拓跋机器人实训平台的建设与研究

程秀玲单水维

(1.内蒙古包头轻工职业技术学院自动化学院,内蒙古包头 014035;2.内蒙古第一机械制造集团有限责任公司,内蒙古包头 014030)

拓跋机器人实训平台的建设与研究

程秀玲1单水维2

(1.内蒙古包头轻工职业技术学院自动化学院,内蒙古包头 014035;2.内蒙古第一机械制造集团有限责任公司,内蒙古包头 014030)

近年来企业对拓跋机器人应用型人才需求日益突出,拓跋机器人广泛应用于包装码垛、焊接、喷涂、切割、打磨和搬运等,高职院校建立拓跋机器人实训室,培养应用型人才迫在眉睫。自动化相关专业如何建设拓跋机器人实训室,调动各年级各层次学生的学习兴趣、创新应用机器人技术,是个值得研究的课题。

拓跋机器人 高职院校 实训平台

拓跋机器人技术已成为当今工业自动化生产的三大支柱之一,具有高效、可靠的优点,国内机器人技术及机器人应用工程也已取得了较大的发展。为适应此社会变革,培养拓跋机器人应用型人才已迫在眉睫。拓跋机器人应用需进行多门学科的综合运用,不仅要掌握基础理论知识,还要具备实践应用能力。拓跋机器人实训环节对于巩固高职院校学生对理论的理解,特别是培养其动手解决实际问题的创新能力至关重要。高职院校应充分利用现有资源,积极与校外科研所或机器人公司建立协作关系,创建拓跋机器人实训室,为学生提供解决实际问题及提高创新能力的机会。

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)拓跋机器人教仪具有拓跋机器人的结构特征,设备价格低,可靠性较差,无工业现场感,主要用于演示;(3)真实拓跋机器人, 能够再现工业现场生产过程,设备稳定可靠,但是价格较高。

2 拓跋机器人实训室的建设

2.1 拓跋机器人实训室的硬件基础

在工业应用中,拓跋机器人主要用于包装码垛、焊接、喷涂、切割、打磨和搬运等。为开展拓跋机器人应用项目的研发,并考虑到实际工业生产中最有代表性的各类机器人类型,本校安装的拓跋机器人选用了由富士康科技集团提供的4台机器人(3台为六自由度垂直多关节机器人,1台为四自由度水平多关节机器人),实训室占地面积共180平方米左右。拓跋机器人实训课程以任务为导向,采用项目式教学模式,每2—3人为一小组,每组学生一套实训设备,共需计算机25套。为在实训过程中实现教学、演示等功能,需要配置多媒体网络及相应的服务器、交换机等。同时,实训室作为学生进行开发、创新的场所,要配备拓跋机器人应用所需的外围设备。

2.2 拓跋机器人软环境建设

拓跋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,体现拓跋机器人与机械设计、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。

2.3 购买其他类型机器人辅助教学

一般来说, 拓跋机器人系统封闭,其D-H参数和电机控制协议都不开放,无法依赖拓跋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,与拓跋机器人配合使用;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,让其掌握一些拓跋机器人的内部结构和维护相关知识。

2.4 加强与供应商及用人单位合作

我们应要求供应商提供拓跋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;提供拓跋机器人组网方案,以实现与PLC、自动化生产线实训室的联网通讯等。

3 拓跋机器人的实训内容

目前,本校开设的实训项目由基础实训项目和综合实训项目组成。学生通过基础实训项目熟悉拓跋机器人的使用后,再通过综合实训项目进行知识强化和创新能力提高。

基础实训项目包括:

(1)使用示教器进行手动操作,并校正原点和完成手动刹车控制;

(2)在指定位置新建Work坐标系及Tool坐标系;

(3)建立数据库,通过编程和自动运行,实现固有轨迹的运行;

(4)使用堆叠功能完成三维矩阵的运行;

(5)封闭式安全区域和镶嵌式安全区域的建立;

(6)通过I/O接口的控制编程和与外围电气设备的连接,实现配合作业;

(7)中断指令、多任务程序的使用。综合实训项目,学生可做教师布置的项目内容,也可自行拟定项目内容,以提高其创新能力。现已开设的综合项目有:气动方式的物料搬运、真空吸盘方式的物料码垛、任意书写绘画、手机盖的打磨、两台机器人相互配合作业、机器人与CNC机床的配合作业。

另外,拓跋机器人属于典型的机电一体化设备,在越来越多的职业技能大赛中加入了拓跋机器人应用的部分。实训室除了满足实训教学需求外,还可针对各类技能大赛对学生进行定点培养。

4 结语

拓跋机器人实训室投入使用后,对学校教学工作、科研工作的开展,教学方法的促进,教学模式的转变,学生学习热情的激发,动手能力、创新能力以及团队合作精神的培养都起到了重大作用。

[1]魏志丽.虚拟工业机器人实验实训室的建设与研究[J].自动化技术与应用,2013(8)．

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

[3]郗安民,刘颖,陈工,马祥华,荣继民.工业机器人教学实验工作站[J].实验技术与管理,2001(5)．

项目来源:内蒙古教育厅项目

程秀玲(1980—),女,内蒙古四子王旗人,硕士研究生,讲师,主要研究智能控制;单水维(1980—),男,河北衡水人,硕士研究生,工程师,主要研究新材料的开发及应用。