CN103268091A - 柔性制造系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种柔性制造系统,包括入库物流管理单元、出库物流管理单元、环形自动化导轨小车单元、自动化立体仓库单元、U型自动化输送单元、机器人加工单元和系统总控单元。入库物流管理单元与出库物流管理单元位于环形自动化导轨小车单元的同侧,入库物流管理单元与自动化立体仓库单元位于环形自动化导轨小车单元的异侧。机器人加工单元设置在U型自动化输送单元的输送线路的沿线上。系统总控单元与入库物流管理单元、出库物流管理单元、环形自动化导轨小车单元、自动化立体仓库单元、U型自动化输送单元、机器人加工单元均连接并控制上述各单元独立工作或联机工作。本发明的柔性制造系统具有集成化和高效化的优点,大大提高生产效率。

Description

柔性制造系统技术领域[0001] 本发明涉及制造系统,具体涉及一种集成物流传输、产品制造及装配分拣的柔性制造系统。背景技术[0002] 柔性制造系统FMS是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成,能适应加工对象变换的自动化机械制造系统,FMS技术是数控加工技术发展的必然结构,体现了一个国家的装备制造技术水平,其将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程,在计算机及其软件的支撑下,构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统,以实现全局动态最优化,总体高效益、高柔性,并进而赢得竞争全面的智能制造系统。[0003] 随着社会对产品多样化、低制造成本及短制造周期等需求日趋迫切,FMS发展颇为迅速,然而,我国起步较晚,在柔性制造系统上相对落后,随着国内工业化程度的不断推进, 以及产业化转型,对于自动化设备的需求,以及技术集成的需求不断增大。对于集成物流传输、产品制造及装配分拣的大型化、高效化柔性制造系统的需求越来越高。发明内容[0004] 有鉴于此,本发明旨在提供一种集成物流传输、产品制造及装配分拣的大型化、高效化的柔性制造系统。[0005] 本发明的目的是要提供一种自动化型柔性制造系统,采用机器人技术以实现生产过程无人化控制,实现系统的经济高效、安全可靠的运行。并且,该系统也可作为教学使用, 达到为学生提供一个开放性的,创新性的和可参与性的实验平台,及教学的目的。[0006] 本发明所采取如下技术方案解决上述问题:[0007] 一种柔性制造系统,包括入库物流管理单元、出库物流管理单元、环形自动化导轨小车单元、自动化立体仓库单元、U型自动化输送单元、机器人加工单元和系统总控单元, 所述入库物流管理单元与出库物流管理单元位于所述环形自动化导轨小车单元的同侧,所述入库物流管理单元与自动化立体仓库单元位于所述环形自动化导轨小车单元的异侧,所述环形自动化导轨小车单元包括第一对接口、第二对接口、第三对接口和第四对接口,所述自动化立体仓库单元包括入库平移台和出库平移台,所述U型自动化输送单元包括输入端和输出端,所述第一对接口与所述入库物流管理单元对接,所述第二对接口与所述出库物流管理单元对接,所述第三对接口与所述入库平移台对接,所述第四对接口与所述出库平移台对接,所述输入端与所述入库平移台对接,所述输出端与所述出库平移台对接,所述机器人加工单元设置在所述U型自动化输送单元的输送线路的沿线上,所述系统总控单元与所述入库物流管理单元、出库物流管理单元、环形自动化导轨小车单元、自动化立体仓库单元、U型自动化输送单元)、机器人加工单元均连接,所述系统总控单元控制所述入库物流管理单元、出库物流管理单元 、环形自动化导轨小车单元、自动化立体仓库单元、U型自动化输送单元、机器人加工单元联机工作。[0008] 优选地,所述系统总控单元包括总控计算机、系统总控与仓库管理单元、无线数据传输模块、现场控制总线、若干台个人计算机、若干个可编程逻辑控制器、以及若干个嵌入式控制系统,所述总控计算机与系统总控与仓库管理单元连接并用于控制系统总控与仓库管理单元,系统总控与仓库管理单元与无线数据传输模块连接,系统总控与仓库管理单元与无线数据传输模块相互通讯,总控计算机与现场控制总线连接并通过现场控制总线传输控制信号。现场控制总线分别与若干台个人计算机、若干个可编程逻辑控制器、以及若干个嵌入式控制系统连接。[0009] 优选地,所述入库物流管理单元包括工件暂存台、入库皮带输送机、入库检测对射传感器、入库条码扫描器和入库平移台,所述入库物流管理单元与系统总控单元的其中一个可编程逻辑控制器连接,并由该对应的可编程逻辑控制器控制。[0010] 优选地,所述出库物流管理单元包括出库动态条码扫描器、出库辊筒输送机、一套出库皮带输送机、两套分拣流利链、出库检测对射传感器和出库平移台,所述出库物流管理单元与系统总控单元的其中一个可编程逻辑控制器连接,并由该对应的可编程逻辑控制器控制。