CN204197890U - 一种模块化六单元柔性制造物流系统 - Google Patents

一种模块化六单元柔性制造物流系统 Download PDF

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王振华
杨清义
刘立彬
杨志龙
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Abstract

本实用新型涉及一种模块化六单元柔性制造物流系统,包括横向依次设置的自动化立体仓库原料库单元(1)、材料检测与柔性加工单元(2)、工件检验与分拣单元(3),所述工件检验与分拣单元(3)的纵向边侧设置有颜色识别与喷涂单元(4),所述颜色识别与喷涂单元(4)的横向边侧还依次设置有自动化装配与条码扫描单元(5)、自动化立体仓库成品库单元(6);本新型以机器人技术为核心,造价低、占地面积小,具备真实加工能力,解决了高职高校机器人与机电一体化专业相关教学设备短缺的现状,通过系统可了解生产线机器人与自动化控制系统的基本组成和基本原理。

Description

一种模块化六单元柔性制造物流系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种用于教学与科研的模块化六单元柔性制造物流系统。
背景技术
[0002] 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。面临这一新的局面,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。柔性制造系统正是在这种形势下应运而生的。
[0003] 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单元,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、二次开发应用。
实用新型内容
[0004] 本实用新型要解决的技术问题是:为克服上述问题,提供一种桌面型柔性制造教学系统设备,覆盖常见机电一体化技术的模块化六单元柔性制造物流系统。
[0005] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006] 一种模块化六单元柔性制造物流系统,包括横向依次设置的自动化立体仓库原料库单元(I)、材料检测与柔性加工单元(2)、工件检验与分拣单元(3),
[0007] 所述工件检验与分拣单元(3)的纵向边侧设置有颜色识别与喷涂单元(4),所述颜色识别与喷涂单元(4)的横向边侧还依次设置有自动化装配与条码扫描单元(5)、自动化立体仓库成品库单元(6);
[0008] 所述自动化立体仓库原料库单元(I)、材料检测与柔性加工单元(2)、工件检验与分拣单元(3)、颜色识别与喷涂单元(4)、自动化装配与条码扫描单元(5)和自动化立体仓库成品库单元(6)内分别安装有单元PLC控制系统和单元机器人嵌入式控制系统,所述6个单元PLC控制系统和单元机器人嵌入式控制系统通过以太网总线与计算机总控系统(7)连接;
[0009] 所述的工件检验与分拣单元(3)包含第一桌面(19),所述第一桌面(19)上设置有第一传送带(20)、90度搬运机械手(21)、四工位孔深检测装置(22)、废品气动回收系统
(23)和180度搬运机械手(24)。
[0010] 优选地,所述自动化立体仓库原料库单元(I)包括第二桌面(8),所述第二桌面
(8)上相邻设置有立体化原料库(9)和四自由度直角坐标码垛机器人(11),所述四自由度直角坐标码垛机器人(11)由三套电动直线台与一套电动旋转台通过连接板搭建而成,所述四自由度直角坐标码垛机器人(11)末端设置有机器人气动手爪(12),所述立体化原料库(9)的仓格内安装有检测传感器。
[0011] 优选地,所述材料检测与柔性加工单元(2)包含第三桌面(13),所述第三桌面(13)上设置有第二传送带(14)、气动机械手(15)、六自由度桌面型并联机器人(16)、并联电动主轴刀具(17)和并联气动夹具(18),所述并联电动主轴刀具(17)安装在所述六自由度桌面型并联机器人(16)上,所述并联气动夹具(18)安装在所述并联电动主轴刀具(17)下方;所述第二传送带(14)上安装有漫反射光电传感器和气动定位装置。
