CN103236219B - 一种直线型多单元mps自动化物流系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种直线型多单元MPS自动化物流系统，包括依次可拆卸连接的气动机器人上料站、检测加工站、转运尺寸检测站、输送喷涂站、机器视觉颜色识别站、机器人装配站、仓储站以及系统集成总控工作站，每个子工作站上均设有控制相应子工作站工作的控制系统，每个子工作站的控制系统均与所述系统集成总控工作站通讯。本发明提供一个开放性的、创新性的和可参与性的平台，使得受训者更容易全面掌握机器人与机电一体化技术的应用开发和集成，可以促进在机械设计、电气自动化、自动控制、机器人技术、计算机技术、传感器技术、数控技术等方面的学习，在柔性制造物流系统的设计、装配、调试能力等方面均能得到综合提高。

Description

一种直线型多单元MPS自动化物流系统

技术领域

本发明属于柔性制造教学系统领域，具体涉及一种直线型多单元MPS自动化物流系统。

背景技术

随着科学技术的迅速发展，新产品不断涌现，产品的复杂程度也随之增加，而产品的市场寿命日益缩短，更新换代加速，中、小批量生产占有越来越重要的地位。面临这-新的局面，必须大幅度提高制造柔性和生产效率，缩短生产周期，保证产品质量，降低能耗，从而降低生产成本，以获得更好的经济效益。

为了促进对机器人、柔性制造系统等先进制造技术有一个全面的深入了解和体会，结合实际教学的需求，采用了工业上几乎常见的柔性制造系统工作站，开发完全模拟工业现场实际应用的柔性制造/自动化物流教学系统，并配备相应的实验指导书。便于针对各高职高校机电一体化专业教学、动手操作及科研、二次开发。

发明内容

本发明所要解决的技术问题便是针对上述现有技术的不足，提供一种直线型多单元MPS自动化物流系统，它覆盖常见机电一体化技术，使得受训者更容易全面掌握机器人与机电一体化技术的应用开发和集成，同时解决了传统的自动化物流教学系统控制多为PLC单一控制及高端设备缺乏的现状。

本发明所采用的技术方案是：一种直线型多单元MPS自动化物流系统，包括依次可拆卸连接的气动机器人上料站、检测加工站、转运尺寸检测站、输送喷涂站、机器视觉颜色识别站、机器人装配站、仓储站以及系统集成总控工作站，每个子工作站上均设有控制相应子工作站工作的控制系统，每个子工作站的控制系统均与所述系统集成总控工作站通讯。

作为优选，所述气动机器人上料站包括上料工作台以及上料工作台上的旋转原料库和三自由度气动机器人，所述三自由度气动机器人设置于所述旋转原料库和检测加工站的同步带输送机之间。

作为优选，所述检测加工站包括检测工作台以及检测工作台上的同步带输送机，所述同步带输送机的正上方通过支架安装有带加工头的变频电主轴。

作为优选，所述转运尺寸检测站包括转运工作台以及转运工作台上的沿系统运行方向布置的直线轨道和四工位检测装置，所述直线轨道上设有可沿其长度方向移动的搬运机器人，所述四工位检测装置上设有孔深检测装置和废品分拣装置。

作为优选，所述输送喷涂站包括输送工作台以及输送工作台上的沿系统运行方向布置的第一皮带运输机，所述第一皮带运输机侧向设有喷涂方向朝向该第一皮带运输机的三工位喷涂装置。

作为优选，所述机器视觉颜色识别站包括识别工作台以及识别工作台上的沿系统运行方向布置的第二皮带运输机，该第二皮带运输机上方安装有CCD视觉检测装置。

作为优选，所述机器人装配站包括装配工作台以及装配工作台上的四自由度机器人和十二工位旋转料库，所述四自由度机器人上设有真空吸附工具，所述工作台上还设有装配平台。

作为优选，所述仓储站包括仓储工作台以及仓储工作台上的四自由度码垛机和立体仓库，所述四自由度码垛机上通过称重传感器安装有末端气动手爪。

作为优选，所述系统集成总控工作站包括总控工作台以及总控工作台上的总控机，所述系统集成总控工作站通过以太网与每个子工作站连接通讯。

本发明的有益效果在于：本发明提供一个开放性的、创新性的和可参与性的平台，使得受训者更容易全面掌握机器人与机电一体化技术的应用开发和集成，可以促进在机械设计、电气自动化、自动控制、机器人技术、计算机技术、传感器技术、数控技术等方面的学习，并对电机驱动及控制技术、PLC控制系统的设计与应用、计算机网络通信技术和现场总线技术、高级语言编程等技能得到实际的训练，在柔性制造物流系统的设计、装配、调试能力等方面均能得到综合提高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的侧视图；