[0011] 优选地,所述环形自动化导轨小车单元包括驱动系统、控制系统、车载输送线系统、导航传感器系统,所述环形自动化导轨小车单元的控制系统与系统总控单元的无线传输模块连接,并由该无线传输模块控制。[0012] 优选地,所述自动化立体仓库单元包括入库平移台、出库平移台、巷道式堆垛机、 自动化立体仓库、仓位传感器识别系统、触摸屏、报警灯,所述入库平移台与出库平移台配置在自动化立体仓库的两侧,采用直流减速电机带动同步带驱动,所述自动化立体仓库单元与系统总控单元的其中一个可编程逻辑控制器连接,并由该对应的可编程逻辑控制器控制。[0013] 优选地,所述巷道式堆垛机包括导轨、导轮、堆垛机横梁、堆垛机立柱、货叉、传送链和天轨,所述导轨与天轨为单轨道,所述导轮包括后轮、两侧水平导向轮和上部尼龙导向轮,所述导轮采用后轮驱动,两侧水平导向轮导向,上部尼龙导向轮夹持所述天轨两侧,所述货叉采用三级差动滑叉,所述货叉与传送链连接并通过传送链实现升降。[0014] 优选地,所述巷道式堆垛机的货叉的升降运动采用三相异步电机变频控制,所述货叉的伸缩运动采用单相交流电机电子调速,并通过可编程逻辑控制器进行控制。[0015] 优选地,所述自动化立体仓库为双排钢结构大型立体化组合式货架,所述组合式货架包括多层直线支架系统,分为五层十列双排。所述自动化立体仓库的货位底部均安装有机械开关。[0016] 优选地,所述U型自动化输送单元还包括进出楼梯、第一皮带输送机、第二皮带输送机、第三皮带输送机、第四皮带输送机、第五皮带输送机和转角输送机,所述输入端、第一皮带输送机、第二皮带输送机、第三皮带输送机、第四皮带输送机、第五皮带输送机、输出端依次相连接,并与所述自动化立体仓库单元形成一个框型闭环结构,所述U型自动化输送单元与系统总控单元的其中一个可编程逻辑控制器连接,并由该对应的可编程逻辑控制器控制。[0017] 优选地,所述第一皮带输`送机与第二皮带输送机位于同一直线上,所述第三皮带输送机与自动化立体仓库单兀平行相对,所述第四皮带输送机与第五皮带输送机位于同一直线上。[0018] 优选地,所述转角输送机为两个,分别设置在第二皮带输送机与第三皮带输送机的连接拐角处,以及第三皮带输送机与第四皮带输送机连接拐角处。[0019] 优选地,所述转角输送机包括气动顶升结构、铰链换向结构和皮带机结构,所述转角输送机采用直流电机和减速器驱动。[0020] 优选地,所述机器人加工单元包括依次设置在U型自动化输送单元沿线上,包含材质检测装置、CCD形状颜色检测装置、上下料搬运机器人装置、并联机器人加工装置、机床加工装置、孔深检测装置、喷涂工作站、废品分拣及装配装置、液压打标装置和加工动态条码扫描器。[0021] 优选地,所述材质检测装置包括对射开关传感器和材质检测传感器,所述材质检测装置与系统总控单元的其中一个可编程逻辑控制器连接,并由该对应的可编程逻辑控制器控制。[0022] 优选地,所述CXD形状颜色检测装置包括对射开关传感器、CXD摄像机、图像采集卡、图像处理软件、支架、工作台、控制电脑、琴式控制柜,所述CCD形状颜色检测装置与系统总控单元的个人计算机连接,并由该个人计算机控制。[0023] 优选地,所述下料搬运机器人装置包括工业型六自由度串联机器人、示教盒、配套气动手爪、机器人底座、对射开关传感器、气动定位装置、琴式控制柜和液晶触摸显示器,所述工业型六自由度串联机器人采用关节式结构,所述上下料搬运机器人装置与系统总控单元的其中一个嵌入式控制系统连接,并由该对应的嵌入式控制系统控制。[0024] 优选地,所述嵌入式控制系统采用Windows系列操作系统,所述嵌入式控制系统为基于PC104总线的嵌入式控制系统。[0025] 优选地,所述并联机器人加工装置包括六自由度并联机器人和气动夹具,所述六自由度并联机器人的末端安装有加工主轴,所述气动夹具根据信号通讯自动装夹,所述并联机器人加工装置与系统总控单元的其中一个嵌入式控制系统连接,并由该对应的嵌入式控制系统控制。[0026] 优选地,所述机床加工装置为三轴直角坐标铣床,所述三轴直角坐标铣床包括三轴直角坐标机器人、机器人底座、气动夹具、电磁阀、Z轴电动主轴加工系统、触摸屏和琴式控制柜,所述三轴直角坐标机器人安装在机器人底座上,所述机床加工装置与系统总控单元的其中一个可编程逻辑控制器连接,并由该对应的可编程逻辑控制器控制。[0027] 优选地,所述三轴直角坐标机器人包括X轴线性结构、Y轴线性结构和Z轴线性结构,所述三轴直角坐标机器人的X、Y轴线性结构垂直组合成水平直角平移台,水平直角平移台的末端滑块安装气动夹具,气动夹具用于实现工件在水平方向上定位,所述三轴直角坐标机器人的Z轴线性结构安装于桥架式支架上,Z轴线性结构末端安装有电动主轴,以实现Z轴方向上的加工。[0028] 优选地,所述孔深检测装置包括对射开关传感器、位移检测传感器、移动气缸与铝合金支架,所述位移检测传感器安装于移动气缸的末端,所述孔深检测装置与系统总控单元的个人计算机连接,并由该个人计算机控制。[0029] 优选地,所述喷 涂工作站包括对射开关传感器和三个喷笔装置,所述喷涂工作站与系统总控单元的其中一个可编程逻辑控制器连接,并由该对应的可编程逻辑控制器控制。