)的工件。
視覺工裝上裝有視覺相機，當機器人夾取視覺工裝時，視覺相機可以隨著機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、不同顏色的標準工件，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，可以進行單一的上料，也可以進行不同編號、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、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、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：由工件盒送料機構(gòu)及工件蓋送料機構(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。機器人可以進行工件盒/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，提高機器人的應(yīng)用靈活性，可進行機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，也可以通過機器人對裝配完成的組件進行拆裝，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)機器人示教單元操作實驗
(3)工業(yè)機器人軟件使用操作實驗
(4)工業(yè)機器人基本指令編程實驗
(5)工業(yè)機器人工件的跟蹤抓取實驗
(6)使用RFID軟件讀寫電子標簽實驗
(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)機器人、智能視覺系統(tǒng)、RFID綜合應(yīng)用研究
(3)工業(yè)機器人基于編碼器的跟蹤抓取開發(fā)
(4)工業(yè)機器人基于視覺的跟蹤抓取開發(fā)
(5)工業(yè)機器人基于視覺的圖形組合開發(fā)
(6)工業(yè)機器人基于視覺的物體外形跟蹤功能開發(fā)
(7)工業(yè)機器人基于視覺的物體外形尺寸獲取開發(fā)
(8)工業(yè)機器人基于視覺的表面加工（打磨）功能開發(fā)
(9)工業(yè)機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 |
電氣實訓柜 |
700mm×600mm×1500mm |
1臺 |
|
|
2 |
實訓平臺 |
2000mm×1200mm×1400mm |
1臺 |
|
|
3 |
工業(yè)機器人 |
6軸工業(yè)機器人本體RV-3SD |
1臺 |
三菱 |
|
機器人控制器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FZ-SC |
1臺 |
|
5 |
RFID系統(tǒng) |
讀寫器RF260R |
1只 |
西門子 |
|
電子標簽 |
36個 |
|
6 |
可編程控制器系統(tǒng) |
PLC主機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DM-06-2GN-24 |
|
編碼器EKP3808-001G1024BZ1 |
|
10 |
網(wǎng)絡(luò)交換機 |
4P網(wǎng)絡(luò)交換機 |
1臺 |
|
|
11 |
實訓模塊 |
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導線、1.5mm2導線、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 |
