工业机器人基础教学实训设备开发探究

嘉兴技师学院 虞嘉丞

工业机器人相关专业是近几年新兴专业，发展极其迅速，人社部于2009 年技工类专业中开设“工业机器人应用与维护”专业，教育部研究确定在2019 年起增补并开设“工业机器人技术应用”专业。

我校自2013 年开设“工业机器人应用与维护”专业以来，已经历了7 个年头，期间辛苦与收获并存，特别是开设伊始，缺乏师资，更缺乏教学实训设备，经调研后，我校决定自己开发相关实训设备。

1 设备教学定位

我校是技师学院，中职院校，学制5～6 年。人才培养定位在“应用”与“维护”两个方面，“应用”主要是简单编程、调试等工作，“维护”则是保养、维护等工作。

2 设备功能需求

根据设备的教学定位，调研现在工业机器人主要的功能应用，经过互联网大量文献及数据对比，取中国产业信息网公布的《2018 年中国工业机器人市场规模预测及行业发展趋势》一文中“2013-2017 年中国工业机器人应用行业分布”图为典型结果[4]，可知搬运码垛机器人、焊接机器人各占比超过35%，装配机器人占比15%以上，其他应用加一起也不足15%。

由以上调研，主要引入搬运码垛、焊接、装配三大应用功能，其他功能省略。

3 工业机器人选型

工业机器人品牌繁多，操作系统又不相同。作为基础教学实训设备，我校考虑的出发点是市场占有率相对较高，中职院校又主要给本地企业输送技能人才，所以本地企业使用相对多，教学资源又相对丰富的作为首选。经过调研，以搜狐网刊登数据，机器人四大家族的占有率[5]，再根据地方企业使用中ABB 使用率也较高，而ABB 的教学资源及软件相对其他品牌丰富很多。最终决定使用ABB 机器人。

因安全及设备尺寸等综合考虑，所以具体型号选择IRB-120，具体参数为公开资料，不再赘述。

4 设备具体设计

具体设计搬运码垛、平面空间轨迹、搬运装配三大功能模块，用以覆盖搬运码垛、焊接、装配三大应用功能。

4.1 搬运码垛功能模块

搬运码垛模块主要对应机器人搬运及码垛相关应用，设计为由9 块叠放物料及一个栈板组成，可以完成一层，放置三层的基础码垛，也可以完成叠放平铺的搬运动作。设计及实物如图1。

图1 搬运码垛模块设计图及实物图

4.2 平面空间轨迹功能模块

平面、空间轨迹模块，主要是针对工业机器人焊接、涂胶等相关应用，设计为平面直线、圆弧轨迹6 个，空间轨迹2 个，可以完成机器人基本运动指令方面的训练，以及工件坐标系定义。设计及实物如图2 所示。

图2 轨迹模块设计图及实物图

4.3 搬运装配功能模块

图3 搬运装配模块

搬运装配模块主要是针对工业机器人装配相关应用，设计了6 个不同形状的物块，并设计了两个位置不同的相应形状托盘，物块搬运后必须嵌入托盘中，完成简单装配。设计及实物如图3所示。

4.4 工具坐标系定义锥座

工具坐标系需要专门的锥座才可以精确定义，所以在平面轨迹盘边上设计了锥座。

4.5 多种末端执行器

为了配合各种应用，设计了多种末端执行器，有轨迹笔用于焊接、涂胶应用；有吸盘用于搬运、码垛、装配；有夹抓用于搬运、码垛。

有了以上各种设计，本基础教学实训设备总体外形如图4。

图4 整机设计及实物图

5 设备使用情况

我校工业机器人教学实训中心从2015 年启用以来，主要投入到“机器人基础训练”“中德机器人项目训练”“综合训练”“FMS柔性自动化训练”等课程中，并且从2013～2018 级学生的教学使用中，贯穿于入门到进阶课程，达到了满意的效果。

6 结语

综上所述，本次工业机器人基础教学实训设备开发是成功的，在我校工业机器人应用与维护专业的教学中承担了重要角色，特别是针对每一届刚接触工业机器人的学生起到了相当重要的作用，并且在后面的进阶教学中，作用依然非常突出。