工業機器人綜合應用自動化生產線實驗系統

一、設備總體要求
要求平臺至少由工業機器人基礎實驗平臺、包括實訓模型塊、倉儲單元和配套制造執行系統 MES 等構成，其中工業機器人基礎實驗平臺主要采用六軸機器人、工業視覺相機、桌面 AGV、7 軸協作機器人、plc 控制單元、觸摸屏、機器人快換夾具等構成， 倉儲物流單元含有地面 AGV、接駁臺、堆垛機、倉儲貨架及臺體等，主要功能為完成各種任務模型塊設備的運輸、識別、裝配或打磨、檢驗測試及出入庫任務。

二、工業機器人基礎實驗平臺主要構成及功能要求
1. 實操臺（2 個）
設備尺寸：2 個實操臺，其中一個用來機器人實操，一個用來桌面 AGV 實操。每個實操臺≥1700×950×750mm。
要求臺體框體結構均應用≥40mm 鋁型材構造搭建；機器人實操臺裝配操作面板應用厚≥30mm、間隔 25mm 的優質鋁制操作面板，可隨意裝配機器人或其它執行機構或模型塊。下部為鈑金構造，不銹鋼網孔電氣裝配板（ 板厚 1.5mm），用來裝配控制器件與電源電子回路。前端有相應的觸摸屏、實操操作面板和指示燈。實操臺底腳上裝配備有腳輪，方便位移與調節定位；同時裝配備有可調腳杯，可實行高度調節。周邊亞克力防護。
2. 六關節機器人
1) 最大抓取重量（kg）：≥3Kg
2) 最大動作半徑：≥ 593mm
3) 重復定位精確度：±0.02mm
4) 各軸動作界限及最大速度：
1 軸：±170º，400°/sec；2 軸：+85 º /-135º，300°/sec；
3 軸：+185 º /-65º,520°/sec；，4 軸：±190º,500°/sec；
5 軸：±130 º，530°/sec；6 軸：±360º，840°/sec。
5) 手腕允許慣性力矩 4 軸 ≥ 0.27kg.m2 、 5軸≥0.27kg.m2、6 軸≥0.03kg.m2。
6) 至少含有 MO-US-TCP、TCP/IP 通訊協議、包括不少于 8DI、8DO。
3. 協作機器人（1 個）
（1） 機器人本體主要功能數值：
1) 要求協作機器人軸數≥7
2) 最大臂展≥760mm
3) 重復定位精確度±0.03mm
4) 最大總負載能力≥3kg
5) 動作界限及各軸速度：
1 軸±170°， 2 軸±120°， 3 軸 ±170°， 4 軸 ±
120°，5 軸 ±170°，6 軸 ±120°，7 軸 ±360°；
各軸最大速度≥180°/s
6) 防護等級≥IP40
7) 本體重量（kg） ≤21kg
8) 噪音水平 ≤70dB(A)
（2） 控制系統：
1) 可拖動操控抓手
2) 連接口：Ethernet 、RS485、DI-4 DO-4、外部急停、安全門等
3) 功能配備：7-Dof 動作控制、拖動示教功能、高動態力控 、安全監控、外部控制連接口
4) 重復定位精確度：± 0.03mm
5) 力測量分辨率：0.1N, 0.02Nm
6) 力控相對精確度：0.5N, 0.1Nm
7) 笛卡爾剛度可調界限： 0 ～ 3000N/m ， 0 ～ 500N/rad。
主要含有概括:
七軸冗余動作展示協作機器人一般動作示例, 含有圓弧、直線、轉彎區、零空間自動作；
避障動作演示協作機器人相較于六軸機器人擁有優秀的空間避障能力；
