技工院校工業機器人在教學中的研究應用

郭能強 王揚 陳家樂 林進梅

（廣西南寧技師學院，廣西 南寧 530001）

隨著科技的不斷發展，國際標準化組織將機器人定義為“一種自動的、位置可控的、具有變成能力的多功能機械手”。根據國際標準化組織的定義，工業機器人在未來將會是工業領域中的多關節機械手，會逐漸發展為可以自動執行工作命令的機械裝置。它在實際的工作開展中可以依靠自身的動力以及控制能力完成各項工作。另外，國際電氣電子工程師協會也從未來科技的角度出發進行了預測，他們認為工業機器人將會是未來發展的重要方向之一。我們要知道信息時代已經來臨，以智能為主導的時代也即將來臨，隨著各個行業的不斷改革發展，“工業4.0”時代已經來到，技工院校作為我國職業教育的基礎，就需要順應時代的發展，增設相關的專業以及課程，以此培養出更多專業人才，方便在未來的發展中更好地應用智能時代。即使無法設置對口的專業，也需要各個學校注重從工業機器人的角度出發，將其應用到實訓教學當中，實現其本身的價值。通過考察發現，技工院校有著屬于自己的實訓體系以及教學設備，其中涉及內容較多，在對新型實訓設備進行開發和提升過程中，有著一套屬于自己的流程，能夠更加有效地實現對于工業機器人的開發。并且能夠有效地將其應用到實際的教學當中。機器人的學習過程融合了計算機、機械、電子、通訊、控制、聲、光、電、磁等多個學科領域的知識。因此機器人教育和傳統的學科教育區別很大。單純的機械、電氣、計算機等學科的學習只能作為學習機器人的基礎。機器人的教學應該是一個系統的架構，學生掌握各學科的同時要對機器人行業有更為深入的了解。關于如何辦好機器人教學我們做了以下三個方面的研究。

一、工業機器人實訓教學改進

當前工業機器人領域發展較為迅速。隨著我國工業的不斷發展，工業機器人行業的人才逐漸受到了重視，而當前很多技工院校在實訓教學中并沒有將工業機器人的應用重視起來。通過此研究能夠使教師充分認識到工業機器人的價值，并且能夠在研究中發現工業機器人與自動化實訓設備之間的聯系，從而有效實現技術改革，開發出一套符合技工院校學生的實訓設備。在開發過程中，可以充分地了解到自動化實訓設備中存在的不足，通過兩者的結合不僅并提高實訓教學的效率，對于促進學生操作能力、探究能力以及創新能力的發展都有著積極地影響。通過此研究能夠豐富實訓教學的內容，改變學生的態度，使學生在實訓中便可以了解當前工業機器人的實際發展情況。

1.通過實訓臺將基礎訓練、裝配、搬運、分揀、碼垛五大典型任務和工業機器人集成在一起，利用工業機器人來完成對五大典型任務的訓練，讓學生快速學會工業機器人的基本操作，提高學生對工業機器人和外圍設備的綜合應用技能。充分利用了現有設備同時整合了現有的工業機器人設備資源。

2.每一個典型工作任務都結合工業機器人職業資格標準進行，從外部控制、傳感器檢測、機器人開始工作、將貨物放到指定位置、機器人停止工作、外部設備進行顯示等，完成的工作節拍，符合企業的生產流程。

3.ABB 機器人提供了豐富的1/0 通信接口，本任務采用ABB 的標準1/0 板DSQC652 提供輸入信號（DI）及輸出信號(DO）處理。通過與PLC 進行通訊設置，并在機器人的示教器上就能監控這些信號。DSQC652 板是連接在De viceNet 現場總線下的設備，地址為10。其中Xl、X2 為數字輸出接口，提供16 個數字輸入信號，X3、X4 為數字輸入接口，提供16 個數字輸出信號；對為DeviceNet 接口，通過X5 接口與DeviceNet 現場總線進行通訊，網絡地址編號設置為10。

