工业机器人综合应用自动化生产线实训系统_智能制造工厂实训平台

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工业机器人综合应用自动化生产线实训系统

一、设备总体要求
要求平台至少由工业机器人基础实训平台、集成训练模块、仓储单元和配套制造执行系统 MES 等组成，其中工业机器人基础实训平台主要由六轴机器人、工业视觉相机、桌面 AGV、7 轴协作机器人、PLC 控制单元、触摸屏、机器人快换夹具等组成，仓储物流单元包含地面 AGV、接驳台、堆垛机、仓储货架及台体等，主要功能为完成各种任务模块产品的运输、识别、装配或打磨、检测及出入库任务。

二、工业机器人基础实训平台主要组成及功能要求
1. 操作台（2 个）
设备尺寸：2 个操作台，其中一个用于机器人操作，一个用于桌面 AGV 操作。每个操作台≥1700×950×750mm。
要求台体框架均采用≥40mm 铝型材结构搭建；机器人操作台安装面板采用厚≥30mm、间隔 25mm 的优质铝合金面板，可任意安装机器人或其它执行机构或模块。底部为钣金结构，不锈钢网孔电气安装板（板厚 1.5mm），用于安装控制器件与电源电路。前端有相应的触摸屏、操作面板和指示灯。操作台底脚上安装有脚轮，便于移动与调整定位；同时安装有可调脚杯，可进行高度调整。周边亚克力防护。
2. 六关节机器人
1) 最大抓取重量：≥3Kg
2) 最大动作半径：≥ 593mm
3) 重复定位精度：±0.02mm
4) 各轴运动范围及最大速度：
1 轴：±170º，400°/sec；2 轴：+85 º /-135º，300°/sec；
3 轴：+185 º /-65º,520°/sec；，4 轴：±190º,500°/sec；
5 轴：±130 º，530°/sec；6 轴：±360º，840°/sec。
5) 手腕允许惯性力矩 4 轴 ≥ 0.27kg.m2 、 5轴≥0.27kg.m2、6 轴≥0.03kg.m2。
6) 至少包含 MODBUS-TCP、TCP/IP 通讯协议、集成不少于 8DI、8DO。
3. 协作机器人（1 个）
（1）机器人本体主要参数：
1) 要求协作机器人轴数≥7
2) 最大臂展≥760mm
3) 重复定位精度±0.03mm
4) 最大总负载能力≥3kg
5) 运动范围及各轴速度：
1 轴±170°， 2 轴±120°， 3 轴 ±170°， 4 轴 ±
120°，5 轴 ±170°，6 轴 ±120°，7 轴 ±360°；
各轴最大速度≥180°/s
6) 防护等级≥IP40
7) 本体重量 ≤21kg
8) 噪音水平 ≤70dB(A)
（2）控制系统：
1) 可拖动操控抓手
2) 接口：Ethernet 、RS485、DI-4 DO-4、外部急停、安全门等
3) 功能配置：7-Dof 运动控制、拖动示教功能、高动态力控、安全监控、外部控制接口
4) 重复定位精度：± 0.03mm
5) 力测量分辨率：0.1N, 0.02Nm
6) 力控相对精度：0.5N, 0.1Nm
7) 笛卡尔刚度可调范围： 0 ～ 3000N/m ， 0 ～ 500N/rad。
主要包括:
七轴冗余运动展示协作机器人一般运动示例, 包含圆弧、直线、转弯区、零空间自运动；
避障运动演示协作机器人相较于六轴机器人拥有优秀的空间避障能力；
碰撞检测演示展示协作机器人一指触停的碰撞检测灵敏性；柔顺演示展示协作机器人高中低阻抗刚度下的阻抗控制。
4. 2D 工业视觉（1 个）
主要由工业彩色相机、镜头、视觉控制器、光源及控制器及支架等组成。
主要参数：
（1）相机
1) 工业彩色相机，像素≥320 万，分辨率≥2048×1536
2) 传感器类型全局快门
3) 像元尺寸≤3.45 µm × 3.45 µm
4) 靶面尺寸≥1/1.8″
5) 最大帧率≥37.5 fps
6) 缓存容量 128 MB
7) 供电：DC12V，支持 POE 供电