[0012] 优选地,所述90度搬运机械手(21)由步进电机连接谐波减速器与锥齿轮传动输出进行驱动,所述90度搬运机械手(21)末端安装有升降导杆气缸和气动手爪工具,所述180度搬运机械手(24)与90度搬运机械手(21)结构一致,所述四工位孔深检测装置(22)一侧安装有升降气缸,所述升降气缸输出端上设置有位移传感器。
[0013] 优选地,所述工件颜色识别与喷涂单元(4)包括第四桌面(25),所述第四桌面
(25)上设置有第三传送带(26)、真空吸附搬运系统(27)、喷涂输送机(28)、颜色传感器
(29)和三处喷涂装置(30)。
[0014] 优选地,所述真空吸附搬运系统(27)由步进电机驱动滚珠丝杠螺母副传动,所述三处喷涂装置(30)采用气动喷枪。
[0015] 优选地,所述自动化装配与条码扫描单元(5)包括第五桌面(31),所述第五桌面
(31)上设置有第四传送带(32)、十二工位旋转料库(33)、颜色传感器(35)、条码扫描器
(36)、六自由度桌面型串联机器人(37)、机器人末端气动手爪(38)和装配平台(39)。
[0016] 优选地,所述自动化立体仓库成品库单元(6)包括第六桌面(40),所述第六桌面
(40)上设置有立体化仓库成品库(41)、井式料仓(42)、单臂上料装置(43),所述的立体化仓库成品库(41)内安装检测传感器,所述的井式料仓(42)内设置有不锈钢管气缸,所述单臂上料装置(43)由步进电机驱动,所述步进电机与所述单臂上料装置(43)之间设置有谐波减速器。
[0017] 本实用新型的有益效果是:本实用新型提供一个开放性的,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、先进加工技术等方面的学习,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
[0018] 下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0019] 图1A和图1B是本实用新型一个实施例的俯视图和主视图;
[0020] 图2A、图2B和图2C分别是本实用新型所述自动化立体仓库原料库单元的俯视图、王视图和左视觉图;
[0021] 图3A和图3B分别是本实用新型所述材料检测与柔性加工单元的俯视图和主视图;
[0022] 图4A和图4B分别是本实用新型所述工件检验与分拣单元的俯视图和主视图;
[0023] 图5A、图5B和图5C分别是本实用新型所述颜色识别与喷涂单元的俯视图、主视图和左视图;
[0024] 图6A、图6B和图6C分别是本实用新型所述自动化装配与条码扫描单元的俯视图、王视图和左视图;
[0025] 图7A和图7B分别是本实用新型所述自动化立体仓库成品库单元的俯视图和主视图。
[0026] 图中1-自动化立体仓库原料库单元,2-材料检测与柔性加工单元,3-工件检验与分拣单元,4-颜色识别与喷涂单元,5-自动化装配与条码扫描单元,6-自动化立体仓库成品库单兀,7-计算机总控系统,8-第二桌面,9-立体化原料库,10-工件,Il-四自由度直角坐标码垛机器人,12-机器人气动手爪,13-第三桌面,14-第二传送带,15-气动机械手,16-六自由度桌面型并联机器人,17-并联电动主轴刀具,18-并联气动夹具,19-第一桌面,20-第一传送带,21-90度搬运机械手,22-四工位孔深检测装置,23-废品气动回收系统,24-180度搬运机械手,25-第四桌面,26-第三传送带,27-真空吸附搬运系,28-喷涂输送机,29-颜色传感器,30-三处喷涂装置,31-第五桌面,32-第四传送带,33-十二工位旋转料库,34-子工件,35-颜色传感器,36-条码扫描器,37-六自由度桌面型串联机器人,38-机器人末端气动手爪,39-装配平台,40-第六桌面,41-立体化仓库成品库,42-井式料仓,43-单臂上料装置。
具体实施方式
