CN109703961A - 模拟工业4.0生产过程的“智能工厂”培训系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于实训装置领域，具体涉及一种模拟工业4.0生产过程的“智能工厂”培训系统，其特征在于，包括底盒出库输送单元、机器人组装电路板单元、盖板装配单元、数据输入检测和废料分拣单元和三轴机械手立体仓库单元组成。本发明克服了传统的分站教学模式，将可编程序控制器技术、现场总线技术、伺服器控制技术、气动实训技术、传感器技术、射频技术、电气操作技术、人机界面技术、机器人实训操作技术、直线驱动技术有效的结合，选用实际的工业控制元件作为载体，替代原有的指示灯模拟系统，更接近实际生产中的应用，学员可单独训练每一个系统，然后将所有的系统结合在一起实现整体生产线的操作，将理论与实际相结合，做到学以致用的效果。

Description

模拟工业4.0生产过程的“智能工厂”培训系统

技术领域

本发明属于实训装置领域，具体涉及一种模拟工业4.0生产过程的“智能工厂”培训系统。

背景技术

随着我国工业水平及工业自动化水平的不断提高，机电一体化和自动化控制的技能人才缺口越来越大，各行业、企业对这类人才的需求十分迫切，传统的机电一体化和自动化控制技能人才培训存在重理论、轻实操的缺陷，学员在培训时，在学习理论知识后无法及时的进行实训，教学效果差；虽然学员有时也可以得到一些实训的机会，但是目前的实训都是直接操作工厂用的机电一体化和自动化控制装置或简陋的指示灯模拟系统，其并不适用于教学，教学效果非常有限，这就造成目前机电一体化和自动化控制技能人才存在培训时间长、效果差的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术没有专业化的机电一体化和自动化控制实训装置，造成机电一体化和自动化控制技能人才存在培训时间长、效果差的缺陷，提供一种模拟工业4.0生产过程的“智能工厂”培训系统，其选用温湿度数显计作为载体，通过底盒的出库输送、机器人组装电路板，盖板装配、数据输入检测和废料分拣，三轴机械手立体仓库，完成温湿度数显计的装配和检测过程，各工作站可独立操作，也可系统集成控制，实现设备的柔性化控制。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

即一种模拟工业4.0生产过程的“智能工厂”培训系统，其特征在于，包括底盒出库输送单元、机器人组装电路板单元、盖板装配单元、数据输入检测和废料分拣单元和三轴机械手立体仓库单元组成。

进一步的，本发明的底盒出库输送单元包括底架，底架上安装有立体升降上料模块、龙门机械手模块和底盒出库输送单元横向输送带模块，立体升降上料模块和底盒出库输送单元横向输送带模块分别安装在龙门机械手模块两端，立体升降上料模块包括上料框架、物料板、直流减速电机、滚珠丝杠、直线轴承、光杠、微动开关和上料模块槽型光电传感器，物料板通过直线轴承安装在滚珠丝杠和光杠上，滚珠丝杠的一端与直流减速电机连接，上料框架的上部和下部分别设有两个微动开关作为滚珠丝杠的上下极限限位，上料框架竖向设置，嵌装在底架上，其上端设有上料槽型光电传感器；龙门机械手模块包括龙门机械手支架、长行程无杆气缸、紧凑型气缸和椭圆真空吸盘，水平的长行程无杆气缸安装在龙门机械手支架上，竖向的紧凑型气缸安装在长行程无杆气缸的滑块上，椭圆形真空吸盘安装在紧凑型气缸的顶杆上；底盒出库输送单元横向输送带模块包括横向输送带框架、横向输送带；电感传感器；射频传感器和输送模块槽型光电传感器；横向输送带框架上设有横向输送带，横向输送带的侧面设有固定在横向输送带框架上的电感传感器和射频传感器，横向输送带的前端设有输送模块槽型光电传感器。

本发明底盒出库输送单元的底架采用碳钢板折弯结构，表面喷塑处理，底座采用碳钢板折弯焊接结构，底部安装带固定垫脚的福马轮，方便运输和固定；本发明底盒出库输送单元的底架上还设有电气控制台，电气控制台采用碳钢板折弯结构，面板采用铝合金表面拉丝面板，电气元件安装板安装在主框架内，采用碳钢板折弯加工。

本发明的底盒出库输送单元电气元件安装板上配备1个急停按钮，用于紧急情况下停止设备切断控制电源；1个绿色带灯“Start”按钮，1个红色带灯“Stop”按钮，1个蓝色带灯“Qiut”按钮；1个黄色带灯“Reset”按钮；1个“Auto/Hand”两位旋钮；1个“ID-LEVEL”权限选择按钮；8个白色带灯按钮用于手动状态下各部件的操作；1块西门子可调光的7英寸TFT显示屏，用于模块的参数设置和状态显示；1个RJ45网络通讯口，用于多模块间的网络通讯协议。

本发明底盒出库输送单元的底架上部设有安装板，安装板采用欧标工业铝型材框架结构，方便各种元器件的任意位置的安装和调整。

本发明底盒出库输送单元的物料底盒存放在立体升降上料模块的物料板上，采用24v直流减速电机和滚珠丝杠传动，并采用两组直线轴承和光杠导向，采用微动开关检测滚珠丝杠升降限位，采用上料模块槽型光电传感器检测物料底盒位置，通过RS24v直流减速电机和滚珠丝杠的传动以及直线轴承和光杠的导向，将物料依次送至取料位置，通过上料模块槽型光电传感器检测物料位置，并反馈至底盒出库输送单元PLC模块。

