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珠海市华普自动化科技有限公司 工业自动化新技术创新与应用中心 建设方案 一、项目概要 1、背景 珠江三角州已成为全中国乃至整个世界经济增长最快的地区之一。身处珠三角经济圈内的高职院校，必须珠研究三角经济形态、经济模式、经济态势，始终把握长三角经济、社会发展的方向，才能使办学紧跟时代发展的步伐。广东省在《广东省国民经济和社会信息化 十五 计划》中，把电器机械产业列为全省九大支柱产业之一，提出：用信息化技术改造制造业是传统制造业技术改造和升级的关键，要实现制造业的现代设计、制造、生产和管理等关键技术的突破。 在这关键的时候，港珠澳大桥的建设即将动工，《珠三角发展纲要》出台。路通财通，港珠澳大桥的建设，政府旨在把珠三角连接得更为紧密，而在这里，珠海将是直接的受益者。在《珠三角发展纲要》中，珠海被提到战略地位，要成为珠三角西岸的核心城市，形成珠中江经济圈，带动周围城市的发展。所有这些，都是与珠海直接相关的政策和政府行为，为珠海的发展提供了条件和动力。政府所给予的重视和政策的倾斜，资源会更多的集中在这个焦点，这个地区的人们在心理上也有一个明确的目标和方向，有热情和优越感的动力去更加努力地工作，使这个地区的发展更加迅速。 高职教育作为一种现代教育的形态，是经济、社会发展到一定阶段的产物。它必须根据区域产业结构的演进、生产技术的变化、经济增长的速度等不断调整优化自身的发展战略定位。当前，面对着新的一轮产业结构的调整，广东科学技术职业学院要与企业开放开发趋势相融合，通过建立 工业自动化新技术创新与应用中心 ，加强与企业的沟通与协作，努力为学生在企业展示自我、施展才干搭建平台，增强校企合作、共生共赢的依存度和关联度。在区域经济发展的全局,转型发展、创新发展、提升发展，从而顺时应变，奋发有为，成为区域工业自动化创新体系的发动机。 2、 工业自动化新技术创新与应用中心 的建设思路 学校通过工业自动化新技术创新与应用中心工学结合实践教学的实施使学校、学生、企业三方受益 学校可以在减少投资(利用现有实训设施、不用建立大规模的实训室和设备)的前提下提高教学质量、稳定生源，从而提高综合竞争力；学生通过在工业自动化新技术创新与应用中心的工程学习和工程锻炼，可以获得工作经验、掌握职业技能、增加就业机会；企业可以通过工业自动化新技术创新与应用中心的技术创新、获得专利成果、获得技术改造方案，获得创新的成果、创新的人才、创新的产品，获得较大经济效益。工业自动化新技术创新与应用中心除了开展机电制造技术、工艺方面的基本技能训练外，还体现在对具有典型工业背景的机电系统直接认知和亲手运行等综合训练项目上，更蕴含于创新实践训练项目中。训练项目强调机械、电子与计算机技术的结合，打破学科界限，涵盖现代设计、制造、测试、控制和管理各方面，最大限度地体现为工业服务的新技术创新的理念。对于非技术因素，工程教育的任务侧重于学生观念、意识和态度的形成。在这样一个产业结构不断调整、科学技术迅猛发展、多元文化交融碰撞的时代，工业自动化新技术创新与应用中心立足提升区域经济发展水平，在 融入 上做文章，在 对接 上下工夫，在 服务 上创特色。 3、建设目标 工业自动化新技术创新与应用中心立足于具有典型工业背景的机械手、机器人机电系统及工业自动检测系统的创新设计与制造,直接认知和亲手运行工业创新产品的设计、开发，知识产权保护、专利申请,网络和市场营销策划等综合训练项目,除了机械制造技术、工艺方面的基本技能训练外，强调机械、电子与计算机技术的结合，打破学科界限，涵盖现代设计、制造、测试、控制和管理各方面，最大限度地体现工业自动化技术创新与应用。 工业自动化新技术创新与应用中心将成为一个新型的面向工业企业技术创新、对学生进行工程素质教育、技能训练和创新能力培养的实践教学和学生创业的基地。通过建立 工业自动化新技术创新与应用中心 ，加强与企业的沟通与协作，努力为学生在企业展示自我、施展才干搭建平台，增强校企合作、共生共赢的依存度和关联度。在区域经济发展的全局,转型发展、创新发展、提升发展，从而顺时应变，奋发有为，成为区域工业自动化创新体系的发动机。 二、项目及技术创新特点 1、 自动喷涂机械人、机械手 (1)背景 众所周知，油漆一般都添加了易挥发易燃液体，它们的混合，侵入到人体就会有毒，会对人的健康产生危害。