[0027] 现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本实用新型的基本结构,因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
[0028] 如图1A和图1B为本新型所述的一种模块化六单元柔性制造物流系统,包括横向依次设置的自动化立体仓库原料库单元1、材料检测与柔性加工单元2、工件检验与分拣单元3 ;
[0029] 所述工件检验与分拣单元3的纵向边侧设置有颜色识别与喷涂单元4,所述颜色识别与喷涂单元4的横向边侧还依次设置有自动化装配与条码扫描单元5、自动化立体仓库成品库单元6 ;
[0030] 所述自动化立体仓库原料库单元1、材料检测与柔性加工单元2、工件检验与分拣单元3、颜色识别与喷涂单元4、自动化装配与条码扫描单元5和自动化立体仓库成品库单元6内分别安装有单元PLC控制系统和单元机器人嵌入式控制系统,所述6个单元PLC控制系统和单元机器人嵌入式控制系统通过以太网总线与计算机总控系统7连接;
[0031] 以上各单元可以脱离计算机总控系统7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,六组单元分别分布于独立铝合金实验台上,全套设备占地面积为3.6X2.0米。
[0032] 所述的铝合金实验台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,实验台前方配置单元控制操作面板,安装按钮与指示灯。
[0033] 所述的工件检验与分拣单元3包含第一桌面19,第一桌面19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,第一桌面19前方配置单元控制操作面板,安装按钮与指示灯。
[0034] 所述第一桌面19上设置有第一传送带20、90度搬运机械手21、四工位孔深检测装直22、废品气动回收系统23和180度搬运机械手24,颜色识别与嗔涂单兀4在纵向上相邻设置在所述工件检验与分拣单元3的边侧,工件从自动化立体仓库原料库单元I运送出来后,依次经过材料检测与柔性加工单元2、工件检验与分拣单元3,工件在工件检验与分拣单元3上进行过检测和分拣后通过180度搬运机械手24直接搬运到颜色识别与喷涂单元4上,然后在经过自动化装配与条码扫描单元5,最后将工件放置在自动化立体仓库成品库单元6上,即完成了一个整体的加工步骤。
[0035] 在优选的实施方案中,如图2A、图2B和图2C所示的自动化立体仓库原料库单元I包括第二桌面8,所述第二桌面8上相邻设置有立体化原料库9和四自由度直角坐标码垛机器人11,所述四自由度直角坐标码垛机器人11由三套电动直线台与一套电动旋转台通过连接板搭建而成,所述四自由度直角坐标码垛机器人11末端设置有机器人气动手爪12,所述立体化原料库9内安装有检测传感器,本单元可采用基于PC104总线嵌入式运动控制器控制,也可采用PLC控制器控制。所述四自由度直角坐标码垛机器人11的驱动电机可为步进电机,也可更换为交流伺服电机,可任意组合。所述的立体化原料库9由四列六行的铝合金型材搭建,铝合金型材之间形成仓格,仓格内安装检测传感器,用以检测工件10有无。
[0036] 在优选的实施方案中,如图3A和图3B所示的材料检测与柔性加工单元2包含第三桌面13,所述第三桌面13上设置有第二传送带14、气动机械手15、六自由度桌面型并联机器人16、并联电动主轴刀具17和并联气动夹具18,所述并联电动主轴刀具17安装在所述六自由度桌面型并联机器人16上,所述并联气动夹具18安装在所述并联电动主轴刀具17下方;所述第二传送带14上安装有漫反射光电传感器和气动定位装置。本单元采用基于PC104总线嵌入式运动控制器控制。所述第二传送带14下设置铝合金型材框支撑架,第二传送带14采用直流电机连接蜗轮蜗杆减速器传动,第二传送带14上安装漫反射光电传感器与气动定位装置。所述气动机械手15采用I套摆台气缸、2套无杆气缸与末端气动手爪搭建成圆柱坐标机器人模式,摆台气缸和无杆气缸上均安装磁性传感器。所述六自由度桌面并联机器人16由全交流伺服或全步进电机驱动,采用PSS滑块式并联机构,由滚珠丝杠螺母副传动,带动连杆连接活动平台,活动平台上安装电动主轴刀具17,其由直流减速驱动,可真实切屑,下方安装气动夹具18。
