ABB 工業(yè)機(jī)器人示教系統(tǒng)教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)研究

徐淑英

（湖南現(xiàn)代物流職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410007）

教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)是學(xué)校老師面對(duì)學(xué)生，針對(duì)所學(xué)課程中的某一門(mén)課程所設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容。在工業(yè)機(jī)器人示教系統(tǒng)的教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，老師要確定好工業(yè)機(jī)器人示教系統(tǒng)的課程定位發(fā)展方向，明確好教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路，擬定好教學(xué)項(xiàng)目課程的教學(xué)方法還有教學(xué)內(nèi)容，并且根據(jù)實(shí)際情況制定出相應(yīng)的考核方式等，將柔性生產(chǎn)線的機(jī)器人的上下料當(dāng)作背景，解析了機(jī)器人的相關(guān)工作過(guò)程，還有ABB 的在線編程以及離線編程，將工業(yè)機(jī)器人的教學(xué)項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)，才能設(shè)計(jì)出具備科學(xué)性的教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

1 工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)階段的發(fā)展概況

目前，機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)發(fā)展正處于迅速發(fā)展的階段，日本在工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展過(guò)程中，主要研制生產(chǎn)仿真機(jī)器人和娛樂(lè)機(jī)器人，并且奇跡人的保有數(shù)量在全球的前列位置。美國(guó)還有德國(guó)也是工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展強(qiáng)國(guó)，工業(yè)機(jī)器人的研制發(fā)展還推動(dòng)著美國(guó)和德國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展增長(zhǎng)，在他們的就業(yè)崗位中，普遍都會(huì)利用到工業(yè)機(jī)器人。德國(guó)工業(yè)機(jī)器人主要呈現(xiàn)出分工合作的產(chǎn)業(yè)化模式，利用工業(yè)機(jī)器人個(gè)體中的智能化，然后通過(guò)數(shù)據(jù)交互的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的高度智能化。智能化模式可以使不同生產(chǎn)設(shè)備之間可以協(xié)同生產(chǎn)工作，還能在外部有變化的時(shí)候即時(shí)做出反應(yīng)，由此可見(jiàn)，生產(chǎn)端反應(yīng)了處于信息時(shí)代的個(gè)性化需求，使工業(yè)化生產(chǎn)正逐漸從生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)向生產(chǎn)個(gè)性化。與德國(guó)的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展相比，美國(guó)側(cè)重于智能機(jī)器人的發(fā)展，但是我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展與之相比，還處于相對(duì)落后的階段，并且缺乏研制工業(yè)機(jī)器人的專(zhuān)業(yè)人才。因此，本文以ABB 工業(yè)機(jī)器人作為研究對(duì)象，來(lái)進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人示教系統(tǒng)教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的研究。

2 研究背景及相關(guān)方法

在柔性自動(dòng)化的生產(chǎn)線中，普遍情況都會(huì)采用機(jī)器人作為上下料，所以本文就已此作為研究對(duì)象，以圖1 的柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線進(jìn)行舉例，生產(chǎn)線中的第五站就是上下料站。第五站的上下料站將六軸機(jī)器人設(shè)置為進(jìn)行工件搬運(yùn)的設(shè)備，在實(shí)際的運(yùn)作過(guò)程中，主要是通過(guò)氣動(dòng)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，然后從上料的監(jiān)測(cè)站中將工件搬送到加工站。機(jī)械手的工作原理，是利用電磁閥來(lái)控制生產(chǎn)線中的氣動(dòng)裝置，以進(jìn)行工件的抓取，搬運(yùn)站中還設(shè)有聯(lián)機(jī)的控制裝置，上位機(jī)中主要包括了電腦還有PLC 等裝置。在生產(chǎn)線實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，工業(yè)機(jī)器人的定位主要是通過(guò)示教編程或者離線編程進(jìn)行確立，氣動(dòng)電磁閥所進(jìn)行的工件抓取是通過(guò)PLC 來(lái)進(jìn)行控制，在整體的生產(chǎn)線運(yùn)作過(guò)程中，都是通過(guò)不同的搬運(yùn)路線進(jìn)行搬運(yùn)的，然后，上下料的完成過(guò)程是通過(guò)利用在線示教和離線編程來(lái)進(jìn)行。