本发明底盒出库输送单元的龙门机械手模块将物料从立体升降上料模块的料位吸取并放置在横向输送带模块上，主要由德国费斯托长行程无杆气缸、紧凑型气缸和椭圆真空吸盘组成，通过德国费斯托三位五通电磁阀控制长行程无杆气缸的动作实现物料的横向位移并通过磁性接近开关传感器检测气缸运行位置，通过德国费斯托两位五通电磁换向阀的动作实现紧凑型气缸的垂直动作和真空吸盘的抓取，并通过接近式磁性传感器检测气缸的运行位置，实现物料的抓取移动，所有元器件的动作信号反馈至底盒出库输送单元PLC模块。

本发明底盒出库输送单元的横向输送带模块主框架采用铝型材结构，采用德国SEW减速电机驱动，采用工业PVC平皮带传动，用来输送原料底盒，皮带侧面安装电感传感器和射频传感器，用来检测物料底盒的位置和读写标签数据，横向皮带机模块安装槽型光电传感器，检测物料位置，并将所有数据反馈至底盒出库输送单元PLC模块。

进一步的，本发明的机器人组装电路板单元包括底架，底架上安装有电路板输送纵向皮带机模块、机器人组装模块、机器人组装电路板单元横向输送带模块和机器人防护罩，所述电路板输送纵向皮带机模块包括两条电路板输送纵向皮带机、分别位于机器人组装模块的两侧，机器人组装电路板单元横向输送带模块与底盒出库输送单元横向输送带模块连接，每条电路板输送纵向皮带机上设有3条纵向导向板，3条纵向板将电路板输送纵向皮带机分隔为2个皮带工位，每条电路板输送纵向皮带机上，有两条纵向导向板的前端设有光电漫反射开关，机器人组装模块包括ABB工业机器人、椭圆形真空吸盘、风琴真空吸盘和机器人位置传感器，ABB工业机器人的机械手前端安装有风琴真空吸盘和椭圆形真空吸盘，机器人位置传感器安装在机械手的下方，机器人组装电路板单元横向输送带模块包括横向输送带框架、横向输送带、电感传感器、射频传感器、紧凑型定位气缸和输送模块槽型光电传感器；横向输送带框架上设有横向输送带，横向输送带的侧面设有固定在横向输送带框架上的电感传感器，电感传感器对应的另一侧设有射频传感器和紧凑型定位气缸，横向输送带的前端和后端分别设有输送模块槽型光电传感器；机器人防护罩安装在底架的上方。

本发明机器人组装电路板单元的底架采用碳钢板折弯结构，表面喷塑处理，底座采用碳钢板折弯焊接结构，底部安装带固定垫脚的福马轮，方便运输和固定；

本发明机器人组装电路板单元的底架上设有电气控制台，电气控制台采用碳钢板折弯结构，面板采用铝合金表面拉丝面板，电气元件安装板安装在主框架内，采用碳钢板折弯加工。

本发明的机器人组装电路板单元电气元件安装板上配备1个急停按钮，用于紧急情况下停止设备切断控制电源；1个绿色带灯“Start”按钮，1个红色带灯“Stop”按钮，1个蓝色带灯“Qiut”按钮；1个黄色带灯“Reset”按钮；1个“Auto/Hand”两位旋钮；1个“ID-LEVEL”权限选择按钮；8个白色带灯按钮用于手动状态下各部件的操作；1块西门子可调光的7英寸TFT显示屏，用于模块的参数设置和状态显示；1个RJ45网络通讯口，用于多模块间的网络通讯协议。

本发明机器人组装电路板单元的底架上部安装板采用欧标工业铝型材框架结构，方便各种元器件的任意位置的安装和调整。

本发明机器人组装电路板单元的电路板输送纵向皮带机模块可存放四种不同型号的电路板，纵向导向板的前端安装光电漫反射传感器，检测电路板的运行位置，并将位置型号反馈至机器人组装电路板单元PLC模块

本发明的机器人组装电路板单元横向输送带模块主框架采用铝型材结构，采用德国SEW减速电机驱动，采用工业PVC平带传动，用来输送原料底盒，皮带侧面安装电感传感器，检测物料底盒运行位置，并反馈机器人组装电路板单元PLC模块，电感传感器的相对位置安装费斯托紧凑型定位气缸和射频传感器，通过机器人组装电路板单元PLC控制两位五通电磁阀的动作，控制气缸的动作将底盒固定，通过磁性接近开关传感器检测气缸的动作并反馈至机器人组装电路板单元PLC模块，安装在气缸上部的射频传感器将信息写入物料底盒上安装的标签内，横向皮带输送机的前端和后端均安装槽型光电传感器，用来检测物料底盒进出本单元，并将所有数据反馈至机器人组装电路板单元PLC模块。

本发明机器人组装电路板单元的机器人组装模块由ABB工业机器人和吸盘组成，ABB工业机器人前端安装费斯托椭圆真空吸盘和1.5褶风琴真空吸盘，通过两位五通电磁阀控制真空吸盘的动作，机器人组装电路板单元PLC模块和机器人控制器控制ABB机器人动作，从电路板输送纵向皮带机上抓取电路板并装配至物料底盒，并将动作信号反馈至机器人组装电路板单元PLC模块

本发明机器人组装电路板单元的机器人防护罩由欧标工业铝型材框架结构组成，两侧为透明有机玻璃板防护，前后采用有机玻璃门，有机玻璃门采用德国西克安全传感器检测，并将开关门信号反馈至机器人组装电路板单元PLC模块。