8) 具有总线通信功能，至少包含 TCP/IP 、 MODBUS-TCP、UDP 三种通讯协议，能够与 PLC 通讯，可检测物品形状、颜色、缺陷、OCR 文字识别。
9) 认证：≥CE，FCC，RoHS，KC
（2）镜头：25mm 焦距， ≥400 万像素，1000 万分辨率；接口 C-Mount。
（3）软件：同工业相机厂家，兼容 GigE Vision 协议软件。
（4）光源：条形光源。光源控制器具有 4 通道输出，支持 232 控制协议。
（5）控制器：处理器≥Intel E3845，
1.91GHz CPU，内存≥4GB DDR3L 内存，搭载高可靠性 SSD 存储≥ 120G，至少 3 个 Intel 芯片千兆网口，防浪涌设计，支持多路光耦隔离输入和输出功能，可通过光源接口控制光源开关及亮度，2 个 HDMI 接口，支持独立显示。
5. 3D 视觉（1 个）
1) 深度技术：主动红外立体
2) 最大范围≥0.5-3m
3) 最小深度距离 ≤0.45 m
4) 深度精度 <2% 位于 2 米
5) 深度视场 (FOV) 86° × 57° (±3°)
6) 深度输出分辨率≥ 1280 x 720, 深度帧率≥ 90fps
7) RGB 分辨率≥1920 × 1080(30fps)
8) 视觉软件与机器人在线编程软件融合一体，可直接通过视觉处理结果引导机器人抓取
6. 桌面 AGV（1 个）
1) 精度：±1cm
2) 传感器光电传感器/超声波传感器
3) 通信方式：无线 wifi
4) 导航方式磁导航
5) 顶升电机直流推杆电机
7. 机器人夹具快换装置（1 主 3 副）
1) 数量配置至少 1 主 3 副
2) 额定承载≥6Kg
3) 扭矩≥200 kgf.cm
4) 锁紧力≥620N
5) 重复定位精度±0.01mm
6) 气路数量（回路）≥6
7) 电路数量（组数）≥9
8) 带机械式断气保护机构
8. 工业机器人基础实训平台电控系统
（1）PLC（2 个）
要求配备 plc 两个，主要参数： PLC
1) ≥ 100 KB 工作存储器；板载 DI14 x 24VDC 漏型/ 源型，DQ10 x 24VDC 和 AI2；板载 6 个高速计数器和 4 路脉冲输出；信号板扩展板载式 I/O；多达 3 个可进行串行通信的通信模块；多达 8 个可用于 I/O 扩展的信号模块；
2) 至少支持 PROFINET 、TCP/IP、S7 通信、Web 服务器、 OPC UA 等.
PLC
1）工作电源：AC100~240V，CPU 集成至少 DI16 ，DQ14晶体管输出，高速脉冲输出 4 路，高速计数器 4 路
2）至少支持 RS-232、RS-485、以太网，可扩展 BD 板、 ED 模块和扩展模块；支持以太网通讯
（1）触摸屏（1 个）
1) 主要参数：
1) 输入电压 AC220V ,输出 DC 24V
2) 尺寸≥7 寸
3) 液晶屏：分辨率≥800×480、TFT、LED 背光
4) 显示颜色≥1 千六百万色
5) 存储器 128MB
6) 通讯口 RS232/RS422/RS485，配有以太网口
（2）伺服电机及驱动器（1 套）
要求与触摸屏同一品牌；伺服电机功率≥400W；输入电源：单相 AC200～240V， 50/60Hz；通讯 RS485;控制方式;三相全波整流 IPM PWM 控制正弦波电流驱动方式。
三、仓储物流单元
1. 堆垛机（1 台）
堆垛机主要由 X/Y/Z 轴组成，用于工件托盘的出入库作业。
X/Z 轴均采用伺服电机， X、Z 轴电机功率≥0.75KW，Y 轴为双向伸缩货叉。
X 和 Z 轴行走传动为同步带导轨式，最大行程：X 轴≥900mm,Y轴≥200mm;Z 轴≥500mm。各行走轴两端配置有微动开关，用于行程保护，同时设有原点传感器。配套拖链。
2. 仓储台体（1 台）
由铝型材框架、安装面板、钣金件、脚轮等组成，尺寸≥1750
