基于VB可視化弧焊機器人教學系統開發

胡敏

運用VB與MATLAB混合編程方法設計了弧焊機器人教學系統，從開發指導思想，總體結構、關鍵技術及具體應用實例等方面具體闡述。

隨著計算機技術的發展，可視化技術的運用已經引起大量教育者的密切關注，可視化技術在教學方面的應用必然呈現出可觀的發展趨勢和前景。利用可視化技術與職業教育實習課程教學相結合，是一種低費用，高效率的科學教學手段，有助于增強學生學習興趣，提高操作技能水平，促進學生思考；有助于將抽象的思維轉變成可視化的學習模塊，化整為零，幫助學生理解。

目前用于可視化教學系統開發平臺有很多，比如Visual C++，MCGS、WEB、UML、VB等。對于初學者能夠實現界面設計還能編寫完成程序最好用的容易上手的是VB，VB作為一種程序開發語言，采用面向對象、事件驅動、可視化的程序開發機制，運用VB進行程序設計開發具有許多顯著的優點，考慮到本系統內容專業性強，因此，選擇VB作為開發平臺。

1.系統開發指導思想

該教學軟件開發的目的是：（1）提高學生學習興趣；（2）改進傳統的實習教學模式，向理實一體化課程改革；（3）彌補教學資源短缺；（4）引導學生掌握弧焊機器人運動軌跡及焊接過程；（5）提高學生掌握焊接參數設計能力；

在系統設計上，主要從教師和學生兩個角度出發，不僅可以滿足教師教學需求，還可以使學生通過該系統的練習掌握焊接參數設計的能力。

在系統功能開發上，該軟件設計時采用模塊化，將要實現的目標按照功能和內容上的區別分為各級模塊，各模塊之間既相互獨立也通過菜單的調用命令成為有機整體。這樣有利于對軟件進行修改和擴展內容，盡量做到在進行擴展時不需要對程序做改動或者改動很少，只要把實現的功能模塊加進去就能正常啟動。

2.系統開發總體結構

該可視化教學系統主要應用于職業院校弧焊機器人實習教學中，根據弧焊機器人實習教學理論知識體系確定系統內容，結合職高學生特點，簡化系統，使其形成易操作，可視化的操作界面。

系統由三個子系統組成，分別是焊接機器人基礎知識系統、焊接工藝參數設置界面系統、機器人運動仿真系統。

（1）焊接機器人基礎知識系統。在本系統中主要有焊接基礎知識模塊、機器人示教編程模塊、校正模塊、維護與保養模塊、退出系統模塊。這五個部分在VB主界面中設置為菜單，每個菜單下面設置子菜單，用來輔助課題教學。通過點擊菜單，將主界面分為三個區域，顯示內容為問題描述、圖形解析、理論基礎。運用本系統的內容，教師可以根據不同課題選擇授課內容，學生也可以通過本系統進行復習，鞏固知識點。

（2）焊接工藝參數設計系統。焊接工藝參數設計系統是通過VB與MATLAB混合編程的方法實現的，其目的是提高學生對工藝參數設計的能力，學生可以對不同的坡口尺寸選擇合適的焊接參數。系統界面設置了焊縫類型、接頭參數、調入神經網絡、結果輸出四個模塊。學生在操作時，輸入焊縫類型、接頭尺寸后點擊調入神經網絡按鈕就會輸出焊接參數結果，學生通過該參數可以嘗試去焊接，最后分析焊接質量。

（3）機器人運動仿真系統。該系統設置的目的是，學生通過仿真操作了解并掌握機器人運動原理和編程思想，為熟練操作機器人焊接打下基礎。通過第三方Visual component 3Dcreate仿真軟件實現焊縫軌跡仿真，該系統的實現是運用VB調用該軟件的保存路徑，將仿真軟件嵌入到主界面中，達到教學目的。

3.系統實現關鍵技術

開發過程中，運用VB與MATLAB混合編程實現教學系統功能，由于VB容易編程，但對圖形顯示功能和大量的運算處理能力欠缺，而MATLAB界面功能較薄弱，具有強大的圖形顯示和數學運算功能，將兩者混合編程，可以實現可視化及交互式操作界面。實現關鍵技術如下：