图3为本发明的气动机器人上料站结构示意图；

图4为本发明的气动机器人上料站侧视图；

图5为本发明的检测加工站结构示意图；

图6为本发明的检测加工站侧视图；

图7为本发明的转运尺寸检测站结构示意图；

图8为本发明的转运尺寸检测站侧视图；

图9为本发明的输送喷涂站结构示意图；

图10为本发明的输送喷涂站侧视图；

图11为本发明的颜色识别站结构示意图；

图12为本发明的颜色识别站侧视图；

图13为本发明的装配站结构示意图；

图14为本发明的装配站侧视图；

图15为本发明的仓储站结构示意图；

图16为本发明的仓储站侧视图；

图17为本发明的总控工作站结构示意图；

图18为本发明的总控工作站侧视图。

图中：1、气动机器人上料站；2、检测加工站；3、转运尺寸检测站；4、输送喷涂站；5、机器视觉颜色识别站；6、机器人装配站；7、仓储站；8、系统集成总控工作站；11、上料工作台；12、三自由度气动机器人；13、机器人末端气动手爪；14、旋转原料库；21、检测工作台；22、同步带输送机；23、变频电主轴；24、电主轴冷却系统；25、电主轴升降调整台；31、转运工作台；32、直线轨道；33、四工位检测装置；34、孔深检测装置；35、废品分拣装置；36、电控直线平移台；37、搬运机械手；41、输送工作台；42、第一皮带运输机；43、三工位喷涂装置；51、识别工作台；52、第二皮带运输机；53、CCD视觉检测装置；54、控制显示器；61、装配工作台；62、四自由度机器人；63、十二工位旋转料库；64、装配平台；65、真空吸附工具；71、仓储工作台；72、四自由度码垛机；73、立体仓库；81、总控工作台；82、总控机。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，一种直线型多单元MPS自动化物流系统，包括依次可拆卸连接的气动机器人上料站1、检测加工站2、转运尺寸检测站3、输送喷涂站4、机器视觉颜色识别站5、机器人装配站6、仓储站7以及系统集成总控工作站8，其组成直线布置模式，每个子工作站上均设有控制相应子工作站工作的控制系统，每个子工作站的控制系统均与所述系统集成总控工作站8通讯，每个子工作站均具备单机/联机功能，既可脱离系统独立运行，又可通过工业以太网总线将系统中的所有单机设备进行高度、高效的集成，八组工作站分别分布于独立铝合金工作台上，全套设备占地面积为5.6X0.8米。

每个子工作站的工作台均采用优质铝型材搭建，底板安装支脚滚轮，可轻松移动与集成。相应子工作站的控制系统安装于铝型材下方，控制系统挂板安装滑道，可抽取式开放布置。工作台前方配置工作站控制操作面板，安装按钮与指示灯。

如图3和图4所示，所述气动机器人上料站1包括上料工作台11以及上料工作台11上的旋转原料库14和三自由度气动机器人12，所述三自由度气动机器人12设置于所述旋转原料库14和检测加工站2的同步带输送机22之间，该子工作站采用PLC控制器控制，可配置人机界面操作与监控。

所述旋转原料库14底部由铝型材搭建框架固定，并由步进电机驱动，直连谐波减速器，减速器输出轴通过轴承支撑，末端安装料库圆盘，圆盘上共十二仓位，仓位内部中空，用于下方传感器检测，圆盘下安装槽型光电开关与漫反射光电传感器，光电开关用于旋转原料库14复位零点作用，漫反射光电传感器对准十二仓位圆心，用以检测仓位内工件的有无，圆盘下两种传感器180度分布，其中漫反射传感器位于三自由度气动机器人12侧，即三自由度气动机器人12从旋转原料库14固定抓取工位抓取工件的下方。系统上电复位，旋转原料库14圆盘旋转，下方挡片挡住光电开关后停止，即为零位，也是保证漫反射传感器正对仓位圆心，每次复位按此进行。所述旋转原料库14位于上料工作台11左侧，系统起始点，设备本体外形与之间距离根据设备行程确定，保证取放位置适宜，同时各设备通过上料工作台11台面型材沟槽固定，加工可调节光孔，可调整各设备之间间距，方便调试。

