碼垛教學(xué)在ABB工業(yè)機(jī)器人的教學(xué)應(yīng)用

戴黃峰

隨著機(jī)器人在工業(yè)中的普遍應(yīng)用，各地職業(yè)院校工業(yè)機(jī)器人專(zhuān)業(yè)的開(kāi)設(shè)如火如荼，增長(zhǎng)迅速。但工業(yè)機(jī)器人品牌繁多，各家的控制系統(tǒng)不一致，對(duì)開(kāi)設(shè)的專(zhuān)業(yè)也沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各院校只能根據(jù)自己的教學(xué)設(shè)備和計(jì)劃實(shí)施教學(xué)。筆者主要針對(duì)ABB工業(yè)機(jī)器人IRB120系列對(duì)碼垛教學(xué)模塊進(jìn)行初探。

一、學(xué)生需要理解的相關(guān)知識(shí)

1.碼垛的概念

碼垛又稱(chēng)堆垛，就是把產(chǎn)品按照一定的擺放順序和層次，整齊地堆疊好?？梢允?*1，1*2，2*2，2*3，3*3，4*4。

2.碼垛機(jī)器人概念

碼垛機(jī)器人是機(jī)、電一體化高新技術(shù)產(chǎn)品。中低位碼垛機(jī)即可滿足中低產(chǎn)量的生產(chǎn)需要，其可以按照要求的編組方式和層數(shù)，完成對(duì)料袋、膠塊、箱體、玻璃等各種產(chǎn)品的碼垛。優(yōu)化的設(shè)計(jì)使得垛形緊密、整齊。碼垛機(jī)器人通常有龍門(mén)式碼垛機(jī)器人、懸臂式機(jī)器人及關(guān)節(jié)式機(jī)器人。

二、學(xué)生應(yīng)具備的操作能力

在本模塊練習(xí)前，需要學(xué)生能夠?qū)C(jī)器人RAPID程序和系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行備份操作，熟練機(jī)器人手動(dòng)操縱三種運(yùn)動(dòng)模式；使用“增量”模式來(lái)控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，能夠運(yùn)用手動(dòng)操縱模式的快捷操作；熟悉并運(yùn)用I/O信號(hào)監(jiān)控和操作，熟悉機(jī)器人程序數(shù)據(jù)的定義及類(lèi)型；掌握工業(yè)機(jī)器人程序數(shù)據(jù)的建立方法，熟悉三個(gè)關(guān)鍵程序數(shù)據(jù)的設(shè)定操作步驟；掌握絕對(duì)運(yùn)動(dòng)、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)、線性運(yùn)動(dòng)、圓弧運(yùn)動(dòng)指令的添加以及各字母所代表的含義。掌握固定位置搬運(yùn)程序的編程方法。掌握以上基本操作能力之后，才能進(jìn)行碼垛模塊的練習(xí)，因此碼垛教學(xué)應(yīng)放在后半學(xué)期。

三、碼垛的應(yīng)用

任何教學(xué)模塊都是由淺入深，由易轉(zhuǎn)難，若一上來(lái)就進(jìn)行復(fù)雜程序，學(xué)生可能接受不了。

如將9塊200×60×5的長(zhǎng)方體工件搬運(yùn)至200×200的平臺(tái)上（圖a），若給學(xué)生直接按照3×3的要求（圖c）或2×2的井字形（圖d）排列，學(xué)生一下子很難做出來(lái)。那么可以通過(guò)循序漸進(jìn)的方法，逐步提升難度，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生探索問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。

碼垛的關(guān)鍵在于尋找物料的規(guī)律及吸取點(diǎn)和放置點(diǎn)的相關(guān)計(jì)算。根據(jù)工件尺寸每取一塊吸取點(diǎn)就要降低5，而放置點(diǎn)，如圖b所示，每放置一塊，放置點(diǎn)就上升5；如圖c所示第一層放置時(shí)高度不變，但X方向需偏移60（工件寬度），第二、第三層各上升5；如圖d所示，在放置第三塊時(shí)除了考慮第二層的問(wèn)題還是需轉(zhuǎn)過(guò)90°。根據(jù)以上分析，教學(xué)安排見(jiàn)下圖。

1.引用常量reg1進(jìn)行圖b教學(xué)

此處只需解決兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是吸取點(diǎn)，一個(gè)是放置點(diǎn)。而吸取點(diǎn)是X、Y軸不變，Z軸每吸取一個(gè)下降工件的厚度5mm。放置點(diǎn)X、Y軸不變，每放置一個(gè)工件Z軸上升5mm。

