高职院校工业机器人实训室建设初探

赵凤申,李爱芹

(南通航运职业技术学院机电系,江苏南通226010)

工业机器人具有高效、可靠的优点,在自动化生产线中应用日益广泛,如在汽车工业中完成焊接、搬运、喷涂和装配等。此外,我国的民营企业也逐渐认识到了工业机器人的优势,对工业机器人的采用量也在逐年增加[1]。但这些企业存在着装机量不高、人才流动性强和培训不到位等问题,因而对工业机器人应用维护人才需求较强和要求较高。为相关企业培养急需人才是高职院校的主要任务。

工业机器人和加工中心作为机电一体化的典型产品,可用于学生了解机电系统构成和综合应用机电元件知识的训练。很多高校的加工中心建设起步较早,取得了不错的实训效果,而工业机器人实训室建设和课程建设则起步较晚且有待完善。

1 实训设备定位

机器人实训室的配置,目前主要有三种方案:①智能移动机器人由单片机和多传感器构成,主要用于单片机教学和机器人大赛;②工业机器人教仪具有工业机器人的结构特征,设备价格低,可靠性较差,无工业现场感,主要用于演示。③真实工业机器人,能够再现工业现场生产过程,设备稳定可靠,但是价格较高。

考虑到主要为企业培养应用型人才,我院建设的实训室的设备定位为方案③,即采用汽车企业常用的六自由度弧焊机器人。

2 机器人实训室建设存在的矛盾

1)设备数量与教学需求量的矛盾

与PLC等相比,工业机器人价格较高,而高校经费有限,实训室里不可能有大的装机量。但由于学生数量多,对机器人兴趣浓厚,很容易出现僧多粥少的情况,影响教学效果。

2)理论与实践教学的矛盾

工业机器人融合了电气控制、变频器、机构设计、外围设备接口、传感器及现场总线等机电系统内容。其理论包括机器人运动学、动力学、路径规划以及运动控制等知识点。而实践技能训练主要以机器人编程和维护为主。这两部分的显著差异在于:理论内容多,难度大,而实践技能偏重于操作,难度较小,因而学生在学习过程中感到难以融合。

3)机器人单机与生产线联网的矛盾

汽车制造业等大型工业企业采用多台机器人构成工业自动化生产线,联网形成柔性制造系统。而高职院校中工业机器人与自动化生产线、PLC、气动设备等分属不同的实训室,设备联网通讯不易实现。

4)机器人教学与设备保修的矛盾

工业现场要求工业机器人连续可靠运转,高效且易于操作维护,而实训室的工业机器人故障案例应由学生动手维护,以培养维护技能。为使学生掌握机器人结构和维护方面的知识,需要将其拆开并了解其内部传动链和减速系统等构造。此外,工业机器人拆解具有一定的危险性,机器人手臂较重,拆解中由于刹车失效、学生的误操作等可能伤及学生。

3 解决方案

1)重视机器人软环境建设

工业机器人须配套模拟仿真软件,用于构建虚拟机器人的工作环境。学生编程验证后将该软件下载至机器人本体中运行,可克服了机器人数量的不足,又降低了误操作对机器人的损伤。此外,该软件应具备通用数据接口(如IGES格式),能够导入专业CAD/CAM 软件(如UG、Pro/E)设计的三维造型,体现工业机器人与机械设计、制造的结合性,体现工业生产过程,使学生了解虚拟示教的概念。

2)购买其他类型机器人辅助教学

一般来说,工业机器人系统封闭,其D-H参数和电机控制协议都不开放,无法依赖工业机器人验证正反运动学。解决办法是考虑购买组合式机器人,构建自动导引车AGV和PUMA560结构的组装机器人。AGV主要完成物料搬运,与工业机器人配合使用;组装机器人的D-H参数可由学生自行计算,可利用其验证正反运动学和理论示教等。同时,也可以购买淘汰的同型号机器人,以便于学生拆装,让其掌握一些工业机器人的内部结构和维护相关知识。

3)合理安排实训项目

将理论知识融合到实训教学中以解决工业机器人理论知识较难而实践知识较易的矛盾。表1为我院部分实训项目理论和实践知识融合对照表。

表1 部分实训项目理论实践融合对照表

4)加强与供应商及用人单位合作

我们应要求供应商提供工业机器人的应用视频以丰富教学内容;提供足够的培训机会以强化师资,提供较长的保修期限以解决维护问题,提供较快的响应速度以缓解设备故障对教学进程的影响;提供工业机器人组网方案,以实现与PLC、自动化生产线实训室的联网通讯等。

5)强化教师队伍的培训

供应商应提供充分的产品培训,使教师掌握设备的操作和维护要点;授课教师更应深入了解机器人在船舶、汽车、电子元件装配和焊接等行业中的应用;教师还应深入企业调研,了解不同企业工业机器人应用的差异,从而不断补充和修正授课内容,提高授课质量。

4 结语

我院在机器人实训室建设中,采用低价位的安川SSF2000型六自由度弧焊机器人,配备送丝机构、真空吸盘、气动手爪、数字焊机和焊枪等。配套的动态模拟软件为MOTOSIM-EG和通讯软件MOTOCOM-32,可以实现虚拟仿真功能;采用北京博创“创意之星”组合式机器人套件,可以方便的搭建出AGV和组装机器人,辅助工业机器人教学。

实践教学证明,该实训室建设方案可行,设备总体价格低,利用率高,项目设置合理,理论与实践结合性强,学生学习效果良好。

[1] 赵臣,王刚.我国工业机器人产业发展的现状调研报告[J].北京:机器人技术与应用,2009(2):8-13

[2] 曹京生.机电类专业“3+2+1”教学模式研究.北京:实验技术与管理,2008(12):137-139