集成欢颜机器人HY1010柔性制造系统教学平台的研制

吴立波 胡相彬

(邯郸职业技术学院 机电工程系，河北 邯郸 056005)

1 引言

柔性制造系统广泛地应用于各种电子电气、机电等行业生产线，能进行大批量的生产加工和装配，因产品或部件在生产线上便于输送、自动加工、转配和检测，有效缩短了生产加工周期，提升了产品附加值，所以在生产加工中广泛应用。例如液晶屏生产线、电脑主机生产线、笔记本电脑装配线、空调生产线、电视机装配线、发动机装配线等。此外，在大批量生产过程中采用柔性制造系统能提高劳动生产率，稳定和提高产品质量，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产的均衡性，显著提高经济效益。

柔性制造系统的工作流程主要包含：立库取料、生产加工、各部件装配、产品输送、检测和归库等环节，各环节之间紧密衔接，是典型的智能制造生产案例，但在高校实践教学中，却缺少相应的实验实训装备支撑。很多教学仪器厂家也开发了类似的集成制造系统，但是多以模型存在，与实际生产环节存在很多的差距。实践教学的开展还需要学生到有相应生产线的企业去，给教学带来了很多不便。因此，研发柔性制造系统教学平台迫在眉睫。

2 系统设计

整体设计：如图1所示，欢颜机器人HY1010柔性制造系统教学平台以机器人为主站，整体布局以工业机器人为中心，形成环形的分布。依次完成立体仓库、机器人、装配单元、倍速链输送、提升机和操控台六部分组成设计。

图1 欢颜机器人HY1010柔性制造系统教学平台

系统工作过程：柔性制造系统实物图如图2所示，首先操控触摸屏面板，搬运机器人得到控制信号后，开始工作，先利用独立设计的抓具将工装板从工装板库中抓取出来放置在工装台上，再利用复合抓具吸取工件，将其放置到工装板上，然后整体抓取至倍速链输送线上层。倍速链传送线带动工装板移动，在各个工位进行装配。加工完的工件通过提升器传送至倍速链输送线的下层，输送到相应库中去。

图2 柔性制造系统实物图

工件的获取由搬运机器人自动完成，在输送线上的每一个工位都设计了阻挡机构，由止动气缸来完成，使得工装板在需要进行工序操作的位置上停止前进，止动气缸的伸缩动作都依靠光电传感器及PLC控制系统来实现。

系统控制过程：(1)启动设备，由触摸屏控制面板启动PLC；(2)PLC给搬运机器人启动信号，机器人开始动作，自动完成工件获取工作，装有工件的工装板被放置在倍速链输送线上层起始位处；(3)倍速链带动工件向左移动，到第一工位处遇到光电开关，PLC动作输出信号使得电磁阀线圈得电，从而驱动阻挡气缸升起，阻挡住工件移动，在此进行装配；(4)装配完成后，PLC动作输出使得电磁阀失电，驱动气缸下降，解除对工件阻挡，工件继续移动；(5)移动到第二工位处遇到光电开关，PLC动作输出信号使得电磁阀线圈得电，从而驱动阻挡气缸升起，阻挡住工件移动，在此进行装配；(6)装配完成后，PLC动作输出使得电磁阀失电，驱动气缸下降，解除对工件阻挡，工件继续移动；(7)移动到第三工位处遇到光电开关，PLC动作输出信号使得电磁阀线圈得电，从而驱动阻挡气缸升起，阻挡住工件移动，在此进行装配；(8)装配完成后，PLC动作输出使得电磁阀失电，驱动气缸下降，解除对工件阻挡，工件继续移动；(9)倍速链带动工件继续移动，至提升机内部，等待PLC信号，信号输出控制提升机内部气缸下降，将工件送至下层，提升机反转，带动工件向右移动，移至下层倍速链，由倍速链继续带动工件右移至入相应库中。

3 基本功能

3.1 搬运机器人单元

图3所示是机器人，搬运单元主要由立体仓库、机器人组成，是整个系统的起始单元。启动系统后，控制机器人动作，将仓库中要加工的工件吸住，并放置在工装台上的工装板上，再把载有工件的工装板抓取至倍速链输送线的起始位置。图4所示是机器人的复合抓具，能够完成工装板的抓取动作和工件的吸取动作。

图3 机器人

图4 机器人复合抓具

3.2 倍速链输送线

图5所示是倍速链输送线，主要由工装板、光电传感器、电机驱动系统、倍速链链条、止动气缸组成。倍速链输送线为生产线上工件的加工提供自动化的输送。

图5 倍速链输送线

工装板是输送工具，被输送的工件直接放置在工装板上。由于工装板不仅是工件的自动输送载体，而且产品的装配和检测也是在工装板上进行的，因此工装板的表面材料应防静电、耐磨。

止动气缸可阻止工装板的运行，在由倍速链输送线组成的自动化生产线上，载有工件的工装板需要在操作位置上停下来供装配，而输送线是一直连续运行的，这就需要阻挡机构来阻止工装板移动，本系统采用伸缩气缸作为止动机构，止动气缸的伸缩动作则依靠光电传感器及控制系统来完成。

倍速链链条通过链轮驱动，链条依靠直接放置在导轨支承面上的滚子来支承，链条在链轮的拖动下，滚子在支承导轨上滚动，使得链条承载着工装板及工件向前方移动。

3.3 提升器装置

图6所示是提升器装置，主要由电机、气缸、皮带、电磁阀组等构成。运送货物的工装板需反复使用，所以链送装置很少单台使用，而是与顶升平移机组合形成横向和纵向的工件输送系统。

图6 提升机装置

4 结论

该柔性制造系统整个系统控制过程采用可编程控制器自动控制技术来实现，它不仅能保证机器自动化运作的可靠性，而且提高了整个生产线的工作效率。同时综合运用了多种技术知识，如液压与气动技术、机械技术、PLC控制和组网、传感器应用技术、步进电机控制等，采用链式流水线，是以链条作为牵引和承载体输送物料，输送能力大，输送速度准确稳定，能保证精确的同步输送，采用特制铝型材制作，易于安装，多功能，自动化程度高。

该系统是实践教学很好的载体，作为教学平台也将大大促进智能制造相关实践教学的开展，帮助学生掌握综合知识和技能。