[0030] 优选地,所述废品分拣及装配装置包括工业型六自由度串联机器人、机器人底座、 末端气动手爪、废品槽、单自由度上料旋转料库、料库底座、装配子工件、气动定位装置、对射开关传感器、漫反射光电传感器、琴式控制柜和液晶触摸显示器,所述工业型六自由度串联机器人采用关节式结构,所述废品分拣及装配装置与系统总控单元的其中一个嵌入式控制系统连接,并由该对应的嵌入式控制系统控制。[0031] 优选地,所述液压打标装置包括对射开关传感器、铝合金支架、液压冲压手动调整装置、液压泵站、液压缸与液压管路元件,所述液压打标装置与系统总控单元的其中一个可编程逻辑控制器连接,并由该对应的可编程逻辑控制器控制。[0032] 优选地,所述加工动态条码扫描器包括对射开关传感器和动态条码扫描器,所述加工动态条码扫描器与系统总控单元的个人计算机连接,并由该个人计算机控制。[0033] 与现有技术相比,本发明的柔性系统的有益效果是:[0034] 1.本柔性制造系统中包含工业堆垛机设备、立体化仓库设备、自动化输送线装置、 机器人设备、条码检测系统、人工装配工位及相应附属设备以及各类传感器、工业总线系统、PLC技术、变频调速技术、三相异步、气动机器人等各类技术,实现生产装配线的无人自动化工作,高效高产。[0035] 2.本柔性制造系统通过PR0FIBUS-DP现场控制总线将所有单元控制系统进行高度、高效集成,实现网络调度与控制,实现物流系统的自动化运输,分拣,加工装配等各项作业,通过各传感器及条码检测并各项作业进行实时监测及更新,配备系统视频监控装置,实现对整套系统的远程监控。[0036] 3.本柔性制造系统配备各类机器人以实现自动化,如六自由度串联机器人,六自由度并联机器人,三轴仿纟先床机器人,AGV小车,充分利用机器人技术配合自动化输送线实现无人装配加工输送等各项动作。[0037] 4.本柔性制造系统在控制软件方面采用Windows操作系统,具有良好的交互式图形化操作界面,直接,高效,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终端响应时间。并具有功能很强的存储区保护功能,便于动手操作和系统可维护性 。[0038] 5.本柔性制造系统中的单元设备具有“联机/单机”两种操作模式。所有的单元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。[0039] 6本柔性制造系统软、硬件部分预留扩展空间,用户方可在原有系统基础上增添设备模块,并可轻松集成到系统中,为用户方二次开发和扩展创造了极为有利条件。[0040] 7.本柔性制造系统集成信息管理软件,通过计算机与各单元及传感器的通讯与集成,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。同时人工装配工位配置信息计算机,装配过程中工件缺失或装配工具损坏等因素可及时反馈系统,便于系统及时反应,补货采购,保证生产过程顺利进行。[0041] 本发明的柔性制造系统具有集成化和高效化的优点,大大提高生产效率。附图说明[0042] 图1是本发明的柔性制造系统总体结构布置图。[0043] 图2是本发明的柔性制造系统中的堆垛机的结构示意图。[0044] 图3是本发明的柔性制造系统的控制系统网络图。具体实施方式[0045] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。[0046] 请一并参阅图1-3,本发明实施例提供一种柔性制造系统,包括入库物流管理单元 1、出库物流管理单元2、环形自动化导轨小车单元3、自动化立体仓库单元4、U型自动化输送单元5、机器人加工单元6和系统总控单元7。[0047] 入库物流管理单元I与出库物流管理单元2位于环形自动化导轨小车单元3的同侧。入库物流管理单元I与自动化立体仓库单元4位于环形自动化导轨小车单元3的异侧。 机器人加工单元6设置在U型自动化输送单元5的输送线路的沿线上,系统总控单元7与入库物流管理单元1、出库物流管理单元2、环形自动化导轨小车单元3、自动化立体仓库单元4、U型自动化输送单元5、机器人加工单元6均连接。系统总控单元7控制入库物流管理单元1、出库物流管理单元2、环形自动化导轨小车单元3、自动化立体仓库单元4、U型自动化输送单元5、机器人加工单元6联机工作。[0048] 具体地,系统总控单元7用于控制整个柔性制造系统的运行。系统总控单元7 包括总控计算机71、系统总控与仓库管理单元72、无线数据传输模块73、仓库现场控制总线74、若干台个人计算机(Personal Computer,即PC机)75、若干个可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Controller,即PLC) 76、以及若干个嵌入式控制系统77。[0049] 总控计算机71与系统总控与仓库管理单元72连接并用于控制系统总控与仓库管理单元72。系统总控与仓库管理单元72与无线数据传输模块73连接,系统总控与仓库管理单元72与无线数据传输模块73相互通讯。