创新型工业机器人实训基地建设研究与应用

田景峰

摘 要：辽宁轨道交通职业学院实训基地建设秉承“自主开发与二次开发相结合”的原则实施，实训基地的设计方案与学院“以服务轨道交通业为特色、以服务装备制造业为主体”一脉相承。文章从工业机器人实训基地的研究与应用出发，分析机器人专业人才培养途径，总结机器人实训基地的应用情况。

关键词：工业机器人;实训基地;机器人专业人才

0 引言

辽宁轨道交通职业学院从2014年开始筹建机器人专业实训基地，工业机器人专业已经开办近五年，培养的学生在就业前能够达到机器人编程与机器人装调工种的基本技能，学生对口就业率达到95%以上，到目前为止，基本完成预期规划。为了更好地进行规划设计，在学院领导的正确指引及英明决策下，以机器人专业教师牵头，专门成立课题研究小组，积极开展调研，研究制定方案，建设出一种具有独立知识产权，具有学院特色的工业机器人实训基地[1]。

1 工业机器人实训基地建设的必要性

实训基地是培养师生实际动手能力的实践场所，加强实训基地建设是办好高等職业教育的关键所在。我国工业机器人市场近年来持续表现强劲，市场容量不断扩大，伴随着学院工业机器人技术专业的开设，建设出具有学院特色的工业机器人实训基地迫在眉睫[2-3]。

2 工业机器人实训基地建设的研究内容及应用

2.1  建设形象科普区

为了让更多感兴趣的学生了解机器人，建设形象科普区。系内成立了机器人社团，有专业老师负责指导，为学生进行答疑解惑，机器人实训室也对机器人会员学生免费开放，给学生提供很好的实践操作机会。加入机器人会员有一个严格的审查环节，在会员中能力突出、脱颖而出的学生有机会参加学院、省市以及国家级的各种竞赛。在每个新学年新生报到时以及各种大型专业活动时，机器人社团的学生也会利用这个好机会展示他们的成果，通过视频播放、现场演示等丰富多彩的形式，宣传机器人技术，达到科普的效果。机器人社团除了在社团室活动外，也可以在机器人实训室进行学习实践。实训室内有篮球机器人、短跑机器人、相扑机器人、越野机器人和各种创新类机器人。

2.2  二次开发虚拟仿真区

初学者操作工业机器人很容易出现各种操作失误，为了防止出现人身和设备伤害，本研究开发了虚拟仿真区。为了达到与现有真实的工业机器人实训室一样的场景，学校与企业进行校企合作，通过校企横向课题的形式建设虚拟仿真实训室，以学院已有工业机器人系统为载体，进行三维建模设计，研究开发仿真软件应用，该实训室可实现在虚拟环境下布局工业机器人系统及机器人运动仿真。在课题研究与实施过程中，教师带领学生积极开展测绘、三维建模、仿真系统调试等工作，真正做到“做中学、做中教”。

2.3  自主研发基础实训区

基础实训区为师生提高实践动手能力创造很好条件，主要包括电机驱动实训和气动技术实训。学院数控维修、工业机器人技术等专业经常应用交流伺服电机、步进电机等设备，此实训装置可以为相关专业师生提供实践平台。交流伺服电机应用领域广，但是机电工程系、电气工程系以前都没有这方面的实训平台，此次属于首次系统应用伺服电机，通过多位老师的合作攻关，最终能够进行各种模式的控制。

气动技术实训室的操作平台采用铝型材结构，并将气动元件安装在专用底座上，可使气动元件方便地从操作平台上装卸，具有很强的综合性、直观性、开放性及实训性，是工业机器人、机电一体化等专业的教学、实训、考核的理想设备。其能够完成气动、电气动各种回路的连接与实际操作。

