創(chuàng)新型工業(yè)機器人實訓基地建設研究與應用

田景峰

摘 要：遼寧軌道交通職業(yè)學院實訓基地建設秉承“自主開發(fā)與二次開發(fā)相結合”的原則實施，實訓基地的設計方案與學院“以服務軌道交通業(yè)為特色、以服務裝備制造業(yè)為主體”一脈相承。文章從工業(yè)機器人實訓基地的研究與應用出發(fā)，分析機器人專業(yè)人才培養(yǎng)途徑，總結機器人實訓基地的應用情況。

關鍵詞：工業(yè)機器人;實訓基地;機器人專業(yè)人才

0?引言

遼寧軌道交通職業(yè)學院從2014年開始籌建機器人專業(yè)實訓基地，工業(yè)機器人專業(yè)已經(jīng)開辦近五年，培養(yǎng)的學生在就業(yè)前能夠達到機器人編程與機器人裝調(diào)工種的基本技能，學生對口就業(yè)率達到95%以上，到目前為止，基本完成預期規(guī)劃。為了更好地進行規(guī)劃設計，在學院領導的正確指引及英明決策下，以機器人專業(yè)教師牽頭，專門成立課題研究小組，積極開展調(diào)研，研究制定方案，建設出一種具有獨立知識產(chǎn)權，具有學院特色的工業(yè)機器人實訓基地[1]。

1?工業(yè)機器人實訓基地建設的必要性

實訓基地是培養(yǎng)師生實際動手能力的實踐場所，加強實訓基地建設是辦好高等職業(yè)教育的關鍵所在。我國工業(yè)機器人市場近年來持續(xù)表現(xiàn)強勁，市場容量不斷擴大，伴隨著學院工業(yè)機器人技術專業(yè)的開設，建設出具有學院特色的工業(yè)機器人實訓基地迫在眉睫[2-3]。

2?工業(yè)機器人實訓基地建設的研究內(nèi)容及應用

2.1? 建設形象科普區(qū)

為了讓更多感興趣的學生了解機器人，建設形象科普區(qū)。系內(nèi)成立了機器人社團，有專業(yè)老師負責指導，為學生進行答疑解惑，機器人實訓室也對機器人會員學生免費開放，給學生提供很好的實踐操作機會。加入機器人會員有一個嚴格的審查環(huán)節(jié)，在會員中能力突出、脫穎而出的學生有機會參加學院、省市以及國家級的各種競賽。在每個新學年新生報到時以及各種大型專業(yè)活動時，機器人社團的學生也會利用這個好機會展示他們的成果，通過視頻播放、現(xiàn)場演示等豐富多彩的形式，宣傳機器人技術，達到科普的效果。機器人社團除了在社團室活動外，也可以在機器人實訓室進行學習實踐。實訓室內(nèi)有籃球機器人、短跑機器人、相撲機器人、越野機器人和各種創(chuàng)新類機器人。

2.2? 二次開發(fā)虛擬仿真區(qū)

初學者操作工業(yè)機器人很容易出現(xiàn)各種操作失誤，為了防止出現(xiàn)人身和設備傷害，本研究開發(fā)了虛擬仿真區(qū)。為了達到與現(xiàn)有真實的工業(yè)機器人實訓室一樣的場景，學校與企業(yè)進行校企合作，通過校企橫向課題的形式建設虛擬仿真實訓室，以學院已有工業(yè)機器人系統(tǒng)為載體，進行三維建模設計，研究開發(fā)仿真軟件應用，該實訓室可實現(xiàn)在虛擬環(huán)境下布局工業(yè)機器人系統(tǒng)及機器人運動仿真。在課題研究與實施過程中，教師帶領學生積極開展測繪、三維建模、仿真系統(tǒng)調(diào)試等工作，真正做到“做中學、做中教”。

2.3? 自主研發(fā)基礎實訓區(qū)