所述三自由度气动机器人12位于旋转原料库14右侧，介于旋转原料库14与检测加工站2的同步带输送机22之间，用于工件从旋转原料库14内搬运至同步带输送机22活动平台上。三自由度气动机器人12为圆柱坐标机器人构型，底部铝型材支架固定于上料工作台11上，安装180度旋转角度摆台气缸，上方安装升降Z向无杆气缸，Z向无杆气缸活动平台安装伸缩向无杆气缸，其活动平台通过连接板安装气动手爪。摆台气缸与两台无杆气缸两侧均安装磁性传感器，用以检测气缸是否运动到位，三自由度气动机器人12在气泵供气后即保证进入初始零位位置。

本子工作站的工作过程为：系统启动前，人工将十二个三种颜色工件随意放于旋转原料库14十二仓位内，系统上电，气泵打开，各工作站设备首先复位运动，即设备归复零位初始位置，此时，三自由度气动机器人12手爪初始位于旋转原料库14一侧，然后本子工作站开始动作，因初始工件满仓，即漫反射传感器检测有效，此时三自由度气动机器人12动作，伸缩无杆气缸前伸，Z向升降无杆气缸下落，手爪气缸动作夹取工件，Z向升降无杆气缸上升，伸缩无杆气缸退回，摆台气缸旋转180度，伸缩无杆气缸前伸，Z向升降无杆气缸下落，手爪气缸松开夹持的工件，Z向升降无杆气缸上升，伸缩无杆气缸退回，摆台气缸反向旋转180度，回复三自由度气动机器人12零位初始位置，待抓取下一工件。工件落至下一单元同步带输送机22活动平台上，开始变频加工单元工作。活动平台复位时已在此位置，每次运输工件后都回复此位置。此时旋转原料库14当前漫反射传感器检测信号无效，按程序规定，无信号时，圆盘每次按固定时针方向运转30度，转至下一仓位，当有工件即漫反射传感器有效即可停止，开始又一轮工件出库搬运工作。

如图5和图6所示，所述检测加工站2包括检测工作台21以及检测工作台21上的同步带输送机22，所述同步带输送机22的正上方通过支架安装有带加工头的变频电主轴23，该变频电主轴23上安装雕刻铣刀，所述支架即为电主轴升降调整台25，并由高速变频调速控制，本子工作站采用PLC控制器控制，可配置人机界面操作与监控。

所述同步带输送机22整体为铝制板材框架，下方可调支脚支撑，内部由步进电机驱动，带动同步齿形带轮组传动，活动平台与同步带固定，两侧安装直线轴承，随同步带直线移动。输送机两侧板间安装两根直线光轴用于活动平台支撑。通过活动平台两侧直线轴承在光轴上移动支撑。输送机内部按照工作位置安装三处槽型光电开关，开关挡片安装在活动平台上，挡片运行到光电开关之间时，开关信号遮盖即有效。其中，输送机两侧各安装一个开关，用于活动平台限位。中间位置即电主轴加工位置安装一个，用于活动平台运行至此时停止然后开始加工。同步带输送机22零位初始位置位于上一单元气动机器人一侧，复位时活动平台移动至此侧光电开关，挡片挡住有效停止。每次往复运动后均行至此位置，等待接收工件。

所述电主轴升降调整台25为典型的电控平移台，电机或手动手轮向上直立布置，调整台安装于铝型材框架上，横跨于同步带输送机22，整体位于同步带输送机22中间位置。调整台由步进电机驱动，电机轴连接联轴器，另一端安装滚珠丝杠螺母副，丝杠螺母与调整台活动台固定，两侧两根直线光轴支撑，活动台安装直线轴承。随丝杠旋转，丝母带动活动台直线升降运动。电主轴升降调整台25复位过程是向上运行，电机侧光电开关被挡住有效时停止，程序可编制开关有效后活动台下行一段固定距离停止为零位。每次运动后都可按此回复零位。电主轴升降调整台25的活动台面固定L型连接板，连接板水平台面安装电主轴。电主轴选用雕刻机应用的变频高速电主轴变频器调速控制，可安装钻头或铣刀，能真实加工。