进一步的，本发明的盖板装配单元包括底架，底架上安装有盖板仓库和盖板装备单元横向输送带模块，所述盖板仓库包盖板仓库框架、圆形气缸、比例调压阀、超声波传感器和电感传感器；盖板仓库框架内部设有盖板托盘，盖板托盘后部安装有水平的圆形气缸，圆形气缸与比例调压阀连接，盖板仓库框架上端设有超声波传感器，下端出料口处设有电感传感器；盖板装备单元横向输送带模块设置在盖板仓库框架出料口一侧，其进料端与机器人组装电路板单元横向输送带模块的出料端连接，盖板装备单元横向输送带模块包括横向输送带框架、横向输送带、射频传感器、紧凑型定位气缸和输送模块槽型光电传感器；横向输送带框架上设有横向输送带，与盖板仓库框架上电感传感器对应的另一侧设有射频传感器和紧凑型定位气缸，横向输送带的前端和后端分别设有输送模块槽型光电传感器。

本发明盖板装配单元的底架采用碳钢板折弯结构，表面喷塑处理，底座采用碳钢板折弯焊接结构，底部安装带固定垫脚的福马轮，方便运输和固定；

本发明盖板装配单元的底架上设有电气控制台，电气控制台采用碳钢板折弯结构，面板采用铝合金表面拉丝面板，电气元件安装板安装在主框架内，采用碳钢板折弯加工。

本发明的盖板装配单元电气元件安装板上配备1个急停按钮，用于紧急情况下停止设备切断控制电源；1个绿色带灯“Start”按钮，1个红色带灯“Stop”按钮，1个蓝色带灯“Qiut”按钮；1个黄色带灯“Reset”按钮；1个“Auto/Hand”两位旋钮；1个“ID-LEVEL”权限选择按钮；8个白色带灯按钮用于手动状态下各部件的操作；1块西门子可调光的7英寸TFT显示屏，用于模块的参数设置和状态显示；1个RJ45网络通讯口，用于多模块间的网络通讯协议。

本发明盖板装配单元的底架上部安装板采用欧标工业铝型材框架结构，方便各种元器件的任意位置的安装和调整。

本发明盖板装配单元横向输送带模块主框架采用铝型材结构，采用德国SEW减速电机驱动，采用工业PVC平带传动，用来输送原料底盒，电感式传感器安装在盖板仓库的侧面，用来检测物料底盒运行位置，并反馈盖板装配单元PLC模块，电感传感器的相对位置安装费斯托紧凑型气缸定位机构和和射频传感器，通过盖板装配单元PLC模块控制两位五通电磁阀的动作，控制气缸的动作将底盒固定，通过磁性接近开关传感器检测气缸的动作并反馈至盖板装配单元PLC模块，安装在气缸上部的射频传感器将信息写入物料底盒上安装的标签内，横向皮带输送机的前端和后端均安装槽型光电传感器，用来检测物料底盒进出本单元，并将所有数据反馈至盖板装配单元PLC模块。

本发明盖板装配单元的盖板仓库主框架采用铝合金结构，上部安装超声波传感器检测物料位置，盖板存放在POM盖板托盘上，POM盖板托盘后部安装费斯托圆形气缸，通过比例调压阀控制气缸的动作，通过磁性接近开关传感器检测气缸动作位置，并将气缸的动作信号反馈至盖板装配单元PLC模块，装有物料底盒和电路板的组件到位后，盖板装配单元PLC控制模块控制比例阀和气缸动作，将盖板推入物料底盒的滑槽中，完成盖板的装配。

进一步的，本发明的数据输入检测和废料分拣单元包括底架，底架上安装有数据输入和检测模块、数据输入检测横向输送带模块和废料分拣输送带模块，数据输入和检测模块安装在数据输入检测横向输送带模块的前端一侧，包括检测组件框架、插针组件、紧凑型插针气缸和工业智能相机，检测组件框架为倒置的L型，紧凑型插针气缸竖直向下安装在检测组件框架上，其顶杆与插针组件连接，检测组件框架上还通过相机支架与工业智能相机连接，相机支架和检测组件框架之间通过螺栓连接；数据输入检测横向输送带模块的进料端与盖板装备单元横向输送带模块的出料端连接，数据输入检测横向输送带模块包括横向输送带框架、横向输送带、电感传感器、射频传感器、紧凑型定位气缸和输送模块槽型光电传感器；横向输送带框架上设有横向输送带，横向输送带的侧面设有固定在横向输送带框架上的电感传感器，电感传感器对应的另一侧设有射频传感器和紧凑型定位气缸，横向输送带的前端和后端分别设有输送模块槽型光电传感器；废料分拣输送带模块安装在数据输入检测横向输送带模块的后端一侧，包括带导向组件的圆形分拣气缸、分拣气缸框架、有机玻璃推板和废料分拣输送带，分拣气缸框架安装在横向输送带的一侧，带导向组件的圆形分拣气缸安装在分拣气缸框架上，圆形分拣气缸的顶杆上安装有有机玻璃推板，气缸下方设有废料分拣输送带。

本发明的圆形分拣气缸为DSNU-16-100-P-A双作用圆形气缸,圆形分拣气缸通过FEN-12/16-100导向组件导向。

本发明数据输入检测和废料分拣单元的底架采用碳钢板折弯结构，表面喷塑处理，底座采用碳钢板折弯焊接结构，底部安装带固定垫脚的福马轮，方便运输和固定；

本发明数据输入检测和废料分拣单元的底架上设有电气控制台，电气控制台采用碳钢板折弯结构，面板采用铝合金表面拉丝面板，电气元件安装板安装在主框架内，采用碳钢板折弯加工。

