工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)研究

鮑 敏，鮑 婕，喬 陽

(黑龍江職業(yè)學(xué)院，哈爾濱 150080)

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工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)研究

鮑 敏，鮑 婕，喬 陽

(黑龍江職業(yè)學(xué)院，哈爾濱 150080)

在高校教學(xué)活動(dòng)中，為了開發(fā)相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，需要配備相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)環(huán)境。傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室除配備必備的工業(yè)機(jī)器人外，還需要其他的外圍設(shè)備，如氣動(dòng)裝置、傳送帶、焊機(jī)等，增加了實(shí)驗(yàn)成本。在實(shí)驗(yàn)過程中不但有設(shè)備的損耗，同時(shí)工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)行過程中的一些誤操作也容易造成人身傷害。另外，雖然傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室可以提供給學(xué)生真實(shí)機(jī)器人應(yīng)用的環(huán)境，但是受到實(shí)驗(yàn)場地和設(shè)備數(shù)量的制約，每位同學(xué)實(shí)際編程調(diào)試的時(shí)間很短。因此，建立工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心成為一種理想的解決方案。

工業(yè)機(jī)器人；虛擬仿真

0 引言

工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室涉及課程有電氣控制技術(shù)、PLC技術(shù)及應(yīng)用、伺服電機(jī)、人機(jī)界面、變頻器、工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、機(jī)器人仿真、機(jī)器人編程等，以及相關(guān)課題的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)，中小項(xiàng)目設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)，大型項(xiàng)目的演示與畢業(yè)課題設(shè)計(jì)等。該實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)不僅為學(xué)生提供了先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)施和技術(shù)，同時(shí)也給廣大教師提供了科研平臺(tái)，對(duì)學(xué)科專業(yè)建設(shè)、課程建設(shè)、教材建設(shè)、師資隊(duì)伍建設(shè)也有深遠(yuǎn)的意義。

1 工業(yè)機(jī)器人虛擬實(shí)訓(xùn)中心可實(shí)現(xiàn)的教學(xué)目標(biāo)

1.1 實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)改革的目標(biāo)

構(gòu)建綜合性的工業(yè)機(jī)器人項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室，使教學(xué)系統(tǒng)發(fā)生了根本性的改變。

1.2 實(shí)現(xiàn)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革目標(biāo)

采用工業(yè)機(jī)器人虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，有利于學(xué)生開展項(xiàng)目制的學(xué)習(xí)。

1.3 實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的教學(xué)目標(biāo)

虛擬仿真軟件中含有大量的工業(yè)機(jī)器人模型以及外部器件模型，可以讓學(xué)生的創(chuàng)意不局限于教學(xué)計(jì)劃的課程設(shè)計(jì)。

2 工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心主要功能

仿真軟件可作為學(xué)生接觸真實(shí)設(shè)備前的基礎(chǔ)訓(xùn)練，起到實(shí)操實(shí)訓(xùn)前的預(yù)習(xí)作用，實(shí)現(xiàn)與實(shí)操實(shí)訓(xùn)的互補(bǔ)，離線編程在實(shí)際機(jī)器人安裝前通過可視化及確認(rèn)解決方案和布局來降低風(fēng)險(xiǎn)，并通過創(chuàng)建更加精確的路徑來獲得更高的部件質(zhì)量。機(jī)器人虛擬仿真軟件是一款基于PC 機(jī)，在3D 虛擬環(huán)境下三維展示機(jī)器人本體、行業(yè)應(yīng)用、裝調(diào)過程、維修過程的仿真系統(tǒng)軟件，主要功能如下：

2.1 實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)功能

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容根據(jù)掌握工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的基礎(chǔ)順序制定，保證學(xué)生能夠在此實(shí)驗(yàn)安排下掌握工業(yè)機(jī)器人基本應(yīng)用技術(shù)。具有離線編程功能，可以通過CAD 模型直接生成運(yùn)動(dòng)軌跡，支持提取三維幾何模型邊線生成機(jī)器人焊接涂膠軌跡，支持提取空間點(diǎn)及幾何零件生成機(jī)器人制孔軌跡等，具有運(yùn)動(dòng)軌跡仿真功能，在仿真過程中可以對(duì)工業(yè)機(jī)器人可達(dá)性、姿態(tài)奇異點(diǎn)、軸超限等進(jìn)行檢查，可以單獨(dú)以及批量修改、編輯軌跡點(diǎn)，可以直接生成控制代碼文件。

2.2 完成項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)訓(xùn)

選擇工業(yè)機(jī)器人分揀包裝、搬運(yùn)碼垛、焊接、裝配等行業(yè)應(yīng)用項(xiàng)目，采用項(xiàng)目式教學(xué)，在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，除了編寫針對(duì)不同工業(yè)應(yīng)用的機(jī)器人程序外，還需使用開發(fā)二次界面，提高學(xué)生綜合運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)的能力及滿足工業(yè)應(yīng)用實(shí)際需求。

