技工院校工業(yè)機器人編程的教與學

歐惠玲

摘 要 工業(yè)機器人作為一個機電一體化設(shè)備應用于自動化生產(chǎn)。在技工院校的辦學專業(yè)中，工業(yè)機器人應用與維護專業(yè)作為一個新型專業(yè)，具有良好的發(fā)展前景。同時，機器人編程也是學習機器人關(guān)鍵的一環(huán)。讀者可以通過對工作站的建立，到虛擬仿真軟件Robogide的使用，以及示教器與機器人本體上的應用，把工業(yè)機器人編程的理論和實訓結(jié)合起來，直觀感受法那科工業(yè)機器人編程的教與學。

關(guān)鍵詞 工業(yè)機器人;示教編程;工作站;仿真;教與學

前言

與其他品牌的機器人相比，F(xiàn)ANUC機器人的編程、示教、使用規(guī)范等是最細致的，學習FANUC機器人編程后對學生自學其它品牌的機器人會變得輕松。下面主要探討FANUC六關(guān)節(jié)機器人編程的相關(guān)應用技術(shù)。

1建立滿足教學需求的一體化機器人實訓場室

FANUC工業(yè)機器人它可重復編程，是多功能、多自由度的操作機，能搬運材料、工件或操持工具來完成各種作業(yè)。為符合工業(yè)機器人專業(yè)的建設(shè)目標和滿足教學需求，需要建立一體化機器人實訓場室。建成的實訓室包括工業(yè)機器人應用工作站實訓室、工業(yè)機器人離線仿真與夾具設(shè)計室、機器人機械拆裝室、機器人電氣拆裝室。通過系統(tǒng)的課程訓練，讓學生掌握工業(yè)機器人應用系統(tǒng)的組成、離線編程、調(diào)度，示教器使用以及設(shè)備拆裝方面的知識和技能。

按照工業(yè)機器人實訓教學的特點，實訓室按照理論實操一體化形式進行建設(shè)，融合了多種實驗、實訓的考慮，提供了眾多實驗案例和典型應用。實訓場室內(nèi)部包括理論教學區(qū)、工具集中管理區(qū)、生產(chǎn)線工作區(qū)。便于學生、老師熟悉和掌握工業(yè)機器人的實際應用。

建成的機器人場室能滿足30人/班的教學班需求，學生在這里能進行實體的機器人操作，也能對機器人進行拆裝練習，不僅能對機器人的機械部分熟悉，還能對電氣部分也掌握，全面認識機器人的功能、應用和結(jié)構(gòu)，讓學生直觀感受FANUC機器人坐標、定點、示教和編程的技術(shù)，加深了學生對機器人的認知了解[1]。

2離線編程——虛擬仿真軟件Robogide的使用

機器人的編程分為離線編程和在線編程兩種方式。離線編程時，在 PC 上安裝 FANUC 的編程軟件，即可以實現(xiàn)離線編程。Robogide是一款FANUC自帶的系統(tǒng)布局設(shè)計和動作模擬的一個三維仿真軟件，試用版只能用30天。它可以在不使用真實機器人的情況下，能輕松地設(shè)計機器人系統(tǒng)。它操作方便，可以把Robogide 中的 TP 程序與現(xiàn)場機器人的 TP 程序相互導入和導出，所以可以用Robogide做離線編程，然后將程序?qū)氲綑C器人本體，或?qū)F(xiàn)場的程序?qū)氲絉obogide。

當前Robogide的主界面是英文版，學生在剛接觸這個軟件時，對英文不熟悉，使用英文軟件是有抗拒，需要按操作步驟一步一步的進行引導，讓他們慢慢熟悉Robogide的操作，建立仿真環(huán)境后，示教器可以切換到中文界面。同時，學生沒有編程基礎(chǔ)，對程序算法沒有概念，在教學過程中，要通過各種案例增加學生的學習興趣，讓學生掌握這個軟件的使用方法。學生可以通過計算機操作仿真軟件學習機器人技術(shù)，仿真與現(xiàn)實操作是有差距的，但仿真操作可以讓學生把大部分要“犯的錯”都在仿真軟件上驗證一遍，在真正操作機器人時避免發(fā)生意外和損害。下面以機器人點、圓弧指令的應用為例，在TP上，創(chuàng)建程序后，進行點的記錄，如圖1所未為J指令的應用：

在對“點”進行示教時，學生對J、L、C 的運動類型不是很理解，要通過結(jié)合實物進行講解教學;在講授關(guān)節(jié)運動J和直線運動L時，要明確兩者的區(qū)別，使用關(guān)節(jié)運動能減少運行時間，直線運動的速度要稍低于關(guān)節(jié)運動。當運行程序時，機器人走直線時，有可能會經(jīng)過奇異點，這時有必要使用附加運動指令或?qū)⒅本€運動方式改為關(guān)節(jié)運動方式。