本发明数据输入检测和废料分拣单元的电气元件安装板上配备1个急停按钮，用于紧急情况下停止设备切断控制电源；1个绿色带灯“Start”按钮，1个红色带灯“Stop”按钮，1个蓝色带灯“Qiut”按钮；1个黄色带灯“Reset”按钮；1个“Auto/Hand”两位旋钮；1个“ID-LEVEL”权限选择按钮；8个白色带灯按钮用于手动状态下各部件的操作；1块西门子可调光的7英寸TFT显示屏，用于模块的参数设置和状态显示；1个RJ45网络通讯口，用于多模块间的网络通讯协议。

本发明数据输入检测和废料分拣单元的底架上部安装板采用欧标工业铝型材框架结构，方便各种元器件的任意位置的安装和调整。

本发明的数据输入检测横向输送带模块主框架采用铝型材结构，采用德国SEW减速电机驱动，采用工业PVC平带传动，用来输送原料底盒，皮带侧面安装电感传感器，检测物料底盒运行位置，并反馈数据输入检测和废料分拣单元PLC模块，电感传感器的相对位置安装费斯托紧凑型定位气缸和和射频传感器，通过数据输入检测和废料分拣单元PLC模块控制两位五通电磁阀的动作，控制气缸的动作将底盒固定，通过磁性接近开关传感器检测气缸的动作并反馈至数据输入检测和废料分拣单元PLC模块，安装在气缸上部的射频传感器将信息写入物料底盒上安装的标签内，横向皮带输送机的前端和后端均安装槽型光电传感器，用来检测物料底盒进出本单元，并将所有数据反馈至数据输入检测和废料分拣单元PLC模块。

本发明数据输入检测和废料分拣单元的数据输入和检测模块主框架采用欧标工业铝型材结构，数据输入采用插针结构，插针组件安装在费斯托紧凑型插针气缸前端，气缸采用二位五通电磁阀和磁性接近开关传感器控制和反馈，当物料到达指定位置并固定后，气缸动作，插针组价与电路板上的插口连接，实现数据的写入，型材框架上部安装西门子工业智能相机，用来检测和识别合格产品和不合格产品，所有元器件的动作信号反馈至数据输入检测和废料分拣单元PLC模块。

本发明的插针组件与电路板上的插口匹配，其均为现有技术，具体结构在此不进行详细叙述。

本发明数据输入检测和废料分拣单元的废料分拣输送带模块采用带导向组件的费斯托圆形分拣气缸，通过二位五通电磁阀和磁性接近开关控制和反馈气缸的动作信号，工业智能相机分拣物料的不合格产品通过横向皮带机输送到相应的位置后，数据输入检测和废料分拣单元PLC模块控制二位五通电磁阀动作，气缸动作将不合格产品推送至废料分拣纵向输送带，通过输送带的运行，完成废料的分拣，并将各元器件的动作信号反馈至数据输入检测和废料分拣单元PLC模块。

进一步的，本发明的三轴机械手立体仓库单元包括底架，底架上安装有三轴机械手立体仓库横向输送带模块、防护模块和三轴机械手，三轴机械手立体仓库横向输送带模块的进料端与数据输入检测横向输送带模块的出料端连接，三轴机械手立体仓库横向输送带模块包括横向输送带框架、横向输送带、电感传感器、射频传感器和输送模块槽型光电传感器；横向输送带框架上设有横向输送带，横向输送带的侧面设有固定在横向输送带框架上的电感传感器和射频传感器，横向输送带的前端设有输送模块槽型光电传感器；三轴机械手包括X轴步进电机、同步齿形带电缸、Y轴步进电机、滚珠丝杠电缸、电缸连接板、导向滚轮组件、圆形气缸和平行气爪；横向的同步齿形带电缸的滑块通过电缸连接板与竖向的滚珠丝杠电缸上端连接，滚珠丝杠电缸下端设有导向滚轮组件，横向的同步齿形带电缸和滚珠丝杠电缸的一端分别设有X轴步进电机和Y轴步进电机，滚珠丝杠电缸的滑块上安装带导向组件的圆形气缸，圆形气缸的导向组件前端安装平行气爪，实现对物料的抓取；防护模块为方形框架机构，四周为透明有机玻璃板，其安装在底架上，物料托板安装在型材框架上，靠近三轴机械手那一侧。

本发明的圆形气缸为DSNU-16-100-P-A双作用圆形气缸,圆形气缸通过FEN-12/16-100导向组件导向。

本发明三轴机械手立体仓库单元的底架采用碳钢板折弯结构，表面喷塑处理，底座采用碳钢板折弯焊接结构，底部安装带固定垫脚的福马轮，方便运输和固定；

本发明三轴机械手立体仓库单元的底架上设有电气控制台，电气控制台采用碳钢板折弯结构，面板采用铝合金表面拉丝面板，电气元件安装板安装在主框架内，采用碳钢板折弯加工。

本发明三轴机械手立体仓库单元的底架上部安装板采用欧标工业铝型材框架结构，方便各种元器件的任意位置的安装和调整。

本发明三轴机械手立体仓库横向输送带模块的主框架采用铝型材结构，采用德国SEW减速电机驱动，采用工业PVC平带传动，用来输送物料，皮带侧面安装电感传感器和射频传感器，用来检测物料的位置和读取标签数据，横向皮带机的前端安装槽型光电传感器，检测物料位置，并将所有数据反馈至三轴机械手立体仓库单元PLC模块。