×1000×700mm，框架采用≥60mm 优质工业铝型材，安装面板厚度为 30mm 铝合金型材,带有 25mm 的槽间隙。
3. 仓储货架（1 台）
主要由铝合金立柱、仓位支撑定位机构等组成，尺寸≥1400× 200×950mm，≥ 9 个仓位，每个仓位有微动开关可检测托盘有无。
4. 地面 AGV（1 台）
由 AGV 小车、托盘输送装置、导航条、通讯及控制系统等组成。
要求至少两种导航方式
1) 额定负载≥30kg；连续工作时间≥8 小时；
2) 运行速度：0-0.3m/s，可调；
3) 爬坡角度：≤3°；
4) 停止精度：±10mm
5) 通讯方式：无线通讯；
6) 驱动方式：四轮驱动、麦克纳姆轮
7) 紧急制动距离＜20cm
8) 安全防护障碍物传感器+防撞击杆双重防护，声光报警
5. 接驳台（2 套）
主要由支撑架、电机及减速机、输送平带、传感器、定位挡停机构等组成，接驳台主要作为工件托盘在 AGV、立体仓储周转用，可精确定位托盘。
四、总控及展示中心
主要由总控台、编程电脑、可视化及显示终端、监控系统等组成，用于整个智能产线的控制和功能、实训场景展示。
1. 总控台（1 台）
主体框架为钣金成型，双开门；内部网孔板喷塑处理，厚度 1.5mm；控制面板符合人体工程学，底部安装有液压弹簧支杆，方便检查维护；功能按钮包含“ 启动”、“ 停止”、“ 复位”、“警示”、“手/自动”、“急停”等。
2. 电气控制系统（1 套）
由 PLC 模块、输入电源、输出电源、断路器、接线端子排、IO转接模块等组成。
1) 电源（1 台）
输入电源：AC 220V；输出 DC 24V 开关电源。
2) PLC（1 台）
PLC 采用与工业机器人基础实训平台同品牌 PLC，晶体管输出，标配以太网口等。
3) 触摸屏（1 台）
屏幕：尺寸≥10.1 寸，液晶显示 LED 背光显示屏，分辨率≥1024×600
显示颜色：6 万 5 千真彩处理器：≥300MHz
存储器：128MB
串口：RS232/RS485
USB 接口： 1 主 1 从
以太网口：10/100M 自适应防护等级：前面板符合 IP65预装嵌入式组态软件。
4) 伺服驱动器（1 台）：功率≥0.75KW，与伺服电机同品牌。
5) 变频器（1 台）：用户接驳台电机的控制。
3. 编程电脑(2 台)
包含 2 台笔记本电脑、电脑桌凳组成。电脑主要参数：
主要配置：处理器（CPU）采用 Intel i7；内存≥：16GB；1T机械硬盘+256G SSD 硬盘；独立显卡 GTX1660Ti+，显存≥6GB；系统采用 windows10 64 位版本，屏幕≥17 寸液晶显示器，具备有 HDMI 输出接口。
配置电脑桌及凳。电脑桌采用钢木结构表面喷塑，并有主机和显示器护板,万向脚轮及刹车功能，抽拉式键盘托板，可拆卸式穿线孔。
4. 监控系统（1 套）
1) 摄像机：采用至少 400 万星光级 1/3”CMOS，
2.8mm 焦距高清网络摄像机,POE 供电，RJ45 接口，配套支架及可调节固定杆；
2) 硬盘录像机容量：≥2TB。
5. 可视化终端（1 套）
采用 4K 分辨率，具备 HDMI 输入接口、40 英寸和 55 英寸显示终端各 1 台，配支架。
6. 电力监测装置（1 套）
可对设备的实时电压、实时电流、实时功率、总电能进行监控，并在触摸屏上显示出来。
五、工作桌（1 套）
尺寸为约 1500×750×780mm(L×W×H)，桌腿采用高强度的钢材，桌面并铺有防护层。
六、集成训练模块任务组合工艺及配置要求
1. 指尖陀螺与陀螺笔装配工作站任务（1 套）
任务对象包含由指尖陀螺、陀螺笔、陀螺轴承等；功能模块包含原料托盘 2 套、成品托盘 1 套、冲压装配模块和工装夹具等
组成。可进行至少 2 种装配方式组合。
2. 机床上下料及减速机装配工作站任务（1 套）任务对象包含 RV 减速机模型、齿轮轴、端盖等、功能模块包含原料托盘 2 套、铣床模型、双减速机装配台、全自动螺丝供料模块、机器人夹具快换主盘、端盖吸盘夹具、锁螺丝夹具等。可进行至少 3 种装配方式的组合。