随着企业现代化、自动化水平的提高，在喷漆等高危、污染工作环境，人工手工作业，越来越不能满足连续化生产的需要，目前我国石油和化工企业正在使用的机械手有300余台。今年以来，国内多家大型化工企业纷纷看好机械手。唐山三友集团、青海盐湖工业集团、贵州瓮福磷肥厂、兰州石化公司橡胶厂等均已订购机械手，工业企业已经进入机械手时代。 在工业生产领域中各类产品的喷涂，如手机外壳，PDA，MP3，手提电脑，电动工具外壳，各类电子产品外壳，玩具等，都有较好的推广和应用前景，另外，还能提高工作效率，减少喷漆时对人体的危害，也是稳定产品质量的重要手段。市场需求大，该产品容易形成规模、容易实现产业化。 (2)创新特点由珠海市华普自动化科技有限公司组成的研究团队，用2年时间，开发出 学习型定位控制的直流电机 ， 学习型机器人、机械手 技术， 直流电机正反转控制器 等技术，这些技术应用到工业喷涂机械人、机械手上特别适用。 1）编程简单、方便、灵活，有效降低机器人、机械手动作编程的成本。 不需要依赖高级工程师编程，普通工人稍加学习，就可独立完成机器人、机械手动作编程。具体是：用鼠标拖动图形编程软件上的电机定位滑动条，即为编程的过程，拖动电机定位滑动条，让机械手，机器人手臂移动到指定的位置，单片机自动生成和记录电机位置程序，保存、下载、固化到单片机芯片中，可脱离计算机循环工作。可以做到：机械手的喷涂动作，能像人手一样灵活。 2）程序更改方便。 工业中，常常遇到因产品变化，机器人、机械手的动作程序也要迅速改变的情况，学习型工业机器人、机械手就显得十分方便。用鼠标改动图形编程软件上的电机定位滑动条的位置，让机械手，机器人手臂移动到新的指定的位置，确定后，程序就更改成功了。 3）有效降低工业机器人、机械手的造价成本。 工业机器人、机械手的步进电机、伺服电机特别是大功率的，价钱特别昂贵，加上编程复杂，编程的人工成本高，推高了工业机器人、机械手的造价成本，比较普通的工业机器人、机械手一般都要十几万，数十万，有的进口产品还要上百万。阻碍工业机器人、机械手在工业生产中的普及和发展。而学习型工业机器人、机械手采用的是大功率（带刹车）直流减速电机，直流减速电机具有瞬间启动力矩大，运行平稳，电路简单，控调容易，比较耐用等特点。特别是价格便宜，一个1千瓦的（带刹车）直流减速电机的价格，不到同功率步进电机、伺服电机的十分之一。故有效降低（降低60%以上）工业机器人、机械手的造价成本。学习型工业机器人、机械手动作灵活，成本降低，适应于工业喷涂、冲压、打磨、焊接、焊接和人民生活等各个方面。 (3)市场竞争力分析 经调研确定：产品成本控制3万元左右，销售价格6万元左右。根据充分的市场调查，我们产品的销售价格只是目前市场同类产品价格的一半，这是因为：我们已成功研发的核心技术 学习型定位控制的直流电机 （该技术正在申请国家发明专利）。学习型定位控制的直流电机与传统的步进电机、伺服电机相比，大大的降低了成本（降低70%）， 学习型 又降低了机器人程序编辑的人工成本，使得我们产品的销售价格只是目前市场同类产品价格的一半，富有市场竞争力。具调查统计，全国各类工业有喷涂、冲压、打磨、抛光、焊接作业的单位有10万多家，其中手工作业占60%，假设其中有1%的单位购买我们的产品，每年销售接近600台，每年工业机器人、机械手平均成本3万元，销售价6万元，每年可创销售额3600万元，年可创利润1800万元。 （4）创业团队设计开发的部分自动喷涂设备和机构半成品 1) 创新描述 抛光作业是一项非常艰苦的劳动，操作者总是处于噪音大，有毒粉尘多的工作环境中。年轻的工人不愿意干该工种，操作人员几乎都是技术熟练的老工人，必然存在老龄化，这给企业带来人手不足的问题。市场上出现过圆/柱规则形状工件自动抛光机械，报价40多万元，但类似水龙头这样不规则形状工件的自动抛光机械，市场上还没有。我们创业团队经过一年多的研究、开发出不规则水龙头自动抛光机械手工作台，填补国内该技术的空白，该技术不仅可以消除手工作业时环境对人体造成的危害，又能缓解人手不足的矛盾，也是稳定产品质量的重要手段。不规则工件自动抛光作业，将使生产向合理化目标迈进一步。 由于采用了减速直流力距电机技术，降低了造价成本，特别是采用 学习机械手系统设计 ，使得抛光工艺提高，设计合理，性能可靠。6位不规则水龙头自动抛光机械手工作台，报价抵于10万元。 