基礎實訓區(qū)為師生提高實踐動手能力創(chuàng)造很好條件，主要包括電機驅動實訓和氣動技術實訓。學院數(shù)控維修、工業(yè)機器人技術等專業(yè)經(jīng)常應用交流伺服電機、步進電機等設備，此實訓裝置可以為相關專業(yè)師生提供實踐平臺。交流伺服電機應用領域廣，但是機電工程系、電氣工程系以前都沒有這方面的實訓平臺，此次屬于首次系統(tǒng)應用伺服電機，通過多位老師的合作攻關，最終能夠進行各種模式的控制。

氣動技術實訓室的操作平臺采用鋁型材結構，并將氣動元件安裝在專用底座上，可使氣動元件方便地從操作平臺上裝卸，具有很強的綜合性、直觀性、開放性及實訓性，是工業(yè)機器人、機電一體化等專業(yè)的教學、實訓、考核的理想設備。其能夠完成氣動、電氣動各種回路的連接與實際操作。

2.4? 二次開發(fā)行業(yè)應用區(qū)

工業(yè)機器人實訓室建設以工業(yè)機器人設備為基礎，建成集工業(yè)機器人機電認知設備、工業(yè)機器人基礎操作設備、工業(yè)機器人工藝應用實訓設備、智能制造實訓設備于一體的全方位多功能工業(yè)機器人實訓室，充分培養(yǎng)學生在工業(yè)機器人技術專業(yè)的綜合實踐能力。實訓室可以完成的主要功能是對高鐵模型零件的搬運、裝配和碼垛，通過4種不同廠家的機器人實現(xiàn)連動的小規(guī)模生產(chǎn)線來演示學習機器人的應用，工作站內(nèi)的布局中正面兩端分別設有高鐵數(shù)模上部模型和下部模型的上料工作臺，兩個工作臺分別對應著兩種攜帶不同抓手的搬運機器人。在工作站布局另一端配有移動臺的裝配機器人，搬運機器人在搬運和裝配機器人之間分別設立了兩個固定中轉臺，搬運機器人負責抓取中轉臺上的模型，并放置在位于布局中部的雙軸變位機上，裝配機器人配有機械手快換架，用于搬運機械手和自動擰螺釘機械手的快換，同時配有可快速更換的螺釘托盤。在裝配機械手對上下模型進行螺釘擰緊的時候，雙軸變位機的翻轉軸配合機器人運動。位于布局中間的雙軸變位機同時還負責把裝配好的模型通過旋轉軸旋轉180°，使裝配好的模型到達待碼垛區(qū)域。位于兩個搬運機器人中間的是碼垛機器人，碼垛機器人配有碼垛臺，碼垛機器人負責將裝配好的模型抓取并碼放在碼垛臺上。整個布局由4種機器人配合其他輔助設備構成了一個多功能復雜型閉環(huán)控制項目。教師根據(jù)實訓室使用情況，編制了《工業(yè)機器人操作與編程實訓指導書》，能很好地指導學生進行學習操作。

2.5? 自主開發(fā)工裝夾具區(qū)

隨著科學技術的不斷發(fā)展，機器人在工業(yè)、制造業(yè)、化工業(yè)、食品業(yè)中的使用價值更大，工裝夾具作為機器人的最重要裝備，它的智能化程度直接影響著它的功能性。在工業(yè)機器人技術專業(yè)學習中，機器人末端執(zhí)行器等工裝夾具的設計、制造及應用是很重要的一個環(huán)節(jié)，為了讓學生更直觀地掌握工裝夾具應用，本研究通過校企合作，收集企業(yè)廢舊的工裝夾具，擺放到校內(nèi)工裝夾具實物區(qū)，便于學生直觀學習。或者通過學生去企業(yè)參觀實習，了解學習各種工裝夾具的應用。機器人專業(yè)學生在二年級時需要學習“solidworks建模”課程，在三維建模實訓室可實現(xiàn)設計機器人工裝夾具，既能練習使用solidworks建模軟件，又能學習工裝夾具的應用設計，為學生實訓及生產(chǎn)制作工裝夾具提供保障。

2.6? 自主開發(fā)科技創(chuàng)新區(qū)

