高职院校工业机器人实训室的建设

张庆乐

(武汉工程职业技术学院　机电工程学院　武汉：430080)

工业机器人技术已成为当今工业自动化生产的三大支柱之一，国内机器人技术发展及工业机器人系统集成应用已经进入快车道，无人工厂、熄灯工厂成为广为人知的热词。为适应社会生产方式新一轮的变革，培养工业机器人应用型人才已迫在眉睫。工业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。工业机器人实训环节对于巩固学生对理论知识的理解，特别是培养其动手解决实际问题的能力至关重要。高校应充分利用现有资源，通过校企合作、“产教融合”等途径，建设工业机器人专业配套实训室，为实现人才培训目标提供条件保障。

1　工业机器人实训室硬件建设

在工业应用领域，工业机器人的典型应用包括焊接、喷涂、组装、打磨、采集和放置(例如包装、码垛和 SMT)、产品检测和测试等; 所有工作的完成都具有高效性、持久性、高速性和准确性。为了服务机电大类专业实训课程的开展，开发工业机器人典型应用实训课题，同时紧跟企业实际工业生产中最具代表性的应用，我院有3个硬件配套实训室。(1)柔性制造系统实训室，配备一个机械手和一台Fanuc Robot LR Mate 200iC六自由度垂直多关节机器人。(2)Foxbot工业机器人应用实训室，配备有富士康工业机器人FoxBot A720计2台、A1700计1台、S400计1台， 共4 台机器人；其中A系列为六自由度垂直多关节机器人，S系列为SCARA四自由度水平多关节机器人。(3)Nachi工业机器人应用实训室，配备NachiMZ04-01-CFD型六自由度垂直多关节机器人共计5台。实训室总占地面积300 平方米左右。丰富的实训资源可以开展多层次的工业机器人实训课题。实训内容设计为以任务为导向，采用项目式教学模式，每3-5人为一小组，每组学生一套实训设备。为了便于在实训过程中实施演示教学，实训室配备了高清摄像机、多媒体教学设备，能够让学生多视角参与学习、训练。实训室也可以为学生进行创新设计培训。

我校实训室并没有采取综合实训台的模式。要让机器人开展有效的实训，必须对机器人进行必要的硬件扩展，需要的外围设备，主要包括：

(1)末端执行装置。末端执行装置是安装于机器人末端法兰盘上的作业工具，工具往往需要根据生产工艺的需求进行设计制作，用于教学实训中的工具以气动手抓和真空吸盘较为常见。为了实训教学的需要，根据工业机器人典型应用案例，我们设计制作了几种通用的手爪，分别能完成真空吸盘搬运、气动式机械手爪搬运、模拟弧焊、机盖打磨和抓取笔书写等功能。其手爪动作主要是通过外部总控柜中的PLC 控制真空吸盘、弹性吸盘的吸取和气缸的电磁阀动作来抓取工件。

(2)外围电气设备。扩展的外围设备需要电气控制装置来配合机器人IO进行通讯，协调动作，完成规定的工艺步骤，这些电气控制装置元件主要有：①控制、执行元件。外围的执行元件主要有真空吸盘、弹性吸盘、气缸、调速阀，其控制元件选用了电磁阀、真空发生器、继电器、接触器、常闭按钮、常开按钮、急停开关、指示灯、蜂鸣器等，辅助设备包括空压机、过滤器、水滴分离器等。②传感器。主要用于检测信号的输入，根据用途不同，使用了各类接近开关和光电开关以及用于安全防护的红外传感器。③电缆。用于工业机器人外围电气、设备的线路连接，根据需求选取不同规格的电线。④控制器。外围电气设备的总控选用西门子PLC，安装于实训室总控制柜中。

2　工业机器人实训室软件建设

我校建设了2个CAD/CAM实训室，机位180，同时也是工业机器人离线仿真实训室，配合工业机器人实训主要软件为SolidWorks、ABBRobotStudio、FD On Desk Light。SolidWorks用于训练学生三维建模技能，配合完成工业机器人仿真软件中对几何体模型的造型，ABB RobotStudio为ABB机器人离线仿真与编程软件，FD On Desk Light为Nachi机器人离线仿真与编程软件。这两款软件作为机器人仿真软件具备以下功能：