所述检测工作台21上还设有电主轴冷却系统24，该电主轴冷却系统24由水泵与水槽及连接变频电主轴23的两侧水管组成，通过水泵抽水至一根水管，进入变频电主轴23内部循环至另一水管放出，保证变频电主轴23在高速运转时冷却，所述水槽位于同步带输送机22靠近按钮面板一侧桌面上。

本子工作站的工作过程：同步带输送机22活动平台承接上一单元工件后，开始运行，活动平台向另一侧直线运动，（此处可扩展增加材质检测传感器装置，输送机增加一个光电开关工位，先进行工件材质检测，再继续运行）当活动平台下挡片挡柱中间光电开关时，活动平台停止，进入变频电主轴23加工位置，此时电主轴升降调整台25下行适合距离，保证变频电主轴23刀具对准工件加工位置，之后，变频控制电主轴23按预定工艺参数旋转加工，加工完成，电主轴升降调整台25带动电主轴23上行至安全位置。同步带输送机22活动平台再次动作，继续向尺寸检测站运行，至输送机末端光电开关有效后停止，等待下一单元移动搬运机器人的搬运机械手37抓取。

如图7和图8所示，所述转运尺寸检测站3包括转运工作台31以及转运工作台31上的沿系统运行方向布置的直线轨道32和四工位检测装置33，所述直线轨道32上设有可沿其长度方向移动的移动搬运机器人，所述四工位检测装置33上设有孔深检测装置34和废品分拣装置35，本子工作站采用PLC控制器控制，可配置人机界面操作与监控。

所述移动搬运机器人由两部分组成，底部为沿系统运行方向布置的电控直线平移台36，由步进电机驱动，通过联轴器连接滚珠丝杠螺母副传动，两侧直线导轨滑块支撑，其下安装导轨滑块与丝杠螺母，保证能直线运行。电控直线平移台36两侧安装机械限位开关，限制行程，并起到复位时走向某一开关再反向一定距离的过程，达到零位初始位置。电控直线平移台36上方为搬运机械手37，底部铝型材搭建框架固定于电控直线平移台36上，搬运机械手37由步进电机驱动，谐波减速器传动，θZ旋转自由度，180度旋转，搬运机械手37圆筒支座对侧安装光电开关，限制行程，其上方输出轴安装水平连接板，连接板下安装光电挡片，用来限制旋转自由度在180度范围内运动。所述连接板末端安装升降导杆气缸，导轨气缸下水平安装气动手爪。移动搬运机械手37可到达上一单元同步带输送机22，四工位检测圆盘、下一单元第一皮带运输机42三个工位。该移动搬运机械手37运动时两部分联动，初始复位状态为电控直线平移台36位于中间行程位置，搬运机械手37为避免其它设备干涉，水平连接板延电控直线平移台36运动方向上，手爪指向喷涂单元侧，二者均为检测一侧光电开关后回复一定距离或角度达到初始位置的过程。

所述四工位检测装置33同气动机器人上料站1的旋转原料库14结构组成基本一致，共计四个工位，工位中空，下方检测漫反射传感器位于搬运机械手37直线平移台侧，垂直平移台位置为初始工位，当信号无效，圆盘逆时针旋转90度检测。

所述孔深检测装置34由升降导杆气缸驱动，整体安装在四工位检测装置33靠近转动工作台按钮面板一侧，铝型材支架，根据工件尺寸确定支架高度。当工件延四工位检测装置33运转到孔深检测工位下方，升降导杆气缸下落，孔深检测装置34（即位移传感器）接触工件，检测工件孔深尺寸，检测完毕，升降导杆气缸缩回。

所述废品分拣装置35与孔深检测装置34成90度分布，安装于四工位检测装置33右侧，铝型材支架，在四工位检测装置33圆盘圆心位置水平安装导杆气缸，气缸输出轴安装尼龙档柱推动废品工件至四工位检测装置33左侧废品槽内。