4.程序數據設定。

（1）工具數據tooldata 的設定：工具數據tooldatash 用于描述安裝在機器人第六軸上的工具的“工具中心點TCP”(ToolCenterPoinr）、質量、重心等參數數據，機器人自帶一個默認的工具數據ToolO，期中工具重量為0，童心與TCP 位置都在第六軸法蘭盤中心。本工程中機器人使用的是氣動夾具如圖所示，名稱為Tooll，單控電磁閱控制，通電時抓取貨物，斷電時放開貨物，由于本夾具與第六軸的中心點在X、Y 軸重合，重心在默認ToolO 的Z 方向上偏移300mm 處，TCP 點設定在夾具抓取貨物的中心點上，從默認ToolO 上的Z 方向偏移了50mm，質量為0.I 嶼，采用四點法定義TCP 的位置數據。

（2）工件坐標Wobjdata 的設定：機器人的運動就是相對工件坐標而言的，工件坐標定義工件相對于大地坐標的位置。本工程中利用平臺的平面設置工件坐標Wobjdatal。采用三點法進行定義。

5.程序編寫。RAPID 程序中包含了一連串控制機器人的指令，執行這些指令可以實現對機器人的控制操作。ABB 機器人編程所使用的語言是RAPID 語言。它是一種高級語言。所包含的指令可以移動機器人，設置輸出、讀取輸入，還能實現決策、重復其他指令、構造程序、與系統操作員交流等功能。本任務采用的是結構化設計的方法，把任務分為幾個例行程序，在主程序中調用即可，這樣可以使得各個操作相對獨立，不會產生干擾，便于程序的調試和修改。

（1）程序模塊：RAPID 程序是由程序模塊與系統模塊組成。通過新建程序模塊來構建機器人的程序，而系統模塊多用于系統方面的控制。確定需要多少個程序模塊，是由應用的復雜性所決定的。每個程序模塊中包含了程序數據、例行程序、中段程序和功能等對象，而且它們之間是可以互相通用的。本工程為一個程序模塊名稱：MODULE:gonggong。

（2）主程序：在RAPID 程序中，只有一個主程序main,并且存在于任意一個程序模塊中，并且是作為整個RAPID 程序執行的起點。

（3）例行程序：機器人按功能區分，編制各種不同功能的例行程序，方便我們閱讀、調試程序。本任務中建立五個例行程序：初始化程序：chushihua、運行程序：RUN、機器人抓取程序：zhuaqu、機器人放置程序：fangzhi、機器人算法程序：sum。

6.程序調試。

（1）校準：ABB 機器人六個關節軸都有一個機械原點的位置?？梢晫嶋H具體情況，對機械原點的位置進行計數器更新操作。

（2）確認IO信號，可以用仿真的方式強制外部的輸入／輸出信號，確保信號準確。

（3）運行時先進行手動模式操作,首先進行空載運行，不能馬上夾取工件，觀機器人察的運行路徑是否符合技術要求，在反復確認后再進行工件夾取，先低速后高速，循序漸進，保證調試順利進行。程序手動調試完畢，再轉為自動模式。

（4）在調試運行機器人時，它可能會執行一些意外的或不規范的運動。并且所有的運動會產生很大的力量，從而嚴重傷害個人或損壞機器人工作范圍內的任何設備。所以時刻警惕與機器人保持足夠的安全距離。

二、工業機器人師資隊伍建設

師資隊伍由一支熱愛機器人教育事業的年輕教師和具備有較高科學素養和教學經驗的教師組成?，F在的技工院校普遍存在的教師老齡化、工業機器人教學理念滯后嚴重等問題，針對以上問題我們在師資隊伍建設方面。做了以下幾個方面的工作。

（一）因地制宜，開發校本教材

工業機器人品牌種類繁多，各個院校的工業機器人實訓設備配套不盡相同，原有的教學教材不一定可以匹配現有的實訓設備。根據本校已有的實訓設備和教學特點通過企業調研，畢業生追蹤調查，結合實際研發適合本校實際情況的校本教材。