3. 机床上下料及铸件全自动打磨工作站任务（1套）
任务对象：模拟泵盖；功能模块包含原料托盘、成品托盘、铣床模型、打磨件成品托盘、打磨抛光台、打磨机夹具组成。可进行至少 3 种打磨方式的组合。
4. 仓储物流及产线综合控制工作任务（1 套）
任务对象：其他几种工作任务的托盘；主要功能模块含仓储台体、堆垛机、仓储货架，AGV，接驳台；由总控及展示中心进行综合控制，主要训练对自动产线综合运行的调控及监控能力。
七、配套软件
（一）制造执行 MES 系统（1 套）
生产制造执行系统 MES，选手所有工作任务均从个性化需求订单及共线生产出发，平台允许用户进行任务下发，并进行共线生产的全自动化作业。从订单加工、生产、装配到成品的检测、包装，订单制造过程的每一个环节，均可通过 MES 系统进行实时查询与追踪。
本单元包含系统设置、基础管理、订单管理，生产管理，设备管理、仓储管理模块，同时反馈系统的工作状态。。
系统设置：可进行用户管理、角色管理、菜单管理、按钮管理、数据字典、日志管理的设置。
基础管理模块：可进行用户信息编辑，包含新建或删除用户、设置名称、密码、权限等
订单管理模块：接收来自客户的订单，根据客户定制化要求，调度订单次序，允许插单。
生产进度查询：客户可查询当前订单的完成状态。
设备管理模块：可进行设备类型、维护等方面信息的管
理。
仓储管理模块：接收来自下层反馈的仓库信息，进行仓储类型、仓位状态等管理。
（二）数字孪生系统（1 套）
应支持机械、电气、自动化多学科协同并行的设计方法，可集成上游和下游工程领域，包括需求管理、机械设计、电气设计以及软件/ 自动化工程，使这些学科能够同时工作，专注于包括机械部件、传感器、驱动器、PLC 程序设计和运动控制的设计。该平台可实现创新性的设计技术，帮助自动化设备设计人员满足日益提高的要求，不断提高自动化设备的生产效率、缩短设计周期。
数字化孪生软件须具有以下功能：
1） CAD 导入：可方便地导入各种主流 CAD 格式的数据，包括 IGES、STEP、NX、JT、ProE、DXF 及 CATIA 等。
干涉检查：要求带有干涉检查功能，可避免设备碰撞造成的严重损失。选定检测对象后，Process Simulate 可自动监测并显示程序执行时这些对象是否会发生干涉。
2）自动路径生成：通过干涉检查，便可自动生成跟踪加工曲线所需要的机器人位置（路径）
3）支持多种工艺：支持多种工艺仿真，如点焊、弧焊、激光焊、铆接、装配、包装、搬运、去毛倒刺、涂胶、抛光、喷涂、滚边等
4）支持虚拟传感器：可以进行带有虚拟传感器的现实自动化设计。
可达性验证：用户可通过该功能任意移动机器人或工件，直到所有位置均可到达，在数分钟之内便可完成工作单元平面布置验证和优化。
5） PLC 虚实连接：通过 OPC DA、OPC UA 服务器或者 PLCSIM Advanced 软件，可以轻松得与 PLC 通信。其中 PLCSIM Advanced 所连接的 PLC 为软件生成的虚拟 PLC。
6）机器人程序下载：通过仿真验证后，可以将机器人程序导出，并下载到机器人中。
7） AGV 仿真验证：AGV 仿真验证、优化运动路径防止干涉、保证安全生产用虚拟调试技术加速现场自动化实施，验证 AGV、机器人、工业设备通讯和控制逻辑，验证机群规划。
8） VR 交互：VR 交互沉浸式体验，支持虚拟调试远程协作。
9）节拍计算与优化：软件在仿真环境下可以估算并且生成生产节拍，依据机器人运动速度、工艺因素和外围设备的运行时间进行节拍估算，然后通过优化机器人的运动轨迹来优化节拍、提高效率。通过 RCS 接口，可以获得更精确的工作节拍。
10）连接软硬件：实时连接软硬件实现数字化双胞胎，机器人虚拟工艺验证避免产品和设备损失。
11）模型仿真分析：可以根据模型仿真的结果用甘特图来显示生产计划,应包括生产计划的时间顺序,资源使用的时间序列。从而可以分析资源的占用情况,生产计划安排的合理性。