自行设计的减速直流力距电机正反转控制器正在申请国家专利，可形成自主知识产权。不规则工件自动抛光机械手工作台市场需求大，产品容易形成规模、容易实现产业化。)市场机会 抛光作业是一项非常艰苦的劳动，操作者总是处于噪音大，有毒粉尘多的工作环境中。年轻的工人不愿意干该工种，操作人员几乎都是技术熟练的老工人，必然存在老龄化，这给企业带来人手不足的问题。市场上出现过圆/柱规则形状工件自动抛光机械，报价40多万元，但类似水龙头这样不规则形状工件的自动抛光机械，目前市场上还没有此产品，市场需求大，市场前景广阔。 (3)市场特征 对于不规则形状工件的抛光，现在许多五金工厂都是靠工人手工作业、手工打磨，市场上急需要不规则工件自动抛光机械。市场容量大。由于采用了减速直流力距电机技术，降低了造价成本，特别是采用 学习机械手系统设计 ，使得抛光工艺提高，设计合理，性能可靠。6位不规则水龙头自动抛光机械手工作台，报价抵于10万元。 （4）系统组成 国产数控等分控制器改进型一套 6工位回转工作台； 抛光机械手6台； 含PLC三套，及控制软件 电源控制系统（5）系统描述 1）1.5m直径的元盘，国产数控等分控制器，转速及停留时间可人工设定； 2）设计6个夹具，方便一位工人夹取工件，装卸快捷； 3）6个机械手固定在元盘周围，带抛光轮从四个不同角度，轮流对工件进行抛光，确保抛光完整、均匀、6个机械手动范围均可调节，确保最佳； 4）6个机械手机械手过程控制，自动进行上抛光蜡 5）6个机械手抛光轮可分粗、半精、精抛三种抛光轮，也可用同一种抛光轮，拆卸灵活，打磨区间由机械手过程控制可调； 6）适用于大批产量的各种圆/柱规则形状等小工件的五金制品，卫浴器材及其它的金属器皿的表面打磨/抛光，效率比人工提高，普通工人可以操作。 3、肢体表情动作礼仪机器人的研制 （1）创意描述 她有与真人完全一样的外形、身高、毛发、肌肤；有真人一样的语言、语气、口形、表情；有真人一样的五官外貌；和我们一样，有头、颈、腰、臂、手等身体主要部分均能如真人一样摆出多种姿势和动作，将机器与人的关系变为人与人之间的交流，而且有部分人类的智能和超出人类的智能。开发研制出拟人智能机器人，他（她）有与真人完全一样的外形、身高、毛发、肌肤；有真人一样的语言、语气、口形、表情；有真人一样的五官外貌。那么他（她）能解决哪些人类社会和谐难题又有哪些市场需求呢？1）赋予人物像以活力和生命力（主题公园人物像，博物馆、纪念馆和展览馆里，现有各种人物雕像；2）为空巢老人制作聊天伴侣，如陪老人聊天他（她）也能传播 小道消息 ，幽默的让您捧腹大笑，但那都是为了您的健康在调整您的心态。等多种方式带给人欢乐和安慰，遇突发疾病还可迅速通知急救机构及亲人。制作喜爱和思念的亲人、爱人及朋友，让您亲近和爱抚，勾起您美好而温馨的回忆；3）全球高端客户，人与机器人 联姻 的人群； 4）公关小姐、迎宾小姐、问询小姐、广告小姐、形象代言小姐、影视真人替身等。公关小姐类；医院导医小姐、超市导购小姐、银行导储小姐、宾馆迎宾小姐； 5）居家保安、公共保安、交通警察； 6）拟人智能机器人老师、超级翻译等。 7）服装模特机器人 （2） 项目优势 我们已成功研发 礼仪肢体表情动作机器人 的核心技术 学习型定位控制的直流电机 技术，该技术正在申请国家发明专利。经调研确定：产品成本控制2.5万元左右，销售价格5万元左右。根据充分的市场调查，我们产品的销售价格只是目前市场同类产品价格的一半，这是因为：我们已成功研发 礼仪肢体表情动作机器人 的核心技术 学习型定位控制的直流电机 ，学习型定位控制的直流电机与传统的步进电机相比，大大的降低了成本， 学习型 又降低了机器人程序编辑的人工成本，使得我们产品的销售价格只是目前市场同类产品价格的一半，富有市场竞争力。 4、五自由度取料教学机械手设计、开发 产品概述 我创业团队围绕职业院校工程教育改革进行了广泛而深入的探索与实践，创新型工程教学平台的研制，注重学生工程能力与综合素质培养创新架构、工程训练进行了深入研究，提出了系列化的解决方案，作出了大胆而有益的实践，推出以下工程教学产品项目，以弥补急需。 工业企业对电机类高级电工、技师、高级技师的核心专业技能有六大要求：一是要求学员熟练掌握控制系统（PLC、变频器、触摸屏、实时监控与仿真软件）与直流电机的配合与连接；二是要求熟练掌握控制系统与步进电机的配合与连接；三是要求熟练掌握控制系统与伺服电机的配合与连接；四是要求熟练掌握控制系统与气动元件的配合与连接；五是要求熟练掌握控制系统与常用传感器和机械结构的配合与连接。