基于仿真技術的三菱機械手教學應用探索

鐘璞，楊波，袁偉

（常州紡織服裝職業技術學院，江蘇 常州 213164）

基于仿真技術的三菱機械手教學應用探索

鐘璞，楊波，袁偉

（常州紡織服裝職業技術學院，江蘇 常州 213164）

在三菱機械手運用的教學中，因設備昂貴，占用場地較大，絕大部分高職院校的學生個人實踐課時嚴重不足，學校的運行及維護成本也較高，由于此類因素，造成我國高職教育在該類技術的研究與開發上發展遲緩，與發達國家相比，處于末位狀態，本文通過對仿真技術手段的研究，初次結合該技術應用于高職教育中，對項目開發、效果數據分析等進行了一系的探索。

三菱機械；仿真技術；solidworks；MELFA-works

1 存在問題

機械手的運用越來越多的出現在了現代制造業中，因此企業也急需一批懂機械手編程、排故的操作人員，部分院校也進行了機械手技術相關方面的人才培養。三菱機械手以其高精度、高穩定性以及高速化的程序處理性能，在行業中有較高的市場占有率，近年來，在我國高職院校的各類比賽中，也多以三菱機械手為主要競賽設備。由于該設備昂貴、占用場地大以及較高的運行維護成本等缺點，我國各高職院校所擁有的臺套數較為稀少。為了在現有條件下，更快更好地在該領域跟上發達國家的步伐，我們采用了一系列的教改方法，其中我們采用了仿真教學的手段，并應用在了實際的教學班級中。

2 整體解決方案及思路

為了很好的進行探索，我院組建了專門的項目團隊對其進行研究。課題組隨后提出利用目前先進的三維軟件進行機械手及場景的三維建模，然后利用軟件對其進行虛擬運動仿真，如模擬仿真成功，則能在虛擬環境下進行機械手的編程，虛擬機械手將能對我們編程的指令進行響應，并按編程指令要求進行運動。

3 項目軟件的選擇和零件的三維建模

（1）SolidWorks。功能強大、易學易用和技術創新是SolidWorks 的三大特點，使得SolidWorks 成為領先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量；另外三菱機器人軟件MELFA-works是開發在SolidWorks上的，因此本項目團隊選擇了該 軟件用于機械手及實操環境的建模。實物現場和軟件模擬現場如圖1、2所示。

圖1 實際操作現場

圖2 逼真軟件模擬現場

（2）MELFA-works和RT ToolBox2。目前常用的機器人編程軟件有RT ToolBox2，該軟件以其出色的編程功能而廣受用戶好評。但是其缺少了工件抓取、搬運和動畫錄制的功能，而且機器人抓手和逼真的外圍環境無法導入。MELFA-works軟件能夠完成機器人仿真、外圍設備導入、工件抓取、節拍測量、干涉檢測、以及動畫錄制的功能，在實驗中，我們利用SolidWorks進行了1：1的機械手教學現場環境建模，并導入到了該軟件中，使學生在使用時完全擁有了實物現場操作的體驗感。但值得注意的是該軟件目前有極少數復雜程序的編制還不能很好的完成，在項目實施時，我們可以利用RT ToolBox2完成該類程序的編制，然后導入MELFA-works軟件，從而很好解決了該問題，隨著MELFA-works版本的不斷升級，相信這些問題在不久便可以不再依賴于其它軟件。兩軟件的各項功能比較如表1所示。

表1 RT ToolBox2與MELFA-works比較

4 高職教育實踐

實驗方案：

（1）課題組成員均來源于具有實際企業經驗的雙師型教師；課題組成員大都為中青年教師，平均年齡35歲；職稱比例協調，副教授1人，高級技師1人，講師1人，助理實驗師1人。課題組成員都有專利開發經驗，人均專利3項。

（2）課題組進行了大量的資料收集，對相關的內容進行了檢索和整理，包括機械手三維造型、機械手的運動仿真等研究，該方案已應用于實際教學中。

（3）實驗室現有三菱機械手工作平臺實物一套；課題組成員都精通CAD軟件，并對運動仿真具有一定的理論和實踐基礎。

（4）該實驗方案得到了院系主要領導的大力支持，研究經費以學校支持為主。

5 實物教學與仿真教學的數據分析

在該項目中，實驗班對象為高職機電類大二學生，每班人數為40人，學時為30課時，課程名稱為《工業機械手應用技術》，仿真平臺共50臺可供選用，實物平臺為1臺，在該課程結束后，我們對教改前后的數據進行了對比分析（表2）。

（1）技能知識掌握情況。根據以上統計的數據可以很明顯的看出，在教改前每位學生進行實物操作的時間非常少，從而造成了掌握該知識的程度遠遠不夠理想，有15%的同學未能及格，優秀率僅為5%。而采用如此逼真的仿真平臺后，每位學生操作具體練習案例的時間提高了近40倍，以教改前相同難度試卷進行測試后，98%的同學操作熟練，排故迅速，效果非常明顯。另外我們還布置了超過以往考試難度的考試題目進行摸底，其通過率也超過了98%。

（2）課堂教學管理效果。值得我們項目團隊驚喜的是，在高職類學生教學紀律的管理上，有了意外的收獲，同樣為學生人數40人，教改前由于實物平臺只有一臺，很多學生都圍在平臺周圍，只能有1位同學可以實際操作，其他同學只能觀望。而采用仿真平臺后，我們為每位學生布置了相關練習案例任務，學生接到任務后都能很認真的在自己電腦上進行練習與排故，只需一位老師便可對全班同學進行管理，課堂秩序井然有序，在仿真平臺上練習很熟練后，只需幾分鐘便可熟練操作實物平臺，學習效率非常出色。

6 結語

本文對三菱機械手的編程操作技術進行了探索，提出了結合SolidWorks、MELFA-works、RT ToolBox2等軟件對機械手虛擬仿真技術進行研究，并與項目團隊利用該技術應用于目前的高職教育實踐中，在對教改前后數據進行分析后，發現成果顯著，建議可在同類院校的該學科教學中推廣。

[1]周振著，Solidworks裝配技術研究[J].冶金叢刊，2016.4.

[2]穆星宇，基于solidworks的結構分析與設計[J].工業設計，2016,1.

[3]張新寧，三菱機械手與觸摸屏的數據共享試驗與研究[J].金屬加工(冷加工)，2015,9.

表2 教改前后數據對比表

TP391.9

A

1671-0711（2016）12（上）-0142-02