12）能够与三维软件无缝集成：可读取 JT 轻量化模型数据,实现工厂设备的三维可视化。
13）人机工程：该系统对生产过程中的人因工程分析，通过参照标准人体动作库对人体视线、部位姿态、工具操作、工作运动空间等分析，实现工作中人员舒适度分析、疲劳强度分析、生产安全性分析、关键操作力量分析等深入量化分析，准确计算人员操作时间和效率，分析人员工作以及人机协同工作的效率和安全性。

（三）云智能实验室安全管理系统
本平台将无线传输、信息处理等物联网技术应用用于自动化远程控制。设备端运行状态、数据参数等上传至云平台。物联网系统的传感层、传输层和应用层关联掌握数据与分析数据。
(1)★电压、电流等模拟量数据显示
(2)输入开关监控，输出开关等数字量控制。
(3)★远程控制启停状态，给定输出电压值的。
(4)显示输入输出电压值的历史数据
(5)可按照日期、日间进行查询历史数进行查询。
(6)★报警信号为PLC主机模拟量采集数值或者开关量可以自由设定，如当模拟量输入超过设定电压时产生报警，通过物联网自动化应用软件将报警信号上传到云平台，通过云平台向设置的终端推送报警信号，每台设备可对应多个终端设备。
(7)★通过手机端可以实现远程控制PLC的输出及监视PLC的输入状态变化。
(8)数据显示画面：画面显示输入电压数值，输出电压监控，开关状态输入，开关控制输出，以及云端连接二维码。
(9)联网设置界面：设置现场数据连接云平台后台数据库管理。
★投标时提供云智能实验室安全管理系统软件著作权证书原件备查并现场演示带★项功能。
（四）工业机器人离线编程软件：
（1）仿真系统支持ABB、KUKA，Fanuc、安川、新松、埃夫特、广州数控、熊猫、斯陶比尔、UR（优傲）、傲博等多种机器人，提供50种以上的各品牌机器人模型和大量生产线组件库；
（2）支持多种格式的三维CAD模型，可导入扩展名为step、igs、stl等格式；
（3）可通过导入CAD模型快速生成运动组件，并对组件特征树进行操作和修改;
（4）支持关节型机器人、Delta（空间三自由度并联机构机器人）、SCARA（平面关节型机器人）、直角坐标等各种结构的机器人；
（5）允许通过专用的模板和程序语言定制各种机器人和自动化工具的运动控制。算法支持包含3-5轴的通用机床、3-6个旋转轴的串联，并联，双臂，AGV小车，等机器人及生产线上对应的工装夹具，传送带，变位机，导轨等辅助设备；
（6）提供工业机器人虚拟教学模块，能够通过虚拟示教器对机器人的手动操作以及程序代码的自动运行，也能直连客户指定的实际示教器；
（7）提供强大的API功能支持，允许开展大量机器人机构的自动化应用。可进行仿真和应用于程序机器人取放物体和应用于复杂的多机器人同步运动等；
（8）包含丰富的轨迹调整优化工具包，如碰撞检查、工业机器人可达性、姿态奇异点、轴超限等；
（9）支持多机器人同步运动仿真，能够实现5个及以上机器人与外部轴的同步运动；
（10）具有自动化生产线仿真功能，包含码垛机、AGV小车、串联机器人在内的功能模块；
（11）真实的模拟效果（如焊接火花效果、喷漆上色效果、雕刻效果）；
（12）提供多视角的观察，并可实现运动视角镜头追踪；
（13）支持虚拟传感器的建模与仿真，支持视觉，激光距离，力传感等传感器的仿真，效果接近真实传感器的效果；
（14）场景中的物理实体具有真实世界中的物体的物理效果，可以进行碰撞检测并具备刚体运动的效果，具备设置重力，摩擦系数等参数能力，并能根据这些参数模拟物体的真实运动效果，用户可以按照真实世界中的逻辑对场景进行建模，减少了建模的复杂性。
（15）具有离线编程功能，支持ABB，三菱，Fanuc，安川，川崎等品牌机器人的代码；
（16）可生成仿真运动视频（AVI或者Mp4格式）并导出。
正版软件，需提供工业机器人离线编程软件著作权证书原件备查，并提供不少于十张的软件截图。

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