科技創(chuàng)新區(qū)是以注塑車間和立體倉庫為基礎，自主開發(fā)設計制作智能搬運復合機器人。設計要求為：利用機器人手臂自動搬運貨物，搬運到AGV上，AGV根據(jù)規(guī)劃路徑運輸?shù)街付ㄎ恢茫偻ㄟ^柔性生產(chǎn)線的機械手臂搬運到相應位置。復合機器人采用北斗導航、激光導航和磁釘慣導的復合導航模式。自主開發(fā)科技創(chuàng)新區(qū)，增強了專業(yè)師生在行業(yè)企業(yè)的影響力，大幅提升技術創(chuàng)新服務能力，提升了學校對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的貢獻度。

3 工業(yè)機器人實訓基地建設實施效果

教師通過自主研發(fā)和二次開發(fā)創(chuàng)新型工業(yè)機器人實訓基地，提高工業(yè)機器人專業(yè)實訓教學質(zhì)量，使參加培訓人員掌握工業(yè)機器人技術、電氣控制技術、傳感器技術、PLC控制應用技術的技能，具有工業(yè)機器人運行與維護等能力。對應的核心崗位為工業(yè)機器人運行與調(diào)試工。

在入校之后，機器人專業(yè)學生就可以通過機器人協(xié)會等多種途徑開始認識了解機器人，從第二學期開始，逐漸接觸學習機器人專業(yè)課程，從工業(yè)機器人認知、氣動技術、三維建模、工業(yè)機器人編程、工業(yè)機器人拆裝調(diào)試、工業(yè)機器人系統(tǒng)集成等課程中，逐步掌握機器人專業(yè)應該具備的專業(yè)知識和實踐能力。實踐操作水平的提高，離不開實訓設備的保障，工業(yè)機器人實訓基地的實訓設備能夠很好地保障學習者的學習需求，從科普創(chuàng)新區(qū)的興趣引導，到基礎實訓區(qū)和工裝夾具區(qū)，使學生具備專業(yè)基本能力，再到虛擬仿真區(qū)和行業(yè)應用區(qū)，培養(yǎng)學生專業(yè)核心能力。通過以上實踐環(huán)節(jié)，學生基本具備工業(yè)機器人專業(yè)核心能力。想進一步提高專業(yè)水平，通過自薦或老師推薦，學生到科技創(chuàng)新區(qū)去完成一些創(chuàng)新活動。機器人專業(yè)學生經(jīng)過兩年的在校學習后，最后一學年去企業(yè)進行跟崗實習和頂崗實習，利用專業(yè)所學技能為企業(yè)服務，真正實現(xiàn)了從校入企的順利過渡。通過對學生的就業(yè)統(tǒng)計，學生對口就業(yè)率達到95%以上，工業(yè)機器人實訓基地建設實施效果顯著。

4?工業(yè)機器人實訓基地建設總結

工業(yè)機器人實訓基地建設秉承“自主開發(fā)與二次開發(fā)相結合”的原則實施，實訓基地的設計方案與學院“以服務軌道交通業(yè)為特色、以服務裝備制造業(yè)為主體”一脈相承，本文通過從工業(yè)機器人實訓基地的研究與應用出發(fā)，分析機器人專業(yè)人才培養(yǎng)途徑，總結機器人實訓基地開發(fā)與應用情況，實施效果顯著，為今后實訓室的建設積累豐富的經(jīng)驗，打下良好的基礎。

[參考文獻]

[1]邱建全.產(chǎn)教融合框架下工業(yè)機器人實訓基地建設的實踐探究[J].現(xiàn)代職業(yè)教育.2020（4）：234-236.

[2]楊運鑫，羅頻頻，陳鵬.職業(yè)教育產(chǎn)教深度融合機制創(chuàng)新研究[J].職業(yè)技術教育.2014（4）：39-43.

[3]陳宏.工業(yè)機器人技術專業(yè)實訓室建設研究[J].南方農(nóng)機.2021（2）：144-145.

（編輯 王永超）