ZN-TUR06型工业机器人工程考核实训系统

一、系统介绍
1、系统组成
       ZN-TUR06型 工业机器人工程考核实训系统主要由码垛机立库系统、AGV小车、托盘流水线、物品盒流水线、视觉系统、六自由度工业机器人组成，如下图1-1所示。
（1） 码垛机立库系统，用于存储物品托盘，并且按照要求码垛机完成出库和入库；
（2） AGV小车，用于把安装有物品的托盘从码垛机立库系统对接为，沿铺设的磁条运行到托盘流水线；
（3） 托盘流水线，负责把货品托盘输送到视觉检测工位，经视觉定位识别输送到抓取工位；
（4） 物品盒流水线，负责成品物品盒的装箱及传送；
（5） 视觉系统，对托盘流水线上的托盘上的物品进行识别，并把识别结果发送至主控系统的PLC；
（6） 六自由度工业机器人系统，根据主控系统 PLC 发送的数据，对托盘流水线上的托盘上的物品进行分拣，放置于物品盒流水线上的指定物品盒中，同时把空托盘放置于空托盘库中。

图 1-1 整体组成

2、系统整体设计目标
本系统再现工业现场从仓储、搬运、分拣以及包装的全过程，将目前工业自动化现场前沿的实用技术和方案引入到比赛当中，通过比赛，让学生能熟练掌握自动化科技的前沿应用技术，为我国从制造大国发展到制造强国，为工业智能制造培养一批有素质，能干活，干好活的新一代职业能手。
（1） 选用6轴关节型工业机器人+堆垛直角坐标机器人+AGV移动机器人，该三种机器人都是目前工业现场应用比较广泛的机器人；——切合工业现场，体现机器人的多样性；
（2） 将立体仓库（码垛机器人）+工件运输（AGV机器人）+检测分拣（机器视觉）+机器人自动分拣装配（6轴机器人）+自动回收+自动包装完美的融合。——诠释智能工厂和智能物流的概念；
（3） 设置多物件和多工位+多仓储，可以展现出非常多的组合场景， 不仅可以展现学生的控制系统和机器人的编程能力，同时也能展现学生的流程规划策略和优化能力；——真实展示实际工业和物流系统场景，非常适合于实训和比赛。
（4） 整个系统采用网络化控制构架，以及最新的控制系统。——学生能够了解先进的控制技术以及编程方法。
3、工作流程

基本运行流程描述：
（1） 物品以托盘形式存储在原料仓库中（物品共有 8 种不同形状高度的样式，每个托盘上随机放置 0-3 个物品，样式也随机，可能相同，也可能不同）。
（2） 物品随托盘从码垛机立库出库，由AGV 小车搬输送至托盘流水线；
（3） 托盘在托盘流水线的 4 号工位停止，通过智能相机识别物品数量、类型、相对于标定原点的位置、相对于标定姿态的旋转角度并传输给PLC；
（4） 识别完成后，托盘流水线把托盘传输到 1 号位置后停止；
（5） 主控系统把需要分拣物品的 XYZ 坐标偏移和旋转角度通过MODBUS TCP 协议依次发送给六自由度工业机器人系统，六自由度工业机器人机器人按照事先编写的程序流程，执行抓取分拣；
（6） 六自由度工业机器人根据放置位置的XYZ 坐标偏移和旋转角度把物品放入礼品箱中。（礼品箱有 8 个格子，相同的工件放到同一
个格子，每个格子最多放 2 件物品。码垛部分偏移运算由主控系统计算，整合到Z 轴偏移中给六自由度工业机器人）。
（7） 把物品取完后，六自由度工业机器人把空托盘也搬运放置到空托盘库中。
（8） 物品装满物品箱后，流转到下料码垛区。（每个比赛区不会 使用全部物品样式，应取其中 2-3 种。当中转箱装满或物品无法按照规则放入物品箱时流入下一区域）；
（9）当物品箱码到一定数量或原料出库完成任务时停止比赛。
二、设备安装
1、设备安装
本设备共包括：工业机器人及控制柜、PLC 控制柜、托盘流水线、物品盒摆放流水线、AGV 小车等。比赛所用场地为 4m×8m，如图 2-1 所示为装备之间的大致布局，现场安装时并不一定严格按照图中所标尺寸安装，允许有所变动。在安装时需要注意以下事项：
（1） 调节工业机器人安装底座的四个地脚，使工业机器人的安装底座水平；(水平仪)
（2） 调节托盘流水线和物品盒摆放流水线的水平；(水平仪)
（3） 以工业机器人为基准，确保托盘流水线与工业机器人的 Y 轴方向平行，确保物品盒摆放流水线与工业机器人的 X 轴方向平行；(具体调节方式见节 2.2)
（4） 确保托盘流水线前端滑轮的平切面低于AGV 小车的平带面；(见图 2-2)。
（5） 确保智能相机与托盘流水线垂直。(见图 2-3)