本发明三轴机械手立体仓库单元的防护模块主框架采用欧标工业铝型材结构，四周采用透明有机玻璃板防护，物料托板安装在型材框架上，采用铝合金板制作。

本发明三轴机械手立体仓库单元的三轴机械手采用电缸结构，X轴采用费斯托同步齿形带电缸结构，采用步进电机驱动，传动平稳准确，电缸两端安装磁性接近开关传感器作为电缸的极限安全限位；Y轴采用费斯托丝杠电缸，采用步进电机驱动，传动平稳准确，电缸两端安装磁性接近开关传感器作为电缸的极限安全限位，X轴和Y轴采用电缸连接板连接，Y轴下端安装导向轮组件导向；Z轴采用带导向组件的圆形气缸，通过二位五通电磁阀和磁性接近开关控制和反馈气缸的动作信号，导向单元前端安装平行气爪，用来抓取物料，并通过磁性接近开关传感器反馈平行气爪的动作信号，所有信号反馈至PLC模块，PLC模块控制步进电机和电磁阀的动作实现三轴机械手的动作。

本发明整体使用时的工作原理如下：

温湿度数显计载体底盒通过底盒出库输送单元进行出库和输送，同时写入相应数据，机器人组装电路板单元将电路板选择性组装到载体底盒内并读取和写入相应的数据，盖板装配单元将载体的盖板选择性安装到载体底盒内并读取和写入相应的数据，数据输入检测和废料分拣单元将程序写入到电路板中并通过工业智能相机检测合格品和不合格品，不合格品通过废料分拣单元分拣，合格品通过机械手动作存放在三轴机械手立体仓库单元中，完成实训过程。整个实训工程通过各个单元的PLC模块控制和反馈信号。

本发明上述所有单元中的各电气装置，除做出特别说明的，其他均为现有技术成熟市售产品。

本发明的优点是：

1)所有机械零件表面进行了多层氧化处理，增强了表面防腐及美观效果，主体结构件采用优质铝合金结构，主体结构美观大气；可以多次重复拆装也不会影响其外观效果。

2)所有电气元件、线路全部标准化、模块化，可以实现所有模块的方便更换与组合，实现系统的拓展性，教学、实训效果好。

本发明克服了传统的分站教学模式，将可编程序控制器技术、现场总线技术、伺服器控制技术、气动实训技术、传感器技术、射频技术、电气操作技术、人机界面技术、机器人实训操作技术、直线驱动技术有效的结合，选用实际的工业控制元件作为载体，替代原有的指示灯模拟系统，更接近实际生产中的应用，学员可单独训练每一个系统，然后将所有的系统结合在一起实现整体生产线的操作，将理论与实际相结合，做到学以致用的效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明底盒出库输送单元的结构示意图；

图3为本发明底盒出库输送单元的立体升降上料模块的结构示意图；

图4为本发明底盒出库输送单元的龙门机械手模块的结构示意图；

图5为本发明机器人组装电路板单元的结构示意图；

图6为本发明机器人组装电路板单元的电路板输送纵向皮带机的结构示意图；

图7为本发明机器人组装电路板单元的机器人组装模块的结构示意图；

图8为本发明盖板装配单元的结构示意图；

图9为本发明盖板装配单元的盖板仓库的结构示意图；

图10为本发明数据输入检测和废料分拣单元的结构示意图；

图11为本发明数据输入检测和废料分拣单元的数据输入和检测模块的结构示意图；

图12为本发明数据输入检测和废料分拣单元的废料分拣输送带模块的结构示意图

图13为本发明三轴机械手立体仓库单元的结构示意图；

图14为本发明三轴机械手立体仓库单元的三轴机械手的结构示意图。

如图中所示：1.底盒出库输送单元；1-1.底架；1-2.24v直流减速电机；1-3.滚珠丝杠；1-4.直线轴承；1-5.光杠；1-6.微动开关；1-7.上料模块槽型光电传感器；1-8.长行程无杆气缸；1-9.紧凑型气缸；1-10.椭圆真空吸盘；1-11.横向输送带；1-12.电感传感器；1-13.射频传感器；1-14.输送模块槽型光电传感器；1-15.上料框架；1-16.物料板；1-17.龙门机械手支架；1-18.底盒出库输送单元PLC模块；1-19.磁性接近开关传感器；2.机器人组装电路板单元；2-1.底架；2-2.ABB工业机器人；2-3.椭圆形真空吸盘；2-4.风琴真空吸盘；2-5.机器人位置传感器；2-6.电路板输送纵向皮带机；2-7.导向板；2-8.光电漫反射传感器；2-9.横向输送带；2-10.输送模块槽型光电传感器；2-11.射频传感器；2-12.电感传感器；2-13.紧凑型定位气缸；2-14.机器人组装电路板单元PLC模块；2-15.磁性接近开关传感器；3.盖板装配单元；3-1.底架；3-2.盖板仓库框架；3-3.圆形气缸；3-4.超声波传感器；3-5.电感传感器；3-6.比例调压阀；3-7.横向输送带；3-8.输送模块槽型光电传感器；3-9.射频传感器；3-10.紧凑型定位气缸；3-11.盖板装配单元PLC模块；3-12.磁性接近开关传感器；4.数据输入检测和废料分拣单元；4-1.底架；4-2.插针组件；4-3.紧凑型插针气缸；4-4.工业智能相机；4-5.检测组件框架；4-6.圆形分拣气缸；4-7.导向组件；4-8.分拣气缸框架；4-9.有机玻璃推板；4-10.横向输送带；4-11.输送模块槽型光电传感器；4-12.电感传感器；4-13.射频传感器；4-14.显示器；4-15.紧凑型定位气缸；4-16.废料分拣纵向输送带；4-17.数据输入检测和废料分拣单元PLC模块；5.三轴机械手立体仓库单元；5-1.底架；5-2.输送模块槽型光电传感器；5-3.电感传感器；5-4.射频传感器；5-5.横向输送带；5-6.X轴步进电机；5-7.同步齿形带电缸；5-8.Y轴步进电机；5-9.滚珠丝杠电缸；5-10.电缸连接板；5-11.导向滚轮组件；5-12.圆形气缸；5-13.平行气爪；5-14.物料托板；5-15.三轴机械手立体仓库单元PLC模块；5-16.磁性接近开关传感器；5-17.磁性接近开关传感器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1所示：底盒出库输送单元1、机器人组装电路板单元2、盖板装配单元3、数据输入检测和废料分拣单元4和三轴机械手立体仓库单元5依次连接。