[0050] 总控计算机71与现场控制总线74连接并通过现场控制总线74传输控制信号。现场控制总线74分别与若干台个人计算机75、若干个可编程逻辑控制器76、以及若干个嵌入式控制系统77连接。现场控制总线74接收到总控计算机71的控制信号后,分别通过若干台个人计算机75、若干个可编程逻辑控制器76、以及若干个嵌入式控制系统77实现具体的控制。嵌入式控制系统77采用PC104嵌入式控制系统,通过PR0FIBUS-DP分站卡连接至现场控制总线74。[0051] 入库物流管理单元I包括工件暂存台11、入库皮带输送机12、入库检测对射传感器、入库条码扫描器13和入库平移台。初始工件 放置在托盘工件盒内,托盘工件盒存放在工件暂存台11上。入库物流管理单元I启动后,可通过人工或机械手将放置有初始工件的托盘工件盒放入入库皮带输送装置12的初始端进行输送。入库检测对射传感器、入库动态条码扫描器13依次设置在入库皮带输送装置12的输送线沿线两侧,实现对工件信息的实时扫描。入库物流管理单元I与系统总控单元7的其中一个可编程逻辑控制器76连接,并由该对应的可编程逻辑控制器76控制。[0052] 出库物流管理单元2包括出库动态条码扫描器21、出库辊筒输送机22、一套出库皮带输送机23、两套分拣流利链24、出库检测对射传感器和出库平移台。出库物流管理单元2与系统总控单元7的其中一个可编程逻辑控制器76连接,并由该对应的可编程逻辑控制器76控制。[0053] 环形自动化导轨小车单兀3,即AGV (Automated Guided Vehicle)小车单兀,为工业级设备。环形自动化导轨小车单元3包括驱动系统、控制系统30、车载输送线系统、导航传感器系统等。环形自动化导轨小车单元3采用磁导航,直流伺服电机驱动,地面上设置有运行轨迹与停车定位点。环形自动化导轨小车单元3包括第一对接口 31、第二对接口 32、 第三对接口 33和第四对接口 34。第一对接口 31与入库物流管理单元I对接,第二对接口 32与出库物流管理单元2对接。环形自动化导轨小车单元3的控制系统30与系统总控单元7的无线传输模块73连接,并由该无线传输模块73控制。[0054] 自动化立体仓库单元4包括入库平移台41、出库平移台42、巷道式堆垛机43、自动化立体仓库44、托盘及工件(与仓位数目相同)、仓位传感器识别系统、触摸屏、报警灯。其中环形自动化导轨小车单元3的第三对接口 33与入库平移台41对接,第四对接口 34与出库平移台42对接。入库平移台41与出库平移台42配置在自动化立体仓库44的两侧,由铝合金型材搭建,采用直流减速电机带动同步带驱动,以分别完成入库和出库动作。自动化立体仓库单元4与系统总控单元7的其中一个可编程逻辑控制器76连接,并由该对应的可编程逻辑控制器76控制。[0055] 巷道式堆垛机43的工作装置有三个自由度,实现对自动化立体仓库44中各仓格工件盒的收取和放置功能(Z向和X向及货叉伸缩),Z向为巷道式堆垛机43货叉升降运行方向,Y向为巷道式堆垛机43沿轨道运行方向,货叉伸缩对入库平移台41进行输入,对出库平移台42进行输出。巷道式堆垛机4 3的结构原理与工业用堆垛机一致,为单支柱地面支撑型。巷道式堆垛机43包括导轨431、导轮432、堆垛机横梁433、堆垛机立柱434、货叉 435、传送链436和天轨437。导轨431与天轨437为单轨道。导轮432包括后轮、两侧水平导向轮和上部尼龙导向轮,导轮432米用后轮驱动,两侧水平导向轮导向,上部尼龙导向轮夹持天轨437两侧,使得巷道式堆垛机43运行平稳。货叉435采用三级差动滑叉,货叉435 与传送链436连接并通过传送链436实现升降。巷道式堆垛机43的货叉435的升降运动采用三相异步电机变频控制,货叉435的伸缩运动采用单相交流电机电子调速,并通过可编程逻辑控制器进行控制。[0056]自动化立体仓库44为双排钢结构大型立体化组合式货架,包括多层直线支架系统,分为五层十列双排。自动化立体仓库44的货位底部均安装有机械开关。[0057] U型自动化输送单兀5包括输入端51、输出端52、进出楼梯53、第一皮带输送机 54、第二皮带输送机55、第三皮带输送机56、第四皮带输送机57、第五皮带输送机58、转角输送机59。其中,输入端51与自动化立体仓库单元4的入库平移台41对接,输出端52与自动化立体仓库单元4的出库平移台42对接。输入端51、第一皮带输送机54、第二皮带输送机55、第三皮带输送机56、第四皮带输送机57、第五皮带输送机58、输出端52依次相连接,并与自动化立体仓库单元4形成一个框型闭环结构。第一皮带输送机54与第二皮带输送机55位于同一直线上,第三皮带输送机56与自动化立体仓库单兀4平行相对,第四皮带输送机57与第五皮带输送机58位于同一直线上。第一皮带输送机54、第二皮带输送机55、第三皮带输送机56、第四皮带输送机57、第五皮带输送机58采用交流电机驱动。U型自动化输送单元5用于实现对工件的加工、装配等动作的中转输送。