本子工作站的工作过程：工件加工完成至同步带输送机22末端后，本单元移动搬运机器人动作，移动搬运机器人各轴为联动动作，电控直线平移台36移动带动搬运机械手37至同步带输送机22侧，机械手初始位置θZ轴180度旋转至同步带输送机22的工件上方，升降导杆气缸下落，气动手爪抓取工件，升降导杆气缸上升，直线平移台反向直线运行，同时搬运机械手37θZ轴反向旋转，整体搬运工件至四工位检测装置33侧，θZ轴已反向旋转90度至四工位检测装置33转盘正对电控直线平移台36的工位上方，升降导杆气缸下落，气动手爪松脱工件，升降导杆气缸上升。四工位检测装置33转盘逆时针运转，首先旋转180度至孔深检测装置34下，传感器升降导杆气缸带动位移传感器下落检测工件尺寸，检测完毕，导杆气缸升起。工件在圆盘上继续运行，如果不合格工件，反向旋转90度，至气推工位，由水平导杆气缸推动工件至废品槽。合格工件逆时针旋转180度，至初始工位，再由搬运机械手37导杆气缸下落气爪夹持工件，气缸上升，θZ轴喷涂单元侧旋转90度，同时电控直线平移台36向喷涂单元运行，最终搬运机械手37导杆气缸下落，气爪松开将工件放置在下一单元的第一皮带运输机42上，同时搬运机械手37各轴运行回复初始状态。

如图9和图10所示，所述输送喷涂站4包括输送工作台41以及输送工作台41上的沿系统运行方向布置的第一皮带运输机42，所述第一皮带运输机42侧向设有喷涂方向朝向该第一皮带运输机42的三工位喷涂装置43。

所述第一皮带运输机42由直流减速电机或三相异步电机驱动，电机直连主动辊筒，驱动PU白色皮带运转，第一皮带运输机42为铝型材主体框架，钣金支架支撑固定于输送工作台41面上，与上一单元的直线轨道32位于一条直线上布置。第一皮带运输机42上安装五处漫反射光电传感器，分别检测工件进入和输出两端各一个，中间三处喷涂工位安装三个光电漫反射传感器。

所述三工位喷涂装置43位于第一皮带运输机42一侧，三工位并排布置，该三工位喷涂装置43由气动喷枪通过铝型材支架垂直向下安装，喷涂中心位于第一皮带运输机42中心，喷枪支架外观利用红黄蓝颜色贴纸，区别喷涂颜色，可真实喷涂，喷枪进气电磁阀控制。可调节喷涂面积和容量。

本子工作站的工作过程：工件由搬运机器人放置到第一皮带运输机42上，其起始端光电传感器有效，第一皮带运输机42开始运行，根据工件程序设定，工件经过三处喷涂工位漫反射传感器相应的其中之一而停止，进行规定颜色的喷涂作业，当工件停止，喷枪电磁阀通电，气路连通，喷枪开始喷涂作业。喷涂完成，工件继续运行至第一皮带运输机42末端，末端漫反射传感器有效后，下一单元的第二皮带运输机52开始运行，工件直接输送到视觉检测单元的第二皮带运输机52上。

如图11和图12所示，所述机器视觉颜色识别站5包括识别工作台51以及识别工作台51上的沿系统运行方向布置的第二皮带运输机52和控制显示器54，该第二皮带运输机5252上方安装有CCD视觉检测装置53，本子工作站采用嵌入式系统控制，内部安装视频采集卡。

所述第二皮带运输机52与上一单元输送机同一直线上布置，其主体驱动结构等与上单元的第一皮带运输机42一致，两侧也安装漫反射传感器，第二皮带运输机52中间位置安装一处漫反射传感器，传感器附近安装气动定位装置，由旋转气缸安装连接板组成，由旋转气缸电磁阀驱动。第二皮带运输机52末端处即装配单元侧安装工件定位挡板，防止工件失控走出第二皮带运输机52。

所述CCD视觉检测装置53由CCD机身、镜头、电源线、数据线、图像采集卡等组成，图像采集卡为PC104总线插槽，安装于嵌入式计算机内部，镜头机身通过铝型材框架固定于第二皮带运输机52一侧，正对中间漫反射和气动定位后工件圆心处。

本子工作站的工作过程：工件由上一单元的第一皮带运输机42输送至本单元的第二皮带运输机52上运行，经过中间漫反射传感器后，触发信号，气动定位装置动作，旋转气缸90度旋转，带动气缸上连接板垂直于皮带运输机运行方向。工件被阻挡定位，第二皮带运输机52程序控制经延时后停止，旋转气缸反向90度旋转，挡板回位。此时CCD摄像机针对工件进行检测识别，识别完成，工件继续运行，至第二皮带运输机52末端经末端漫反射传感器检测后，延时程序规定的时间后，工件已停止于第二皮带运输机52靠近装配单元末端定位挡板侧。

