基于VB可視化弧焊機(jī)器人教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)

胡敏

運(yùn)用VB與MATLAB混合編程方法設(shè)計(jì)了弧焊機(jī)器人教學(xué)系統(tǒng)，從開發(fā)指導(dǎo)思想，總體結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)及具體應(yīng)用實(shí)例等方面具體闡述。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可視化技術(shù)的運(yùn)用已經(jīng)引起大量教育者的密切關(guān)注，可視化技術(shù)在教學(xué)方面的應(yīng)用必然呈現(xiàn)出可觀的發(fā)展趨勢(shì)和前景。利用可視化技術(shù)與職業(yè)教育實(shí)習(xí)課程教學(xué)相結(jié)合，是一種低費(fèi)用，高效率的科學(xué)教學(xué)手段，有助于增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高操作技能水平，促進(jìn)學(xué)生思考；有助于將抽象的思維轉(zhuǎn)變成可視化的學(xué)習(xí)模塊，化整為零，幫助學(xué)生理解。

目前用于可視化教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)有很多，比如Visual C++，MCGS、WEB、UML、VB等。對(duì)于初學(xué)者能夠?qū)崿F(xiàn)界面設(shè)計(jì)還能編寫完成程序最好用的容易上手的是VB，VB作為一種程序開發(fā)語(yǔ)言，采用面向?qū)ο蟆⑹录?qū)動(dòng)、可視化的程序開發(fā)機(jī)制，運(yùn)用VB進(jìn)行程序設(shè)計(jì)開發(fā)具有許多顯著的優(yōu)點(diǎn)，考慮到本系統(tǒng)內(nèi)容專業(yè)性強(qiáng)，因此，選擇VB作為開發(fā)平臺(tái)。

1.系統(tǒng)開發(fā)指導(dǎo)思想

該教學(xué)軟件開發(fā)的目的是：（1）提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；（2）改進(jìn)傳統(tǒng)的實(shí)習(xí)教學(xué)模式，向理實(shí)一體化課程改革；（3）彌補(bǔ)教學(xué)資源短缺；（4）引導(dǎo)學(xué)生掌握弧焊機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡及焊接過(guò)程；（5）提高學(xué)生掌握焊接參數(shù)設(shè)計(jì)能力；

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，主要從教師和學(xué)生兩個(gè)角度出發(fā)，不僅可以滿足教師教學(xué)需求，還可以使學(xué)生通過(guò)該系統(tǒng)的練習(xí)掌握焊接參數(shù)設(shè)計(jì)的能力。

在系統(tǒng)功能開發(fā)上，該軟件設(shè)計(jì)時(shí)采用模塊化，將要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)按照功能和內(nèi)容上的區(qū)別分為各級(jí)模塊，各模塊之間既相互獨(dú)立也通過(guò)菜單的調(diào)用命令成為有機(jī)整體。這樣有利于對(duì)軟件進(jìn)行修改和擴(kuò)展內(nèi)容，盡量做到在進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)不需要對(duì)程序做改動(dòng)或者改動(dòng)很少，只要把實(shí)現(xiàn)的功能模塊加進(jìn)去就能正常啟動(dòng)。

2.系統(tǒng)開發(fā)總體結(jié)構(gòu)

該可視化教學(xué)系統(tǒng)主要應(yīng)用于職業(yè)院?；『笝C(jī)器人實(shí)習(xí)教學(xué)中，根據(jù)弧焊機(jī)器人實(shí)習(xí)教學(xué)理論知識(shí)體系確定系統(tǒng)內(nèi)容，結(jié)合職高學(xué)生特點(diǎn)，簡(jiǎn)化系統(tǒng)，使其形成易操作，可視化的操作界面。

系統(tǒng)由三個(gè)子系統(tǒng)組成，分別是焊接機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)系統(tǒng)、焊接工藝參數(shù)設(shè)置界面系統(tǒng)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)。

