“双创”和“新工科”背景下协作工业机器人专业类实训项目设计与实现

白雁力 卢健 李姮 许金

摘要：为贯彻“双创”和“新工科”政策对培养创新人才和加速工程实践教育改革的要求，采用优傲协作工业机器人系统，搭建机器人工程实训课程平台，设计和实现机器人工程实践课程专业类实训项目，以此期望培养学生创新思维和提升工程应用能力，为本校机器人相关学科在工程实践方面的发展提供实践支持。

关键词：双创；新工科；工程实践教育；协作工业机器人

中图分类号：G646 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）15-0040-02

一、引言

近年来国家提出了“大众创业，万众创新”的战略政策[1]，在“双创”背景下，为培养适应社会需求的创新型人才，高等教育不仅对创新创业教育体系进行了改革，而且还对教学和人才培养模式进行了革新。为进一步落实创新人才培养，2016—2017年，教育部通过“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”等研讨会议，达成了“新工科”理念，并提出和制定建设发展方案[2-3]。

在“双创”和“新工科”背景下，培养具有创新能力的工程实践教学被提升到前所未有的高度，能紧跟国家发展战略和产业行业发展需求的创新学科被逐渐发展和建设起来，而融合机械、电气、自动化和信息通讯等多学科的机器人相关专业高等教育则成为新时代高等教育改革的领跑者。为提升学生工程应用能力和辅助我校机器人相关学科的工程实践教学，本文采用优傲协作工业机器人系统建设机器人工程实训平台，并通过设计和编程实现机器人相关学科的专业类工程实训项目，以此期望促进机器人相关学科工程实践教学发展。

二、优傲协作工业机器人系统

优傲机器人（Universal Robots，UR）是六轴串联协作工业机器人，其UR3系列协作工业机器人手臂如图1所示，其中六自由度关节分别为基座（Base）、肩部（Shoulder）、肘部（Elbow）、手腕1（Wrist1）、手腕2（Wrist2）和手腕3（Wrist3），每个关节运动范围为+/-360°，手臂工作直径和重复定位精度分别为Φ1000mm和+/-0.03mm，可通过示教器编程控制机器人手臂完成复杂工作。

三、专业实训项目设计与编程

协作工业机器人通过二维平面和三维空间运动实现人机交互协作过程中的重复性工作，其运动轨迹包括直线、弧形和圆形等三种。为掌握UR3操作，专业实训项目以熟悉机器人基本移动指令应用和设计多种运动轨迹为主，通过综合运动轨迹的可编程控制实训，为采用机器人实现复杂工作打基础。

1.基本移动指令。移动指令主要完成机器人末端工具中心点（Tools center point，TCP）按照人工协作要求进行移动，在优傲机器人的PolyScope系统中常用移动指令主要包括直线运动（MoveL），工艺运动（MoveP）和圆形运动（MoveC）三种，其中MoveL指令可实现两路点间的直线运动轨迹，MoveP指令通过设置交融半径可实现两路点间的直线和弧形运动轨迹切换，MoveC指令通过设置运动半径可实现两路点间的圆形运动轨迹。

2.综合运动轨迹编程实现。综合运动轨迹实训编程要求及实现如图2所示，其中机器人TCP的起点和终点分别为Waypoint_1和Waypoint_6。在该实训项目中，包含直线、弧形和圆形运动轨迹。因此根据各路点间不同的运动轨迹，在编程时首先采用MoveP指令设置交融半径100mm实现Waypoint_1到Waypoint_2之间的直线与弧形运动轨迹；然后采用MoveC指令设置半径100mm实现Waypoint_2到Waypoint_4之间的圆形运动轨迹；最后采用MoveL指令实现Waypoint_4到Waypoint_6之间的直线运动轨迹。通过多种运动轨迹切换的综合编程，使学生掌握指令的基本意义和应用方法，培养机器人运动轨迹的设计思维。

四、结论

协作工业机器人实训项目分为基础、专业和综合三大类型，而专业类实训项目在课程中起到承上启下作用，通过熟悉机器人移动指令的专业类实训项目的实施，不仅能加深学生对協作机器人工作原理和运动模式的认识，而且还能理解和掌握协作工业机器人的基本编程语言和流程。以学生为主体和以教学项目为载体的专业类实训项目，为协作工业机器人综合类实训项目的开展奠定了良好的理论和编程基础。

参考文献：

[1]任之光，梅红.双创背景下高校教育教学改革探索研究[J].中国高教研究，2017，（1）：86-90.

[2]陆国栋，李拓宇.新工科建设与发展的路径思考[J].高等工程教育研究，2017，（3）：20-26.

[3]林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究，2017，38（02）：26-35.