如图13和图14所示，所述机器人装配站6包括装配工作台61以及装配工作台61上的四自由度机器人62和十二工位旋转料库63，所述四自由度机器人62上设有真空吸附工具65，所述工作台上还设有装配平台64，本子工作站采用基于PC104总线嵌入式运动控制器控制。

所述四自由度机器人62为四自由度SCARA机器人，其为四自由度平面关节式机器人构型，一关节180度旋转，伺服电机驱动，谐波减速器传动，二关节180度旋转，步进电机驱动，谐波减速器传动，三关节步进电机驱动，通过同步带传动，带动滚珠丝杠螺母副传动，螺母副与升降活动台连接，使得机器人三关节具有升降50mm运动，活动台上安装四关节，步进电机驱动，连接行星减速器带动旋转轴360度旋转。机器人前三关节均安装左右限位机械式开关，四关节安装零位光电开关，机器人末端垂直向下安装气动手爪。机器人控制时，各轴联动，按照机器人控制算法在工作空间内运动。机器人铝型材支架固定于铝合金工作台面上，根据工作空间确定固定位置，保证上一单元皮带运输机上工件、小旋转料库抓取仓位、装配平台64三处都位于机器人扇形工作区间内。所述四自由度机器人62初始位置为伸展状态，复位过程为旋转关节行至一侧限位开关后回复90度。三关节上升至限位开关停止。

所述十二工位旋转料库63与第一单元的旋转原料库14结构与控制运转完全一致，也布置十二仓位，圆盘下漫反射传感器位于四自由度机器人62侧，十二仓位系统上电前人工放置十二个装配子工件。

所述装配平台64位于装配工作台61右侧，满足四自由度机器人62放置和下一单元的四自由度码垛机72抓取工作区间内，装配平台64为支架固定式，其下方安装有漫反射光电传感器，用以检测母工件是否正常位于装配平台64上。

本子工作站的工作过程：上一单元工件行至第二皮带运输机52末端定位停止，本单元的SCARA机器人动作，行至工件上方，三关节下落适当距离，气动手爪夹持工件，三关节上升，机器人各节联动搬运工件至装配平台64上方，三关节下落，手爪松脱工件，工件落入装配平台64上，三关节上升，平台传感器检测有效，机器人继续动作，行至十二工位旋转料库63抓取仓位上方，三关节下落适当距离，气动手爪夹持子工件，三关节上升更高距离，机器人各节联动搬运工件至装配平台64上方，三关节下落，将子工件装配入工件内，气动手爪松脱，装配完成。机器人三关节上升，回复原位，此时十二工位旋转料库63运行与旋转原料库14一致，保证机器人抓取仓位始终存在工件。

如图15和图16所示，所述仓储站7包括仓储工作台71以及仓储工作台71上的四自由度码垛机72和立体仓库73，所述四自由度码垛机72上通过称重传感器安装有末端气动手爪，本子工作站采用PLC动控制器控制。

所述四自由度码垛机72由四自由度直角坐标机器人组成，分别由三组X/Y/Z轴直线电控平移台和θZ电动旋转台组合而成，三组直线电控平移台结构基本一致，由步进电机驱动，通过联轴器连接滚珠丝杠螺母副传动，两侧支撑型直线导轨，各轴活动平台下安装导轨滑块和丝杠螺母，保证丝杠旋转时，活动平台直线运行。三组直线平移台两端各安装一个机械限位开关，限制直线台行程和复位应用。其中四自由度直角坐标机器人最底端为X轴，立体仓库73固定于仓储工作台71面上，X轴活动平台上方90度固定Y轴，Y轴活动平台上方通过连接弯板垂直固定Z轴。Z轴活动平台通过连接板安装θZ电动旋转台，旋转台面平行于仓储工作台71面，旋转台面上方安装固定称重传感器，称重传感器一侧安装末端气动手爪，末端气动手爪平行于仓储工作台71面。旋转台侧安装两个限位光电开关，保证旋转台在90度范围内运转。四自由度码垛机72复位需要各轴不同时序进行，首先X轴向远离仓库端行至限位开关侧停止，然后Y轴向远离装配平台64一侧运行，Z轴向上运行同时进行，此时θZ电动旋转台带动末端气动手爪方可进行旋转动作，以避免末端气动手爪与立体仓库73和其它设备发生干涉。