2.3 實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體虛擬拆裝功能

機(jī)器人維修裝調(diào)仿真軟件是基于PC 機(jī)，在3D 虛擬環(huán)境下三維展示機(jī)器人裝調(diào)過程、維修過程的仿真系統(tǒng)軟件，能真實(shí)模擬仿真工業(yè)級(jí)機(jī)器人本體所包含的各個(gè)零部件并實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的主要機(jī)械結(jié)構(gòu)的拆裝、維修調(diào)試、儀器儀表的使用、裝配圖紙的正確閱讀、裝配視頻的播放等功能。

2.4 滿足學(xué)生參加技能競賽需求

工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心除能滿足實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)需求外，還可針對(duì)各類技能大賽不同應(yīng)用的要求，自行建模，無需實(shí)際設(shè)備。

3 工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)內(nèi)容

工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心通過汽車和食品醫(yī)藥行業(yè)兩個(gè)典型行業(yè)應(yīng)用，搭建工業(yè)機(jī)器人三維生產(chǎn)線仿真系統(tǒng)，具有虛擬課程實(shí)訓(xùn)內(nèi)容以及操作提示功能，能夠按照虛擬實(shí)訓(xùn)課程的知識(shí)技能點(diǎn)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，保持技能實(shí)訓(xùn)操作的連貫性和一致性；具有在平板電腦、PC機(jī)上按照虛擬實(shí)訓(xùn)任務(wù)要求完成虛擬實(shí)訓(xùn)操作的功能；并以圖表等形式直觀展示學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況，具有三維虛擬仿真實(shí)驗(yàn)功能，可以在教學(xué)平臺(tái)上根據(jù)老師組織課程的路徑，靈活調(diào)用3D虛擬環(huán)境模擬真實(shí)操作，提供體驗(yàn)式的實(shí)訓(xùn)課程，實(shí)現(xiàn)各主流品牌工業(yè)機(jī)器人的虛擬仿真的拆裝、調(diào)試及考核評(píng)分。能夠模擬主流機(jī)器人廠商的多種機(jī)器人(四軸、六軸等)示教器操縱和編程環(huán)境。虛擬仿真軟件所生成的機(jī)器人控制程序代碼經(jīng)驗(yàn)證后，可直接輸出并驅(qū)動(dòng)真實(shí)的工業(yè)機(jī)器人，完成真實(shí)的工作任務(wù)，可實(shí)現(xiàn)具體實(shí)訓(xùn)內(nèi)容：

3.1 工業(yè)機(jī)器人典型行業(yè)生產(chǎn)線集成、通信與運(yùn)行3D模擬，可實(shí)現(xiàn)食品醫(yī)藥行業(yè)生產(chǎn)線3D虛擬仿真實(shí)訓(xùn)、汽車行業(yè)生產(chǎn)線3D虛擬仿真實(shí)訓(xùn)。

3.2 工業(yè)機(jī)器人典型工作站集成與運(yùn)行3D模擬，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人切割、搬運(yùn)、碼垛、焊接、打磨、噴涂、包裝、分揀、上下料3D虛擬仿真實(shí)訓(xùn)。

3.3 工業(yè)機(jī)器人本體拆裝、故障診斷與運(yùn)行調(diào)試3D模擬，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人本體拆裝、故障診斷、運(yùn)行調(diào)試3D虛擬仿真。

3.4 工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)電路、氣路和機(jī)械結(jié)構(gòu)的裝調(diào)、維護(hù)、故障診斷及維修3D模擬實(shí)訓(xùn)。

4 結(jié)語

工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心在計(jì)算機(jī)、多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等支持下，降低專業(yè)實(shí)訓(xùn)的成本，提高教師教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)效率。本實(shí)訓(xùn)中心的建設(shè)不僅為學(xué)生提供先進(jìn)的實(shí)訓(xùn)模擬技術(shù)，同時(shí)也給廣大教師提供科研平臺(tái)，對(duì)學(xué)科專業(yè)建設(shè)、課程建設(shè)、教材建設(shè)、師資隊(duì)伍建設(shè)也有重要的意義。

(編輯 文新梅)

Research on the Construction of Virtual Simulation Practical Training Center of Industrial Robot

BAO Min, BAO Jie, QIAO Yang

(Heilongjiang Polytechnic, Harbin 150080, China)

In teaching activities in colleges, in order to develop the practical training content, it requires a corresponding practical environment. Traditional industrial robot laboratory needs the necessary industrial robots, and other peripherals, such as pneumatic equipment, conveyor belt, welding machine, increasing the experimental cost. During the course of the experiment, there was not only the loss of equipment, but also the errors in the operation of the industrial robot, which was dangerous for people’s bodies. In addition, although the traditional industrial robot laboratory provides a real robot application environment with students, each student’s programming debugging time is short because of the restricted experimental field and equipment number. Therefore, the establishment of virtual simulation practical training center of industrial robot becomes a kind of ideal solution.

industrial robot; virtual simulation

2017-06-10

2017年黑龍江省高等職業(yè)教育教學(xué)改革項(xiàng)目《高職院校工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)產(chǎn)教融合建設(shè)研究》研究成果。

鮑敏(1981-)，女。講師，碩士。研究方向：控制工程。

G482

A

1672-0601(2017)08-0121-02