碰撞檢驗測試演示展示協作機器人一指觸停的碰撞檢驗測試靈敏性；柔順演示展示協作機器人高中低阻抗剛度下的阻抗控制。
4. 2D 工業視覺（1 個）
主要采用工業彩色相機、鏡頭、視覺控制器、光源及控制器及支撐架等構成。
主要功能數值：
（1） 相機
1) 工業彩色相機，像素≥320 萬，分辨率≥2048×1536
2) 傳感器類型 全局快門
3) 像元尺寸≤3.45 µm × 3.45 µm
4) 靶面尺寸≥1/1.8″
5) 最大幀率≥37.5 fps
6) 緩存容量（KV） 128 MB
7) 供電：DC12V，支持 POE 供電
8) 具 有 總線 通 信 功 能， 至 少 包 含 TCP/IP 、 MO-US-TCP、UDP 三種通訊協議，能夠與 PLC 通訊，可檢驗測試物品形狀、顏色、缺陷、OCR 文字識別。
9) 認證：≥CE，FCC，RoHS，KC
（2） 鏡頭：25mm 焦距， ≥400 萬像素，1000 萬分辨率；連接口 C-Mount。
（3） 系統： 同工業相機廠家， 兼容 GigE Vision 協議系統。
（4） 光源：條形光源。光源控制器設定有 4 通道輸出，支持 232 控制協議。
（5） 控制器： 處置整理器≥Intel E3845，
1.91GHz CPU，內部存儲≥4GB DDR3L 內部存儲，搭載高可靠性 SSD 存儲≥ 120G，至少 3 個 Intel 芯片千兆網口，防浪涌設計， 支持多路光耦隔離寫入和輸出功能，可經過光源連接口控制光源開關及亮度，2 個 HDMI 連接口，支持單單獨顯露。
5. 3D 視覺（1 個）
1) 深度技術：主動紅外立體
2) 最大界限≥0.5-3m
3) 最小深度距離 ≤0.45 m
4) 深度精確度 <2% 位于 2 米
5) 深度視場 (FOV) 86° × 57° (±3°)
6) 深度輸出分辨率≥ 1280 x 720, 深度幀率≥ 90fps
7) RGB 分辨率≥1920 × 1080(30fps)
8) 視覺系統與機器人在線編程系統融合一體，可直接經過視覺處置整理成果引導機器人抓取
6. 桌面 AGV（1 個）
1) 精確度：±1cm
2) 傳感器 光電傳感器/超聲波傳感器
3) 通信方法：無線 wifi
4) 導航方法 磁導航
5) 頂升電機 直線DC推桿電機
7. 機器人夾具快換裝置（1 主 3 副）
1) 數量配備至少 1 主 3 副
2) 規格限定承載≥6Kg
3) 扭矩≥200 kgf.cm
4) 鎖緊力≥620N
5) 重復定位精確度±0.01mm
6) 氣路數量（線路）≥6
7) 電子回路數量（組數）≥9
8) 帶機械式斷氣保護機構
8. 工業機器人基礎實驗平臺電控系統
（1）PLC（2 個）
要求配備裝備 plc 兩個，主要功能數值： PLC
1) ≥ 100 KB 作業存儲器； 板載 DI14 x 24VDC 漏型/ 源型，DQ10 x 24VDC 和 AI2；板載 6 個高速計數器和 4 路脈沖輸出；信號板拓展板載式 I/O；多達 3 個可實行串行通信的通信模型塊；多達 8 個可用來 I/O 拓展的信號模型塊；
2) 至少支持 PROFINET 、TCP/IP、S7 通信、Web 服務器、 OPC UA 等.
