程秀玲單水維

(1.內(nèi)蒙古包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院,內(nèi)蒙古包頭 014035;2.內(nèi)蒙古第一機(jī)械制造集團(tuán)有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古包頭 014030)

拓跋機(jī)器人實(shí)訓(xùn)平臺的建設(shè)與研究

程秀玲1單水維2

(1.內(nèi)蒙古包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院,內(nèi)蒙古包頭 014035;2.內(nèi)蒙古第一機(jī)械制造集團(tuán)有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古包頭 014030)

近年來企業(yè)對拓跋機(jī)器人應(yīng)用型人才需求日益突出,拓跋機(jī)器人廣泛應(yīng)用于包裝碼垛、焊接、噴涂、切割、打磨和搬運(yùn)等,高職院校建立拓跋機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室,培養(yǎng)應(yīng)用型人才迫在眉睫。自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)如何建設(shè)拓跋機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室,調(diào)動(dòng)各年級各層次學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、創(chuàng)新應(yīng)用機(jī)器人技術(shù),是個(gè)值得研究的課題。

拓跋機(jī)器人 高職院校 實(shí)訓(xùn)平臺

拓跋機(jī)器人技術(shù)已成為當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的三大支柱之一,具有高效、可靠的優(yōu)點(diǎn),國內(nèi)機(jī)器人技術(shù)及機(jī)器人應(yīng)用工程也已取得了較大的發(fā)展。為適應(yīng)此社會變革,培養(yǎng)拓跋機(jī)器人應(yīng)用型人才已迫在眉睫。拓跋機(jī)器人應(yīng)用需進(jìn)行多門學(xué)科的綜合運(yùn)用,不僅要掌握基礎(chǔ)理論知識,還要具備實(shí)踐應(yīng)用能力。拓跋機(jī)器人實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)對于鞏固高職院校學(xué)生對理論的理解,特別是培養(yǎng)其動(dòng)手解決實(shí)際問題的創(chuàng)新能力至關(guān)重要。高職院校應(yīng)充分利用現(xiàn)有資源,積極與校外科研所或機(jī)器人公司建立協(xié)作關(guān)系,創(chuàng)建拓跋機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室,為學(xué)生提供解決實(shí)際問題及提高創(chuàng)新能力的機(jī)會。

1 實(shí)訓(xùn)設(shè)備定位

機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室的配置目前主要有三種方案:(1)智能移動(dòng)機(jī)器人由單片機(jī)和多傳感器構(gòu)成,主要用于單片機(jī)教學(xué)和機(jī)器人大賽;(2)拓跋機(jī)器人教儀具有拓跋機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特征,設(shè)備價(jià)格低,可靠性較差,無工業(yè)現(xiàn)場感,主要用于演示;(3)真實(shí)拓跋機(jī)器人, 能夠再現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)過程,設(shè)備穩(wěn)定可靠,但是價(jià)格較高。

2 拓跋機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)

2.1 拓跋機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室的硬件基礎(chǔ)

在工業(yè)應(yīng)用中,拓跋機(jī)器人主要用于包裝碼垛、焊接、噴涂、切割、打磨和搬運(yùn)等。為開展拓跋機(jī)器人應(yīng)用項(xiàng)目的研發(fā),并考慮到實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中最有代表性的各類機(jī)器人類型,本校安裝的拓跋機(jī)器人選用了由富士康科技集團(tuán)提供的4臺機(jī)器人(3臺為六自由度垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人,1臺為四自由度水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人),實(shí)訓(xùn)室占地面積共180平方米左右。拓跋機(jī)器人實(shí)訓(xùn)課程以任務(wù)為導(dǎo)向,采用項(xiàng)目式教學(xué)模式,每2—3人為一小組,每組學(xué)生一套實(shí)訓(xùn)設(shè)備,共需計(jì)算機(jī)25套。為在實(shí)訓(xùn)過程中實(shí)現(xiàn)教學(xué)、演示等功能,需要配置多媒體網(wǎng)絡(luò)及相應(yīng)的服務(wù)器、交換機(jī)等。同時(shí),實(shí)訓(xùn)室作為學(xué)生進(jìn)行開發(fā)、創(chuàng)新的場所,要配備拓跋機(jī)器人應(yīng)用所需的外圍設(shè)備。

2.2 拓跋機(jī)器人軟環(huán)境建設(shè)

拓跋機(jī)器人須配套模擬仿真軟件, 用于構(gòu)建虛擬機(jī)器人的工作環(huán)境。學(xué)生編程驗(yàn)證后將該軟件下載至機(jī)器人本體中運(yùn)行,可克服了機(jī)器人數(shù)量的不足,又降低了誤操作對機(jī)器人的損傷。此外,該軟件應(yīng)具備通用數(shù)據(jù)接口(如IGES格式),能夠?qū)雽I(yè)CAD/CAM軟件(如UG、Pro/E)設(shè)計(jì)的三維造型,體現(xiàn)拓跋機(jī)器人與機(jī)械設(shè)計(jì)、制造的結(jié)合性,體現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程,使學(xué)生了解虛擬示教的概念。

