拓跋機(jī)器人實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建設(shè)與研究

程秀玲 單水維

【摘 要】 近年來(lái)企業(yè)對(duì)拓跋機(jī)器人應(yīng)用型人才需求日益突出，拓跋機(jī)器人廣泛應(yīng)用于包裝碼垛、焊接、噴涂、切割、打磨和搬運(yùn)等，高職院校建立拓跋機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室，培養(yǎng)應(yīng)用型人才迫在眉睫。自動(dòng)化相關(guān)專(zhuān)業(yè)如何建設(shè)拓跋機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室，調(diào)動(dòng)各年級(jí)各層次學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、創(chuàng)新應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)，是個(gè)值得研究的課題。

【關(guān)鍵詞】 拓跋機(jī)器人 ?高職院校 ?實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

拓跋機(jī)器人技術(shù)已成為當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的三大支柱之一，具有高效、可靠的優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)機(jī)器人技術(shù)及機(jī)器人應(yīng)用工程也已取得了較大的發(fā)展。為適應(yīng)此社會(huì)變革，培養(yǎng)拓跋機(jī)器人應(yīng)用型人才已迫在眉睫。拓跋機(jī)器人應(yīng)用需進(jìn)行多門(mén)學(xué)科的綜合運(yùn)用，不僅要掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)，還要具備實(shí)踐應(yīng)用能力。拓跋機(jī)器人實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)對(duì)于鞏固高職院校學(xué)生對(duì)理論的理解，特別是培養(yǎng)其動(dòng)手解決實(shí)際問(wèn)題的創(chuàng)新能力至關(guān)重要。高職院校應(yīng)充分利用現(xiàn)有資源，積極與校外科研所或機(jī)器人公司建立協(xié)作關(guān)系，創(chuàng)建拓跋機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室，為學(xué)生提供解決實(shí)際問(wèn)題及提高創(chuàng)新能力的機(jī)會(huì)。

1 實(shí)訓(xùn)設(shè)備定位

機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室的配置目前主要有三種方案：（1）智能移動(dòng)機(jī)器人由單片機(jī)和多傳感器構(gòu)成，主要用于單片機(jī)教學(xué)和機(jī)器人大賽;（2）拓跋機(jī)器人教儀具有拓跋機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特征，設(shè)備價(jià)格低，可靠性較差，無(wú)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)感，主要用于演示;（3）真實(shí)拓跋機(jī)器人， 能夠再現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程，設(shè)備穩(wěn)定可靠，但是價(jià)格較高。

2 拓跋機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)

2.1 拓跋機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室的硬件基礎(chǔ)

在工業(yè)應(yīng)用中，拓跋機(jī)器人主要用于包裝碼垛、焊接、噴涂、切割、打磨和搬運(yùn)等。為開(kāi)展拓跋機(jī)器人應(yīng)用項(xiàng)目的研發(fā)，并考慮到實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中最有代表性的各類(lèi)機(jī)器人類(lèi)型，本校安裝的拓跋機(jī)器人選用了由富士康科技集團(tuán)提供的4臺(tái)機(jī)器人（3臺(tái)為六自由度垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人，1臺(tái)為四自由度水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人），實(shí)訓(xùn)室占地面積共180平方米左右。拓跋機(jī)器人實(shí)訓(xùn)課程以任務(wù)為導(dǎo)向，采用項(xiàng)目式教學(xué)模式，每2—3人為一小組，每組學(xué)生一套實(shí)訓(xùn)設(shè)備，共需計(jì)算機(jī)25套。為在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)教學(xué)、演示等功能，需要配置多媒體網(wǎng)絡(luò)及相應(yīng)的服務(wù)器、交換機(jī)等。同時(shí)，實(shí)訓(xùn)室作為學(xué)生進(jìn)行開(kāi)發(fā)、創(chuàng)新的場(chǎng)所，要配備拓跋機(jī)器人應(yīng)用所需的外圍設(shè)備。

2.2 拓跋機(jī)器人軟環(huán)境建設(shè)

拓跋機(jī)器人須配套模擬仿真軟件， 用于構(gòu)建虛擬機(jī)器人的工作環(huán)境。學(xué)生編程驗(yàn)證后將該軟件下載至機(jī)器人本體中運(yùn)行，可克服了機(jī)器人數(shù)量的不足，又降低了誤操作對(duì)機(jī)器人的損傷。此外，該軟件應(yīng)具備通用數(shù)據(jù)接口（如IGES格式），能夠?qū)雽?zhuān)業(yè)CAD/CAM軟件（如UG、Pro/E）設(shè)計(jì)的三維造型，體現(xiàn)拓跋機(jī)器人與機(jī)械設(shè)計(jì)、制造的結(jié)合性，體現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，使學(xué)生了解虛擬示教的概念。