[0058] 转角输送机59为两个,分别设置在第二皮带输送机55与第三皮带输送机56的连接拐角处,以及第三皮带输送机56与第四皮带输送机57连接拐角处。转角输送机59包括气动顶升结构、铰链换向结构和皮带机结构,皮带机结构采用直流电机和减速器驱动。[0059] U型自动化输送单元5与系统总控单元7的其中一个可编程逻辑控制器76连接, 并由该对应的可编程逻辑控制器76控制。[0060] 机器人加工单元6包括依次设置在U型自动化输送单元5沿线上的材质检测装置 60、CXD形状颜色检测装置61、上下料搬运机器人装置62、并联机器人加工装置63、机床加工装置64、孔深检测装置65、喷涂工作站66、废品分拣及装配装置67、液压打标装置68和动态条码扫描器69。[0061] 材质检测装置60设置在第一皮带输送机54的沿线上,用于检测传送工件的材质。 材质检测装置60包括对射开关传感器和材质检测机。材质检测装置60与系统总控单元7 的其中一个可编程逻辑控制器76连接,并由该对应的可编程逻辑控制器76控制。[0062] CXD形状颜色检测装置61设置在第二皮带输送机55的沿线上,用于检测传送工件的形状和颜色。CXD形状颜色检测装置61包括对射开关传感器、CXD摄像机、图像采集卡、 图像处理软件、支架、工作台、控制电脑、琴式控制柜等。CCD形状颜色检测装置61主要实现以下功能:通过图像识别功能,对工件进行形状与颜色识别,通过识别信息以方便下面工序的判定。CCD形状颜色检测装置61与系统总控单元7的个人计算机75连接,并由该个人计算机75控制。[0063] 上下料搬运机器人装置62设置在第三皮带输送机56的沿线上,用于上下搬运工件。上下料搬运机器人装置62包括工业型六自由度串联机器人、示教盒、配套气动手爪、机器人底座、对射开关传感器、气动定位装置、琴式控制柜和液晶触摸显示器。其中,工业型六自由度串联机器人采用关节式结构,按工业标准设计,速度快、柔性好,实现自动搬运与上下料的无人操作功能。上下料搬运机器人装置62与系统总控单元7的其中一个嵌入式控制系统77连接,并由该对应的嵌入式控制系统77控制。嵌入式控制系统77采用Windows 系列操作系统,嵌入式控制系统77为基于PC104总线的嵌入式控制系统。[0064] 并联机器人加工装置63设置在第三皮带输送机56的沿线上,用于对工件进行并联加工。并联机器人加工装置63包括六自由度并联机器人和气动夹具。六自由度并联机器人的末端安装有加工主轴,气动夹具根据信号通讯实现自动装夹,便于六自由度并联机器人上下料操作。并联机器人加工装置63与系统总控单元7的其中一个嵌入式控制系统 77连接,并由该对应的嵌入式控制系统77控制。嵌入式控制系统77采用Windows系列操作系统,嵌入式控制系统77为基于PC104总线的嵌入式控制系统。[0065] 机床加工装置64设置在第三皮带输送机56的沿线上,用于对工件进行机床加工。 机床加工装置64可为三轴直角坐标铣床、数控机床等。本实施 例中,机床加工装置64为三轴直角坐标铣床,三轴直角坐标铣床包括三轴直角坐标机器人、机器人底座、气动夹具、电磁阀、Z轴电动主轴加工系统、触摸屏和琴式控制柜。其中,三轴直角坐标机器人安装在机器人底座上,机器人底座采用铝合金型材搭建,机器人底座的平面上安装钢板作为三轴直角坐标机器人的底座桌面安装平台。三轴直角坐标机器人包括X轴线性结构、Y轴线性结构和Z轴线性结构。三轴直角坐标机器人的X、Y轴线性结构垂直组合成水平直角平移台, 水平直角平移台的末端滑块安装气动夹具,气动夹具用于实现工件在水平方向上定位,可根据信号通讯自动装夹,便于机器人的上下料操作。三轴直角坐标机器人的Z轴线性结构安装于桥架式支架上,Z轴线性结构末端安装有电动主轴,以实现Z轴方向上的加工。机床加工装置64与系统总控单元7的其中一个可编程逻辑控制器76连接,并由该对应的可编程逻辑控制器76控制。[0066] 孔深检测装置65设置在第四皮带输送机57的沿线上,用于检测工件加工孔的孔深。孔深检测装置65包括对射开关传感器、位移检测传感器、移动气缸与铝合金支架。位移检测传感器安装于移动气缸的末端。工作时,移动气缸伸缩,使位移检测传感器工作装置产生位移差,实现对工件的孔深的检测。孔深检测装置65与系统总控单元7的个人计算机 75连接,并由该个人计算机75控制。[0067] 喷涂工作站66设置在第四皮带输送机57的沿线上,用于对工件预定位置进行喷涂。喷涂工作站66包括对射开关传感器和三个喷笔装置。当工件到达输送线上,经过对射开关传感器停止,工件停止位置由对射开关传感器进行检测确定。然后,三个喷笔装置根据预定的程序在三个预定喷涂工位进行喷涂。喷涂工作站66与系统总控单元7的其中一个可编程逻辑控制器76连接,并由该对应的可编程逻辑控制器76控制。[0068] 废品分拣及装配装置67设置在第五皮带输送机58的沿线上,用于对加工后的工件进行分拣,挑出其中的废品,并对合格品进行装配。废品分拣及装配装置68包括工业型六自由度串联机器人、机器人底座、末端气动手爪、废品槽、单自由度上料旋转料库671、料库底座、装配子工件、气动定位装置、对射开关传感器、漫反射光电传感器、琴式控制柜和液晶触摸显示器。