PLC
1） 作業電源：AC100~240V，CPU 包括至少 DI16 ，DQ14晶體管輸出，高速脈沖輸出 4 路，高速計數器 4 路
2） 至少支持 RS-232、RS-485、以太網，可拓展 BD 板、 ED 模型塊和拓展模型塊；支持以太網通訊
（1） 觸摸屏（1 個）
1) 主要功能數值：
1) 寫入電壓（V） AC220V ,輸出 DC 24V
2) 尺寸≥7 寸
3) 液晶屏：分辨率≥800×480、TFT、LED 背光
4) 顯露顏色≥1 千六百萬色
5) 存儲器 128MB
6) 通訊口 RS232/RS422/RS485，配備有以太網口
（2） 伺服電機及驅動器（1 套）
要求與觸摸屏同一品牌；伺服電機功率（W）≥400W；寫入電源：一相 AC200～240V， 50/60Hz；通訊 RS485;控制方法;三相全波整流 IPM PWM 控制正弦波電流（A）驅動方法。
三、倉儲物流單元
1. 堆垛機（1 臺）
堆垛機主要采用 X/Y/Z 軸構成，用來工件托盤的出入庫作業。
X/Z 軸均應用伺服電機， X、Z 軸電機功率（W）≥0.75KW，Y 軸為雙向伸縮貨叉。
X 和 Z 軸行走傳動為同步帶導軌式，最大行程：X 軸≥900mm,Y軸≥200mm;Z 軸≥500mm。各行走軸兩端配備有微動開關，用來行程保護，同時設定有原點傳感器。配套拖鏈。
2. 倉儲臺體（1 臺）
由鋁型材框體結構、裝配操作面板、鈑金件、腳輪等構成，尺寸≥1750
×1000×700mm，框體結構應用≥60mm 優質工業鋁型材，裝配操作面板厚度為 30mm 鋁制型材,帶有 25mm 的槽間隙。
3. 倉儲貨架（1 臺）
主要采用鋁制立柱、倉位支撐定位機構等構成，尺寸≥1400× 200×950mm，≥ 9 個倉位，每個倉位有微動開關可檢驗測試托盤有無。
4. 地面 AGV（1 臺）
由 AGV 小車、托盤輸送裝置、導航條、通訊及控制系統等構成。
要求至少兩種導航方法
1) 規格限定負載≥30kg；連續作業時間≥8 小時；
2) 運行速度：0-0.3m/s，可調；
3) 爬坡角度：≤3°；
4) 停止精確度：±10mm
5) 通訊方法：無線通訊；
6) 驅動方法：四輪驅動、麥克納姆輪
7) 緊急限限制動作作距離＜20cm
8) 安全防護 障礙物傳感器+防撞擊桿雙重防護，聲光報警
5. 接駁臺（2 套）
主要采用支撐架、電機及減慢速度機、輸送平帶、傳感器、定位擋停機構等構成，接駁臺主要作為工件托盤在 AGV、立體倉儲周轉用，可精確定位托盤。
四、總控及展示中心
主要采用總控臺、編程電腦、可視化及顯露終端、監控系統等構成，用來整個智能產線的控制和功能、實驗場景展示。
1. 總控臺（1 臺）
主體框體結構為鈑金成型，雙開門；內部網孔板噴塑處置整理，厚度 1.5mm；控制操作面板符合人體工程學，下部裝配備有液壓彈簧支桿，便利查驗維護； 功能按鈕含有" 啟動"、" 停止"、" 復位"、"警示"、"手/自動"、"急停"等。
2. 電氣控制系統（1 套）
由 PLC 模型塊、寫入電源、輸出電源、斷路器、接線端子排、IO轉接模型塊等構成。
1) 電源（1 臺）
寫入電源：AC 220V；輸出 DC 24V 開關電源。
2) PLC（1 臺）
PLC 應用與工業機器人基礎實驗平臺同品牌 PLC，晶體管輸出，標配以太網口等。
3) 觸摸屏（1 臺）
屏幕：尺寸≥10.1 寸，液晶顯露 LED 背光顯露屏， 分辨率≥1024×600
顯露顏色：6 萬 5 千真彩處置整理器：≥300MHz
存儲器：128MB
串行口：RS232/RS485
USB 連接口 ： 1 主 1 從