2.4  二次开发行业应用区

工业机器人实训室建设以工业机器人设备为基础，建成集工业机器人机电认知设备、工业机器人基础操作设备、工业机器人工艺应用实训设备、智能制造实训设备于一体的全方位多功能工业机器人实训室，充分培养学生在工业机器人技术专业的综合实践能力。实训室可以完成的主要功能是对高铁模型零件的搬运、装配和码垛，通过4种不同厂家的机器人实现连动的小规模生产线来演示学习机器人的应用，工作站内的布局中正面两端分别设有高铁数模上部模型和下部模型的上料工作台，两个工作台分别对应着两种携带不同抓手的搬运机器人。在工作站布局另一端配有移动台的装配机器人，搬运机器人在搬运和装配机器人之间分别设立了两个固定中转台，搬运机器人负责抓取中转台上的模型，并放置在位于布局中部的双轴变位机上，装配机器人配有机械手快换架，用于搬运机械手和自动拧螺钉机械手的快换，同时配有可快速更换的螺钉托盘。在装配机械手对上下模型进行螺钉拧紧的时候，双轴变位机的翻转轴配合机器人运动。位于布局中间的双轴变位机同时还负责把装配好的模型通过旋转轴旋转180°，使装配好的模型到达待码垛区域。位于两个搬运机器人中间的是码垛机器人，码垛机器人配有码垛台，码垛机器人负责将装配好的模型抓取并码放在码垛台上。整个布局由4种机器人配合其他辅助设备构成了一个多功能复杂型闭环控制项目。教师根据实训室使用情况，编制了《工业机器人操作与编程实训指导书》，能很好地指导学生进行学习操作。

2.5  自主开发工装夹具区

随着科学技术的不断发展，机器人在工业、制造业、化工业、食品业中的使用价值更大，工装夹具作为机器人的最重要装备，它的智能化程度直接影响着它的功能性。在工业机器人技术专业学习中，机器人末端执行器等工装夹具的设计、制造及应用是很重要的一个环节，为了让学生更直观地掌握工装夹具应用，本研究通过校企合作，收集企业废旧的工装夹具，摆放到校内工装夹具实物区，便于学生直观学习。或者通过学生去企业参观实习，了解学习各种工装夹具的应用。机器人专业学生在二年级时需要学习“solidworks建模”课程，在三维建模实训室可实现设计机器人工装夹具，既能练习使用solidworks建模软件，又能学习工装夹具的应用设计，为学生实训及生产制作工装夹具提供保障。

2.6  自主开发科技创新区

科技创新区是以注塑车间和立体仓库为基础，自主开发设计制作智能搬运复合机器人。设计要求为：利用机器人手臂自动搬运货物，搬运到AGV上，AGV根据规划路径运输到指定位置，再通过柔性生产线的机械手臂搬运到相应位置。复合机器人采用北斗导航、激光导航和磁钉惯导的复合导航模式。自主开发科技创新区，增强了专业师生在行业企业的影响力，大幅提升技术创新服务能力，提升了学校对产业发展的贡献度。

3 工业机器人实训基地建设实施效果

教师通过自主研发和二次开发创新型工业机器人实训基地，提高工业机器人专业实训教学质量，使参加培训人员掌握工业机器人技术、电气控制技术、传感器技术、PLC控制应用技术的技能，具有工业机器人运行与维护等能力。对应的核心岗位为工业机器人运行与调试工。

在入校之后，机器人专业学生就可以通过机器人协会等多种途径开始认识了解机器人，从第二学期开始，逐渐接触学习机器人专业课程，从工业机器人认知、气动技术、三维建模、工业机器人编程、工业机器人拆装调试、工业机器人系统集成等课程中，逐步掌握机器人专业应该具备的专业知识和实践能力。实践操作水平的提高，离不开实训设备的保障，工业机器人实训基地的实训设备能够很好地保障学习者的学习需求，从科普创新区的兴趣引导，到基础实训区和工装夹具区，使学生具备专业基本能力，再到虚拟仿真区和行业应用区，培养学生专业核心能力。通过以上实践环节，学生基本具备工业机器人专业核心能力。想进一步提高专业水平，通过自荐或老师推荐，学生到科技创新区去完成一些创新活动。机器人专业学生经过两年的在校学习后，最后一学年去企业进行跟岗实习和顶岗实习，利用专业所学技能为企业服务，真正实现了从校入企的顺利过渡。通过对学生的就业统计，学生对口就业率达到95%以上，工业机器人实训基地建设实施效果显著。

4 工业机器人实训基地建设总结

工业机器人实训基地建设秉承“自主开发与二次开发相结合”的原则实施，实训基地的设计方案与学院“以服务轨道交通业为特色、以服务装备制造业为主体”一脉相承，本文通过从工业机器人实训基地的研究与应用出发，分析机器人专业人才培养途径，总结机器人实训基地开发与应用情况，实施效果显著，为今后实训室的建设积累丰富的经验，打下良好的基础。

[参考文獻]

[1]邱建全.产教融合框架下工业机器人实训基地建设的实践探究[J].现代职业教育.2020（4）：234-236.

[2]杨运鑫，罗频频，陈鹏.职业教育产教深度融合机制创新研究[J].职业技术教育.2014（4）：39-43.

[3]陈宏.工业机器人技术专业实训室建设研究[J].南方农机.2021（2）：144-145.

（编辑 王永超）