其中,工业型六自由度串联机器人采用关节式结构,按工业标准设计,速度快、柔性好,实现自动搬运与上下料的无人操作功能。废品分拣及装配装置67与系统总控单元7的其中一个嵌入式控制系统77连接,并由该对应的嵌入式控制系统77控制。嵌入式控制系统77采用Windows系列操作系统,嵌入式控制系统77为基于PC104总线的嵌入式控制系统。单自由度上料旋转料库671采用步进电机驱动旋转平台,通过传感器定位实现工位更换。[0069] 液压打标装置68设置在第五皮带输送机58的沿线上,用于对装配后的工件进行打标。液压打标装置68包括对射开关传感器、铝合金支架、液压冲压手动调整装置、液压泵站、液压缸与液压管路元件。液压打标装置68与系统总控单元7的其中一个可编程逻辑控制器76连接,并由该对应的可编程逻辑控制器76控制。[0070] 动态条码扫 描器69设置在第五皮带输送机58的沿线上,用于对打标后的工件进行动态条码扫描。动态条码扫描器69包括对射开关传感器和动态条码扫描器。所述动态条码扫描器69与系统总控单元7的个人计算机75连接,并由该个人计算机75控制。[0071] 本实施例的柔性制造系统的工作流程如下:[0072] 系统上电并启动,工件从入库物流管理单元I传送到环形自动化导轨小车单元3, 环形自动化导轨小车单元3将工件传送到自动化立体仓库单元4,并通过巷道式堆垛机43 将工件存放到自动化立体仓库44。自动化立体仓库单元4的巷道式堆垛机43将工件从自动化立体仓库44中取出并将工件放置在入库平移台41上,入库平移台41将工件传送到U 型自动化输送单兀5。工件依次在第一皮带输送机54、第二皮带输送机55、第三皮带输送机56、第四皮带输送机57、第五皮带输送机58。[0073] 当工件传送到经过材质检测装置60的对射开关传感器时,系统总控单元7接收到该对射开关传感器的信号兵控制第一皮带输送机54停止,工件停止在材质检测装置60下, 材质检测机对工件进行材质检测,检测信息系统采集管理。完成后,工件继续传送到第二皮带输送机55。[0074] 当工件传送到经过CXD形状颜色检测装置61的对射开关传感器时,系统总控单元 7接收到该对射开关传感器的信号兵控制第二皮带输送机55停止,工件停止在CXD形状颜色检测装置61下。C⑶形状颜色检测装置61对工件进行形状和颜色的识别。然后,上述信号传送给系统总控单元7,系统总控单元7控制第二皮带输送机55继续传输工件,经过转角输送机59进入第三皮带输送机56。[0075] 当工件传送经过上下料搬运机器人装置62的对射开关传感器时,系统总控单元7 接收到该对射开关传感器的信号兵控制第三皮带输送机56停止,工件停止在上下料搬运机器人装置62下。上下料搬运机器人装置62的工业型六自由度串联机器人将工件根据上位机主控系统的指令(根据工件的形状等信息)将工件放置在并联机器人加工装置63或者机床加工装置64进行相应的加工。待加工完成后,工业型六自由度串联机器人将工件搬回第三皮带输送机56上的托盘内,系统总控单元7控制第三皮带输送机56继续传输工件,经过下一个转角输送机59进入第四皮带输送机57。[0076] 当工件传送经过孔深检测装置65的对射开关传感器时,系统总控单元7接收到该对射开关传感器的信号并控制第四皮带输送机57停止,工件停止在孔深检测装置65下。孔深检测装置65测量检测工件加工出来的孔的深度,系统总控单元7采集孔深信息并与标准尺寸进行对比,以识别加工的工件是否为废品。检测完成后,系统总控单元7控制第四皮带输送机57继续传输工件。[0077] 当工件传送经过喷涂工作站66的对射开关传感器时,系统总控单元7接收到该对射开关传感器的信号兵控制第四皮带输送机57停止,工件停止在喷涂工作站66下。喷涂工作站66对合格的工件进行相应颜色喷涂处理。喷涂结束后,系统总控单元7控制第四皮带输送机57继续传输工件,工件进入第五皮带输送机58。根据孔深检测装置65的检验结果,如果是不合格工件,将不进行喷涂作业,直接传送进入第五皮带输送机58。[0078] 当工件传送经过废品分拣及装配装置67的对射开关传感器时,系统总控单元7接收到该对射开关传感器的信号兵控制第五皮带输送机58停止,工件停止在废品分拣及装配装置67下。废品分拣及装配装置67的工业型六自由度串联机器人开始工作,将不合格工件搬运到废品槽。如果是合格的工件,工业型六自由度串联机器人从单自由度上料旋转料库671内抓取子工件,进行装配作业。装配完成后,系统总控单元7控制第五皮带输送机 58继续传输工件。[0079] 当工件传送经过液压打标装置68的对射开关传感器时,系统总控单元7接收到该对射开关传感器的信号兵控制第五皮带输送机58停止,工件停止在液压打标装置68下。液压打标装置68工作,针对工件打标或者冲压工序作业。打标完成后,系统总控单元7控制第五皮带输送机58继续传输工件。[0080] 当工件传送经过动态条码扫描器69的对射开关传感器时,系统总控单元7接收到该对射开关传感器的信号兵控制第五皮带输送机58停止,工件停止在动态 条码扫描器69下。