工業機器人模擬仿真技術在職業教育中的應用淺析

楊飛

摘 要：目前各個行業都在用機器人大批量代替人工以降低人工成本，但是由于機器人需求量激增，導致沒有足夠工程技術人員支持整個機器人產業的快速發展。職業教育抓住這一機遇大力發展機器人職業教育，但是有面對院校機器人資源緊缺的局面以及其他教學問題。而工業機器人模擬仿真技術在職業教育中的應用將很好地解決這一難題。

關鍵詞：工業機器人;模擬;仿真;職業教育

中圖分類號： G63 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號： 1673-1069（2016）30-147-2

1 ?工業機器人發展現狀及趨勢

目前國內機器人企業接近400家，間接從事機器人的企業約4000家;國家高新區近40家規劃了機器人產業園區;有36個城市將機器人產業列為重點發展對象;從事機器人相關的研究院所300余家。

工業機器人作為一種新型勞動力正改變著制造業的用工模式，以人為主的生產模式正逐漸向以機器人為主的模式轉變。工業機器人性價比越來越高、投資回報周期的縮短使得企業用機器人替代人類的愿望越來越強烈。

過去機器人主要用于汽車制造行業，現在已經開始用在毛坯制造、機械加工、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配檢測及自動化物流倉儲作業等過程中。機器人作為一種標準自動化設備得到廣泛應用。社會、企業對機器人生產線設計、集成、安裝、維護、使用、操作等作業人才的需求極為迫切。這對機器人教學方式和教學效果提出了更高的要求和挑戰。

我國已經成為工業機器人第一生產國和消費國并且依然在快速增長，但是工業機器人行業整體水平還很落后。現階段我國工業機器人密度平均30臺/萬人，而歐美日等國家工業機器人密度達到150-350臺/萬人。

2 ?工業機器人工程技術人才培養現狀

工業機器人市場以每年30%的速度增長，很多企業迫切需要轉型升級，轉換生產方式也迫切需要大量專業的技術型人才來提供保障而且目前相應的人才儲備數量和質量遠遠滿足不了社會需求。

工程教育與產業需求依然存在脫節現象而且產業需求的專業和課程設置反應不夠迅速，人才培養跟不上產業發展的節奏。企業需要大量人力財力進行再次培訓，但是存在人力流失率很高，以至于企業不愿培養的普遍現象。產教融合、校企合作機制不完善，企業往往缺乏參與的積極性、校企互動深度不夠。

師資隊伍實踐經驗不足，經驗豐富的工程人才從企業到高校的流動存在很多壁壘。

未來8年內機器人相關行業崗位需求200萬人左右，工信部規劃，2020年中國機器人保有量達100萬臺，需要20萬專業人員，研發人員約15000人，行業工程師約20000人，因此人才缺口巨大。

3 ?工業機器人職業教育過程中存在的問題

機器人教學設備昂貴，學校無法大量購買，導致教學資源有限，而機器人教學設備數量有限，導致很多學生沒有真正的實踐機會，達不到教學的目的。機器人教學過程中存在誤操作容易損壞設備，因此老師會要求學生按照指定的步驟操作或者只在規定的范圍內做一些簡單的練習，這樣大大降低了學生的積極性和學習效果。最后在工程中也存在機器人工作區域可達性、夾具設計可靠性等無法驗證機器人編程、調試周期長、程序優化煩瑣等問題。

4 ?工業機器人模擬仿真技術應用背景

模擬仿真技術可以很好地解決以上問題！ 由機器人模擬仿真軟件和實際的控制器、示教器構成一個完整的模擬仿真系統。該統在沒有實際機器人本體的基礎上，通過設備間的實時通訊，操作示教器便可控制仿真軟件中虛擬機器人運動;同時使用者在示教器上編程，仿真軟件中虛擬機器人可再現程序的運行軌跡。這樣，借助于模擬系統，使用者既可以熟練掌握機器人操作，又可以掌握機器人編程。