以上的核心专业技能如果学习掌握好，再加上良好的思想作风和品德，必定成为受工业企业欢迎的高技能人才。 五自由度取料教学机械手是机电一体化教学、实验、实训平台，主要用于大中专院校机、电、自动化、电子、测控等专业学生学习实验相关机构原理及控制原理，应用PLC、单片机等实现对教学机械手各电气部分和机械机构的控制，学习掌握直流减速电机、行程开关、电磁阀等与控制驱动部件的使用，了解夹取机构、齿轮传送机构等的基本原理与应用。五自由度取料教学机械手涉及知识面较广，对培养学生综合应用能力具有非常好的教学效果，是工科院校实验实训教学的良好平台。 为满足不同用户的需要，在机械设计上采用模块化结构，具有多种机械传动机构，同时，控制电路应用独立化、模块化设计理念，完成机械手本体与控制器分离，用户可以根据自身要求选择配置不同品牌和性能的PLC、单片机控制器和信号转换电路板产品，方便学生创新开发，为客户的二次开发提供良好平台。 （2）结构概述 五自由度取料教学机械手主要包括机械手本体、控制器和运料车三个部分。机械手本体包括转动基座底盘、臂机构、肘机构、夹钳机构等4个动作转轴，另外，有一个程序控制的放料台（运料小车），控制器包括主控制CPU、电源模块、急停开关、信号变换电路及驱动电路等。整个装置由行程开关准确定位，手臂的终端还有可灵活张合的机械夹钳可完成对物体进行拾放，并形成连续运动，结合复杂程序，可以模仿工业机械手自动取料工作过程。 标号 名称 1 基座机构 2 基座电机 3 基座左右限位机构 4 臂机构 5 臂电机 6 臂上下限位机构 7 肘机构 8 肘电机 9 肘上下限位机构 10 机械夹钳 11 放料台A 12 放料台B 13 运料车 14 物料 （3）控制器概述 五自由度取料教学机械手控制器分为电气控制器和电子控制器两种。 电气控制器是指可编程序控制器（PLC），可以选用西门子、欧姆龙、ABB、三菱等厂商PLC，特殊PLC控制器与简易机械手连接可以通过专用连接线缆实现。 电子控制器是指单片机相关控制器，可以选用MCS51单片机、AVR单片机、ARM、FPGA等电子控制芯片配套的控制器。本项目选日本山菱FX1N-40MRPLC为控制器硬件。 五自由度取料教学机械手本体硬件结构示意图如图1、2所示。 PLC硬件输出设备对照表如下： 五自由度取料教学机械手控制器硬件结构示意图五自由度取料教学机械手控制器硬件分为PLC或单片机，由于电源接口电压存在差异，所以每种控制器的硬件结构不同。（本项目以日本山菱FX1N-40MRPLC为控制器硬件）。 6.元件安装布局结构PLC控制器相关电气布局本着灵活互换的原则，全部在控制器箱体内安装完成，机械手具体元件安装布局示意图如图3所示。 标号 说明 1 基座机构 2 臂机构 3 肘机构 4 机械夹钳 5 放料台A 6 物料 7 运料车 8 放料台B 9 控制器安装箱体 10 AC220V电源输入座（带保险） 11 直流侧保险管 12 指示光 13 开关/急停开关 14 PLC控制器 （6）配套的工程教学内容构成 机械手零件的材料选择 机械手零件的结构工艺 机械手平面机构运动简图 机械手平面机构的自由度 机械传动方式及应用 机械手轮系的功用 机械手周转轮系的设计 齿轮传动的特点和类型 齿轮传动设计 斜齿圆柱齿轮传动 圆锥齿轮传动 机械手全齿轮机构的设计 齿轮传动的优化设计 轴的结构设计 连杆机构的运动分析和机构的运动模拟 机械手机构的组合和装配 机械手可编程序控制器指令系统 机械手可编程基本指令使用 机械手可编程步进与功能指令使用 机械手电气控制与PLC 联系电话：13417736537 13143566366 13727873297 0756-7796528 联系人：吴先生 电子邮件：pjpzl@yahoo.com.cn hpzdhjs@163.com 企业网址： www.114ct.com搜索：华普自动化 http://www.net114.com/862834650/ http://www.114ct.com/yp/web/?39791 http://pnpnpnpnpn.tgshebei.cn/aboutuser.aspx#