基于ABB工業機器人示教系統的教學項目設計策略研究

楊明

【摘要】工業生產中機器人的廣泛應用匯導致國內的一些專業機器人人才供不應求，再加上當前的工業機器人示教系統的教學系統剛剛起步，因此對于ABB工業機器人示教系統的相關課程設計并不完善。文章針對ABB工業機器人示教系統的教學項目設計展開探析。

【關鍵詞】ABB工業機器人；示教系統；教學項目設計

【基金項目】廣西教育科學“十二五”規劃2015年度資助經費重點課題——“校企合作工業機器人應用與維護專業課程開發的實踐與研究”，項目編號：2015A018。

一、前言

隨著我國社會快速地發展，各項科學技術取得了非常大的進步，機器人示教系統在工業生產中得到廣泛應用的同時也發揮出了非常大的作用。其中對于示教器的研究進入到了一個全新的研發階段。機器人技術的興起是在20世紀70年代，機器人示教器的發展得益于國外機器人技術，并且其研發技術相對來說非常成熟、穩定。雖然我國對于示教器的相關研究比國外機器人示教器的研究起步較晚，但是并不落后，同樣取得了非常好的研發成果，很多機器人示教器的研發過程都是自主進行的。對于示教器的研究一般有兩種方式，其中一種是“實體-實體”的形式。在這種形式下，實體機器人是由實體示教器進行控制的，這種“實體-實體”的機器人實數器研究形式，是當前機器人示教器的主要研究方向，也就是自主示教器系統的研究；另外一種機器人示教器的研發形式是“虛擬-實體”，這種示教器研究形式與“實體-實體”的研發形式不同，實體機器人是由虛擬示教器進行示教。隨著實體-實體的研究方式是主要的研究方向，但是，而“虛擬-實體”的研究形式隨著互聯網技術的廣泛普及，也越來越受到重視。這兩種機器人示教器研發形式都有一定的優勢，但也存在著一定的不足，即在進行示教的過程中都會受到場地的影響，不能夠隨時隨地地進行機器人示數。為了能夠對機器人示教器的應用進行一定的完善，本文將以ABB工業機器人示教器為實例展開一定的分析。

二、工業機器人的發展現狀

隨著我國科學技術的發展，機器人技術的發展受到了國家的高度重視，已經被列入了重點發展領域。我國的工業機器人市場在全球名列前茅，全國的機器人市場銷售具有非常可觀的前景。

各個國家對于機器人產業都投入了非常多的精力，因此機器人產業在國際的發展中處于非常快速的階段，特別是“機器人王國”日本的仿人和娛樂機器人，在國際上都享有名聲，并且日本的這種機器人在全球數量領先，這也說明了日本“機器人王國名字”的由來。對于發達國家美國和德國來說，它們的機器人發展也是非常突出的，特別是通過機器人的發展帶動國家經濟的發展。其中，德國在實際生產過程中，在每一個工作崗位上幾乎都有機器人參與工作，并且幾乎每四個人當中就有一個是機器人，與人類進行分工合作，有效地提高了工作效率。這也實力印證了德國提出的“以有形的手引導無形的手”，即機器人參與到實際工作當中。這種具有一定智能的機器人個體，通過交互有效地提高了工業生產高度智能化的水平。這種現象的出現，都要歸結于隨著信息時代的到來人們對于大量個性化的需求。美國在機器人發展事業上重點關注智能機器人的發展，并且給予機器人各種人的主觀感受，即嗅覺、視覺、觸覺等，特別是美國的智能機器人具有視覺和觸覺等功能，能夠在航天事業以及汽車工業中進行廣泛的應用。不僅如此，太空機器人和一些軍用機器人技術都已經實現。當前的機器人技術都得到了非常大的發展。

三、基于ABB工業機器人示教系統的教學項目設計策略

（一）教學項目研究背景及方法

當前的工業生產中，柔性自動化生產線會采用機器人來進行上下料的工作，本文對于工業機器人示教系統的教學項目設計研究都是根據柔性自動化生產線展開的。在柔性自動化生產線中，通過一些示教編程和離線編程完成對工業機器人的定位和操作，從而實現上下料的工作。要想讓機器人更好地完成上下料的操作過程，就需要對機器人如何進行操作有一定的了解。工業中常用的機器人一般都是示教再現型的，這種機器人只需要進行過程的學習，教會機器人如何進行工作，然后機器人中的系統就會將這些工作過程和具體步驟進行記憶，機器人就能夠按照這些記憶進行工作，實現再現。

