柔性制造系统

柔性制造／自动化物流系统方案一、概述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。

柔性制造系统正是在这种形势下应运而生的。

柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。

它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，以适宜于多品种、中小批量生产。

它通过简单地改变软件的方法能够制造出多种零件中任何一种零件。

系统主要由八个单元模块组成：➢自动化立体仓库、码垛机单元➢CCD形状识别单元；➢柔性制造加工单元；➢上下料搬运机器人单元；➢CCD工件尺寸检测及颜色识别单元；➢气动分拣及条码打印扫描检测单元；➢自动化输送线系统单元；➢气动分拣搬运机器人单元。

所有模块单元通过工业总线控制联接。

即还包含系统总控单元。

为了促进相关专业的学生对机器人、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，我们立足于自己的技术优势，结合实际教学的需求，开发了一套完全模拟工业现场实际应用的柔性制造教学实训系统，并配备了相应的实验指导书。

通过该系统，使学生可通过实验了解柔性制造系统的基本组成和基本原理，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，让学生全面掌握机电一体化技术的应用开发和集成技术，帮助学生从系统整体角度去认识系统各组成部分，从而掌握机电控制系统的组成、功能及控制原理。

可以促进学生在机械设计、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，激发学生的学习兴趣，使学生在机电系统的设计、装配、调试能力等方面均能得到综合提高。

该系统设计有漏电保护、短路保护、急停保护、限位保护、隔离保护等多种保护功能。

二、系统特点●高度集成通过Profibus-DP工业现场总线及开发型组态软件等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。

●标准化按工业标准设计，并可全面兼容标准工业级设备。

●单元模块化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。

即方便教学又最大程度的满足了教师进行科研、学生进行创新的需要。

●机器人嵌入式系统控制六自由度串联机器人及六自由度并联机器人等关键设备采用嵌入式系统控制。

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。

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维护。

●开放性开放具有自主知识产权的软件源代码。

此外，系统中以运动控制技术为主的单元装备需具有良好的硬件开放性，可以和工业上众多装备接口，进行系统集成。

软件系统采用开放式源代码和通用软件开发平台（MS VC++和Borland C++），用户可以进行深层次的软件系统二次开发，以便于开发出适合用户需求的系统调度程序和单机运行程序，很大程度上方便了老师和同学课题研究工作。

●网络化视频监控（选配）系统提供网络化视频监控模块，使操作者在操作系统的同时，也可通过电脑屏幕实时观看系统的实际运行状况。

同时对于有条件的学校，可将控制计算机与校园网相连解，使更多的学生和老师通过网络观看现场实验过程，提高系统利用率，也可实现远程教学。

●可扩展性系统软、硬件部分预留扩展空间，用户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，为二次开发和扩展教学学科创造了极为有利条件。

●机器人种类为了真正实现教学与工业结合，本系统中需应用直角坐标类型机器人、串联关节型机器人、并联加工机器人、气动机器人（注：以上机器人均需国产，以便保证良好的开放性）等工业上常用到的机器人类型，并且设计上完全按照工业标准和结构对机器人本体进行设计，可以完全了解工业上机器人的特点和结构。

每种机器人都配有详细介绍和实验指导书。

●交互式图形化操作界面系统控制软件采用WINDOWS操作系统，具有交互式和图形化特点，操作简单易学，自动化程度高，使教师和学生在很短的时间之内就可以掌握对系统的操作。

●丰富的状态反馈功能通过计算机与各单元及传感器的通讯，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。

●完善的生产及物料存储统计功能根据现代柔性制造系统的特点及发展动向，不但在工作过程和原理上仿真实际生产过程，而且开发了生产及物料存储数据库，根据系统的运行随时记录和分析生产过程和存储数据。

●教材齐备本柔性制造系统，除提供相应的教学大纲外，还应提供系统整体的实验指导书，包括机械篇、电控篇及软件篇。

详细介绍各设备特点、原理、设计思想、计算方法。

并拓展介绍工业上常用的相关元件及设备。

在此基础上，还应提供单独关键设备如机器人等提供机械本体装配说明书、实验指导书、软件使用说明书等。

便于独立模块教学和实验。

●完善的保护功能该系统设计有漏电保护、短路保护、急停保护、限位保护、隔离保护等多种保护功能。

保证安全有效的进行教学演示和授课。

三、可开设的实验内容➢柔性制造系统的认识实验➢机器人技术和应用实验➢传感器技术的应用实验➢PLC控制系统应用实验➢Profibus-DP工业总线技术实验➢视觉识别技术的应用实验➢交流伺服、步进的电机应用实验➢交流变频技术的应用实验➢多轴运动控制器实验；➢气动技术实验；➢数控加工工艺技术实验➢嵌入式控制系统的应用实验各单机运行模块还可以开设各相关专业技术实验，将在下列模块单元中介绍。

四、适用范围本系统包含多种学科专业知识，具有开放性、创新性、可操作性等特点，可用于各类中专、大专、本科和研究生的实验教学和科研工作。

一般适用于以下专业的学生和老师：➢机械设计制造及其自动化➢机电一体化➢机械电子工程➢机械设计及理论➢电气工程及其自动化➢电子科学与技术➢测控技术与仪器➢计算机科学与技术➢计算机应用技术➢五、可完成的总学时各单元学时数见各模块单元介绍部分，系统方案中为推荐的学时数，用户方可根据自身专业教学特点和重点进行适当的的调整。

