【摘 要】隨著工業(yè)機器人技術(shù)的應用普及，相關(guān)專業(yè)應用型人才的教學標準、課程開發(fā)、實訓設(shè)備開發(fā)都具有十分重要的意義。本文針對現(xiàn)有工業(yè)機器人實訓設(shè)備功能單一，缺乏實用性的突出問題。通過對真實汽車生產(chǎn)企業(yè)中工業(yè)機器人涂膠系統(tǒng)的研究分析，對工業(yè)機器人教學系統(tǒng)的集成設(shè)計進行了研究分析。體現(xiàn)了 “工學結(jié)合，做學一體”的職業(yè)教育特色。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)機器人技術(shù);實訓教學系統(tǒng);系統(tǒng)集成

一、工業(yè)機器人行業(yè)現(xiàn)狀

近年來，隨著工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展，人力勞動已經(jīng)逐漸被機器人所取代，機電一體化、智能制造等技術(shù)迅速發(fā)展。從事工業(yè)機器人裝調(diào)和檢修等方面的技術(shù)崗位以驚人的速度增加。2019世界機器人大會于9月25日在北京閉幕，根據(jù)大會發(fā)布的相關(guān)數(shù)據(jù)，當前中國工業(yè)機器人市場保持向好發(fā)展，約占全球市場份額三分之一，是全球第一大工業(yè)機器人應用市場。2019年，中國工業(yè)機器人市場規(guī)模預計達到57.3億美元，到2021年市場規(guī)模預計將突破70億美元。伴隨著工業(yè)機器人井噴發(fā)展的背后是一個巨大而急切的工業(yè)機器人從業(yè)人員的人才缺口。屆時，國內(nèi)工業(yè)機器人每年需求量將超過10萬臺，工業(yè)機器人應用人才缺口有30萬。人才缺口的不斷擴大，明顯制約工業(yè)機器人行業(yè)的發(fā)展。

自2011年常州機電職業(yè)技術(shù)學院在全國首開工業(yè)機器人應用專業(yè)后，各地職業(yè)院校緊隨其后。高職高專主要培養(yǎng)工業(yè)機器人現(xiàn)場系統(tǒng)設(shè)計研發(fā)、工業(yè)自動化集成等方面的高層次專業(yè)技術(shù)研發(fā)人才。

基于以上研究背景，掌握工業(yè)機器人系統(tǒng)安裝、調(diào)試、維修和保養(yǎng)的應用型技術(shù)人才培養(yǎng)的意義尤為重要。隨著招生規(guī)模的不斷擴大，職業(yè)院校機器人專業(yè)教學設(shè)備短缺的問題越發(fā)凸顯，現(xiàn)有的實訓教學系統(tǒng)大多功能簡單、學習任務不飽滿且學習內(nèi)容枯燥，無法滿足教學要求。

二、涂膠技術(shù)研究現(xiàn)狀

涂膠是指根據(jù)不同的工藝要求把膠漿均勻涂抹在產(chǎn)品表面的一種加工方式。涂膠的目的主要是粘貼固定、提高強力、提升曲撓性能、提升耐腐蝕性能和制造耐高溫的絕緣材料等。隨著技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的手工涂膠逐漸被涂膠機所替代，目前廣泛應用的涂膠機器，利用電腦程序控制涂膠路徑和出膠量，通過氣壓將膠液噴涂到所需的產(chǎn)品上，使得涂膠的厚度和時間都可以控制，設(shè)備操作簡單，采購成本低，大大提升了涂膠的工藝質(zhì)量。

隨著制造業(yè)水平的不斷提升，產(chǎn)品的涂裝質(zhì)量要求也越來越高。特別是高端產(chǎn)品由于精度高、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復雜以及涂膠工藝復雜等特點，簡單的涂膠機已經(jīng)無法滿足技術(shù)要求。工業(yè)機器人憑借其自身靈活性強、動作精度高和柔性化等特點，越來越多的應用于涂膠系統(tǒng)中，使產(chǎn)品的涂膠質(zhì)量、生產(chǎn)管理以及經(jīng)濟效益等方面都有了明顯提高。當前，涂膠系統(tǒng)共分為四種：一般涂膠，機械仿真形涂膠機，軟仿真涂膠機，智能涂膠機。

在1999年，北京首鋼莫托曼機器人有限公司首次將柔性化機器人工作站技術(shù)，應用于國內(nèi)哈飛汽車有限公司，這是中國車企第一次把機器人涂膠系統(tǒng)應用到玻璃裝配工藝上，具有里程碑的意義。目前在國內(nèi)對涂膠機器人研究的機構(gòu)主要有首鋼莫托曼機器人有限公司、哈爾濱工業(yè)大學、沈陽新松機器人自動化股份有限公司、北京機械工業(yè)自動化研究所等。近年來，隨著國產(chǎn)工業(yè)機器人技術(shù)的提高，機器人設(shè)備本體的價格都大幅降低，為技術(shù)的普及打下了基礎(chǔ)，如圖1所示，是工業(yè)機器人車窗涂膠示意圖。