所述立体仓库73由铝型材搭建，共三行四列十二处仓位，与旋转原料库14和十二工位旋转料库63仓位数匹配。立体仓库73通过角铝连接件固定于仓储工作台71上，安装于操作面板一侧，提高安全性。立体仓库73每仓格内安装有机械开关，用以检测仓位是否有工件存在，十二仓位放置工件顺序可程序编制或任意进行。

本子工作站的工作过程：装配单元装配完成后，四自由度码垛机72各轴联动动作，X轴动作保证手杂夹持中心与工件圆心在一条线上，Y轴前行使得手爪位于装配平台64上方，Z轴下行一定距离，末端气动手爪夹取装配完成工件，各直线轴联动反向运行，同时θZ轴带动末端气动手爪逆时针90度旋转，垂直于立体仓库73，Z轴调整距离，X轴向立体仓库73方向运行，以便末端气动手爪与工件无干涉的伸入仓格内，Z轴下落，手爪松脱，工件进入仓格内，仓格检测开关有效，入库完成，四自由度码垛机72X轴反向运行，末端气动手爪离开仓库后，θZ轴带动末端气动手爪再旋转90度，回复平行仓库状态。准备下一装配完成工件抓取。

如图17和图18所示，所述系统集成总控工作站8包括总控工作台81以及总控工作台81上的总控机82，所述总控机82可以是总控工业计算机，也可以是PLC或嵌入式控制系统，并配置总控人机界面操作控制，所述系统集成总控工作站8通过以太网总线与每个子工作站连接通讯。

所述系统集成总控工作站8各单元集成采用了基于RS232串行通信的PLC网络控制方案，即每一工作单元由一台PLC或嵌入式承担其控制任务，各PLC或嵌入式控制系统之间通过RS232串行通讯实现互连的分布式控制方式，组建成一个小型的模块化物流生产线网络。

本发明提供一个开放性的、创新性的和可参与性的平台，使得受训者更容易全面掌握机器人与机电一体化技术的应用开发和集成，可以促进在机械设计、电气自动化、自动控制、机器人技术、计算机技术、传感器技术、数控技术等方面的学习，并对电机驱动及控制技术、PLC控制系统的设计与应用、计算机网络通信技术和现场总线技术、高级语言编程等技能得到实际的训练，在柔性制造物流系统的设计、装配、调试能力等方面均能得到综合提高。

本发明的特点在于：

1、系统以机器人技术为核心，集成SCARA机器人、直角坐标机器人、气动机器人、气电混合机器人等多种工业常用机器人模式，为适应机器人技术等高端装备在物流等工业领域应用普及的趋势，本发明引入工业常见的高端SCARA型平面关节式机器人，采用工业嵌入式控制方式，使得系统变为以机器人技术为核心的符合当今实际应用的教学系统产品。解决了传统的自动化物流教学系统控制多为PLC单一控制及高端设备缺乏的现状。

2、系统含机器人工作站嵌入式系统控制，windows2000操作系统。系统紧凑小巧，对实时和多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间。并具有功能很强的存储区保护功能，便于学生动手操作和系统可维护性。

3、系统中的工作站桌面具有"联机/单机"两种操作模式。所有的工作站设备的软硬件均可以脱离系统独立操作，可用单机设备为平台，进行单项技术的研发，易扩展。

4、按工业标准设计，通过网络通讯技术将系统中的所有单机模块设备进行高度的集成，与工业现场形式完全相同。

5、系统软、硬件部分预留扩展空间，开放接口，用户方可在我公司系统基础上增添设备模块，并可轻松集成到系统中，为二次开发和扩展学科创造了极为有利条件。

6、系统集成信息管理，通过各工作站传感器通讯，将系统中各环节的状态显示在操作界面上，使操作者通过计算机随时了解系统各环节的工况、状态、运行数据，掌握系统运行状态。

7、系统机电技术全面开放，配备完善的实验指导书，可轻松开发出自己的运动或控制功能，激发学习兴趣。

直线型模块化MPS自动化物流系统适用范围：作为机电一体化系统教学设备应用于高职高校，同时本系统具备实际工作能力，通过变频高速电主轴安装钻铣刀能实际加工铝或尼龙材质零件，系统可进行流水线加工装配作业，又可定制特定生产作业，解决了多数教学系统模拟工业应用的现状。