（1）Active X技術實現。運用ActiveX控件實現VB對其他程序的調用，ActiveX控件的應用成為開發和運用環境的一部分，實際上ActiveX是調用一個部件，但無需部件對應的程序是運行的，因此加入ActiveX控件可以使軟件開發的功能更強大，可以支持.exe .dll .ocx等文件。在本系統開發中運用OLE技術，OLE又叫對象連接與嵌入，VB中的程序可以通過OLE來訪問Widows中應用的其他程序，調用其他程序提供的對象。

（2）SHELL函數的運用。本文中運用MATLAB BP神經網絡工具箱開發了焊接工藝參數設計功能，實現了交互式輸入界面，實現參數設計。該功能的開發是基于MATLAB開發的，為了讓操作者在簡單、便捷的環境下點擊圖標就可以運行，在VB開發了可執行文件，VB與MATLAB之間的自動導入通過Shell函數來實現。

（3）運用APP訪問對象。VB界面上通過MATLAB提供的APP對象來訪問全局對象，通過指定可執行文件或者交互式教學系統路徑及名稱調用。運用App.Path屬性運行.VBP或可執行文件路徑。在編程時要注意應用程序.VBP文件保存路徑超過兩層目錄時，App.Path找不到其保存的位置，無法執行路徑。

（4）視頻建立。視頻播放分為兩部分：一類視頻是運用相機拍攝的實習車間現場材料，另一類視頻是運用屏幕視頻專家制作的仿真軟件應用的視頻。車間現場視頻通過WindowsMediaPlayer控件編寫程序，控件加載是在“工程”，部件里點擊視頻播放控件在VB中加載Active X控件，視頻通過Windows Media Player控件編寫程序。另一類視頻是用軟件進行視頻錄制，其操作步驟如下：首先打開屏幕，初始設置，如視頻文件存放的位置，再設置是否同時錄制聲音，生成EXE文件還是AVI文件。點擊“開始錄制”即開始錄像，該界面就自動最小化。弧焊機器人運動軌跡仿真步驟操作完后再按下F2就可以停止錄像了，頻幕錄像專家自動會保存剛才錄制的內容為視頻文件。最后用視頻編輯軟件對視頻進行編輯。

4 應用實例

下面以直線編程為例對系統功能進行說明。直線編程是“機器人示教編程”子模塊下的內容，直線編程又分為編程和軌跡仿真兩個部分，實現方法如下：

（1）登陸界面。在該窗體中設有三個Label控件，作用是顯示相應的提示信息，2個Text文本，用于設置用戶名和密碼，需要輸入正確的用戶名和密碼才能進入教學系統主界面，當輸入錯誤的密碼后，系統會提示“輸入用戶名或密碼不正確”，當輸入正確的用戶名和密碼時點擊確認按鈕進入到系統主界面，否則選擇取消退出登陸界面。

（2）點擊主界面主菜單下的“直線編程”下面的“編程”子菜單，主界面顯示區域出現問題描述、圖形解析、理論基礎。問題描述是對本節課要掌握的內容提出的問題。圖形解析區域是以形象化的圖片的形式對理論基礎部分的知識點加以理解和消化。理論基礎是對直線插補原理知識的解析。

（3）點擊主界面菜單直線編程下的子菜單“軌跡仿真”，進入到交互式界面，設置參數后，界面上出現直線仿真軌跡。如圖所示1.3所示。

界面上在路徑類型上點擊直線編程，根據直線插補法原理，輸入直線編程的參數，點擊動畫仿真就可以看到軌跡在屏幕上移動，點擊暫停按鈕就停止軌跡仿真，點擊返回主界面，界面返回到主界面上，加載教學目標、圖片解析及理論基礎內容。

（4）點擊視頻，學生在觀看視頻后結合所學理論基礎加深印象，深入理解其原理。點擊視頻播放，自動加載視頻保存地址，完成視頻播放功能。

結術語

本文主要闡述了開發弧焊機器人實習教學系統的設計思想，系統的總體結構，及設計采用的關鍵技術，并通過具體的實例說明了該系統的功能。

（工作單位：徐州技師學院）