在這條指令中，終止類型“FINE”和“CNT” （CNT0=FINE）也是一個難點，可借助圖2幫助學生理解。

在起弧開始和起弧結(jié)束的地方用FINE作為運動終止類型，這樣做可以使機器人精確運動到起弧開始和起弧結(jié)束的點處。繞過工件的運動使用 CNT作為運動終止類型，可以使機器人的運動看上去更連貫。Robogide通過顯示機器人的可達范圍，確定機器人與周邊設(shè)備擺放的相對位置，保證可達，同時，還可以對機器人進行示教，使機器人遠離限位位置，保持良好的工作姿態(tài)[2]。

3在線編程——示教器與機器人本體的對話

當前FANUC機器人的仿真軟件編寫的程序可以直接導入現(xiàn)場應用，但程序的每一個工作點在現(xiàn)場必須進行重新示教。機器人在線編程時，可在現(xiàn)場使用示教器直接進行操作。示教器通過電纜與控制柜連接，應用機器人本體手動操縱、程序創(chuàng)建、程序的測試執(zhí)行、參數(shù)配置以及監(jiān)控都會使用示教器。

下面以機器人運動軌跡編程為例，把示教器和機器人聯(lián)合起來，進一步分析機器人編程中最簡、最短的路徑。任務(wù)要求：機器人從HOME點出發(fā)，接受到啟動信號DI101后，開始對圖3-1“公雞”簡筆畫進行涂膠，DO101是噴槍的啟?？刂菩盘?機器人完成一次工作后回到HOME點自動停止。

要尋求機器人的最高工作效率，在機器人的運動軌跡上盡可能少斷續(xù)點，機器人運動軌跡盡可能連續(xù)。經(jīng)過分析，圖3-2是完成涂膠過程的軌跡分析，在雞冠選取從P2點出發(fā)順時針“繪制”雞冠后再從P2點->P13點“繪制”雞身，可以讓雞冠、雞身都從P2點開始，既保持了動作的連續(xù)，也不會讓機器人頻繁啟停噴槍。所以公雞簡筆畫的噴涂順序是：雞冠->雞身->雞嘴->眼睛->雞腳->翅膀->尾巴。在圖3-2 中P20、P21本身就是繪制雞身時的定位點，也是繪制腳時的點，重復利用P20、P21是為了讓機器人的定點更少，減少編程定點的工作量。定好點以后，把TP打到ON的位置，按下使能鍵+SHIFT+FWD鍵，機器人就能按照定好的點進行繪制。通過示教器與機器人的操作，能實時監(jiān)測機器人的各個關(guān)節(jié)的運動情況。

對于一些帶有弧度的短小距離軌跡，如圖中雞腳部分，可以利用直線指令的CNT 過渡方式，結(jié)合機器人的運動速度來實現(xiàn)，也可以采用圓弧指令，但相對定義的點就會多一部分。

另外，在繪制圓弧中可以用C指令和A指令，C指令和A指令都是三點畫弧，每段弧指令不能超過1800 ，C指令和A指令的區(qū)別在于C指令以上一條指令的結(jié)束點作為起點，A指令指定哪三個點畫弧，一段弧必須有三個A指令出現(xiàn)，否則會報錯;C指令畫弧時的速度只能指定一個，A指令可以分別指定每兩點間畫弧的速度。如果連續(xù)畫多段弧時，用A指令比較方便。

4工業(yè)機器人編程的理論和實訓相結(jié)合

以機器人J1、J2、J3、J4、J5、J6軸為例，機器人的每條軸都由一個伺服電機控制的，伺服電機連著旋轉(zhuǎn)編碼器，將機器人的運動位置反饋給控制系統(tǒng)。在實訓教學中，讓學生觀察機器人的每個關(guān)節(jié)的運行情況，然后結(jié)合機器人本體的實際操作，動手操作體會，用右手定則，讓學生明X+、Y+、Z+的方向。在教學過程中，以具體的工作任務(wù)為導向，能夠讓學生從任務(wù)中學到工業(yè)機器人方面的專業(yè)知識，通過對工作任務(wù)的完成，使用學生達到理論聯(lián)系實際、活學活用的目的，提高其實際應用技能，并使學生養(yǎng)成善于觀察、獨立思考的習慣，與實際工作密切相關(guān)，以提高學生對工業(yè)機器人新知識和新技能的興趣。如搬運、涂膠、分揀、激光焊接等實訓進行直觀教學，讓學生有一定的成就感，提高學習興趣，開拓創(chuàng)新思維。

5結(jié)束語

工業(yè)機器人可以按編好的程序運行，已為工業(yè)生產(chǎn)帶來很大的幫助。技工院校作為人才的培養(yǎng)基地，應立足于為行業(yè)、為企業(yè)培養(yǎng)適應社會發(fā)展的專業(yè)應用型人才，如何在工業(yè)機器人專業(yè)教學中提高學生的技能水平是一項亟待探討的工作。

參考文獻

[1] 張愛紅.工業(yè)機器人操作與編程技術(shù)（FANUC）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2018：107.

[2] 李智，陳帆，胡菡，等.項目式教學在工業(yè)機器人專業(yè)教學改革中的應用[J].武漢工程職業(yè)技術(shù)學院學報，2018，（2）：97-101.