为产品推广和普及，降低成本，系统应用的SCARA机器人在保留所有工业机器人特征基础上，进行了低成本高性能设计，完全自主知识产权，开放全部技术，并提供二次开发函数与接口，解决了目前多数引入机器人技术的物流系统机器人技术开放性低、教学效果差、有形无实的现状。

为改变以往教学系统多为气动元件搭建等技术单一的局限，系统中设计增加变频加工、机器视觉检测、材质检测、称重检测、工业现场总线等模块，增加交流伺服电机、直流电机或三相异步电机等多种类型。同时机械本体增加各种常见传动形式及谐波减速器、行星减速器等高端元器件。解决了以往系统技术含量低、知识面不够丰富的现状。

为改变传统系统教学效果差、无法深入开发的局限，系统引入模块化设计概念，各单元工作站可脱离系统独立运行试验，具有"联机/单机"两种操作模式。可用单机设备为平台，进行单项技术的研发，易扩展。方便了教学，通过系统应用解决了师生进行科研、创新的需要。

很多教学系统学生参与性低，面对系统无所适从，严重影响了教学效果，为改变现状，本发明每单元机电系统可拆卸和组装，学生亲自动手拆装作业，增加了趣味性和可参与性，能让学生从底层知识面入手逐步掌握高端设备的技术内容，便于教学中系统维护、设置故障、排出故障等教学实施。

目前国内各高职院校尚无机器人应用方面的对口专业，从事机器人现场编程、包含机器人作业单元的自动线柔性系统维护、机器人与机电设备安装调试等岗位的人员的需求日益增加，而且短期培训难以达到岗位要求。这就需要各高校关于机器人及柔性制造系统生产线的使用、设计、调试、维护等应用培训走在学生上岗的前列，并通过具体实验设备的实际动手操作应用掌握机器人及柔性制造系统生产线的具体技术应用。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (1)

1.一种直线型多单元MPS自动化物流系统，其特征在于：包括依次可拆卸连接的气动机器人上料站(1)、检测加工站(2)、转运尺寸检测站(3)、输送喷涂站(4)、机器视觉颜色识别站(5)、机器人装配站(6)、仓储站(7)以及系统集成总控工作站(8)，每个子工作站上均设有控制相应子工作站工作的控制系统，每个子工作站的控制系统均与所述系统集成总控工作站(8)通讯；

所述气动机器人上料站(1)包括上料工作台(11)以及上料工作台(11)上的旋转原料库(14)和三自由度气动机器人(12)，所述三自由度气动机器人(12)设置于所述旋转原料库(14)和检测加工站(2)的同步带输送机(22)之间；

所述检测加工站(2)包括检测工作台(21)以及检测工作台(21)上的同步带输送机(22)，所述同步带输送机(22)的正上方通过支架安装有带加工头的变频电主轴(23)；

所述转运尺寸检测站(3)包括转运工作台(31)以及转运工作台(31)上的沿系统运行方向布置的直线轨道(32)和四工位检测装置(33)，所述直线轨道(32)上设有可沿其长度方向移动的搬运机器人，所述四工位检测装置(33)上设有孔深检测装置(34)和废品分拣装置(35)；

所述输送喷涂站(4)包括输送工作台(41)以及输送工作台(41)上的沿系统运行方向布置的第一皮带运输机(42)，所述第一皮带运输机(42)侧向设有喷涂方向朝向该第一皮带运输机(42)的三工位喷涂装置(43)；

所述机器视觉颜色识别站(5)包括识别工作台(51)以及识别工作台(51)上的沿系统运行方向布置的第二皮带运输机(52)，该第二皮带运输机(52)上方安装有CCD视觉检测装置(53)；

所述机器人装配站(6)包括装配工作台(61)以及装配工作台(61)上的四自由度机器人(62)和十二工位旋转料库(63)，所述四自由度机器人(62)上设有真空吸附工具(65)，所述工作台上还设有装配平台(64)；

所述仓储站(7)包括仓储工作台(71)以及仓储工作台(71)上的四自由度码垛机(72)和立体仓库(73)，所述四自由度码垛机(72)上通过称重传感器安装有末端气动手爪；

所述系统集成总控工作站(8)包括总控工作台(81)以及总控工作台(81)上的总控机(82)，所述系统集成总控工作站(8)通过以太网总线与每个子工作站连接通讯。