5 ?工業機器人模擬仿真技術簡介

工業機器人模擬仿真技術是通過計算機運行軟件對實際的機器人系統進行仿真模擬。機器人模擬仿真主要是對機器人的動力學、運動學、軌跡規劃、控制算法分析研究及工作站設計、碰撞檢測、離線編程等。充分發揮工業級數字化仿真、先進虛擬制造技術軟硬件設備可以有效解決實訓設備短缺的瓶頸。

工業級的仿真已經被世界上很多企業廣泛地應用到工業的各個環節，對企業提高開發效率，加強數據采集、分析、處理能力，減少決策失誤，降低企業風險起到了重要的作用。學校在教學活動充分利用工業仿真、虛擬制造等技術可及時了解和學習先進制造技術相關技能，并解決學校開展教學活動高端實訓設備不足的問題。

6 ?國內主要模擬仿真軟件介紹

機器人本體生產廠家的軟件主要有ABB的 RobotStudio、Fanuc的RoboGuide、KUKA的KUKASim等。通用類的模擬仿真軟件有RobotMaster、Robosim 、RobCAD 、Delmia等。

RobotStudio是ABB制作的一款面向ABB機器人變成的仿真模擬軟件，其軟件的優點是虛擬示教器和真實示教器具有相同的功能，便于學習操作ABB機器人;RobotStudio軟件集成了建模、編程、仿真等功能，功能比較全面。但是RobotStudio最大的缺點是只支持ABB機器人，機器人間的兼容性差。機器人本體廠商的仿真軟件都有相似的特點。

RobotMaster是由加拿大軟件公司Jabez研發的主要用于焊接、打磨、拋光、去毛刺等應用的工業機器人模擬仿真軟件。軟件的特點是軌跡優化功能，運動學規劃和碰撞檢測非常精確支持外部軸，如直線導軌系統、旋轉系統支持大多數品牌的機器人，但是它不支持多機器人同時模擬仿真。

Robosim簡介：Robosim主要用于教學培訓和工業應用。教學培訓主要針對機器人的操作、編程。工業應用主要針對搬運、碼垛、打磨、焊接等應用的模擬仿真。Robosim的優點是支持機器人運動學建模、軌跡規劃，并且持基于python的二次開發，支持大多數品牌的機器人。Robosim的缺點是不支持建模功能。

7 ?工業機器人職業教育中的模擬仿真技術應用的意義

許多學校機器人教學中可能存在以下問題：機器人資源有限，卻沒有充足的資金購買大量的機器人，但是教學人又必須有大量的機器人滿足學生同時使用的需求;機器人教學過程中存在誤操作容易損壞設備，也存在安全隱患;同時學生在學習過程中機器人工作區域可達性、夾具設計可靠性等無法驗證，機器人編程、調試周期長、程序優化煩瑣。

而機器人仿真技術恰好能有效地解決這些問題，因為模擬仿真技術可以彌補學校機器人教學資源不足的缺點，機器人初學者可以通過模擬仿真系統快速掌握機器人（操作、編程、調試），為項目的前期方案規劃提供技術支持，驗證機器人工作區域的可達性、工作夾具的可靠性、運用到工業中也可以縮短了機器人編程調試周期、縮短了項目周期，提高生產效率，產品質量。

8 ?工業機器人職業教育中的模擬仿真技術應用

大專院校組建機器人實驗室時可以只需要在教室廠房只放置1-2臺機械手，多臺電腦安裝機器人虛擬系統或模擬軟件。學生可以在電腦仿真軟件上對機器人進行編程并在仿真環境下調試運行。當學生調試完成，并在老師檢查無誤安全后可以聯網下載到機械手并運行。通過這樣的方式機能保證學生的人身安全、教學效果又能解決許多學校建立機器人實訓室的資金問題。這對于院校希望快速經濟的建立機器人實訓是一個很好的方案。

參 考 文 獻

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