以太網口：10/100M 自適應防護等級：前操作面板符合 IP65預裝嵌入式組態系統。
4) 伺服驅動器（1 臺）：功率（W）≥0.75KW，與伺服電機同品牌。
5) 變頻器（1 臺）：用戶接駁臺電機的控制。
3. 編程電腦(2 臺)
含有 2 臺筆記本電腦、電腦桌凳構成。電腦主要功能數值：
主要配備：處置整理器（CPU）應用 Intel i7；內部存儲≥：16GB；1T機械硬盤+256G SSD 硬盤；單單獨顯卡 GTX1660Ti+，顯存≥6GB；系統應用 windows10 64 位版本，屏幕≥17 寸液晶顯露器，具備有 HDMI 輸出連接口。
配備電腦桌及凳。電腦桌應用鋼木構造表面噴塑，并有主機和顯露器護板,萬向腳輪及剎車功能，抽拉式鍵盤托板，可拆卸式穿線孔。
4. 監控系統（1 套）
1) 攝像機：應用至少 400 萬星光級 1/3"CMOS，
2.8mm 焦距高清互聯網攝像機,POE 供電，RJ45 連接口，配套支撐架及可調動固定桿；
2) 硬盤影像機容量（KV）：≥2TB。
5. 可視化終端（1 套）
應用 4K 分辨率，具備 HDMI 寫入連接口、40 英寸和 55 英寸顯露終端各 1 臺，配支撐架。
6. 電力監測裝置（1 套）
可對設備的就地實時電壓（V）、就地實時電流（A）、就地實時功率（W）、總電能實行監控，可以在觸摸屏上顯露出來。
五、作業桌（1 套）
尺寸為約 1500×750×780mm(L×W×H)，桌腿應用高強度的鋼材，桌面并鋪有防護層。
六、包括實訓模型塊任務結合工序技藝及配備要求
1. 指尖陀螺與陀螺筆裝配作業站任務（1 套）
任務對象含有由指尖陀螺、陀螺筆、陀螺軸承等；功能模型塊含有原料托盤 2 套、成品托盤 1 套、沖壓裝配模型塊和工裝夾具等
構成。可實行至少 2 種裝配方法結合。
2. 機床上下料及減慢速度機裝配作業站任務（1 套）任務對象含有 RV 減慢速度機模型、齒輪軸、端蓋等、功能模型塊含有原料托盤 2 套、銑床模型、雙減慢速度機裝配臺、全自動螺絲供料模型塊、機器人夾具快換主盤、端蓋吸盤夾具、鎖螺絲夾具等。可實行至少 3 種裝配方法的結合。
3. 機床上下料及鑄件全自動打磨作業站任務（1套）
任務對象：模仿泵蓋；功能模型塊含有原料托盤、成品托盤、銑床模型、打磨件成品托盤、打磨拋光臺、打磨機夾具構成。可實行至少 3 種打磨方法的結合。
4. 倉儲物流及產線綜合控制作業任務（1 套）
任務對象：其他幾種作業任務的托盤；主要功能模型塊含倉儲臺體、堆垛機、倉儲貨架，AGV，接駁臺；由總控及展示中心實行綜合控制，主要實訓對自動產線綜合運行的調控及監控能力。
七、配套系統
（一）制造執行 MES 系統（1 套）
生產制造執行系統 MES，選手全部作業任務均從個性化需求訂單及共線生產出發，平臺允許用戶實行任務下發，并實行共線生產的全自動化作業。從訂單加工、生產、裝配到成品的檢驗測試、包裝，訂單制造過程的每一個環節，均可經過 MES 系統實行就地實時查詢與追蹤。
本單元含有系統設定、基礎管理、訂單管理，生產管理，設備管理、倉儲管理模型塊，同時反饋系統的作業狀態。。
系統設定：可實行用戶管理、角色管理、菜單管理、按鈕管理、數值字典、日志管理的設定。
基礎管理模型塊：可實行用戶信息編輯，含有新建或刪除用戶、設定名稱、密碼、權限等
訂單管理模型塊：接收來自客戶的訂單，按照客戶定制化要求，調度訂單次序，允許插單。
生產進度查詢：客戶可查詢當前訂單的完成狀態。
設備管理模型塊：可實行設備類型、維護等方面信息的管理。
倉儲管理模型塊：接收來自下層反饋的倉庫信息，實行倉儲類型、倉位狀態等管理。