碼垛教學在ABB工業機器人的教學應用

戴黃峰

隨著機器人在工業中的普遍應用，各地職業院校工業機器人專業的開設如火如荼，增長迅速。但工業機器人品牌繁多，各家的控制系統不一致，對開設的專業也沒有一個統一的標準，各院校只能根據自己的教學設備和計劃實施教學。筆者主要針對ABB工業機器人IRB120系列對碼垛教學模塊進行初探。

一、學生需要理解的相關知識

1.碼垛的概念

碼垛又稱堆垛，就是把產品按照一定的擺放順序和層次，整齊地堆疊好。可以是1*1，1*2，2*2，2*3，3*3，4*4。

2.碼垛機器人概念

碼垛機器人是機、電一體化高新技術產品。中低位碼垛機即可滿足中低產量的生產需要，其可以按照要求的編組方式和層數，完成對料袋、膠塊、箱體、玻璃等各種產品的碼垛。優化的設計使得垛形緊密、整齊。碼垛機器人通常有龍門式碼垛機器人、懸臂式機器人及關節式機器人。

二、學生應具備的操作能力

在本模塊練習前，需要學生能夠對機器人RAPID程序和系統參數進行備份操作，熟練機器人手動操縱三種運動模式；使用“增量”模式來控制機器人的運動，能夠運用手動操縱模式的快捷操作；熟悉并運用I/O信號監控和操作，熟悉機器人程序數據的定義及類型；掌握工業機器人程序數據的建立方法，熟悉三個關鍵程序數據的設定操作步驟；掌握絕對運動、關節運動、線性運動、圓弧運動指令的添加以及各字母所代表的含義。掌握固定位置搬運程序的編程方法。掌握以上基本操作能力之后，才能進行碼垛模塊的練習，因此碼垛教學應放在后半學期。

三、碼垛的應用

任何教學模塊都是由淺入深，由易轉難，若一上來就進行復雜程序，學生可能接受不了。

如將9塊200×60×5的長方體工件搬運至200×200的平臺上（圖a），若給學生直接按照3×3的要求（圖c）或2×2的井字形（圖d）排列，學生一下子很難做出來。那么可以通過循序漸進的方法，逐步提升難度，同時培養學生探索問題，解決問題的能力。

碼垛的關鍵在于尋找物料的規律及吸取點和放置點的相關計算。根據工件尺寸每取一塊吸取點就要降低5，而放置點，如圖b所示，每放置一塊，放置點就上升5；如圖c所示第一層放置時高度不變，但X方向需偏移60（工件寬度），第二、第三層各上升5；如圖d所示，在放置第三塊時除了考慮第二層的問題還是需轉過90°。根據以上分析，教學安排見下圖。

1.引用常量reg1進行圖b教學

此處只需解決兩個問題，一個是吸取點，一個是放置點。而吸取點是X、Y軸不變，Z軸每吸取一個下降工件的厚度5mm。放置點X、Y軸不變，每放置一個工件Z軸上升5mm。

根據該規律，教師需介紹一個常量reg1來記錄次數，要求學生思考，充分開動大腦。

教師需介紹一個常量reg1來記錄次數，本次關鍵點如下。

吸取點：MoveLOffs（p150，0，0，-5 * reg1）， v1000， fine， tool0；

放置點：MoveLOffs（p190，0，0，5 * reg1）， v1000， fine， tool0；

2.圖c教學應用

此處需要學生對本要求的堆垛進行分析，尋找規律，運用合理的計算進行程序編寫。作為初次接觸的學生，如果讓他們自主學習，討論得出合理方案可能過于困難。因此這部分解題需教師引導，導入reg2、reg3來供學生使用，見下表。

教師給出以上信息后，吸取點不變，只要解決放置點的規律即可。此時充分調動學生思維，分組討論，進行自主探究，自主學習。必然有部分學生能成功解答。

關鍵放置點：MoveLOffs（p190，60*reg2，0，5 * reg3）， v1000， fine， tool0；

總結：解決該問題的方法不止一個，也沒有標準答案，同學之間可以相互探討，分析一下，誰的程序更合理，簡便，取長補短，拓寬知識面。

3.圖d拓展教學

在以上兩個模塊的教學之后，部分學生完全有能力解決圖d任務，可以放手讓他們自主探索。

學生必須明白，碼垛的形式多樣化，末端有卡爪、吸盤等，在工業生產過程中處理大批量工件，主要用在煙酒行業、食品行業、塑料制品、包裝業、化工藥品業等。因此我們要適應變化，學校的教學不可能這么復雜，需要活學活用，在以后就業中盡快適應。

四、該應用帶來的效果

此教學由淺入深、由易到難、由簡到繁，符合職業學校學生思維規律。在整個教學過程中，教師處于引領地位，緊緊圍繞一個共同的任務活動中心，在強烈的問題動機的驅動下，通過對學習資源的積極主動應用，進行自主探索和互動協作的學習，充分調動學生思維，給予學生大量操作時間，充分發揮學生的主體效果。大大提高了學習的效率和興趣，培養他們獨立探索、勇于開拓進取的自學能力。

五、碼垛的后續探索

過去的人工碼垛勞動強度大、工作環境差、碼垛質量低、產品破損嚴重浪費多。而今出現的碼垛機器人可按照要求的編組方式和層數，完成對料袋、膠塊、箱體等各種產品的碼垛，優化的設計使得垛型緊密、整齊。因此，必將更為廣泛地應用，為了滿足不同產品類型的碼垛，各大機器人企業也在不斷創新，推進了自動化、智能化、無人化碼垛機器人的發展。

我們給學生的可能只是本行業的皮毛，但我們重在方法及應用，打好基礎。因此，教學要求和相關企業緊密聯系，一方面不斷地跟進技術，開發新的應用，能夠更多地應用碼垛形式。另一方面通過企業，引入實例，豐富教學，使學校培養的人才與就業需要距離越來越接近。再以2017年全國中等職業學校職業能力大賽機器人技術應用賽項中，出現了五花垛的碼垛形式，配以離線編程軟件。通過離線編程，導入碼垛軟件包，平臺示教的方式完成相應的碼垛任務，這些都是很好的教學資源，也符合實際的工作需要，值得從事相關教學的老師們學習應用，甚至于開發出更豐富的教學資源。

總之，教學資源需要結合現有資源不斷變化，不斷開發，充實教學內容，豐富學生的訓練項目，更好地服務學生，使學生畢業后更快地加入到經濟建設中。

（作者單位：嘉興技師學院）