趙鳳申,李愛芹

(南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系,江蘇南通226010)

工業(yè)機(jī)器人具有高效、可靠的優(yōu)點(diǎn),在自動(dòng)化生產(chǎn)線中應(yīng)用日益廣泛,如在汽車工業(yè)中完成焊接、搬運(yùn)、噴涂和裝配等。此外,我國的民營企業(yè)也逐漸認(rèn)識到了工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)勢,對工業(yè)機(jī)器人的采用量也在逐年增加[1]。但這些企業(yè)存在著裝機(jī)量不高、人才流動(dòng)性強(qiáng)和培訓(xùn)不到位等問題,因而對工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用維護(hù)人才需求較強(qiáng)和要求較高。為相關(guān)企業(yè)培養(yǎng)急需人才是高職院校的主要任務(wù)。

工業(yè)機(jī)器人和加工中心作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品,可用于學(xué)生了解機(jī)電系統(tǒng)構(gòu)成和綜合應(yīng)用機(jī)電元件知識的訓(xùn)練。很多高校的加工中心建設(shè)起步較早,取得了不錯(cuò)的實(shí)訓(xùn)效果,而工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室建設(shè)和課程建設(shè)則起步較晚且有待完善。

1 實(shí)訓(xùn)設(shè)備定位

機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室的配置,目前主要有三種方案:①智能移動(dòng)機(jī)器人由單片機(jī)和多傳感器構(gòu)成,主要用于單片機(jī)教學(xué)和機(jī)器人大賽;②工業(yè)機(jī)器人教儀具有工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特征,設(shè)備價(jià)格低,可靠性較差,無工業(yè)現(xiàn)場感,主要用于演示。③真實(shí)工業(yè)機(jī)器人,能夠再現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)過程,設(shè)備穩(wěn)定可靠,但是價(jià)格較高。

考慮到主要為企業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型人才,我院建設(shè)的實(shí)訓(xùn)室的設(shè)備定位為方案③,即采用汽車企業(yè)常用的六自由度弧焊機(jī)器人。

2 機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室建設(shè)存在的矛盾

1)設(shè)備數(shù)量與教學(xué)需求量的矛盾

與PLC等相比,工業(yè)機(jī)器人價(jià)格較高,而高校經(jīng)費(fèi)有限,實(shí)訓(xùn)室里不可能有大的裝機(jī)量。但由于學(xué)生數(shù)量多,對機(jī)器人興趣濃厚,很容易出現(xiàn)僧多粥少的情況,影響教學(xué)效果。

2)理論與實(shí)踐教學(xué)的矛盾

工業(yè)機(jī)器人融合了電氣控制、變頻器、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、外圍設(shè)備接口、傳感器及現(xiàn)場總線等機(jī)電系統(tǒng)內(nèi)容。其理論包括機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、路徑規(guī)劃以及運(yùn)動(dòng)控制等知識點(diǎn)。而實(shí)踐技能訓(xùn)練主要以機(jī)器人編程和維護(hù)為主。這兩部分的顯著差異在于:理論內(nèi)容多,難度大,而實(shí)踐技能偏重于操作,難度較小,因而學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中感到難以融合。

3)機(jī)器人單機(jī)與生產(chǎn)線聯(lián)網(wǎng)的矛盾

汽車制造業(yè)等大型工業(yè)企業(yè)采用多臺機(jī)器人構(gòu)成工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線,聯(lián)網(wǎng)形成柔性制造系統(tǒng)。而高職院校中工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化生產(chǎn)線、PLC、氣動(dòng)設(shè)備等分屬不同的實(shí)訓(xùn)室,設(shè)備聯(lián)網(wǎng)通訊不易實(shí)現(xiàn)。

4)機(jī)器人教學(xué)與設(shè)備保修的矛盾

工業(yè)現(xiàn)場要求工業(yè)機(jī)器人連續(xù)可靠運(yùn)轉(zhuǎn),高效且易于操作維護(hù),而實(shí)訓(xùn)室的工業(yè)機(jī)器人故障案例應(yīng)由學(xué)生動(dòng)手維護(hù),以培養(yǎng)維護(hù)技能。為使學(xué)生掌握機(jī)器人結(jié)構(gòu)和維護(hù)方面的知識,需要將其拆開并了解其內(nèi)部傳動(dòng)鏈和減速系統(tǒng)等構(gòu)造。此外,工業(yè)機(jī)器人拆解具有一定的危險(xiǎn)性,機(jī)器人手臂較重,拆解中由于剎車失效、學(xué)生的誤操作等可能傷及學(xué)生。

