基于工業(yè)機器人的教學實訓系統(tǒng)設(shè)計

栗輝　崔家瑞　閻群　張笑菲

摘 要 本文在工程教育認證發(fā)展趨勢下，結(jié)合自動化和人工智能專業(yè)的人才培養(yǎng)目標及專業(yè)特色，將最新的智能機器人控制技術(shù)融入傳統(tǒng)的工業(yè)控制技術(shù)中，設(shè)計機器視覺的智能工件裝配生產(chǎn)實訓系統(tǒng)，充分應(yīng)用于自動化生產(chǎn)實訓課程設(shè)計中，強化了教學體系當中的工程實踐應(yīng)用環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞 工業(yè)機器人 機器視覺 實踐教學

中圖分類號：G712文獻標識碼：A

0引言

本文借鑒CDIO工程教育模式，結(jié)合國際工程教育改革、工程教育認證發(fā)展趨勢與自動化和人工智能專業(yè)的人才培養(yǎng)目標及專業(yè)特色，針對“自動化生產(chǎn)線實訓”專業(yè)課程的需求，將最新的智能機器人控制技術(shù)、視覺檢測技術(shù)融入傳統(tǒng)的工業(yè)控制技術(shù)中，以“THMSRB-4A型工業(yè)機器人與智能視覺應(yīng)用實驗平臺”為應(yīng)用對象設(shè)計生產(chǎn)實訓系統(tǒng)，主要讓學生掌握應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)控制和邏輯控制技術(shù)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和機器視覺定位技術(shù)、機器人運動控制和機器視覺檢測技術(shù)等。

1教學目標

1.1教學需求分析

隨著智能制造在自動化領(lǐng)域的不斷深入，機器視覺和機器人得到廣泛的應(yīng)用。為適應(yīng)新時代的發(fā)展，培養(yǎng)符合新工科要求的高素質(zhì)綜合型的人才，在高校本科教學中，需要增大機器視覺和機器人技術(shù)方面的教學實踐內(nèi)容。開設(shè)課程設(shè)計等實踐教學環(huán)節(jié)，對學生深刻掌握理論知識起到事半功倍的作用。

1.2教學使用價值

本文以實際工業(yè)系統(tǒng)為原型設(shè)計，涵蓋完整的自動化實訓系統(tǒng)，包括過程控制、運動控制和機器視覺的多個系統(tǒng)，可開展包含自動化、人工智能專業(yè)主要核心課程和能力要求的自動化實訓項目，使學生得到構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運作等項目全周期的系統(tǒng)訓練，培養(yǎng)學生的工程實踐能力、工程設(shè)計能力、工程管理能力和創(chuàng)新能力。

2教學實訓系統(tǒng)

THMSRB-4A型工業(yè)機器人與智能視覺應(yīng)用實驗平臺緊密結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中工業(yè)機器人、智能視覺、射頻識別的功能和特點，并針對高等院校對機電設(shè)備應(yīng)用和創(chuàng)新實驗/實訓教學的實際需要而專門研制的綜合性數(shù)字化裝置，涉及機器人控制、智能視覺檢測、RFID、PLC、傳感檢測、信息處理、交直流驅(qū)動、計算機通信等多種技術(shù)的綜合應(yīng)用。

本文在此平臺基礎(chǔ)上設(shè)計一套基于機器視覺的機器人智能工件裝配實訓系統(tǒng)，學生可以完成“上料”、“裝盒”、“視覺檢測”、“調(diào)整”、“裝蓋”、“入庫”等全流程生產(chǎn)環(huán)節(jié)實訓，利用現(xiàn)場總線技術(shù)，傳送各流程環(huán)節(jié)的檢測信號和控制信號;按生產(chǎn)工序要求，實現(xiàn)生產(chǎn)線的流程順序控制。當“視覺檢測”環(huán)節(jié)檢測出不合格的工件時，機器人將其拾取放入廢料庫，只有合格的工件才能進入下一個環(huán)節(jié)。

機器人智能工件裝配系統(tǒng)的流程如圖1所示。

在此系統(tǒng)上設(shè)計以下三個教學實驗示例：

實驗（1）：智能工件裝配生產(chǎn)線順序控制實驗，通過網(wǎng)絡(luò)控制和邏輯控制技術(shù)，使學生了解從工藝過程和控制要求選擇控制方案的一般方法和過程。

實驗（2）：智能視覺定位系統(tǒng)實驗，通過實踐工業(yè)機器人利用智能視覺系統(tǒng)進行定位和識別、傳輸，掌握工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和機器視覺定位技術(shù)。

實驗（3）：視覺分揀系統(tǒng)實驗，通過實踐工業(yè)機器人利用智能視覺系統(tǒng)進行分揀作業(yè)，掌握基礎(chǔ)的工業(yè)機器人與計算機視覺技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)。

系統(tǒng)適合自動化及人工智能專業(yè)《自動化生產(chǎn)線實訓》課程的實訓教學，此外還可以為自動化專業(yè)的相關(guān)專業(yè)課程及畢業(yè)設(shè)計提供相應(yīng)的訓練環(huán)節(jié)，強化了教學體系當中的工程實踐應(yīng)用環(huán)節(jié)，通過項目驅(qū)動型主動教學方式的自動化實訓環(huán)節(jié)，使學生學會應(yīng)用所學理論知識解決實際工程問題，并深入了解智能機器人與視覺檢測等新技術(shù)在工業(yè)自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用。有效地培養(yǎng)學生的工程實踐能力及創(chuàng)新能力。

3總結(jié)

實踐教學是加強學生實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要抓手，對提高學生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力具有不可替代的重要作用。本文所設(shè)計系統(tǒng)綜合了多門學科知識，對于學生深刻掌握機器視覺和機器人控制技術(shù)，使學生學會應(yīng)用所學理論知識解決實際工程問題，并深入了解典型工業(yè)自動化生產(chǎn)線工藝流程，對于培養(yǎng)新工科背景的復(fù)合型人才有著十分顯著的教學效果，實用性強，用途廣泛。

參考文獻

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