[0037] 在优选的实施方案中,如图4A和图4B所示的工件检验与分拣单元3,所述90度搬运机械手21由步进电机连接谐波减速器与锥齿轮传动输出进行驱动,其末端安装有升降导杆气缸与气动手爪工具。180度搬运机械手24与90度搬运机械手21结构一致。所述四工位孔深检测装置22 —侧安装有升降气缸,所述升降气缸输出端上设置有位移传感器,并且其由步进电机驱动,直连谐波减速器输出。
[0038] 在优选的实施方案中,如图5A、图5B和图5C所示的颜色识别与喷涂单元4包括第四桌面25,所述第四桌面25上设置有第三传送带26、真空吸附搬运系统27、喷涂输送机28、颜色传感器29和三处喷涂装置30,所述第三传送带26下设置有铝合金型材框架,第三传送带26由直流电机连接蜗轮蜗杆减速器传动,并且其上还安装漫反射光电传感器与气动定位装置。所述真空吸附搬运系统27主体为电动直线台,其由步进电机驱动,滚珠丝杠螺母副传动,采用直线轴支撑,输出活动平台安装升降导杆气缸与末端真空吸盘。所述喷涂输送机28由步进电机驱动,同步带传动带动活动平台运行,并用直线轴支撑,利用光电传感器限定三处作业工位。所述三处喷涂装置30采用气动喷枪模式,可真实喷涂作业。
[0039] 在优选的实施方案中,如图6A、图6B和图6C所示的自动化装配与条码扫描单元5包括第五桌面31,所述第五桌面31上设置有第四传送带32、十二工位旋转料库33、颜色传感器35、条码扫描器36、六自由度桌面型串联机器人37、机器人末端气动手爪38和装配平台39,本单元采用基于PC104总线嵌入式运动控制器控制。第四传送带32与以上传送带相同设置。所述的十二工位旋转料库33由步进电机驱动,中间连谐波减速器输出。十二工位旋转料库33下方安装有颜色传感器,检测子工件34信息状态。所述六自由度桌面型串联机器人37采用步进伺服电机混合驱动关节式桌面型串联教学机器人,机器人末端配置气动手爪。
[0040] 在优选的实施方案中,如图7A和图7B所示的自动化立体仓库成品库单元6包括第六桌面40,所述第六桌面40上设置有立体化仓库成品库41、井式料仓42、单臂上料装置43,所述的立体化仓库成品库41内安装检测传感器。所述立体化仓库成品库41采用四列六行铝合金型材搭建而成,铝合型材之间形成仓格,仓格内安装检测传感器,用以检测工件有无。所述的井式料仓42放置子工件34,子工件34由设置在其内的不锈钢管气缸依次推出;所述的单臂上料装置43步进电机驱动,谐波减速器传动,采用摇臂结构。
[0041] 本新型模块化六单元柔性制造物流系统具有以下特点:
[0042] 1、系统以机器人技术为核心,集成串联机器人、并联机器人、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。
[0043] 2、系统含机器人单元嵌入式系统控制,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。
[0044] 3、系统中的单元桌面具有“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。
[0045] 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。
[0046] 5、系统软、硬件部分预留扩展空间,开放接口,用户可在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。
[0047] 6、系统集成信息管理,通过各单元传感器通讯,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。
[0048] 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。
[0049] 模块化六单元柔性制造物流系统适用范围:作为机电一体化系统教学设备应用于闻职闻校。