动态条码扫描器69工作,扫描工件的条码信息。扫描完成后,系统总控单兀7控制第五皮带输送机58继续传输工件。[0081] 工件传送到自动化立体仓库单元4的出库平移台42,巷道式堆垛机43将工件从出库平移台42搬运到自动化立体仓库44的相应位置上,完成工件的生产循环过程。[0082] 然后,巷道式堆垛机43将工件从自动化立体仓库44取出并放置到环形自动化导轨小车单元3,环形自动化导轨小车单元3将工件传送到出库物流管理单元2。在出库物流管理单元2中,首先经过出库动态条码扫描器21进行信息采集确认,根据产品信息与条码扫描结果,到达一套出库皮带输送机23、两套分拣流利链24三条分拣输送线的其中一条, 分拣输送,由末端人工进行包装与最终输送工作。托盘与工件盒体人工收集,最终系统运行完成,可由环形自动化导轨小车单元3运输到指定区域,完成物流管理系统运行。[0083] 本发明的柔性制造系统具有以下特点:[0084] 1.本柔性制造系统中包含工业堆垛机设备、立体化仓库设备、自动化输送线装置、 机器人设备、条码检测系统、人工装配工位及相应附属设备以及各类传感器、工业总线系统、PLC技术、变频调速技术、三相异步、气动机器人等各类技术,实现生产装配线的无人自动化工作,高效高产。[0085] 2.本柔性制造系统通过PR0FIBUS-DP现场控制总线将所有单元PLC控制系统进行高度、高效集成,实现网络调度与控制,实现物流系统的自动化运输,分拣,加工装配等各项作业,通过各传感器及条码检测并各项作业进行实时监测及更新,配备系统视频监控装置, 实现对整套系统的远程监控。[0086] 3.本柔性制造系统配备各类机器人以实现自动化,如六自由度串联机器人,六自由度并联机器人,三轴仿纟先床机器人,AGV小车,充分利用机器人技术配合自动化输送线实现无人装配加工输送等各项动作。[0087] 4.本柔性制造系统在控制软件方面采用Windows操作系统,具有良好的交互式图形化操作界面,直接,高效,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终端响应时间。并具有功能很强的存储区保护功能,便于动手操作和系统可维护性。[0088] 5.本柔性制造系统中的单元设备具有“联机/单机”两种操作模式。所有的单元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。[0089] 6本柔性制造系统软、硬件部分预留扩展空间,用户方可在原有系统基础上增添设备模块,并可轻松集成到系统中,为用户方二次开发和扩展创造了极为有利条件。[0090] 7.本柔性制造系统集成信息管理软件,通过计算机与各单元及传感器的通讯与集成,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。同时人工装配工位配置信息计算机,装配过程中工件缺失或装配工具损坏等因素可及时反馈系统,便于系统及时反应,补货采购,保证生产过程顺利进行。[0091] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性制造系统,其特征是:包括入库物流管理单元(I)、出库物流管理单元(2)、 环形自动化导轨小车单元(3)、自动化立体仓库单元(4)、U型自动化输送单元(5)、机器人加工单元(6 )和系统总控单元(7 ),所述入库物流管理单元(I)与出库物流管理单元(2 )位于所述环形自动化导轨小车单元(3)的同侧,所述入库物流管理单元(I)与自动化立体仓库单元(4)位于所述环形自动化导轨小车单元(3)的异侧,所述环形自动化导轨小车单元(3)包括第一对接口(31)、第二对接口(32)、第三对接口(33)和第四对接口(34),所述自动化立体仓库单元(4)包括入库平移台(41)和出库平移台(42),所述U型自动化输送单元(5)包括输入端(51)和输出端(52),所述第一对接口(31)与所述入库物流管理单元(I)对接,所述第二对接口( 32 )与所述出库物流管理单元(2 )对接,所述第三对接口( 33 )与所述入库平移台(41)对接,所述第四对接口( 34 )与所述出库平移台(42 )对接,所述输入端(51) 与所述入库平移台(41)对接,所述输出端(52 )与所述出库平移台(42 )对接,所述机器人加工单元(6)设置在所述U型自动化输送单元(5)的输送线路的沿线上,所述系统总控单元(7)与所述入库物流管理单元(I)、出库物流管理单元(2)、环形自动化导轨小车单元(3)、 自动化立体仓库单元(4 )、U型自动化输送单元(5 )、机器人加工单元(6 )均连接,所述系统总控单元(7)控制所述入库物流管理单元(I)、出库物流管理单元(2)、环形自动化导轨小车单元(3)、自动化立体仓库单元(4)、U型自动化输送单元(5)、机器人加工单元(6)联机工作,各单元可脱离系统独立工作。
