基于工業(yè)機(jī)器人的教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

栗輝　崔家瑞　閻群　張笑菲

摘 要 本文在工程教育認(rèn)證發(fā)展趨勢下，結(jié)合自動化和人工智能專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)及專業(yè)特色，將最新的智能機(jī)器人控制技術(shù)融入傳統(tǒng)的工業(yè)控制技術(shù)中，設(shè)計(jì)機(jī)器視覺的智能工件裝配生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，充分應(yīng)用于自動化生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)課程設(shè)計(jì)中，強(qiáng)化了教學(xué)體系當(dāng)中的工程實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞 工業(yè)機(jī)器人 機(jī)器視覺 實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號：G712文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

本文借鑒CDIO工程教育模式，結(jié)合國際工程教育改革、工程教育認(rèn)證發(fā)展趨勢與自動化和人工智能專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)及專業(yè)特色，針對“自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)”專業(yè)課程的需求，將最新的智能機(jī)器人控制技術(shù)、視覺檢測技術(shù)融入傳統(tǒng)的工業(yè)控制技術(shù)中，以“THMSRB-4A型工業(yè)機(jī)器人與智能視覺應(yīng)用實(shí)驗(yàn)平臺”為應(yīng)用對象設(shè)計(jì)生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，主要讓學(xué)生掌握應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)控制和邏輯控制技術(shù)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和機(jī)器視覺定位技術(shù)、機(jī)器人運(yùn)動控制和機(jī)器視覺檢測技術(shù)等。

1教學(xué)目標(biāo)

1.1教學(xué)需求分析

隨著智能制造在自動化領(lǐng)域的不斷深入，機(jī)器視覺和機(jī)器人得到廣泛的應(yīng)用。為適應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展，培養(yǎng)符合新工科要求的高素質(zhì)綜合型的人才，在高校本科教學(xué)中，需要增大機(jī)器視覺和機(jī)器人技術(shù)方面的教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容。開設(shè)課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，對學(xué)生深刻掌握理論知識起到事半功倍的作用。

1.2教學(xué)使用價(jià)值

本文以實(shí)際工業(yè)系統(tǒng)為原型設(shè)計(jì)，涵蓋完整的自動化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，包括過程控制、運(yùn)動控制和機(jī)器視覺的多個(gè)系統(tǒng)，可開展包含自動化、人工智能專業(yè)主要核心課程和能力要求的自動化實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，使學(xué)生得到構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作等項(xiàng)目全周期的系統(tǒng)訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力、工程管理能力和創(chuàng)新能力。

2教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

THMSRB-4A型工業(yè)機(jī)器人與智能視覺應(yīng)用實(shí)驗(yàn)平臺緊密結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中工業(yè)機(jī)器人、智能視覺、射頻識別的功能和特點(diǎn)，并針對高等院校對機(jī)電設(shè)備應(yīng)用和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)/實(shí)訓(xùn)教學(xué)的實(shí)際需要而專門研制的綜合性數(shù)字化裝置，涉及機(jī)器人控制、智能視覺檢測、RFID、PLC、傳感檢測、信息處理、交直流驅(qū)動、計(jì)算機(jī)通信等多種技術(shù)的綜合應(yīng)用。

本文在此平臺基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一套基于機(jī)器視覺的機(jī)器人智能工件裝配實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，學(xué)生可以完成“上料”、“裝盒”、“視覺檢測”、“調(diào)整”、“裝蓋”、“入庫”等全流程生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)訓(xùn)，利用現(xiàn)場總線技術(shù)，傳送各流程環(huán)節(jié)的檢測信號和控制信號;按生產(chǎn)工序要求，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的流程順序控制。當(dāng)“視覺檢測”環(huán)節(jié)檢測出不合格的工件時(shí)，機(jī)器人將其拾取放入廢料庫，只有合格的工件才能進(jìn)入下一個(gè)環(huán)節(jié)。

機(jī)器人智能工件裝配系統(tǒng)的流程如圖1所示。

在此系統(tǒng)上設(shè)計(jì)以下三個(gè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)示例：

實(shí)驗(yàn)（1）：智能工件裝配生產(chǎn)線順序控制實(shí)驗(yàn)，通過網(wǎng)絡(luò)控制和邏輯控制技術(shù)，使學(xué)生了解從工藝過程和控制要求選擇控制方案的一般方法和過程。

實(shí)驗(yàn)（2）：智能視覺定位系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)踐工業(yè)機(jī)器人利用智能視覺系統(tǒng)進(jìn)行定位和識別、傳輸，掌握工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和機(jī)器視覺定位技術(shù)。

實(shí)驗(yàn)（3）：視覺分揀系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)踐工業(yè)機(jī)器人利用智能視覺系統(tǒng)進(jìn)行分揀作業(yè)，掌握基礎(chǔ)的工業(yè)機(jī)器人與計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)。

系統(tǒng)適合自動化及人工智能專業(yè)《自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)》課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)，此外還可以為自動化專業(yè)的相關(guān)專業(yè)課程及畢業(yè)設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的訓(xùn)練環(huán)節(jié)，強(qiáng)化了教學(xué)體系當(dāng)中的工程實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)，通過項(xiàng)目驅(qū)動型主動教學(xué)方式的自動化實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，使學(xué)生學(xué)會應(yīng)用所學(xué)理論知識解決實(shí)際工程問題，并深入了解智能機(jī)器人與視覺檢測等新技術(shù)在工業(yè)自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用。有效地培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力。

3總結(jié)

實(shí)踐教學(xué)是加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要抓手，對提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力具有不可替代的重要作用。本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)綜合了多門學(xué)科知識，對于學(xué)生深刻掌握機(jī)器視覺和機(jī)器人控制技術(shù)，使學(xué)生學(xué)會應(yīng)用所學(xué)理論知識解決實(shí)際工程問題，并深入了解典型工業(yè)自動化生產(chǎn)線工藝流程，對于培養(yǎng)新工科背景的復(fù)合型人才有著十分顯著的教學(xué)效果，實(shí)用性強(qiáng)，用途廣泛。

參考文獻(xiàn)

[1] 崔家瑞，李擎，閻群，李希勝.自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].中國冶金教育，2018（04）：92-93+97.

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