圖1

要控制好生產(chǎn)過(guò)程就要知道機(jī)器人的操作過(guò)程。普遍情況下，工業(yè)機(jī)器人都屬于“示教再現(xiàn)型”的機(jī)器人類(lèi)型，“示教”就是機(jī)器人所進(jìn)行學(xué)習(xí)的過(guò)程，在該過(guò)程的進(jìn)行中，相關(guān)技術(shù)操作工作人員要教機(jī)器人該如何開(kāi)展工作，然后相關(guān)的操作程序還有操作記憶會(huì)通過(guò)機(jī)器人所帶的操作系統(tǒng)來(lái)加以記錄，接著，機(jī)器人會(huì)在記錄信號(hào)的指引下進(jìn)行工作。現(xiàn)階段下有兩種示教方式，一種是直接示教，另外一種是離線示教。

（1）直接示教。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)操作工作人員通過(guò)利用視角器，針對(duì)機(jī)器人的手來(lái)進(jìn)行示教，在進(jìn)行示教的過(guò)程中，可以將工業(yè)機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)角度通過(guò)多通道記錄儀來(lái)進(jìn)行記錄，接著機(jī)器人按照記錄信號(hào)將相應(yīng)的關(guān)節(jié)角度的動(dòng)作在線出來(lái)，以達(dá)到人們針對(duì)機(jī)器人所實(shí)施的編程目標(biāo)。

（2）離線示教。離線示教也是離線編程，在實(shí)際開(kāi)展離線編程的時(shí)候，不針對(duì)工業(yè)機(jī)器人示教內(nèi)容開(kāi)發(fā)來(lái)進(jìn)行示教，要脫離實(shí)際的工作環(huán)境，再來(lái)生成相關(guān)的示教數(shù)據(jù)，對(duì)工業(yè)機(jī)器人所開(kāi)展的示教要具有一定的間接性。在進(jìn)行離線示教的時(shí)候，要使用計(jì)算機(jī)中的內(nèi)儲(chǔ)存模型，不要求工業(yè)機(jī)器人要開(kāi)展實(shí)際的運(yùn)作操作，而且可以以示教結(jié)果作為基礎(chǔ)，針對(duì)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)操作進(jìn)行仿真，以保證示教內(nèi)容的科學(xué)性，還有機(jī)器人可以按照工業(yè)機(jī)器人技術(shù)操作人員的設(shè)定來(lái)進(jìn)行工作和操作。

3 ABB 工業(yè)機(jī)器人示教系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的內(nèi)容

通過(guò)ABB 工業(yè)機(jī)器人在實(shí)際的控制操作中可以發(fā)現(xiàn)，工業(yè)機(jī)器人示教系統(tǒng)中的教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中務(wù)必要包括下面7個(gè)方面的教學(xué)內(nèi)容：

（1）構(gòu)成工業(yè)機(jī)器人相關(guān)的識(shí)別硬件，機(jī)器人的的各軸，還有電機(jī)、連接線纜各連接接口，還需要了解控制柜的硬件結(jié)構(gòu)，并且介紹相關(guān)的線纜連接。

（2）將示教器的基本操作還有示教器的相關(guān)使用注意事項(xiàng)進(jìn)行明確，確立坐標(biāo)系、示教操作還有操作作業(yè)的編輯，把控好自動(dòng)執(zhí)行的設(shè)立，設(shè)定好相關(guān)的系統(tǒng)，還有系統(tǒng)診斷功能和系統(tǒng)基本指令以及報(bào)警信息系統(tǒng)都要進(jìn)行完善和確立。

（3）工業(yè)機(jī)器人示教系統(tǒng)中還需要包括外圍接口、線纜連接口、氣路接口、通訊接口還有PLC 的連接口還有電能的連接接口等。

（4）碼垛應(yīng)用的實(shí)際操作，還有機(jī)器人末端夾手的連接，機(jī)器人在運(yùn)作過(guò)程中，搬運(yùn)碼垛的操作。

（5）工業(yè)機(jī)器人的繪圖性能，確保機(jī)器人的繪圖筆可以正常連接，以保證機(jī)器人可以進(jìn)行繪圖操作。

（6）在工業(yè)機(jī)器人的裝配方面，要設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人轉(zhuǎn)配系統(tǒng)的配置認(rèn)知，還要設(shè)計(jì)機(jī)械裝配工藝的學(xué)習(xí)課程。

（7）針對(duì)工業(yè)機(jī)器人所進(jìn)行的離線編程，要以ABB 機(jī)器人作為基礎(chǔ)來(lái)分析制定出離線編程的方法，并且離線程序的編寫(xiě)要具備簡(jiǎn)單性和易操作性。

