拓跋機器人實訓平臺的建設與研究

程秀玲單水維

(1.內蒙古包頭輕工職業技術學院自動化學院,內蒙古包頭 014035;2.內蒙古第一機械制造集團有限責任公司,內蒙古包頭 014030)

拓跋機器人實訓平臺的建設與研究

程秀玲1單水維2

(1.內蒙古包頭輕工職業技術學院自動化學院,內蒙古包頭 014035;2.內蒙古第一機械制造集團有限責任公司,內蒙古包頭 014030)

近年來企業對拓跋機器人應用型人才需求日益突出,拓跋機器人廣泛應用于包裝碼垛、焊接、噴涂、切割、打磨和搬運等,高職院校建立拓跋機器人實訓室,培養應用型人才迫在眉睫。自動化相關專業如何建設拓跋機器人實訓室,調動各年級各層次學生的學習興趣、創新應用機器人技術,是個值得研究的課題。

拓跋機器人 高職院校 實訓平臺

拓跋機器人技術已成為當今工業自動化生產的三大支柱之一,具有高效、可靠的優點,國內機器人技術及機器人應用工程也已取得了較大的發展。為適應此社會變革,培養拓跋機器人應用型人才已迫在眉睫。拓跋機器人應用需進行多門學科的綜合運用,不僅要掌握基礎理論知識,還要具備實踐應用能力。拓跋機器人實訓環節對于鞏固高職院校學生對理論的理解,特別是培養其動手解決實際問題的創新能力至關重要。高職院校應充分利用現有資源,積極與校外科研所或機器人公司建立協作關系,創建拓跋機器人實訓室,為學生提供解決實際問題及提高創新能力的機會。

1 實訓設備定位

機器人實訓室的配置目前主要有三種方案:(1)智能移動機器人由單片機和多傳感器構成,主要用于單片機教學和機器人大賽;(2)拓跋機器人教儀具有拓跋機器人的結構特征,設備價格低,可靠性較差,無工業現場感,主要用于演示;(3)真實拓跋機器人, 能夠再現工業現場生產過程,設備穩定可靠,但是價格較高。

2 拓跋機器人實訓室的建設

2.1 拓跋機器人實訓室的硬件基礎

在工業應用中,拓跋機器人主要用于包裝碼垛、焊接、噴涂、切割、打磨和搬運等。為開展拓跋機器人應用項目的研發,并考慮到實際工業生產中最有代表性的各類機器人類型,本校安裝的拓跋機器人選用了由富士康科技集團提供的4臺機器人(3臺為六自由度垂直多關節機器人,1臺為四自由度水平多關節機器人),實訓室占地面積共180平方米左右。拓跋機器人實訓課程以任務為導向,采用項目式教學模式,每2—3人為一小組,每組學生一套實訓設備,共需計算機25套。為在實訓過程中實現教學、演示等功能,需要配置多媒體網絡及相應的服務器、交換機等。同時,實訓室作為學生進行開發、創新的場所,要配備拓跋機器人應用所需的外圍設備。

2.2 拓跋機器人軟環境建設

拓跋機器人須配套模擬仿真軟件, 用于構建虛擬機器人的工作環境。學生編程驗證后將該軟件下載至機器人本體中運行,可克服了機器人數量的不足,又降低了誤操作對機器人的損傷。此外,該軟件應具備通用數據接口(如IGES格式),能夠導入專業CAD/CAM軟件(如UG、Pro/E)設計的三維造型,體現拓跋機器人與機械設計、制造的結合性,體現工業生產過程,使學生了解虛擬示教的概念。

2.3 購買其他類型機器人輔助教學

一般來說, 拓跋機器人系統封閉,其D-H參數和電機控制協議都不開放,無法依賴拓跋機器人驗證正反運動學。解決辦法是考慮購買組合式機器人,構建自動導引車AGV和PUMA560結構的組裝機器人。AGV主要完成物料搬運,與拓跋機器人配合使用;組裝機器人的D-H參數可由學生自行計算,可利用其驗證正反運動學和理論示教等。同時,也可以購買淘汰的同型號機器人,以便于學生拆裝,讓其掌握一些拓跋機器人的內部結構和維護相關知識。

2.4 加強與供應商及用人單位合作

我們應要求供應商提供拓跋機器人的應用視頻以豐富教學內容;提供足夠的培訓機會以強化師資,提供較長的保修期限以解決維護問題,提供較快的響應速度以緩解設備故障對教學進程的影響;提供拓跋機器人組網方案,以實現與PLC、自動化生產線實訓室的聯網通訊等。

3 拓跋機器人的實訓內容

目前,本校開設的實訓項目由基礎實訓項目和綜合實訓項目組成。學生通過基礎實訓項目熟悉拓跋機器人的使用后,再通過綜合實訓項目進行知識強化和創新能力提高。

基礎實訓項目包括:

(1)使用示教器進行手動操作,并校正原點和完成手動剎車控制;

(2)在指定位置新建Work坐標系及Tool坐標系;

(3)建立數據庫,通過編程和自動運行,實現固有軌跡的運行;

(4)使用堆疊功能完成三維矩陣的運行;

(5)封閉式安全區域和鑲嵌式安全區域的建立;

(6)通過I/O接口的控制編程和與外圍電氣設備的連接,實現配合作業;

(7)中斷指令、多任務程序的使用。綜合實訓項目,學生可做教師布置的項目內容,也可自行擬定項目內容,以提高其創新能力。現已開設的綜合項目有:氣動方式的物料搬運、真空吸盤方式的物料碼垛、任意書寫繪畫、手機蓋的打磨、兩臺機器人相互配合作業、機器人與CNC機床的配合作業。

另外,拓跋機器人屬于典型的機電一體化設備,在越來越多的職業技能大賽中加入了拓跋機器人應用的部分。實訓室除了滿足實訓教學需求外,還可針對各類技能大賽對學生進行定點培養。

4 結語

拓跋機器人實訓室投入使用后,對學校教學工作、科研工作的開展,教學方法的促進,教學模式的轉變,學生學習熱情的激發,動手能力、創新能力以及團隊合作精神的培養都起到了重大作用。

[1]魏志麗.虛擬工業機器人實驗實訓室的建設與研究[J].自動化技術與應用,2013(8)．

[2]趙臣,王剛.我國工業機器人產業發展的現狀調研報告[J].機器人技術與應用,2009(2).

[3]郗安民,劉穎,陳工,馬祥華,榮繼民.工業機器人教學實驗工作站[J].實驗技術與管理,2001(5)．

項目來源:內蒙古教育廳項目

程秀玲(1980—),女,內蒙古四子王旗人,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及應用。