(1)离线编程功能。工业机器人编程的模式分为在线和离线编程两种，在线编程有很多局限性，效率不高，难以进行复杂曲线的编程与检视。离线编程可以脱离机器人在计算机上模拟真实的环境进行程序编制，还可以使用虚拟示教器。虚拟示教器与真实的示教器的功能完全一致，如设置I/O、设置参数、编程和调试等功能，可使所创建的机器人完全在虚拟环境下手动和自动运行。当前，离线编程软件还没有通用软件，每家企业自成体系，支持离线编程的工业机器人品牌无疑在市场上更有竞争力。

(2)仿真功能。通过软件开发的工业机器人应用案例，可以通过软件的仿真功能模拟真实运行过程，在计算机端重现在机器人段运行的完整过程，全三维动态过程和动画演示，可以用来预检查编程中可能存在的错误，也可以用来检验学生实训的工作成果。仿真功能对于提升学生的学习兴趣大有裨益。

(3)在线功能。也可以通过数据线，将计算机与工业机器人相连接，让计算机成为机器人的控制端，通过仿真软件上传工程应用项目，也可以下载机器人的配置参数，在计算机端进行修改编辑操作，大大改善了操作员的工作方式和工作强度。

3　工业机器人相关实训室的整合配套建设

目前高职院校工业机器人专业的实训模式主要有以下3种模式：①虚拟实训室的建设。通过对离线编程软件的学习，完成工业机器人实操之前的认识与编程训练任务。②综合实训台模式。工业机器人作为辅助设备的高度集成实训系统，能完成比较多的典型实训项目，是被采用得比较多的一种模式，但存在成本高、柔性不足的缺点。③典型工作站模式。模拟工业机器人工业现场常见的典型应用建立的实训系统。对于培养专业应用效果明显，但同样存在成本高、柔性不足的缺点。

我校机器人的实训资源比较充足，但存在配套不足，开展的实训的课题比较受限制，要充分发挥现有资源的潜力，需要进行机器人配套末端工具的开发，同时做好配套电气、传感器、气动控制要求，同时补充一套典型工作站，以便开展工业机器人的综合实训课题。

相关专业实训室也可以用来进行机器人基础课程和技能的实操训练，例如单片机实训室开设自动巡线小车实训，可以训练AGV巡线小车的组装、调试与控制技术，电气控制和传感器实训室可以开展机器人的电气控制实训，只要充分发挥现有实训资源的潜力，打破专业范围限制的条条框框，就可以为专业建设拓宽道路。

4　工业机器人实训项目设置

工业机器人实训课题的开发是实训室建设中另外一个重点内容，要发挥好设备的潜力，必须精心组织与规划实训内容与课题。根据学校目前情况，实训项目的开设分为基础实训项目和综合实训项目。学生通过基础实训项目熟悉工业机器人的基本操作与编程方法后，再通过综合实训项目进行技能强化训练，提升学生的实践与动手能力。基础实训项目包括：手动示教；建立坐标系；原点校正；数控操作；项目操作；堆叠应用；安全区域设置；IO控制编程；多任务编程。综合实训项目包括：机器人与数控机床联调；视觉识别与分拣；动态追踪与码垛；柔性线机床上下料等。2017年，湖北省开展了第一届工业机器人技能大赛，现有的实训室不仅能满足实训教学，也可以对参赛学生开展针对性的训练。同时，高职院校可以通过参加工业机器人技能大赛，与兄弟院校加强沟通与交流，借鉴成功的经验，加快实训装备的建设，达到以赛促建、以赛促教、以赛促学的多赢局面。

5结束语

工业机器人实训室投入使用后，在工业机器人和机电一体化专业相继开展了相应的实训教学，也为工业机器人技能大赛的备赛提供了条件，提升了学生的创新能力、工程应用能力，促进了教学工作、科研工作的开展，激励了教师教学改革的热情，推动了工业机器人专业建设的进度。

[1]熊隽.工业机器人实训室的建设与研究[J].职业教育,2014,(8):95-96.

[2]陈帆.高职院校工业机器人实训室的建设[J].职业教育,2014,(11):114.