根據(jù)該規(guī)律，教師需介紹一個(gè)常量reg1來(lái)記錄次數(shù)，要求學(xué)生思考，充分開(kāi)動(dòng)大腦。

教師需介紹一個(gè)常量reg1來(lái)記錄次數(shù)，本次關(guān)鍵點(diǎn)如下。

吸取點(diǎn)：MoveLOffs（p150，0，0，-5 * reg1）， v1000， fine， tool0；

放置點(diǎn)：MoveLOffs（p190，0，0，5 * reg1）， v1000， fine， tool0；

2.圖c教學(xué)應(yīng)用

此處需要學(xué)生對(duì)本要求的堆垛進(jìn)行分析，尋找規(guī)律，運(yùn)用合理的計(jì)算進(jìn)行程序編寫(xiě)。作為初次接觸的學(xué)生，如果讓他們自主學(xué)習(xí)，討論得出合理方案可能過(guò)于困難。因此這部分解題需教師引導(dǎo)，導(dǎo)入reg2、reg3來(lái)供學(xué)生使用，見(jiàn)下表。

教師給出以上信息后，吸取點(diǎn)不變，只要解決放置點(diǎn)的規(guī)律即可。此時(shí)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生思維，分組討論，進(jìn)行自主探究，自主學(xué)習(xí)。必然有部分學(xué)生能成功解答。

關(guān)鍵放置點(diǎn)：MoveLOffs（p190，60*reg2，0，5 * reg3）， v1000， fine， tool0；

總結(jié)：解決該問(wèn)題的方法不止一個(gè)，也沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案，同學(xué)之間可以相互探討，分析一下，誰(shuí)的程序更合理，簡(jiǎn)便，取長(zhǎng)補(bǔ)短，拓寬知識(shí)面。

3.圖d拓展教學(xué)

在以上兩個(gè)模塊的教學(xué)之后，部分學(xué)生完全有能力解決圖d任務(wù)，可以放手讓他們自主探索。

學(xué)生必須明白，碼垛的形式多樣化，末端有卡爪、吸盤(pán)等，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中處理大批量工件，主要用在煙酒行業(yè)、食品行業(yè)、塑料制品、包裝業(yè)、化工藥品業(yè)等。因此我們要適應(yīng)變化，學(xué)校的教學(xué)不可能這么復(fù)雜，需要活學(xué)活用，在以后就業(yè)中盡快適應(yīng)。

四、該應(yīng)用帶來(lái)的效果

此教學(xué)由淺入深、由易到難、由簡(jiǎn)到繁，符合職業(yè)學(xué)校學(xué)生思維規(guī)律。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，教師處于引領(lǐng)地位，緊緊圍繞一個(gè)共同的任務(wù)活動(dòng)中心，在強(qiáng)烈的問(wèn)題動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)資源的積極主動(dòng)應(yīng)用，進(jìn)行自主探索和互動(dòng)協(xié)作的學(xué)習(xí)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生思維，給予學(xué)生大量操作時(shí)間，充分發(fā)揮學(xué)生的主體效果。大大提高了學(xué)習(xí)的效率和興趣，培養(yǎng)他們獨(dú)立探索、勇于開(kāi)拓進(jìn)取的自學(xué)能力。

五、碼垛的后續(xù)探索

過(guò)去的人工碼垛勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作環(huán)境差、碼垛質(zhì)量低、產(chǎn)品破損嚴(yán)重浪費(fèi)多。而今出現(xiàn)的碼垛機(jī)器人可按照要求的編組方式和層數(shù)，完成對(duì)料袋、膠塊、箱體等各種產(chǎn)品的碼垛，優(yōu)化的設(shè)計(jì)使得垛型緊密、整齊。因此，必將更為廣泛地應(yīng)用，為了滿足不同產(chǎn)品類(lèi)型的碼垛，各大機(jī)器人企業(yè)也在不斷創(chuàng)新，推進(jìn)了自動(dòng)化、智能化、無(wú)人化碼垛機(jī)器人的發(fā)展。

我們給學(xué)生的可能只是本行業(yè)的皮毛，但我們重在方法及應(yīng)用，打好基礎(chǔ)。因此，教學(xué)要求和相關(guān)企業(yè)緊密聯(lián)系，一方面不斷地跟進(jìn)技術(shù)，開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用，能夠更多地應(yīng)用碼垛形式。另一方面通過(guò)企業(yè)，引入實(shí)例，豐富教學(xué)，使學(xué)校培養(yǎng)的人才與就業(yè)需要距離越來(lái)越接近。再以2017年全國(guó)中等職業(yè)學(xué)校職業(yè)能力大賽機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用賽項(xiàng)中，出現(xiàn)了五花垛的碼垛形式，配以離線編程軟件。通過(guò)離線編程，導(dǎo)入碼垛軟件包，平臺(tái)示教的方式完成相應(yīng)的碼垛任務(wù)，這些都是很好的教學(xué)資源，也符合實(shí)際的工作需要，值得從事相關(guān)教學(xué)的老師們學(xué)習(xí)應(yīng)用，甚至于開(kāi)發(fā)出更豐富的教學(xué)資源。

總之，教學(xué)資源需要結(jié)合現(xiàn)有資源不斷變化，不斷開(kāi)發(fā)，充實(shí)教學(xué)內(nèi)容，豐富學(xué)生的訓(xùn)練項(xiàng)目，更好地服務(wù)學(xué)生，使學(xué)生畢業(yè)后更快地加入到經(jīng)濟(jì)建設(shè)中。

（作者單位：嘉興技師學(xué)院）