2.3 購(gòu)買(mǎi)其他類(lèi)型機(jī)器人輔助教學(xué)

一般來(lái)說(shuō)， 拓跋機(jī)器人系統(tǒng)封閉，其D-H參數(shù)和電機(jī)控制協(xié)議都不開(kāi)放，無(wú)法依賴(lài)拓跋機(jī)器人驗(yàn)證正反運(yùn)動(dòng)學(xué)。解決辦法是考慮購(gòu)買(mǎi)組合式機(jī)器人，構(gòu)建自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)AGV和PUMA560結(jié)構(gòu)的組裝機(jī)器人。AGV主要完成物料搬運(yùn)，與拓跋機(jī)器人配合使用;組裝機(jī)器人的D-H參數(shù)可由學(xué)生自行計(jì)算，可利用其驗(yàn)證正反運(yùn)動(dòng)學(xué)和理論示教等。同時(shí)，也可以購(gòu)買(mǎi)淘汰的同型號(hào)機(jī)器人，以便于學(xué)生拆裝，讓其掌握一些拓跋機(jī)器人的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和維護(hù)相關(guān)知識(shí)。

2.4 加強(qiáng)與供應(yīng)商及用人單位合作

我們應(yīng)要求供應(yīng)商提供拓跋機(jī)器人的應(yīng)用視頻以豐富教學(xué)內(nèi)容;提供足夠的培訓(xùn)機(jī)會(huì)以強(qiáng)化師資，提供較長(zhǎng)的保修期限以解決維護(hù)問(wèn)題，提供較快的響應(yīng)速度以緩解設(shè)備故障對(duì)教學(xué)進(jìn)程的影響;提供拓跋機(jī)器人組網(wǎng)方案，以實(shí)現(xiàn)與PLC、自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室的聯(lián)網(wǎng)通訊等。

3 拓跋機(jī)器人的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

目前，本校開(kāi)設(shè)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目由基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目和綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目組成。學(xué)生通過(guò)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目熟悉拓跋機(jī)器人的使用后，再通過(guò)綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目進(jìn)行知識(shí)強(qiáng)化和創(chuàng)新能力提高。

基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目包括：

（1）使用示教器進(jìn)行手動(dòng)操作，并校正原點(diǎn)和完成手動(dòng)剎車(chē)控制;

（2）在指定位置新建Work坐標(biāo)系及Tool坐標(biāo)系;

（3）建立數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)編程和自動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)固有軌跡的運(yùn)行;

（4）使用堆疊功能完成三維矩陣的運(yùn)行;

（5）封閉式安全區(qū)域和鑲嵌式安全區(qū)域的建立;

（6）通過(guò)I/O接口的控制編程和與外圍電氣設(shè)備的連接，實(shí)現(xiàn)配合作業(yè);

（7）中斷指令、多任務(wù)程序的使用。綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，學(xué)生可做教師布置的項(xiàng)目?jī)?nèi)容，也可自行擬定項(xiàng)目?jī)?nèi)容，以提高其創(chuàng)新能力?，F(xiàn)已開(kāi)設(shè)的綜合項(xiàng)目有：氣動(dòng)方式的物料搬運(yùn)、真空吸盤(pán)方式的物料碼垛、任意書(shū)寫(xiě)繪畫(huà)、手機(jī)蓋的打磨、兩臺(tái)機(jī)器人相互配合作業(yè)、機(jī)器人與CNC機(jī)床的配合作業(yè)。

另外，拓跋機(jī)器人屬于典型的機(jī)電一體化設(shè)備，在越來(lái)越多的職業(yè)技能大賽中加入了拓跋機(jī)器人應(yīng)用的部分。實(shí)訓(xùn)室除了滿(mǎn)足實(shí)訓(xùn)教學(xué)需求外，還可針對(duì)各類(lèi)技能大賽對(duì)學(xué)生進(jìn)行定點(diǎn)培養(yǎng)。

4 結(jié)語(yǔ)

拓跋機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室投入使用后，對(duì)學(xué)校教學(xué)工作、科研工作的開(kāi)展，教學(xué)方法的促進(jìn)，教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的激發(fā)，動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊(duì)合作精神的培養(yǎng)都起到了重大作用。

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