工業機器人應用技術在機械設計制造及其自動化專業教學中應用

黃永程

摘要：隨著社會的快速發展，工業機器人應用日趨廣泛，各高校也紛紛開展工業機器人相關教學。但教學設備普遍靈活性較差，僅適用于單一練習。本文基于HD1XKB工業機器人技能實訓臺，采用基礎模塊或學生自建模塊進行學習，這樣虛實結合的機器人實訓系統，可以完成工業機器人編程教學課程的基本技能訓練任務，該實訓系統使學生技能訓練的時間更長，技能訓練的安全性更高，同時也鍛煉了學生的三維繪圖能力。

Abstract： With the rapid development of society， industrial robots are increasingly widely used in Colleges and universities have also launched industrial robots related teaching. However， the general flexibility of teaching equipment is poor， and it is only applicable to single practice. Based on the HD1XKB industrial robot skill training platform， this paper adopts the basic module or student self-modeling module to study， so the virtual-real robot training system can complete the basic skills training tasks of the industrial robot programming teaching course. The training system makes the students'skills training longer and the skills training safer. It is more complete， and it also exercises the students' ability of 3D drawing.

關鍵詞：工業機器人;HD1XKB;實訓臺

Key words： industrial robot;HD1XKB;training platform

0 ?引言

隨著時代步伐的發展，德國提出工業4.0戰略，我國于2015年作出了建設世界一流大學和一流學科的重大戰略決策，明確指出高等學校“著力培養具有歷史使命感和社會責任心，富有創新精神和實踐能力的各類創新型、應用型、復合型優秀人才的建設任務。教育部為應對當前科技革命、產業變革和新經濟的高速發展，確保“中國制造2025”、“一帶一路”、“互聯網+”全民創業，重大戰略國策落到實處，加快推進高等教育改革和發展步伐，順應時代發展潮流，盡快培養出擁有工程設計、工程實踐、創新思維、數字化思維能力的工程科技創新和產業創新人才[1]。現代生產過程中，工業機器人應用日趨廣泛。因此，各高校紛紛開展工業機器人相關教學，同時也出現了許多實訓設備。但是現有設備不同程度存在以下兩個問題：通用性較差，僅適用某一工業機器人;主次分配不當，教學中出現其它自動化設備的學習占比大于工業機器人的情況。因此，本文采用模塊化設計，重點在于可以靈活設計用于實訓及考核工業機器人相關技能的模塊，滿足機器人實訓教學、考核的靈活與多樣性需求[2]。

1 ?工業機器人運動學模型

本文采用ABB Robotics最新一代六軸工業機器人，六軸標定如圖1所示，運動范圍如表1所示，也是ABB推出一款迄今最小的多用途工業機器人-緊湊、敏捷、輕量，僅重25kg，荷重3kg，最大工作行程為580mm，底座下方拾取距離112mm，專為使用基于機器人的柔性自動化的3C行業而設計[3-5]。

2 ?實訓硬件系統的創建

2.1 模塊的建立

為了讓學生更直觀認識到機器人各個軸之間的運動，采用虛擬平臺進行編程學習。本文采用ABB Robotics的ABB公司IRB120型號的機器人，該型號機器人是ABB公司推出的最小、速度最快和功能最齊全的六軸工業機器人，其外形如圖1所示;實訓平臺采用HD1XKB工業機器人技能考核實訓臺，實訓平臺如圖2所示。根據教學計劃需要學生熟練操作MoveJ、MoveL、MoveC和MoveAbsJ等指令。學生根據需要在三維繪圖軟件里建立模塊，本例在proe5.0中建立基礎模塊，如圖3所示。

2.2 實訓系統搭建

把建立好的HD1XKB實訓臺導入到Robotics中，并放置在水平臺上。把ABB模型庫中的IRB120機械手臂導入到系統，并把其放置在HD1XKB實訓臺中間;在設備模型庫Training Objects中導入MyTool工具，并把工具安裝在法蘭盤上;把基礎模塊導入到系統中，并把其放在水平臺工作區3上。建立好的實訓系統如圖4所示。

2.3 相關參數設置

采用FlexPendant進行對機器人進行示教，示教之前需要對機器人進行創建系統，后再確定P10、P20、P30、P40和P50共計5個點的位置，采用示教器中的修改位置進行確定位置，P10為起始點、P20為圓弧起點及左半圓弧終點、P30為右半圓弧中點、P40為右半圓弧終點、P50為左半圓弧的中點，要求如圖5所示，其它參數采用默認。

3 ?程序編寫、仿真及實踐

程序編寫有兩種方法：第一種方法是通過路徑指定、示教指令功能完成目標點的創建及指令的創建;第二種方法是通過FlexPendant里的虛擬示教器中的程序編輯器進行程序編寫及位置點的修改。先新建例行程序，命名為yuan，輸入程序如圖6所示，輸入完程序后進入調試界面，進行調試修改，最終仿真結果完全按照預定的點運動，包括關節運動、線性運動和圓弧運動。最后把仿真正確的程序載入到機器人，大大提高了學生的興趣，實踐如圖7所示。

4 ?結語

基于HD1XKB工業機器人技能實訓臺，可以在實訓臺上進行模塊化訓練，模塊可以根據學習要求自己建立，除了以上基礎模塊之外還可以進行激光雕刻、工件焊接、搬運模塊及異步輸送帶模塊的學習。采用虛實結合的方法，激發了學生的學習興趣，綜合提高了學生的三維繪圖能力和機器人編程能力。

參考文獻：

[1]鮑艷，李鴻儒，張羽，等.“新工科”背景下以自制教儀服務于實驗教學的探討與實踐[J].實驗技術與管理，2018（9）：239-242.

[2]許鴻飛，李鑒川，韓日明，等.基于stm32的工業機器人實訓模塊設計[J].機械工程師，2018（9）：54-55.

[3]李艷俠，李彬.工業機器人應用技術-基于ABB機器人IRB120[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2018.

[4]楊妍，潘松峰.三自由度工業機器人動力學分析[J].制造業自動化，2018（9）：51-53.

[5]郭聯金.智能制造背景下機電專業實訓室的升級改造[J].實驗技術與管理，2018（9）：158-161.