工業機器人基礎教學實訓設備開發探究

嘉興技師學院 虞嘉丞

工業機器人相關專業是近幾年新興專業，發展極其迅速，人社部于2009 年技工類專業中開設“工業機器人應用與維護”專業，教育部研究確定在2019 年起增補并開設“工業機器人技術應用”專業。

我校自2013 年開設“工業機器人應用與維護”專業以來，已經歷了7 個年頭，期間辛苦與收獲并存，特別是開設伊始，缺乏師資，更缺乏教學實訓設備，經調研后，我校決定自己開發相關實訓設備。

1 設備教學定位

我校是技師學院，中職院校，學制5～6 年。人才培養定位在“應用”與“維護”兩個方面，“應用”主要是簡單編程、調試等工作，“維護”則是保養、維護等工作。

2 設備功能需求

根據設備的教學定位，調研現在工業機器人主要的功能應用，經過互聯網大量文獻及數據對比，取中國產業信息網公布的《2018 年中國工業機器人市場規模預測及行業發展趨勢》一文中“2013-2017 年中國工業機器人應用行業分布”圖為典型結果[4]，可知搬運碼垛機器人、焊接機器人各占比超過35%，裝配機器人占比15%以上，其他應用加一起也不足15%。

由以上調研，主要引入搬運碼垛、焊接、裝配三大應用功能，其他功能省略。

3 工業機器人選型

工業機器人品牌繁多，操作系統又不相同。作為基礎教學實訓設備，我校考慮的出發點是市場占有率相對較高，中職院校又主要給本地企業輸送技能人才，所以本地企業使用相對多，教學資源又相對豐富的作為首選。經過調研，以搜狐網刊登數據，機器人四大家族的占有率[5]，再根據地方企業使用中ABB 使用率也較高，而ABB 的教學資源及軟件相對其他品牌豐富很多。最終決定使用ABB 機器人。

因安全及設備尺寸等綜合考慮，所以具體型號選擇IRB-120，具體參數為公開資料，不再贅述。

4 設備具體設計

具體設計搬運碼垛、平面空間軌跡、搬運裝配三大功能模塊，用以覆蓋搬運碼垛、焊接、裝配三大應用功能。

4.1 搬運碼垛功能模塊

搬運碼垛模塊主要對應機器人搬運及碼垛相關應用，設計為由9 塊疊放物料及一個棧板組成，可以完成一層，放置三層的基礎碼垛，也可以完成疊放平鋪的搬運動作。設計及實物如圖1。

圖1 搬運碼垛模塊設計圖及實物圖

4.2 平面空間軌跡功能模塊

平面、空間軌跡模塊，主要是針對工業機器人焊接、涂膠等相關應用，設計為平面直線、圓弧軌跡6 個，空間軌跡2 個，可以完成機器人基本運動指令方面的訓練，以及工件坐標系定義。設計及實物如圖2 所示。

圖2 軌跡模塊設計圖及實物圖

4.3 搬運裝配功能模塊

圖3 搬運裝配模塊

搬運裝配模塊主要是針對工業機器人裝配相關應用，設計了6 個不同形狀的物塊，并設計了兩個位置不同的相應形狀托盤，物塊搬運后必須嵌入托盤中，完成簡單裝配。設計及實物如圖3所示。

4.4 工具坐標系定義錐座

工具坐標系需要專門的錐座才可以精確定義，所以在平面軌跡盤邊上設計了錐座。

4.5 多種末端執行器

為了配合各種應用，設計了多種末端執行器，有軌跡筆用于焊接、涂膠應用；有吸盤用于搬運、碼垛、裝配；有夾抓用于搬運、碼垛。

有了以上各種設計，本基礎教學實訓設備總體外形如圖4。

圖4 整機設計及實物圖

5 設備使用情況

我校工業機器人教學實訓中心從2015 年啟用以來，主要投入到“機器人基礎訓練”“中德機器人項目訓練”“綜合訓練”“FMS柔性自動化訓練”等課程中，并且從2013～2018 級學生的教學使用中，貫穿于入門到進階課程，達到了滿意的效果。

6 結語

綜上所述，本次工業機器人基礎教學實訓設備開發是成功的，在我校工業機器人應用與維護專業的教學中承擔了重要角色，特別是針對每一屆剛接觸工業機器人的學生起到了相當重要的作用，并且在后面的進階教學中，作用依然非常突出。