工業機器人集成教學仿真軟件開發*

王永紅

（廣州市信息工程職業學校，廣州 510610）

0 引言

工業機器人已成為一種標準設備，廣泛應用工業控制各個領域，為了適應產業發展，很多職業院校開設了工業機器人相關專業及課程[1]。從職業院校、技工院校及機器人使用企業三個維度開展調研，走訪了25所單位，發現工業機器人呈現使用品牌多、應用場所廣、購買成本高等現狀，針對工業機器人課程教學存在的問題，本文開發一款集成常用工業機器人品牌和典型應用案例的教學仿真軟件，解決工業機器人課程教學存在的問題，提高教學質量。

1 環境選擇

根據軟件開發要求及實現功能，開發平臺選擇.NET環境下Unity開發平臺，客戶端選擇PC客戶端，建議硬件配置如表1所示。

表1 建議硬件配置

2 三維建模

實體模型是仿真系統重要組成部分[2]，軟件開發前，需要進行工業機器人實訓項目全過程三維建模，主要包括實訓車間場景、工業機器人及相關輔助設備。

（1）實訓車間場景建模

通過實訓車間實地考察，拍攝實訓車間環境照片，按照1∶1方式，采用3DMax軟件建造出三維工作場景模型。在場景建模過程中，使用Photoshop軟件制作紋理材質貼圖，設置Unity引擎燈光系統產生光影效果，增強逼真程度。

（2）工業機器人建模

工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度的機器裝置，它能自動執行工作，是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器[3]。按照真實工業機器人的外形，根據不同工作場景，采用3DMax軟件建造出不同重量級的工業機器人模型，適應完成不同的項目任務。

（3）輔助設備建模

輔助工業機器人完成實訓項目的設備為輔助設備，每個實訓項目不同，輔助設備也不同，需要根據具體項目分類建模。

3 軟件開發

工業機器人集成教學仿真軟件采用模塊結構，主要劃分為用戶登錄、品牌選擇、項目選擇、任務介紹、場景瀏覽、交互操作及示教編程等模塊。

（1）用戶登錄

用戶登錄界面設計了用戶名輸入框、密碼輸入框及登錄按鈕等[4]，當輸入密碼時，系統不顯示鍵入字符，采用遮掩碼代替。用戶啟動系統后，首先顯示用戶登錄界面，用戶輸入用戶名及密碼，點擊登錄按鈕，系統自動將輸入用戶信息與數據庫的用戶列表信息進行比對，如果用戶合法，進入系統，如果用戶不合法，給出錯誤提示信息，用戶登錄界面設計流程如圖1所示。

（2）品牌選擇

品牌選擇界面集成了ABB、KUKA、FANUC、YASKAWA、三菱及廣數6種常用品牌工業機器人供用戶選擇[5]，品牌選擇界面結構如圖2所示。

（3）項目選擇

項目選擇界面集成了搬運、碼垛、裝配、涂膠、描軌及上下料6種典型工業機器人應用案例供用戶選擇，項目選擇界面結構如圖3所示。

圖1 用戶登錄界面設計流程圖

圖2 品牌選擇界面結構

圖3 項目選擇界面結構

（4）任務介紹

任務介紹界面針對實訓項目做什么、怎么做及注意事項等方面進行說明，為實訓項目提供了規范性操作說明，任務介紹主要包括項目任務、操作說明及注意事項3部分，任務介紹界面結構如圖4所示。

（5）場景瀏覽

虛擬場景分為動態模型與靜態模型，能夠移動的模型為動態模型，不可移動的模型為靜態模型，通過瀏覽虛擬場景熟悉實訓環境，場景瀏覽界面結構如圖5所示。

圖4 任務介紹界面結構

圖5 場景瀏覽界面結構

（6）交互操作

仿真軟件交互操作性是指用戶對仿真系統中工業機器人和設備的可操作程度及得到反饋的自然程度[6]。在三維虛擬空間中，通過虛擬設備選取、工業機器人操作及場景碰撞，產生實時反饋信息，實現操作仿真化交互，交互操作基本過程如圖6所示。

（7）示教編程

工業機器人是一種能夠按照預先設定程序自動運行的智能化設備[7]，屬于面向工業領域“示教再現型”機器人。在機器人虛擬仿真系統中，首先加載機器人應用程序到示教器；然后用戶操作示教器面板，移動機器人到各個示教點，并將各個示教點的位置及姿態等數據賦值到程序相應點信息中；最后機器人按照程序及示教點設定的軌跡自動運行，機器人示教編程基本過程如圖7所示。

圖6 交互操作基本過程

圖7 示教編程基本過程

4 結束語

工業機器人集成教學仿真軟件經過測試，運行穩定可靠。在《機器人操作與編程》課程教學中，應用教學仿真軟件[8]，節約了教學成本，提高了教學質量。該軟件在職業院校及企業推廣應用，產生了產業價值共計26.38萬元，有很好的應用價值。