相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生要掌握控制器的編程，還要了解變頻器還要電氣控制和電機(jī)控制、液壓和氣動(dòng)的知識(shí)、工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)應(yīng)用，以及傳感器知識(shí)、檢測(cè)技術(shù)知識(shí)等多方面的知識(shí)內(nèi)容，才能學(xué)習(xí)上述內(nèi)容。另外，在設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人示教系統(tǒng)教學(xué)項(xiàng)目?jī)?nèi)容時(shí)，要讓學(xué)生可以在實(shí)際的學(xué)習(xí)課堂中進(jìn)行使用，還可以讓機(jī)器人在實(shí)際的工作崗位中可以進(jìn)行對(duì)接。所以，務(wù)必要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行ABB 工業(yè)機(jī)器人示教系統(tǒng)教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，ABB 工業(yè)機(jī)器人示教系統(tǒng)教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括了以下幾個(gè)方面的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

（1）ABB 工業(yè)機(jī)器人的在線示教編程。通過(guò)示教器的使用，來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)文件的創(chuàng)建和保存，還有手動(dòng)進(jìn)行操作的6個(gè)軸，按照老師所制定的相關(guān)路徑，利用示教器來(lái)完成工業(yè)機(jī)器人的手臂運(yùn)行，并且使其實(shí)現(xiàn)再現(xiàn)。

（2）ABB 工業(yè)機(jī)器人的離線示教編程。通過(guò)打磨工藝中運(yùn)動(dòng)軌跡的模擬，然后在進(jìn)行程序的編寫(xiě)，在程序編寫(xiě)完成之后，再將相關(guān)的程序?qū)階BB 工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)中，接著在進(jìn)行程序的調(diào)試，使工業(yè)機(jī)器人可以完成操作工作并且可以再現(xiàn)。

（3）ABB 工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)的實(shí)訓(xùn)。通過(guò)示教器的使用，將柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線中第五站工作站的工作作業(yè)完成。

（4）ABB 工業(yè)機(jī)器人碼垛的實(shí)訓(xùn)。通過(guò)示教器的使用，在擺放工件的時(shí)候，可以按照品字形進(jìn)行擺放，每?jī)蓚€(gè)工件放置在一層。

（5）ABB 工業(yè)機(jī)器人手抓安裝的實(shí)訓(xùn)。將工業(yè)機(jī)器人的手抓氣動(dòng)管路還有調(diào)試氣動(dòng)管路，同時(shí)要確保安裝的準(zhǔn)確性。

（6）ABB 工業(yè)機(jī)器人的繪圖實(shí)訓(xùn)。在工業(yè)機(jī)器人的手部位置綁定上白板筆，以確保工業(yè)機(jī)器人可以將所制定的圖形進(jìn)行繪制。

（7）ABB 工業(yè)機(jī)器人和PLC 的通信實(shí)訓(xùn)。要將ABB 工業(yè)機(jī)器人和s7-200 之間的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。

（8）ABB 工業(yè)機(jī)器人的分揀實(shí)訓(xùn)。要使ABB 工業(yè)機(jī)器人可以完成相機(jī)工件的分揀，并且可以按照形狀和顏色來(lái)開(kāi)展分揀工作。

4 ABB 工業(yè)機(jī)器人示教系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

（1）專(zhuān)業(yè)性。在進(jìn)行ABB 工業(yè)機(jī)器人示教系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的失衡，要注重工業(yè)機(jī)器人的操作和應(yīng)用，通過(guò)針對(duì)機(jī)器人的示教、繪圖還有搬運(yùn)等方面的操作，使學(xué)生了解和掌握工業(yè)機(jī)器人的操作和知識(shí)，同時(shí)按照要求進(jìn)行程序的編寫(xiě)，使其具有可應(yīng)用性。

（2）拓展性。教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)都是上下料的應(yīng)用，當(dāng)學(xué)生了解和掌握工業(yè)機(jī)器人的操作和知識(shí)的時(shí)候，可將機(jī)器人手部換為吸盤(pán)或者焊槍?zhuān)怪兂纱a垛機(jī)器人等，并且適用于有關(guān)的工作崗位。

（3）二次開(kāi)發(fā)性。可以讓學(xué)生將在專(zhuān)業(yè)課程中所學(xué)習(xí)到的理論內(nèi)容在實(shí)際的操作試驗(yàn)中加以應(yīng)用，可以設(shè)計(jì)創(chuàng)新ABB 工業(yè)機(jī)器人的夾手等，既可以培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)造能力，還能培養(yǎng)動(dòng)手能力。

5 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)機(jī)器人的研究制造正在不斷地發(fā)展，但是在實(shí)際的專(zhuān)業(yè)教學(xué)過(guò)程中還存在一定的局限性，所以，只有研究設(shè)計(jì)出具有科學(xué)性和可靠性的機(jī)器人示教項(xiàng)目，才能推動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，