如图2、图3、图4所示：底盒出库输送单元1的所有组件安装在底架1-1上，底架上1-1安装有立体升降上料模块、龙门机械手模块和底盒出库输送单元横向输送带模块，立体升降上料模块和底盒出库输送单元横向输送带模块分别安装在龙门机械手模块两端，立体升降上料模块的物料板1-16位于上料框架1-15内，其通过直线轴承1-4安装在滚珠丝杠1-3和光杠1-5上，滚珠丝杠1-3的一端与直流减速电机1-2连接，上料框架1-15的上部和下部分别设有两个微动开关1-6作为滚珠丝杠1-3的上下极限限位，上料框架1-15竖向设置，嵌装在底架1-1上，其上端设有上料槽型光电传感器1-7；龙门机械手模块的水平的长行程无杆气缸1-8安装在龙门机械手支架1-17上，竖向的紧凑型气缸1-9安装在长行程无杆气缸1-8的滑块上，椭圆形真空吸盘1-10安装在紧凑型气缸1-9的顶杆上；底盒出库输送单元横向输送带模块的横向输送带框架上设有横向输送带1-11，横向输送带1-11的侧面设有固定在横向输送带框架上的电感传感器1-12和射频传感器1-13，横向输送带1-11的前端设有输送模块槽型光电传感器1-14。

本单元使用时，物料底盒存放在上料框架1-15中的物料板1-16上，通过24V直流减速电机1-2和滚珠丝杠1-3传动，直线轴承1-4和光杠1-5导向实现物料底盒的上料，微动开关1-6检测料盘的极限位置，上料槽型光电传感器1-7检测物料底盒的位置；长行程无杆气缸1-8和紧凑型气缸1-9带动椭圆真空吸盘1-10的动作，将物料底盒从升降料仓转运至横向输送带1-11，物料底盒依次通过电感传感器1-12、射频传感器1-13完成数据的写入，经过输送模块槽型光电传感器1-14的检测进入机器人装配单元2。

如图5、图6、图7所示：机器人组装电路板单元2的所有组件安装在底架2-1上，物料底盒从上一工作站通过输送模块槽型光电传感器2-10检测到达本工作站，通过电感传感器2-12检测定位，紧凑型定位气缸2-13动作将底盒固定并通过射频传感器2-11写入数据，电路板输送纵向皮带机2-6通过导向板2-7的导向输送电路板至准备位，并通过光电漫反射传感器2-8检测电路板位置，ABB工业机器人2-2前端安装椭圆形真空吸盘2-3和1.5褶风琴真空吸盘2-4实现对电路板的抓取和安装，机器人位置传感器2-5检测机器人的初始位置并将信号反馈至机器人组装电路板单元PLC模块2-14，对电路板进行组装。

如图8、图9所示：盖板装配单元3的所有组件安装在底架3-1上，底架上安装有盖板仓库和盖板装备单元横向输送带模块，盖板仓库的盖板仓库框架3-2内部设有盖板托盘，盖板托盘后部安装有水平的圆形气缸3-3，圆形气缸3-3与比例调压阀3-6连接，盖板仓库框架3-2上端设有超声波传感器3-4，下端出料口处设有电感传感器3-5；盖板装备单元横向输送带模块设置在盖板仓库框架3-2出料口一侧，其进料端与机器人组装电路板单元横向输送带模块的出料端连接，盖板装备单元横向输送带模块的横向输送带框架上设有横向输送带3-7，与盖板仓库框架3-2上电感传感器3-5对应的另一侧设有射频传感器3-9和紧凑型定位气缸3-10，横向输送带3-7的前端和后端分别设有输送模块槽型光电传感器3-8。

本单元使用时，安装电路板的物料底盒从上一工作站通过输送模块槽型光电传感器3-8检测到达本工作站，通过电感传感器3-5检测定位，紧凑型定位气缸3-10动作将底盒固定并通过射频传感器3-9写入数据，PLC模块控制比例调压阀3-6动作，从而控制圆形气缸3-3动作，将位于盖板仓库框架3-2中的盖板推入横向输送带3-7上的物料底盒的槽口中实现盖板的装配，圆形气缸3-3收回，通过安装在气缸上的磁性接近开关传感器将气缸动作信号反馈至PLC模块，位于盖板仓库框架3-2上部的超声波传感器3-4检测料仓中的物料数量并反馈至PLC模块。

