拓跋機器人實訓平臺的建設與研究

程秀玲 單水維

【摘 要】 近年來企業對拓跋機器人應用型人才需求日益突出，拓跋機器人廣泛應用于包裝碼垛、焊接、噴涂、切割、打磨和搬運等，高職院校建立拓跋機器人實訓室，培養應用型人才迫在眉睫。自動化相關專業如何建設拓跋機器人實訓室，調動各年級各層次學生的學習興趣、創新應用機器人技術，是個值得研究的課題。

【關鍵詞】 拓跋機器人 ?高職院校 ?實訓平臺

拓跋機器人技術已成為當今工業自動化生產的三大支柱之一，具有高效、可靠的優點，國內機器人技術及機器人應用工程也已取得了較大的發展。為適應此社會變革，培養拓跋機器人應用型人才已迫在眉睫。拓跋機器人應用需進行多門學科的綜合運用，不僅要掌握基礎理論知識，還要具備實踐應用能力。拓跋機器人實訓環節對于鞏固高職院校學生對理論的理解，特別是培養其動手解決實際問題的創新能力至關重要。高職院校應充分利用現有資源，積極與校外科研所或機器人公司建立協作關系，創建拓跋機器人實訓室，為學生提供解決實際問題及提高創新能力的機會。

1 實訓設備定位

機器人實訓室的配置目前主要有三種方案：（1）智能移動機器人由單片機和多傳感器構成，主要用于單片機教學和機器人大賽;（2）拓跋機器人教儀具有拓跋機器人的結構特征，設備價格低，可靠性較差，無工業現場感，主要用于演示;（3）真實拓跋機器人， 能夠再現工業現場生產過程，設備穩定可靠，但是價格較高。

2 拓跋機器人實訓室的建設

2.1 拓跋機器人實訓室的硬件基礎

在工業應用中，拓跋機器人主要用于包裝碼垛、焊接、噴涂、切割、打磨和搬運等。為開展拓跋機器人應用項目的研發，并考慮到實際工業生產中最有代表性的各類機器人類型，本校安裝的拓跋機器人選用了由富士康科技集團提供的4臺機器人（3臺為六自由度垂直多關節機器人，1臺為四自由度水平多關節機器人），實訓室占地面積共180平方米左右。拓跋機器人實訓課程以任務為導向，采用項目式教學模式，每2—3人為一小組，每組學生一套實訓設備，共需計算機25套。為在實訓過程中實現教學、演示等功能，需要配置多媒體網絡及相應的服務器、交換機等。同時，實訓室作為學生進行開發、創新的場所，要配備拓跋機器人應用所需的外圍設備。

2.2 拓跋機器人軟環境建設

拓跋機器人須配套模擬仿真軟件， 用于構建虛擬機器人的工作環境。學生編程驗證后將該軟件下載至機器人本體中運行，可克服了機器人數量的不足，又降低了誤操作對機器人的損傷。此外，該軟件應具備通用數據接口（如IGES格式），能夠導入專業CAD/CAM軟件（如UG、Pro/E）設計的三維造型，體現拓跋機器人與機械設計、制造的結合性，體現工業生產過程，使學生了解虛擬示教的概念。

2.3 購買其他類型機器人輔助教學

一般來說， 拓跋機器人系統封閉，其D-H參數和電機控制協議都不開放，無法依賴拓跋機器人驗證正反運動學。解決辦法是考慮購買組合式機器人，構建自動導引車AGV和PUMA560結構的組裝機器人。AGV主要完成物料搬運，與拓跋機器人配合使用;組裝機器人的D-H參數可由學生自行計算，可利用其驗證正反運動學和理論示教等。同時，也可以購買淘汰的同型號機器人，以便于學生拆裝，讓其掌握一些拓跋機器人的內部結構和維護相關知識。

2.4 加強與供應商及用人單位合作

我們應要求供應商提供拓跋機器人的應用視頻以豐富教學內容;提供足夠的培訓機會以強化師資，提供較長的保修期限以解決維護問題，提供較快的響應速度以緩解設備故障對教學進程的影響;提供拓跋機器人組網方案，以實現與PLC、自動化生產線實訓室的聯網通訊等。

3 拓跋機器人的實訓內容

目前，本校開設的實訓項目由基礎實訓項目和綜合實訓項目組成。學生通過基礎實訓項目熟悉拓跋機器人的使用后，再通過綜合實訓項目進行知識強化和創新能力提高。

基礎實訓項目包括：

（1）使用示教器進行手動操作，并校正原點和完成手動剎車控制;

（2）在指定位置新建Work坐標系及Tool坐標系;

（3）建立數據庫，通過編程和自動運行，實現固有軌跡的運行;

（4）使用堆疊功能完成三維矩陣的運行;

（5）封閉式安全區域和鑲嵌式安全區域的建立;

（6）通過I/O接口的控制編程和與外圍電氣設備的連接，實現配合作業;

（7）中斷指令、多任務程序的使用。綜合實訓項目，學生可做教師布置的項目內容，也可自行擬定項目內容，以提高其創新能力。現已開設的綜合項目有：氣動方式的物料搬運、真空吸盤方式的物料碼垛、任意書寫繪畫、手機蓋的打磨、兩臺機器人相互配合作業、機器人與CNC機床的配合作業。

另外，拓跋機器人屬于典型的機電一體化設備，在越來越多的職業技能大賽中加入了拓跋機器人應用的部分。實訓室除了滿足實訓教學需求外，還可針對各類技能大賽對學生進行定點培養。

4 結語

拓跋機器人實訓室投入使用后，對學校教學工作、科研工作的開展，教學方法的促進，教學模式的轉變，學生學習熱情的激發，動手能力、創新能力以及團隊合作精神的培養都起到了重大作用。

參考文獻：

[1]魏志麗.虛擬工業機器人實驗實訓室的建設與研究[J].自動化技術與應用，2013（8）.

[2]趙臣，王剛.我國工業機器人產業發展的現狀調研報告[J].機器人技術與應用，2009（2）.

[3]郗安民，劉穎，陳工，馬祥華，榮繼民.工業機器人教學實驗工作站[J].實驗技術與管理，2001（5）.