[0050] 以上述依据本实用新型的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种模块化六单元柔性制造物流系统,其特征在于,包括横向依次设置的自动化立体仓库原料库单元(I)、材料检测与柔性加工单元(2)、工件检验与分拣单元(3), 所述工件检验与分拣单元(3)的纵向边侧设置有颜色识别与喷涂单元(4),所述颜色识别与喷涂单元(4)的横向边侧还依次设置有自动化装配与条码扫描单元(5)、自动化立体仓库成品库单元(6); 所述自动化立体仓库原料库单元(I)、材料检测与柔性加工单元(2)、工件检验与分拣单元(3)、颜色识别与喷涂单元(4)、自动化装配与条码扫描单元(5)和自动化立体仓库成品库单元(6)内分别安装有单元PLC控制系统和单元机器人嵌入式控制系统,所述单元PLC控制系统和单元机器人嵌入式控制系统通过以太网总线与计算机总控系统(7)连接; 所述的工件检验与分拣单元(3)包含第一桌面(19),所述第一桌面(19)上设置有第一传送带(20)、90度搬运机械手(21)、四工位孔深检测装置(22)、废品气动回收系统(23)和180度搬运机械手(24)。
2.根据权利要求1所述的模块化六单元柔性制造物流系统,其特征在于,所述自动化立体仓库原料库单元(I)包括第二桌面(8),所述第二桌面(8)上相邻设置有立体化原料库(9)和四自由度直角坐标码垛机器人(11),所述四自由度直角坐标码垛机器人(11)由三套电动直线台与一套电动旋转台通过连接板搭建而成,所述四自由度直角坐标码垛机器人(11)末端设置有机器人气动手爪(12),所述立体化原料库(9)的仓格内安装有检测传感器。
3.根据权利要求1所述的模块化六单元柔性制造物流系统,其特征在于,所述材料检测与柔性加工单元(2)包含第三桌面(13),所述第三桌面(13)上设置有第二传送带(14)、气动机械手(15)、六自由度桌面型并联机器人(16)、并联电动主轴刀具(17)和并联气动夹具(18),所述并联电动主轴刀具(17)安装在所述六自由度桌面型并联机器人(16)上,所述并联气动夹具(18)安装在所述并联电动主轴刀具(17)下方;所述第二传送带(14)上安装有漫反射光电传感器和气动定位装置。
4.根据权利要求1所述的模块化六单元柔性制造物流系统,其特征在于,所述90度搬运机械手(21)由步进电机连接谐波减速器与锥齿轮传动输出驱动,所述90度搬运机械手(21)末端安装有升降导杆气缸和气动手爪工具,所述180度搬运机械手(24)与90度搬运机械手(21)结构一致,所述四工位孔深检测装置(22) —侧安装有升降气缸,所述升降气缸输出端上设置有位移传感器。
5.根据权利要求1所述的模块化六单元柔性制造物流系统,其特征在于,所述工件颜色识别与喷涂单元(4)包括第四桌面(25),所述第四桌面(25)上设置有第三传送带(26)、真空吸附搬运系统(27)、喷涂输送机(28)、颜色传感器(29)和三处喷涂装置(30)。
6.根据权利要求5所述的模块化六单元柔性制造物流系统,其特征在于,所述真空吸附搬运系统(27)由步进电机驱动滚珠丝杠螺母副传动,所述三处喷涂装置(30)采用气动喷枪。
7.根据权利要求1所述的模块化六单元柔性制造物流系统,其特征在于,所述自动化装配与条码扫描单元(5)包括第五桌面(31),所述第五桌面(31)上设置有第四传送带(32)、十二工位旋转料库(33)、颜色传感器(35)、条码扫描器(36)、六自由度桌面型串联机器人(37)、机器人末端气动手爪(38)和装配平台(39)。
8.根据权利要求1-7任一项所述的模块化六单元柔性制造物流系统,其特征在于,所述自动化立体仓库成品库单元(6)包括第六桌面(40),所述第六桌面(40)上设置有立体化仓库成品库(41)、井式料仓(42)、单臂上料装置(43),所述的立体化仓库成品库(41)内安装检测传感器,所述的井式料仓(42)内设置有不锈钢管气缸,所述单臂上料装置(43)由步进电机驱动,所述步进电机与所述单臂上料装置(43)之间设置有谐波减速器。
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