六、柔性制造系统图如图所示：图6-1 系统效果图标注；图6-2 系统实物照片（含单元标注）；图6-3 系统平面布局图；图6-4 系统房间布置图；图6-5 系统工艺流程图。

七、柔性制造系统流程简介工件或毛坯由四自由度码垛机器人从自动化立体仓库单元的毛坯库中取出，送到自动化输送系统单元输送线上。

皮带运输机将工件或毛坯送至CCD形状识别单元处停止，由高速CCD工业相机对工件进行形状识别。

形状识别结束，工件向下运送至横向输送机气推处，气推装置将工件送至暂存区，再由上下料搬运机器人抓取工件，送入相应的柔性加工单元（并联加工中心或数控车床）进行加工。

加工完成后，由上下料搬运机器人取出工件，将工件放回到输送线上。

工件被运送到CCD尺寸检测单元，对已加工的工件进行尺寸及位置偏差检测。

检测结束，工件被运送到分拣单元，不合格的产品由气推装置送到废品存放处。

合格的产品将继续传送至条码打印及粘贴处，由人工贴上条码再放回到输送线上。

工件经条码扫描后，码垛机根据条码及工件的形状、尺寸将工件从输送机上取下并送至自动化立体仓库单元的成品库，完成一个工作流程。

七、柔性制造系统流程简介工件或毛坯由四自由度码垛机器人从自动化立体仓库单元的毛坯库中取出，送到自动化输送系统单元输送线上。

皮带运输机将工件或毛坯送至CCD形状识别单元处停止，由高速CCD工业相机对工件进行形状识别。

形状识别结束，工件向下运送至横向输送机气推处，气推装置将工件送至暂存区，再由上下料搬运机器人抓取工件，送入相应的柔性加工单元（并联加工中心或数控车床）进行加工。

加工完成后，由上下料搬运机器人取出工件，将工件放回到输送线上。

工件被运送到CCD尺寸检测单元，对已加工的工件进行尺寸及位置偏差检测。

检测结束，工件被运送到分拣单元，不合格的产品由气推装置送到废品存放处。

合格的产品将继续传送至条码打印及粘贴处，由人工贴上条码再放回到输送线上。

工件经条码扫描后，码垛机根据条码及工件的形状、尺寸将工件从输送机上取下并送至自动化立体仓库单元的成品库，完成一个工作流程。

八、系统单元介绍8.1自动化立体仓库、码垛机单元8.1.1设备组成由铝合金型材搭建的双排立体化仓库,与四自由度码垛机及光电传感器组成，完成原料及成品件的取出和存放。

并由传感器完成库存信息的发送。

双排铝合金立体化仓库四自由度码垛机8.1.2技术参数四自由度码垛机技术参数：自由度 4负载≥3kg 每轴重复定位精度0.5mm 运动分辩率0.2mm动作范围Ⅰ轴行程2500mmⅡ轴行程500mmⅢ轴行程950mmⅣ轴转动-100°～ +100°最大速度5m/min本体重量200kg输入电压AC220V50Hz控制方式二伺服电机二步进电机运行模式欧姆龙PLC控制，可独立运行安装环境温度0～+45o C湿度20～80%不结露振动0.5G以下其它避免易燃、腐蚀性气体、液体勿溅水、油、粉尘等勿接近电器噪声源8.1.3 PLC可编程控制器及扩展单元技术参数8.1.3.1 PLC可编程控制器型号：CP1H-X40DT输入：24点输出：16点（晶体管）高速计数器：4点脉冲输出：100KHz 2点 30KHz 2点定时器：4096位计数器：4096位内部辅助继电器：8192点保持继电器：8192点输入中断：8点脉冲捕捉输：8点8.1.3.2 PLC扩展单元型号：CPM1A-40EDR输入：24点输出：16点（继电器）8.1.4可开设的实验内容➢PLC控制系统应用实验➢步进或伺服电机控制特性实验；➢计算机网络通信技术；➢VC、VB等高级语言编程。

➢位置控制、速度控制等实验；➢多轴运动控制器实验；8.1.5 本单元系统配置8.1.6本单元可进行的学时数：5学时8.2 CCD形状颜色识别单元8.2.1组成及功能镜头、图像处理器、图像处理软件和其它设备（支架、工作台等）能够组成一个相对完整的视觉检测开发系统，硬件之间应匹配。

图像处理软件能快速识别用户所规定工件的图形，所提供设备等同或优于参考型号产品的性能。

8.2.2技术参数序号技术描述数量型号1 输出相机 1 WAT-231S2 图像采集卡 1 CG4003 相机电缆 1 /4 镜头 1 /序号技术描述单位数量1 输出相机台 12 图像采集卡个 13 相机电缆条 14 镜头个 25 计算机台 16 配套图像处理软件套 17 自动定位阻挡装置套 18 对射开关对 18.2.4可开设的实验内容➢图象识别系统的应用实验➢计算机网络通信技术➢VC、VB等高级语言编程➢位置控制、速度控制等实验8.3 柔性制造加工单元8.3.1设备组成柔性加工单元包括六自由度并联加工中心和数控车床。