如图10、图11、图12所示：数据输入检测和废料分拣单元4的所有组件安装在底架4-1上，底架4-1上安装有数据输入和检测模块、数据输入检测横向输送带模块和废料分拣输送带模块，数据输入和检测模块安装在数据输入检测横向输送带模块的前端一侧，检测组件框架4-5为倒置的L型，紧凑型插针气缸4-3竖直向下安装在检测组件框架4-5上，其顶杆与插针组件4-2连接，检测组件框架4-5上还通过相机支架与工业智能相机4-4连接，相机支架和检测组件框架4-5之间通过螺栓连接；数据输入检测横向输送带模块的进料端与盖板装备单元横向输送带模块的出料端连接，数据输入检测横向输送带模块的横向输送带框架上设有横向输送带4-10，横向输送带4-10的侧面设有固定在横向输送带框架上的电感传感器4-12，电感传感器4-12对应的另一侧设有射频传感器4-13和紧凑型定位气缸4-15，横向输送带4-10的前端和后端分别设有输送模块槽型光电传感器4-11；废料分拣输送带模块安装在数据输入检测横向输送带模块的后端一侧，分拣气缸框架4-8安装在横向输送带4-10的一侧，带导向组件4-7的圆形分拣气缸4-6安装在分拣气缸框架4-8上，圆形分拣气缸4-6的顶杆上安装有有机玻璃推板4-9，气缸下方设有废料分拣输送带。

本单元使用时，装配完成的元件从上一工作站通过前端的输送模块槽型光电传感器4-11检测到达本工作站，通过电感传感器4-12检测定位，紧凑型定位气缸4-15动作将元件固定并通过射频传感器4-13写入数据，安装在检测组件框架4-5前端的紧凑型插针气缸4-3动作带动插针组件4-2下落，与元件盒中电路板插口结合，通过数据输入检测和废料分拣单元PLC模块4-17控制写入数据，安装在检测组件框架4-5上部的工业智能相机4-4对元件进行检测，分辨元件是否合格，检测完成后的元件通过横向输送带4-10输送到达废料分拣位置，安装在分拣气缸框架4-8上的带导向组件4-7的圆形分拣气缸4-6动作，带动有机玻璃推板4-9动作，完成不合格产品的分拣。通过显示器4-14显示整个工作站的运行过程。

如图13、图14所示：三轴机械手立体仓库单元5的所有组件安装在底架5-1上，底架5-1上安装有三轴机械手立体仓库横向输送带模块、防护模块和三轴机械手，三轴机械手立体仓库横向输送带模块的进料端与数据输入检测横向输送带模块的出料端连接，三轴机械手立体仓库横向输送带模块的横向输送带框架上设有横向输送带5-5，横向输送带5-5的侧面设有固定在横向输送带框架上的电感传感器5-3和射频传感器5-4，横向输送带5-5的前端设有输送模块槽型光电传感器5-2；三轴机械手的横向的同步齿形带电缸5-7的滑块通过电缸连接板5-10与竖向的滚珠丝杠电缸5-9上端连接，滚珠丝杠电缸5-9下端设有导向滚轮组件5-11，同步齿形带电缸5-7和滚珠丝杠电缸5-9的一端分别设有X轴步进电机5-6和Y轴步进电机5-8，滚珠丝杠电缸5-9的滑块上安装带导向组件的圆形气缸5-12，圆形气缸5-12的导向组件前端安装平行气爪5-13，实现对物料的抓取；防护模块为方形框架机构，四周为透明有机玻璃板，其安装在底架5-1上，物料托板5-14安装在型材框架上，靠近三轴机械手那一侧。

本单元使用时，检测完成的合格产品从上一工作站通过输送模块槽型光电传感器5-2检测到达本工作站，电感传感器5-3检测定位，射频传感器5-4读取元件标签中的信息；三轴机械手立体仓库单元PLC模块5-15控制三轴机械手动作对元件抓取，X轴步进电机5-6驱动同步齿形带电缸5-7动作，实现机械手X轴方向的移动，并通过磁性接近开关检测机械手的极限位置，Y轴步进电机5-8驱动滚珠丝杠电缸5-9动作，实现机械手Y轴方向的移动，同步齿形带电缸5-7和滚珠丝杠电缸5-9通过电缸连接板5-10连接，通过导向滚轮组件5-11导向，Z轴采用气缸传动，带导向单元的圆形气缸5-12实现Z轴方向的移动，导向单元前端安装平行气爪5-13，对元件进行抓取，合格产品依次存放在物料托板5-14上。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (6)

1.一种模拟工业4.0生产过程的“智能工厂”培训系统，其特征在于，包括底盒出库输送单元、机器人组装电路板单元、盖板装配单元、数据输入检测和废料分拣单元和三轴机械手立体仓库单元组成。

2.根据权利要求1所述的模拟工业4.0生产过程的“智能工厂”培训系统，其特征在于，底盒出库输送单元包括底架，底架上安装有立体升降上料模块、龙门机械手模块和底盒出库输送单元横向输送带模块，立体升降上料模块和底盒出库输送单元横向输送带模块分别安装在龙门机械手模块两端，立体升降上料模块包括上料框架、物料板、直流减速电机、滚珠丝杠、直线轴承、光杠、微动开关和上料模块槽型光电传感器，物料板通过直线轴承安装在滚珠丝杠和光杠上，滚珠丝杠的一端与直流减速电机连接，上料框架的上部和下部分别设有两个微动开关作为滚珠丝杠的上下极限限位；上料框架竖向设置，嵌装在底架上，其上端设有上料槽型光电传感器；龙门机械手模块包括龙门机械手支架、长行程无杆气缸、紧凑型气缸和椭圆真空吸盘，水平的长行程无杆气缸安装在龙门机械手支架上，竖向的紧凑型气缸安装在长行程无杆气缸的滑块上，椭圆形真空吸盘安装在紧凑型气缸的顶杆上；底盒出库输送单元横向输送带模块包括横向输送带框架、横向输送带；电感传感器；射频传感器和输送模块槽型光电传感器；横向输送带框架上设有横向输送带，横向输送带的侧面设有固定在横向输送带框架上的电感传感器和射频传感器，横向输送带的前端设有输送模块槽型光电传感器。