2.根据权利要求1所述的柔性制造系统,其特征是:所述机器人加工单元(6)包括依次设置在U型自动化输送单元(5)沿线上的材质检测装置(60)、(XD形状颜色检测装置(61)、 上下料搬运机器人装置(62)、并联机器人加工装置(63)、机床加工装置(64)、孔深检测装置(65 )、喷涂工作站(66 )、废品分拣及装配装置(67 )、液压打标装置(68 )和动态条码扫描器(69)。所述机床加工装置(64)为三轴直角坐标铣床,所述三轴直角坐标铣床包括三轴直角坐标机器人、机器人底座、气动夹具、电磁阀、Z轴电动主轴加工系统、触摸屏和琴式控制柜,所述三轴直角坐标机器人安装在机器人底座上,所述系统总控单元(7)包括若干个可编程逻辑控制器(76 ),所述机床加工装置(64)与系统总控单元(7 )的其中一个可编程逻辑控制器 (76)连接,并由该对应的可编程逻辑控制器(76)控制。所述液压打标装置(68)包括对射`开关传感器、铝合金支架、液压冲压手动调整装置、 液压泵站、液压缸与液压管路元件,所述系统总控单元(7)包括若干个可编程逻辑控制器(76),所述液压打标装置(68)与系统总控单元(7)的其中一个可编程逻辑控制器(76)连接,并由该对应的可编程逻辑控制器(76)控制。
3.根据权利要求2所述的柔性制造系统,其特征是:所述上下料搬运机器人装置包括工业型六自由度串联机器人、示教盒、配套气动手爪、机器人底座、对射开关传感器、气动定位装置、琴式控制柜和液晶触摸显示器,所述工业型六自由度串联机器人采用关节式结构, 所述系统总控单元包括若干个嵌入式控制系统,所述上下料搬运机器人装置与系统总控单元的其中一个嵌入式控制系统连接,并由该对应的嵌入式控制系统控制。
4.根据权利要求2所述的柔性制造系统,其特征是:所述废品分拣及装配装置包括工业型六自由度串联机器人、机器人底座、末端气动手爪、废品槽、单自由度上料旋转料库、料库底座、装配子工件、气动定位装置、对射开关传感器、漫反射光电传感器、琴式控制柜和液晶触摸显示器,所述工业型六自由度串联机器人采用关节式结构,所述系统总控单元包括若干个嵌入式控制系统,所述废品分拣及装配装置与系统总控单元的其中一个嵌入式控制系统连接,并由该对应的嵌入式控制系统控制。
5.根据权利要求1所述的柔性制造系统,其特征是:所述系统总控单元(7)包括总控计算机(71)、系统总控与仓库管理单元(72)、无线数据传输模块(73)、现场控制总线(74)、若干台个人计算机(75)、若干个可编程逻辑控制器(76)、以及若干个嵌入式控制系统(77), 所述总控计算机(71)与系统总控与仓库管理单元(72)连接并用于控制系统总控与仓库管理单元(72),系统总控与仓库管理单元(72)与无线数据传输模块(73)连接,系统总控与仓库管理单元(72)与无线数据传输模块(73)相互通讯,总控计算机(71)与现场控制总线(74)连接并通过现场控制总线(74)传输控制信号,所述现场控制总线(74)分别与若干台个人计算机(75)、若干个可编程逻辑控制器(76)、以及若干个嵌入式控制系统(77)连接。
6.根据权利要求7所述的柔性制造系统,其特征是:所述环形自动化导轨小车单元(3) 包括驱动系统、控制系统(30)、车载输送线系统、导航传感器系统,所述环形自动化导轨小车单元(3)的控制系统(30)与系统总控单元(7)的无线传输模块(73)连接,并由该无线传输模块(73)控制。
7.根据权利要求7所述的柔性制造系统,其特征是:所述自动化立体仓库单元(4)还包括巷道式堆垛机(43)、自动化立体仓库(44)、仓位传感器识别系统、触摸屏、报警灯,所述入库平移台(41)与出库平移台(42 )配置在自动化立体仓库(44 )的两侧,采用直流减速电机带动同步带驱动,所述自动化立体仓库单元(4)与系统总控单元(7)的其中一个可编程逻辑控制器(76)连接,并由该对应的可编程逻辑控制器(76)控制。
8.根据权利要求7所述的柔性制造系统,其特征是:所述U型自动化输送单元(5)还包括进出楼梯(53)、第一皮带输送机(54)、第二皮带输送机(55)、第三皮带输送机(56)、第四皮带输送机(57)、第五皮带输送机(58)和转角输送机(59),所述输入端(51)、第一皮带输送机(54)、第二皮带输送机(55)、第三皮带输送机(56)、第四皮带输送机(57)、第五皮带输送机(58)、输出端(52)依次相连接,并与所述自动化立体仓库单元(4)形成一个框型闭环结构,所述U型自动化输送单元(5)与系统总控单元(7)的其中一个可编程逻辑控制器(76) 连接,并由该对应的可编程逻辑控制器(76 )控制。
9.根据权利要求10所述的柔`性制造系统,其特征是:所述第一皮带输送机(54)与第二皮带输送机(55 )位于同一直线上,所述第三皮带输送机(56 )与自动化立体仓库单兀(4) 平行相对,所述第四皮带输送机(57)与第五皮带输送机(58)位于同一直线上。
10.根据权利要求10所述的柔性制造系统,其特征是:所述转角输送机(59)为两个,分别设置在第二皮带输送机(55)与第三皮带输送机(56)的连接拐角处,以及第三皮带输送机(56)与第四皮带输送机(57)连接拐角处。
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