（1）焊接機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中主要有焊接基礎(chǔ)知識(shí)模塊、機(jī)器人示教編程模塊、校正模塊、維護(hù)與保養(yǎng)模塊、退出系統(tǒng)模塊。這五個(gè)部分在VB主界面中設(shè)置為菜單，每個(gè)菜單下面設(shè)置子菜單，用來(lái)輔助課題教學(xué)。通過(guò)點(diǎn)擊菜單，將主界面分為三個(gè)區(qū)域，顯示內(nèi)容為問(wèn)題描述、圖形解析、理論基礎(chǔ)。運(yùn)用本系統(tǒng)的內(nèi)容，教師可以根據(jù)不同課題選擇授課內(nèi)容，學(xué)生也可以通過(guò)本系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)習(xí)，鞏固知識(shí)點(diǎn)。

（2）焊接工藝參數(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。焊接工藝參數(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)是通過(guò)VB與MATLAB混合編程的方法實(shí)現(xiàn)的，其目的是提高學(xué)生對(duì)工藝參數(shù)設(shè)計(jì)的能力，學(xué)生可以對(duì)不同的坡口尺寸選擇合適的焊接參數(shù)。系統(tǒng)界面設(shè)置了焊縫類型、接頭參數(shù)、調(diào)入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、結(jié)果輸出四個(gè)模塊。學(xué)生在操作時(shí)，輸入焊縫類型、接頭尺寸后點(diǎn)擊調(diào)入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)按鈕就會(huì)輸出焊接參數(shù)結(jié)果，學(xué)生通過(guò)該參數(shù)可以嘗試去焊接，最后分析焊接質(zhì)量。

（3）機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)置的目的是，學(xué)生通過(guò)仿真操作了解并掌握機(jī)器人運(yùn)動(dòng)原理和編程思想，為熟練操作機(jī)器人焊接打下基礎(chǔ)。通過(guò)第三方Visual component 3Dcreate仿真軟件實(shí)現(xiàn)焊縫軌跡仿真，該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是運(yùn)用VB調(diào)用該軟件的保存路徑，將仿真軟件嵌入到主界面中，達(dá)到教學(xué)目的。

3.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

開發(fā)過(guò)程中，運(yùn)用VB與MATLAB混合編程實(shí)現(xiàn)教學(xué)系統(tǒng)功能，由于VB容易編程，但對(duì)圖形顯示功能和大量的運(yùn)算處理能力欠缺，而MATLAB界面功能較薄弱，具有強(qiáng)大的圖形顯示和數(shù)學(xué)運(yùn)算功能，將兩者混合編程，可以實(shí)現(xiàn)可視化及交互式操作界面。實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)如下：

（1）Active X技術(shù)實(shí)現(xiàn)。運(yùn)用ActiveX控件實(shí)現(xiàn)VB對(duì)其他程序的調(diào)用，ActiveX控件的應(yīng)用成為開發(fā)和運(yùn)用環(huán)境的一部分，實(shí)際上ActiveX是調(diào)用一個(gè)部件，但無(wú)需部件對(duì)應(yīng)的程序是運(yùn)行的，因此加入ActiveX控件可以使軟件開發(fā)的功能更強(qiáng)大，可以支持.exe .dll .ocx等文件。在本系統(tǒng)開發(fā)中運(yùn)用OLE技術(shù)，OLE又叫對(duì)象連接與嵌入，VB中的程序可以通過(guò)OLE來(lái)訪問(wèn)Widows中應(yīng)用的其他程序，調(diào)用其他程序提供的對(duì)象。

（2）SHELL函數(shù)的運(yùn)用。本文中運(yùn)用MATLAB BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱開發(fā)了焊接工藝參數(shù)設(shè)計(jì)功能，實(shí)現(xiàn)了交互式輸入界面，實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)計(jì)。該功能的開發(fā)是基于MATLAB開發(fā)的，為了讓操作者在簡(jiǎn)單、便捷的環(huán)境下點(diǎn)擊圖標(biāo)就可以運(yùn)行，在VB開發(fā)了可執(zhí)行文件，VB與MATLAB之間的自動(dòng)導(dǎo)入通過(guò)Shell函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（3）運(yùn)用APP訪問(wèn)對(duì)象。VB界面上通過(guò)MATLAB提供的APP對(duì)象來(lái)訪問(wèn)全局對(duì)象，通過(guò)指定可執(zhí)行文件或者交互式教學(xué)系統(tǒng)路徑及名稱調(diào)用。運(yùn)用App.Path屬性運(yùn)行.VBP或可執(zhí)行文件路徑。在編程時(shí)要注意應(yīng)用程序.VBP文件保存路徑超過(guò)兩層目錄時(shí)，App.Path找不到其保存的位置，無(wú)法執(zhí)行路徑。