（二）從企業引進經驗豐富的工程師

教學一線的教師大多脫離了生產一線，對工業機器人行業的新技術、新理念、新信息了解滯后。工業機器人是一門新興的產業，教學不能脫離實際，工業機器人專業建設需要具備生產經驗豐富的工程師來彌補教師在生產一線經驗不足的缺陷，同時經驗豐富的工程師可以幫助教師提升專業技術能力讓教學更加貼近生產。

從企業引進人才增強了學校和企業之間的人才流動性，有利于校企合作工作的推進。

（三）重視技能大賽，以賽促學

制造業成為我國經濟發展的重要引擎，其中工業機器人更是備受關注。學校積極參加技能大賽，對教師是一個很好學習機會。技能大賽也可以發現問題及時改進。通過比賽競賽和其他院校交流取長補短反思教學教法、完善教材、提升教師技能。

三、教學資源建設

當前，國家剛剛頒布工業機器人系統操作員國家標準，該職業（工種）已經核準：四級/中級工、三級/高級工、二級/技師、一級/高級技師四個等級考核要求。根據四個層級技能遞進的考核要求，要按急用優先的原則，開發出符合技術等級需求的教學資源。

四、校企合作，促進就業

隨著工業機器人的發展，企業對工業機器人的操作技術工人需求也隨之增長，對技術人員的技能要求也隨之增長。中職學校應以當下的主流機型對學生進行學習培養，而教學中不單是要培養學生的專業興趣、專業技能，其根本就是為了向社會輸送新型的技術人才。在學生掌握工業機器人的專業方向以及未來的職業發展的同時培養學生的專業素養。了解本專業的創新領域、思維方法，為學習和就業，打下堅實的基礎。

教師貼近企業了解行業的生產情況、用工情況、就業情況。為企業輸送優秀的畢業生社會創造財富同時提高學生的就業質量。學生對企業和崗位的全面、深入了解，在校生只有把握了具體工作崗位對就業能力的實際要求，才能更主動、更有針對性地提高自身的相關素質和能力，從而實現就業能力的培養。校企合作在很大程度上可以幫助在校生近距離的接觸企業，幫助學生增加對行業、企業和具體崗位的認識。

五、總結

中職工業機器人教學不同學校教學條件不盡相同，適合中職學生的教材很少，常見的工業機器人品牌有ABB、庫卡、安川、發那科。實訓設備的差異造成了教學教材的差異。因地制宜務必做到教材和實訓設備是匹配的。

工業機器人是一門新興的熱門行業對新行業、新業態、新技術對教師有更高的要求，學校要重視對中青年教師的培養建立健全教師激勵機制鼓勵教師精進機器人技術創新教學方式，以賽促學培養出更多優秀的畢業生。

中等職業院校的目的是為社會培養大批的在生產、服務、技術和管理第一線工作的高素質勞動者和中級專門人才。所以中等職業教育教學要注重學生的專業知識技能培訓。工業機器人的學習一定是貼近生產的，校企合作顯得尤為重要。學校與企業多方位的合作，拓展學校的教育資源及環境，提高學生的就業素質，為企業培養符合崗位要求的新生血液。一般來說具體地合作方法包括企業向學校提供實習項目、實習基地、所需設備和原料等，或接納學校的老師和學生到企業的生產崗位開展實踐。另外，企業還可以配合或引導學校人才培養方案和專業、課程方案的具體設計，通過學校與企業雙方努力，實現學校到企業、學生到員工的完美過渡，進一步促進校園所學理論與生產實踐的緊密結合，使在校生日常學習與實際的崗位生產密切聯系，提高學生的綜合素質使其畢業就可達到企業需要，最終能夠促進就業能力、增加就業機會，實現充分就業。

通過“開發校本”“以賽促學”“校企合作”等多種方式，最終形成適應新時代發展需求的、具有學校特色的工業機器人教學。