2.3 購買其他類型機(jī)器人輔助教學(xué)

一般來說, 拓跋機(jī)器人系統(tǒng)封閉,其D-H參數(shù)和電機(jī)控制協(xié)議都不開放,無法依賴拓跋機(jī)器人驗(yàn)證正反運(yùn)動(dòng)學(xué)。解決辦法是考慮購買組合式機(jī)器人,構(gòu)建自動(dòng)導(dǎo)引車AGV和PUMA560結(jié)構(gòu)的組裝機(jī)器人。AGV主要完成物料搬運(yùn),與拓跋機(jī)器人配合使用;組裝機(jī)器人的D-H參數(shù)可由學(xué)生自行計(jì)算,可利用其驗(yàn)證正反運(yùn)動(dòng)學(xué)和理論示教等。同時(shí),也可以購買淘汰的同型號機(jī)器人,以便于學(xué)生拆裝,讓其掌握一些拓跋機(jī)器人的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和維護(hù)相關(guān)知識。

2.4 加強(qiáng)與供應(yīng)商及用人單位合作

我們應(yīng)要求供應(yīng)商提供拓跋機(jī)器人的應(yīng)用視頻以豐富教學(xué)內(nèi)容;提供足夠的培訓(xùn)機(jī)會以強(qiáng)化師資,提供較長的保修期限以解決維護(hù)問題,提供較快的響應(yīng)速度以緩解設(shè)備故障對教學(xué)進(jìn)程的影響;提供拓跋機(jī)器人組網(wǎng)方案,以實(shí)現(xiàn)與PLC、自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室的聯(lián)網(wǎng)通訊等。

3 拓跋機(jī)器人的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

目前,本校開設(shè)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目由基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目和綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目組成。學(xué)生通過基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目熟悉拓跋機(jī)器人的使用后,再通過綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目進(jìn)行知識強(qiáng)化和創(chuàng)新能力提高。

基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目包括:

(1)使用示教器進(jìn)行手動(dòng)操作,并校正原點(diǎn)和完成手動(dòng)剎車控制;

(2)在指定位置新建Work坐標(biāo)系及Tool坐標(biāo)系;

(3)建立數(shù)據(jù)庫,通過編程和自動(dòng)運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)固有軌跡的運(yùn)行;

(4)使用堆疊功能完成三維矩陣的運(yùn)行;

(5)封閉式安全區(qū)域和鑲嵌式安全區(qū)域的建立;

(6)通過I/O接口的控制編程和與外圍電氣設(shè)備的連接,實(shí)現(xiàn)配合作業(yè);

(7)中斷指令、多任務(wù)程序的使用。綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,學(xué)生可做教師布置的項(xiàng)目內(nèi)容,也可自行擬定項(xiàng)目內(nèi)容,以提高其創(chuàng)新能力。現(xiàn)已開設(shè)的綜合項(xiàng)目有:氣動(dòng)方式的物料搬運(yùn)、真空吸盤方式的物料碼垛、任意書寫繪畫、手機(jī)蓋的打磨、兩臺機(jī)器人相互配合作業(yè)、機(jī)器人與CNC機(jī)床的配合作業(yè)。

另外,拓跋機(jī)器人屬于典型的機(jī)電一體化設(shè)備,在越來越多的職業(yè)技能大賽中加入了拓跋機(jī)器人應(yīng)用的部分。實(shí)訓(xùn)室除了滿足實(shí)訓(xùn)教學(xué)需求外,還可針對各類技能大賽對學(xué)生進(jìn)行定點(diǎn)培養(yǎng)。

4 結(jié)語

拓跋機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室投入使用后,對學(xué)校教學(xué)工作、科研工作的開展,教學(xué)方法的促進(jìn),教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變,學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的激發(fā),動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊(duì)合作精神的培養(yǎng)都起到了重大作用。

[1]魏志麗.虛擬工業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)與研究[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2013(8)．

[2]趙臣,王剛.我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀調(diào)研報(bào)告[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2009(2).

[3]郗安民,劉穎,陳工,馬祥華,榮繼民.工業(yè)機(jī)器人教學(xué)實(shí)驗(yàn)工作站[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2001(5)．

項(xiàng)目來源:內(nèi)蒙古教育廳項(xiàng)目

程秀玲(1980—),女,內(nèi)蒙古四子王旗人,碩士研究生,講師,主要研究智能控制;單水維(1980—),男,河北衡水人,碩士研究生,工程師,主要研究新材料的開發(fā)及應(yīng)用。