“雙創(chuàng)”和“新工科”背景下協(xié)作工業(yè)機(jī)器人專業(yè)類實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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摘要：為貫徹“雙創(chuàng)”和“新工科”政策對(duì)培養(yǎng)創(chuàng)新人才和加速工程實(shí)踐教育改革的要求，采用優(yōu)傲協(xié)作工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，搭建機(jī)器人工程實(shí)訓(xùn)課程平臺(tái)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)機(jī)器人工程實(shí)踐課程專業(yè)類實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，以此期望培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和提升工程應(yīng)用能力，為本校機(jī)器人相關(guān)學(xué)科在工程實(shí)踐方面的發(fā)展提供實(shí)踐支持。

關(guān)鍵詞：雙創(chuàng)；新工科；工程實(shí)踐教育；協(xié)作工業(yè)機(jī)器人

中圖分類號(hào)：G646 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）15-0040-02

一、引言

近年來國(guó)家提出了“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”的戰(zhàn)略政策[1]，在“雙創(chuàng)”背景下，為培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的創(chuàng)新型人才，高等教育不僅對(duì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系進(jìn)行了改革，而且還對(duì)教學(xué)和人才培養(yǎng)模式進(jìn)行了革新。為進(jìn)一步落實(shí)創(chuàng)新人才培養(yǎng)，2016—2017年，教育部通過“復(fù)旦共識(shí)”、“天大行動(dòng)”和“北京指南”等研討會(huì)議，達(dá)成了“新工科”理念，并提出和制定建設(shè)發(fā)展方案[2-3]。

在“雙創(chuàng)”和“新工科”背景下，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的工程實(shí)踐教學(xué)被提升到前所未有的高度，能緊跟國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略和產(chǎn)業(yè)行業(yè)發(fā)展需求的創(chuàng)新學(xué)科被逐漸發(fā)展和建設(shè)起來，而融合機(jī)械、電氣、自動(dòng)化和信息通訊等多學(xué)科的機(jī)器人相關(guān)專業(yè)高等教育則成為新時(shí)代高等教育改革的領(lǐng)跑者。為提升學(xué)生工程應(yīng)用能力和輔助我校機(jī)器人相關(guān)學(xué)科的工程實(shí)踐教學(xué)，本文采用優(yōu)傲協(xié)作工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)建設(shè)機(jī)器人工程實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，并通過設(shè)計(jì)和編程實(shí)現(xiàn)機(jī)器人相關(guān)學(xué)科的專業(yè)類工程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，以此期望促進(jìn)機(jī)器人相關(guān)學(xué)科工程實(shí)踐教學(xué)發(fā)展。

二、優(yōu)傲協(xié)作工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)

優(yōu)傲機(jī)器人（Universal Robots，UR）是六軸串聯(lián)協(xié)作工業(yè)機(jī)器人，其UR3系列協(xié)作工業(yè)機(jī)器人手臂如圖1所示，其中六自由度關(guān)節(jié)分別為基座（Base）、肩部（Shoulder）、肘部（Elbow）、手腕1（Wrist1）、手腕2（Wrist2）和手腕3（Wrist3），每個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍為+/-360°，手臂工作直徑和重復(fù)定位精度分別為Φ1000mm和+/-0.03mm，可通過示教器編程控制機(jī)器人手臂完成復(fù)雜工作。

三、專業(yè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與編程

協(xié)作工業(yè)機(jī)器人通過二維平面和三維空間運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互協(xié)作過程中的重復(fù)性工作，其運(yùn)動(dòng)軌跡包括直線、弧形和圓形等三種。為掌握UR3操作，專業(yè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目以熟悉機(jī)器人基本移動(dòng)指令應(yīng)用和設(shè)計(jì)多種運(yùn)動(dòng)軌跡為主，通過綜合運(yùn)動(dòng)軌跡的可編程控制實(shí)訓(xùn)，為采用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工作打基礎(chǔ)。

1.基本移動(dòng)指令。移動(dòng)指令主要完成機(jī)器人末端工具中心點(diǎn)（Tools center point，TCP）按照人工協(xié)作要求進(jìn)行移動(dòng)，在優(yōu)傲機(jī)器人的PolyScope系統(tǒng)中常用移動(dòng)指令主要包括直線運(yùn)動(dòng)（MoveL），工藝運(yùn)動(dòng)（MoveP）和圓形運(yùn)動(dòng)（MoveC）三種，其中MoveL指令可實(shí)現(xiàn)兩路點(diǎn)間的直線運(yùn)動(dòng)軌跡，MoveP指令通過設(shè)置交融半徑可實(shí)現(xiàn)兩路點(diǎn)間的直線和弧形運(yùn)動(dòng)軌跡切換，MoveC指令通過設(shè)置運(yùn)動(dòng)半徑可實(shí)現(xiàn)兩路點(diǎn)間的圓形運(yùn)動(dòng)軌跡。

2.綜合運(yùn)動(dòng)軌跡編程實(shí)現(xiàn)。綜合運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)訓(xùn)編程要求及實(shí)現(xiàn)如圖2所示，其中機(jī)器人TCP的起點(diǎn)和終點(diǎn)分別為Waypoint_1和Waypoint_6。在該實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中，包含直線、弧形和圓形運(yùn)動(dòng)軌跡。因此根據(jù)各路點(diǎn)間不同的運(yùn)動(dòng)軌跡，在編程時(shí)首先采用MoveP指令設(shè)置交融半徑100mm實(shí)現(xiàn)Waypoint_1到Waypoint_2之間的直線與弧形運(yùn)動(dòng)軌跡；然后采用MoveC指令設(shè)置半徑100mm實(shí)現(xiàn)Waypoint_2到Waypoint_4之間的圓形運(yùn)動(dòng)軌跡；最后采用MoveL指令實(shí)現(xiàn)Waypoint_4到Waypoint_6之間的直線運(yùn)動(dòng)軌跡。通過多種運(yùn)動(dòng)軌跡切換的綜合編程，使學(xué)生掌握指令的基本意義和應(yīng)用方法，培養(yǎng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的設(shè)計(jì)思維。

四、結(jié)論

協(xié)作工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目分為基礎(chǔ)、專業(yè)和綜合三大類型，而專業(yè)類實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目在課程中起到承上啟下作用，通過熟悉機(jī)器人移動(dòng)指令的專業(yè)類實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的實(shí)施，不僅能加深學(xué)生對(duì)協(xié)作機(jī)器人工作原理和運(yùn)動(dòng)模式的認(rèn)識(shí)，而且還能理解和掌握協(xié)作工業(yè)機(jī)器人的基本編程語言和流程。以學(xué)生為主體和以教學(xué)項(xiàng)目為載體的專業(yè)類實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，為協(xié)作工業(yè)機(jī)器人綜合類實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的開展奠定了良好的理論和編程基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]任之光，梅紅.雙創(chuàng)背景下高校教育教學(xué)改革探索研究[J].中國(guó)高教研究，2017，（1）：86-90.

[2]陸國(guó)棟，李拓宇.新工科建設(shè)與發(fā)展的路徑思考[J].高等工程教育研究，2017，（3）：20-26.

[3]林健.面向未來的中國(guó)新工科建設(shè)[J].清華大學(xué)教育研究，2017，38（02）：26-35.