3.根据权利要求1所述的模拟工业4.0生产过程的“智能工厂”培训系统，其特征在于，机器人组装电路板单元包括底架，底架上安装有电路板输送纵向皮带机模块、机器人组装模块、机器人组装电路板单元横向输送带模块和机器人防护罩，所述电路板输送纵向皮带机模块包括两条电路板输送纵向皮带机、分别位于机器人组装模块的两侧，机器人组装电路板单元横向输送带模块与底盒出库输送单元横向输送带模块连接，每条电路板输送纵向皮带机上设有3条纵向导向板，3条导向板将电路板输送纵向皮带机分隔为2个皮带工位，每条电路板输送纵向皮带机上，有两条纵向导向板的前端设有光电漫反射开关，机器人组装模块包括ABB工业机器人、椭圆形真空吸盘、风琴真空吸盘和机器人位置传感器，ABB工业机器人的机械手前端安装有风琴真空吸盘和椭圆形真空吸盘，机器人位置传感器安装在机械手的下方，机器人组装电路板单元横向输送带模块包括横向输送带框架、横向输送带、电感传感器、射频传感器、紧凑型定位气缸和输送模块槽型光电传感器；横向输送带框架上设有横向输送带，横向输送带的侧面设有固定在横向输送带框架上的电感传感器，电感传感器对应的另一侧设有射频传感器和紧凑型定位气缸，横向输送带的前端和后端分别设有输送模块槽型光电传感器；机器人防护罩安装在底架的上方。

4.根据权利要求1所述的模拟工业4.0生产过程的“智能工厂”培训系统，其特征在于，盖板装配单元包括底架，底架上安装有盖板仓库和盖板装备单元横向输送带模块，所述盖板仓库包盖板仓库框架、圆形气缸、比例调压阀、超声波传感器和电感传感器；盖板仓库框架内部设有盖板托盘，盖板托盘后部安装有水平的圆形气缸，圆形气缸与比例调压阀连接，盖板仓库框架上端设有超声波传感器，下端出料口处设有电感传感器；盖板装备单元横向输送带模块设置在盖板仓库框架出料口一侧，其进料端与机器人组装电路板单元横向输送带模块的出料端连接，盖板装备单元横向输送带模块包括横向输送带框架、横向输送带、射频传感器、紧凑型定位气缸和输送模块槽型光电传感器；横向输送带框架上设有横向输送带，与盖板仓库框架上电感传感器对应的另一侧设有射频传感器和紧凑型定位气缸，横向输送带的前端和后端分别设有输送模块槽型光电传感器。

5.根据权利要求1所述的模拟工业4.0生产过程的“智能工厂”培训系统，其特征在于，数据输入检测和废料分拣单元包括底架，底架上安装有数据输入和检测模块、数据输入检测横向输送带模块和废料分拣输送带模块，数据输入和检测模块安装在数据输入检测横向输送带模块的前端一侧，包括检测组件框架、插针组件、紧凑型插针气缸和工业智能相机，检测组件框架为倒置的L型，紧凑型插针气缸竖直向下安装在检测组件框架上，其顶杆与插针组件连接，检测组件框架上还通过相机支架与工业智能相机连接，相机支架和检测组件框架之间通过螺栓连接；数据输入检测横向输送带模块的进料端与盖板装备单元横向输送带模块的出料端连接，数据输入检测横向输送带模块包括横向输送带框架、横向输送带、电感传感器、射频传感器、紧凑型定位气缸和输送模块槽型光电传感器；横向输送带框架上设有横向输送带，横向输送带的侧面设有固定在横向输送带框架上的电感传感器，电感传感器对应的另一侧设有射频传感器和紧凑型定位气缸，横向输送带的前端和后端分别设有输送模块槽型光电传感器；废料分拣输送带模块安装在数据输入检测横向输送带模块的后端一侧，包括带导向组件的圆形分拣气缸、分拣气缸框架、有机玻璃推板和废料分拣输送带，分拣气缸框架安装在横向输送带的一侧，带导向装置的圆形分拣气缸安装在分拣气缸框架上，圆形分拣气缸的顶杆上安装有有机玻璃推板，气缸下方设有废料分拣输送带。

6.根据权利要求1所述的模拟工业4.0生产过程的“智能工厂”培训系统，其特征在于，三轴机械手立体仓库单元包括底架，底架上安装有三轴机械手立体仓库横向输送带模块、防护模块和三轴机械手，三轴机械手立体仓库横向输送带模块的进料端与数据输入检测横向输送带模块的出料端连接，三轴机械手立体仓库横向输送带模块包括横向输送带框架、横向输送带、电感传感器、射频传感器和输送模块槽型光电传感器；横向输送带框架上设有横向输送带，横向输送带的侧面设有固定在横向输送带框架上的电感传感器和射频传感器，横向输送带的前端设有输送模块槽型光电传感器；三轴机械手包括X轴步进电机、同步齿形带电缸、Y轴步进电机、滚珠丝杠电缸、电缸连接板、导向滚轮组件、圆形气缸和平行气爪；横向的同步齿形带电缸的滑块通过电缸连接板与竖向的滚珠丝杠电缸上端连接，滚珠丝杠电缸下端设有导向滚轮组件，横向的同步齿形带电缸和滚珠丝杠电缸的一端分别设有X轴步进电机和Y轴步进电机，滚珠丝杠电缸的滑块上安装带导向组件的圆形气缸，导向组件前端安装平行气爪，防护模块为方形框架机构，四周为透明有机玻璃板，其安装在底架上，物料托板安装在型材框架上，靠近三轴机械手那一侧。