三、工業(yè)機器人及其在汽車玻璃涂膠中的應用

當前工業(yè)機器人控制系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢為系統(tǒng)的開放化、網(wǎng)絡(luò)化、基于新型傳感器的智能化、作業(yè)的柔性化和多智能體調(diào)控等。工業(yè)機器人應用最為廣泛的行業(yè)是汽車制造業(yè)。汽車制造業(yè)由于自身高附加值、高科技和高標準的行業(yè)特點，使得許多高新技術(shù)都應用其中。工業(yè)機器人在汽車制造領(lǐng)域中主要有焊接機器人、噴涂機器人、搬運機器人和裝配機器人等。

隨著當代汽車技術(shù)的不斷進步，汽車的行駛速度也越來越快。在發(fā)生碰撞和緊急剎車等突發(fā)事故時，極易產(chǎn)生因擋風玻璃裝配質(zhì)量問題而造成的車內(nèi)人員傷害。在汽車總裝的工序中有一個重要項目就是風擋玻璃的裝配，其中包含玻璃密封膠的噴涂和玻璃的安裝。工業(yè)機器人應用于汽車玻璃涂膠系統(tǒng)，具有人工無法比擬的優(yōu)勢，它行動靈巧，可以將玻璃的尺寸誤差沿玻璃周邊均勻分布，而且精度極高，可以對玻璃自動識別、自動拾取和一次性自動對中，極大地提高了汽車的整體質(zhì)量。

四、工業(yè)機器人系統(tǒng)集成

工業(yè)機器人系統(tǒng)集成主要是指工業(yè)機器人在實際應用過程中，對于工作現(xiàn)場的集成開發(fā)。其主要內(nèi)容包含工裝設(shè)備、外部設(shè)備、控制系統(tǒng)等。也可以理解為把廠家采購回來的工業(yè)機器人通過集成開發(fā)變?yōu)榭梢詫嶋H生產(chǎn)應用的設(shè)備。

工業(yè)機器人出廠時僅能實現(xiàn)對工業(yè)機器人本體的基本控制和編程，比如按照設(shè)定線路移動、根據(jù)流程動作和定位等。由于沒有任何外圍設(shè)備，工業(yè)機器人根本無法進行實際生產(chǎn)使用。要使工業(yè)機器人能夠完成實際生產(chǎn)，就必須加裝外圍的配套設(shè)備，如夾具、模具、刀具、移動滑臺、翻轉(zhuǎn)臺和輔助量具等，同時還要裝設(shè)外部控制系統(tǒng)，如PLC、傳感器和網(wǎng)絡(luò)連接線等，這也就構(gòu)成了工業(yè)機器人系統(tǒng)集成。

工業(yè)機器人系統(tǒng)集成設(shè)計的一般步驟和方法總結(jié)如下：

（1）解讀分析工業(yè)機器人的工作任務。工作任務是整個系統(tǒng)集成設(shè)計的核心問題，所有的設(shè)計都應圍繞其來進行。

（2）合理設(shè)計選用工裝設(shè)備。在設(shè)備設(shè)計選用的過程中加工對象的特點、需要達到的工藝標準和工作場地的情況都要綜合考慮。

（3）工業(yè)機器人的選型。由于不同品牌的工業(yè)機器人價格、控制方式、技術(shù)特點和擅長領(lǐng)域都有所不同，所以在此環(huán)節(jié)要進行大量細致的分析對比，最終才能合理選擇。

（4）外部控制系統(tǒng)的選型與設(shè)計。當前工控領(lǐng)域，主要選用可編程控制器（PLC）作為外部控制系統(tǒng)的核心器件，國內(nèi)外主流品牌有西門子、三菱、安控等品牌，選用時要考慮產(chǎn)品的可靠性、兼容性、安全性和先進性。

（5）系統(tǒng)安裝調(diào)試。在安裝調(diào)試過程中，要嚴格遵守規(guī)范，確保全過程的人身安全和設(shè)備安全，保證施工質(zhì)量。

結(jié)合以上系統(tǒng)集成的相關(guān)要求和流程，就可以對一般的教學實訓系統(tǒng)進行集成改造。選取典型應用場景，在滿足工藝安裝要求的前提下，綜合考慮場地、經(jīng)費、教學環(huán)節(jié)等綜合因素，可以設(shè)計出更加符合職業(yè)教育特色的工業(yè)機器人教學系統(tǒng)。

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