3 解決方案

1)重視機(jī)器人軟環(huán)境建設(shè)

工業(yè)機(jī)器人須配套模擬仿真軟件,用于構(gòu)建虛擬機(jī)器人的工作環(huán)境。學(xué)生編程驗(yàn)證后將該軟件下載至機(jī)器人本體中運(yùn)行,可克服了機(jī)器人數(shù)量的不足,又降低了誤操作對機(jī)器人的損傷。此外,該軟件應(yīng)具備通用數(shù)據(jù)接口(如IGES格式),能夠?qū)雽I(yè)CAD/CAM 軟件(如UG、Pro/E)設(shè)計(jì)的三維造型,體現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人與機(jī)械設(shè)計(jì)、制造的結(jié)合性,體現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程,使學(xué)生了解虛擬示教的概念。

2)購買其他類型機(jī)器人輔助教學(xué)

一般來說,工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)封閉,其D-H參數(shù)和電機(jī)控制協(xié)議都不開放,無法依賴工業(yè)機(jī)器人驗(yàn)證正反運(yùn)動(dòng)學(xué)。解決辦法是考慮購買組合式機(jī)器人,構(gòu)建自動(dòng)導(dǎo)引車AGV和PUMA560結(jié)構(gòu)的組裝機(jī)器人。AGV主要完成物料搬運(yùn),與工業(yè)機(jī)器人配合使用;組裝機(jī)器人的D-H參數(shù)可由學(xué)生自行計(jì)算,可利用其驗(yàn)證正反運(yùn)動(dòng)學(xué)和理論示教等。同時(shí),也可以購買淘汰的同型號機(jī)器人,以便于學(xué)生拆裝,讓其掌握一些工業(yè)機(jī)器人的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和維護(hù)相關(guān)知識。

3)合理安排實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

將理論知識融合到實(shí)訓(xùn)教學(xué)中以解決工業(yè)機(jī)器人理論知識較難而實(shí)踐知識較易的矛盾。表1為我院部分實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目理論和實(shí)踐知識融合對照表。

表1 部分實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目理論實(shí)踐融合對照表

4)加強(qiáng)與供應(yīng)商及用人單位合作

我們應(yīng)要求供應(yīng)商提供工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用視頻以豐富教學(xué)內(nèi)容;提供足夠的培訓(xùn)機(jī)會以強(qiáng)化師資,提供較長的保修期限以解決維護(hù)問題,提供較快的響應(yīng)速度以緩解設(shè)備故障對教學(xué)進(jìn)程的影響;提供工業(yè)機(jī)器人組網(wǎng)方案,以實(shí)現(xiàn)與PLC、自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室的聯(lián)網(wǎng)通訊等。

5)強(qiáng)化教師隊(duì)伍的培訓(xùn)

供應(yīng)商應(yīng)提供充分的產(chǎn)品培訓(xùn),使教師掌握設(shè)備的操作和維護(hù)要點(diǎn);授課教師更應(yīng)深入了解機(jī)器人在船舶、汽車、電子元件裝配和焊接等行業(yè)中的應(yīng)用;教師還應(yīng)深入企業(yè)調(diào)研,了解不同企業(yè)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的差異,從而不斷補(bǔ)充和修正授課內(nèi)容,提高授課質(zhì)量。

4 結(jié)語

我院在機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室建設(shè)中,采用低價(jià)位的安川SSF2000型六自由度弧焊機(jī)器人,配備送絲機(jī)構(gòu)、真空吸盤、氣動(dòng)手爪、數(shù)字焊機(jī)和焊槍等。配套的動(dòng)態(tài)模擬軟件為MOTOSIM-EG和通訊軟件MOTOCOM-32,可以實(shí)現(xiàn)虛擬仿真功能;采用北京博創(chuàng)“創(chuàng)意之星”組合式機(jī)器人套件,可以方便的搭建出AGV和組裝機(jī)器人,輔助工業(yè)機(jī)器人教學(xué)。

實(shí)踐教學(xué)證明,該實(shí)訓(xùn)室建設(shè)方案可行,設(shè)備總體價(jià)格低,利用率高,項(xiàng)目設(shè)置合理,理論與實(shí)踐結(jié)合性強(qiáng),學(xué)生學(xué)習(xí)效果良好。

[1] 趙臣,王剛.我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀調(diào)研報(bào)告[J].北京:機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2009(2):8-13

[2] 曹京生.機(jī)電類專業(yè)“3+2+1”教學(xué)模式研究.北京:實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2008(12):137-139