示教再現有兩種方法，其中一種是對機器人進行直接示教，就是工作人員將操作步驟直接示教給機器人，進行手把手的教學，在機器人將動作進行記憶之后，再進行示教器示教項目開發。在進行這一環節時，操作人員要將一系列的操作動作都教給機器人，在進行機器人示教的過程中，要注意對機器人各個關節的角度進行觀察和分析，并進行記錄，之后可以讓機器人根據所記錄的關節角度來進行示教。第二種示教方式是離線示教。與直接示教不同的是，不針對實際作業的機器人進行示教，而是在不進行作業的情況下對示教數據進行生成，然后再通過一定的方式傳送給機器人。離線示教法在實際的操作過程中是使用計算機來進行運行的，而不是利用機器人產生運動，并且還能夠通過示教結果使機器人進行模仿，從而使機器人能夠按照操作人員的意向進行正確操作。

（二）基于ABB工業機器人示教系統的教學內容、項目及特點

ABB工業機器人在進行實際的操作過程中，要對示教系統的教學項目進行一定的了解，其中教學項目包括以下幾個方面。第一點，機器人對硬件的識別。機器人對硬件系統進行的識別包含機器人各軸、電機、連接接口和連接纜線的識別，還要將控制柜的相關硬件結構進行一定的了解，控制柜中的線纜連接也屬于要進行了解的內容。第二點是對機器人進行的示教操作。對機器人展開示教的兩種方法已經在上文中進行了詳細的描述，其中主要有兩種方式——直接示教和離散示教。在示教器使用過程中有很多要進行注意的事項，其中有坐標系、示教、報警信息、自動執行等基本操作，對于這些基本操作，在實際的示教器操作過程中要進行注意。第三點，外圍接口和線纜連接口、通信接口、PLC連接接口、電腦連接接口等。第四點，對機器人末端的夾手的連接進行示教，以及機器人搬運碼垛的操作。第五點，對機器人的繪圖操作進行一定的了解，讓機器人進行繪圖筆的連接，從而實現機器人繪圖。第六點，機器人進行裝配。讓機器人能夠將裝配系統進行認知，較好地學習機械裝配工藝。第七點，機器人進行離線編程。讓機器人進行編程的記憶，對離線程序能夠進行簡單的編寫。這些內容都是進行工業機器人示教系統教學項目中所涉及的內容。要想讓機器人進行更好的記憶，學生就需要掌握可編程控制器、電機與電氣控制、機器人技術應用、傳感器等各個學科方面的知識，將這些知識進行熟練掌握之后才能夠進行機器人示教。其次，學生還需要學會如何與機器人進行工作崗位的對接，并且將教學項目中的設計內容和研究成果應用到機器人示教當中。

基于ABB機器人示教系統教學項目設計內容具體有以下幾項。第一項是ABB機器人在線示教編程，其中實訓項目的教學內容是示教器的使用、創建文件、保存文件和手動操作6個軸。第二項是ABB機器人在線示教編程，這一實訓項目的主要教學內容是用示教器按教師指定路徑完成機器人手臂的運行并再現。第三項實訓項目是ABB機器人離線編程，這其中的實訓項目教學內容是模擬打磨工藝的運動軌跡，完成程序的編寫。第四項實訓項目是ABB機器人離線編程，這一實訓項目的主要內容與第三點不同，主要是將完成的程序導入ABB中，進行程序的調試，完成動作之后實現再現。第五項實訓項目是機器人搬運實訓，這個實訓項目教學內容是利用示教器完成柔性自動化生產線的第五工作站的作業。第六項實訓項目是機器人碼垛實訓，實訓項目教學內容是利用示教器將工件按“品”字形擺放，每層放置兩個工件。第七項實訓項目是機器人手抓安裝實訓，這一實訓項目的教學內容是安裝機器人的手抓，調試氣動管路，確保手抓安裝正確。第八項實訓項目是機器人繪圖實訓，這一實訓項目教學內容是將機器人手部綁定白板筆，完成指定的圖形繪制。第九項是機器人與PLC通信實訓，這項實訓項目的教學內容是實現ABB與s7—200間的數據讀取。第十項實訓項目是機器人分揀實訓，實訓項目教學內容是機器人與相機通信，按照形狀、顏色來完成機器人的分揀工作。

四、結語

在ABB工業機器人示教系統的教學項目設計策略研究當中，需要讓學生進行基礎知識的學習，將基礎的編程操作和理論知識進行熟練的掌握。其次還需要學生對機器人示教技術有一定深厚的興趣，能夠進行創新的研究。隨著國家對機器人事業的重視度不斷提高，工業機器人的教學質量也應當進行一定的提高，使機器人事業得到更好的發展。

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