（4）視頻建立。視頻播放分為兩部分：一類視頻是運(yùn)用相機(jī)拍攝的實(shí)習(xí)車間現(xiàn)場(chǎng)材料，另一類視頻是運(yùn)用屏幕視頻專家制作的仿真軟件應(yīng)用的視頻。車間現(xiàn)場(chǎng)視頻通過(guò)WindowsMediaPlayer控件編寫程序，控件加載是在“工程”，部件里點(diǎn)擊視頻播放控件在VB中加載Active X控件，視頻通過(guò)Windows Media Player控件編寫程序。另一類視頻是用軟件進(jìn)行視頻錄制，其操作步驟如下：首先打開屏幕，初始設(shè)置，如視頻文件存放的位置，再設(shè)置是否同時(shí)錄制聲音，生成EXE文件還是AVI文件。點(diǎn)擊“開始錄制”即開始錄像，該界面就自動(dòng)最小化。弧焊機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡仿真步驟操作完后再按下F2就可以停止錄像了，頻幕錄像專家自動(dòng)會(huì)保存剛才錄制的內(nèi)容為視頻文件。最后用視頻編輯軟件對(duì)視頻進(jìn)行編輯。

4 應(yīng)用實(shí)例

下面以直線編程為例對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行說(shuō)明。直線編程是“機(jī)器人示教編程”子模塊下的內(nèi)容，直線編程又分為編程和軌跡仿真兩個(gè)部分，實(shí)現(xiàn)方法如下：

（1）登陸界面。在該窗體中設(shè)有三個(gè)Label控件，作用是顯示相應(yīng)的提示信息，2個(gè)Text文本，用于設(shè)置用戶名和密碼，需要輸入正確的用戶名和密碼才能進(jìn)入教學(xué)系統(tǒng)主界面，當(dāng)輸入錯(cuò)誤的密碼后，系統(tǒng)會(huì)提示“輸入用戶名或密碼不正確”，當(dāng)輸入正確的用戶名和密碼時(shí)點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕進(jìn)入到系統(tǒng)主界面，否則選擇取消退出登陸界面。

（2）點(diǎn)擊主界面主菜單下的“直線編程”下面的“編程”子菜單，主界面顯示區(qū)域出現(xiàn)問(wèn)題描述、圖形解析、理論基礎(chǔ)。問(wèn)題描述是對(duì)本節(jié)課要掌握的內(nèi)容提出的問(wèn)題。圖形解析區(qū)域是以形象化的圖片的形式對(duì)理論基礎(chǔ)部分的知識(shí)點(diǎn)加以理解和消化。理論基礎(chǔ)是對(duì)直線插補(bǔ)原理知識(shí)的解析。

（3）點(diǎn)擊主界面菜單直線編程下的子菜單“軌跡仿真”，進(jìn)入到交互式界面，設(shè)置參數(shù)后，界面上出現(xiàn)直線仿真軌跡。如圖所示1.3所示。

界面上在路徑類型上點(diǎn)擊直線編程，根據(jù)直線插補(bǔ)法原理，輸入直線編程的參數(shù)，點(diǎn)擊動(dòng)畫仿真就可以看到軌跡在屏幕上移動(dòng)，點(diǎn)擊暫停按鈕就停止軌跡仿真，點(diǎn)擊返回主界面，界面返回到主界面上，加載教學(xué)目標(biāo)、圖片解析及理論基礎(chǔ)內(nèi)容。

（4）點(diǎn)擊視頻，學(xué)生在觀看視頻后結(jié)合所學(xué)理論基礎(chǔ)加深印象，深入理解其原理。點(diǎn)擊視頻播放，自動(dòng)加載視頻保存地址，完成視頻播放功能。

結(jié)術(shù)語(yǔ)

本文主要闡述了開發(fā)弧焊機(jī)器人實(shí)習(xí)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，及設(shè)計(jì)采用的關(guān)鍵技術(shù)，并通過(guò)具體的實(shí)例說(shuō)明了該系統(tǒng)的功能。

（工作單位：徐州技師學(xué)院）