图 2-1  设备布局

 图 2-2  托盘流水线高度调节

图 2-3  智能相机安装

2、平行度调节
如图 2-4 所示，在工业机器人末端夹具上安装了一个激光笔，具体调节步骤如下：
（1） 利用工业机器人的工具坐标系调整机器人的姿态，使得激光笔始终垂直于工业机器人的安装基面；
（2）首先控制工业机器人运动到托盘流水线上方合适的高度，将激光笔发出的激光对准流水线架上的铝型材边线，利用机器人的工具坐标系，使机器人沿着基坐标系的 Y 方向运动（注意降低机器人的运动速度），注意观察激光是否偏离铝型材边线，并作适当调整。
（3）利用同样的方法调整物品摆放流水线，只是使机器人沿着坐标系的X 方向运动。

图 2-4  平行度调整

三、6 自由度关节型机器人
 6 自由度关节型机器人，如下图 3.1 所示。6 个自由度，最大负荷 20KG,臂展>1.5m。
 工业机器人在系统中的位置如下图 3.2 所示。

图 3.1 工业机器人在系统中的位置

机器人工作流程如下所示：

四、 视觉识别系统
本系统安装于托盘流水线中，当托盘货物到视觉检测工位时， X-SIGHT 机器视觉系统对托盘内的货物进行视觉识别，并把识别的位置，形状等特征数据给到中央控制器和六关节机器人，由机械人根据目标存放位置执行相应的动作。

图 4.1  智能视觉系统整体图

五、流水线
1、托盘流水线
负责把货品托盘输送到视觉检测工位，经视觉定位识别输送到抓取工位，由机械手将托盘中的货品，通过真空吸盘吸放到相应物品盒中。当货品托盘中的货物全部取空时，由机械手通过另一套真空吸盘将托盘吸放到空托盘存放处。

图 5.1  托盘流水线效果图

图 5.2 托盘流水线倍速链实物图

图 5.3 托盘流水线与 AGV 对接口实物图

2、物品盒流水线
物品盒流水线采用板链结构，负责成品物品盒的装箱及传送，为5工位流水线，装在3个物品盒（占用3个工位）。

 
图 5.4 物品盒流水线效果图

图 5.6  物品盒流水线实物图

       本系统中6自由度工业机器人负责把托盘流水线上托盘中的货品抓取到，根据规定的目标物品盒，放入到相应的位置。机械手装载货品限定在5工位的中间工位。如需装载左右物品盒，通过左右移位将边上的物品盒移到中间工位。
       如图所示，从左到右设为1-5工位，当前物品盒处于2 、3 、4工位，定义为物品盒A、B、C，机械手装载3号工位的物品盒，即B物 品盒。如果需要装载A物品盒，则流水线传送机构动作右移，当右检测物品盒传感器接通时，流水线停止运行，此时机械手装载A物品盒。如果下一个要装载的是C物品盒，则流水线向左运行，碰到左面物品盒检测传感器时停止运行。系统中另设有零位检测传感器，以检测物品盒处于中间工位。为防止物品盒滑落，在左右极限位置设有左右限位开关，以防止控制失误，致物品盒跌落。
       物品盒流水线由步进电机控制，实际控制策略可以采用脉冲定位控制的方式。
六、 电气控制系统
       本系统采用国际上先进的控制理念和最新的控制产品，采用网络化控制模式，系统主要控制框图如 6.1 所示。

图 6.1  设备电气网络拓扑图

       如上图所示，整个系统通过工业以太网总线，把工业机器人、主控流水线 PLC、码垛机立库系统 PLC、码垛机立库系统触摸屏、主控流水线触摸屏、视觉系统、变频器以及编程开发计算机等均通过以太网连接。编程开发计算机负责开发调试程序、视觉系统特征识别开发以及机器人示教等编程。码垛立库系统和主控流水线触摸屏负责管理码垛立库系统、主控流水线的运行参数，以及系统报警和提示信息等。