薛文平，李康吉

(江蘇大學 電氣信息工程學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

《工業(yè)機器人》實驗教學的改革與實踐

薛文平，李康吉

(江蘇大學 電氣信息工程學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

分析了《工業(yè)機器人》教學中存在的主要問題。根據(jù)課程特點，自主開發(fā)了上/下位機聯(lián)調(diào)的機械手實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用機械手的遠程通訊模塊和RS_232串口協(xié)議實現(xiàn)遠程控制機械手完成搬運、堆積等基本任務。實踐證明，實驗方案可充分利用工業(yè)機器人的功能模塊，有效激發(fā)學生的學習熱情，在有限課時內(nèi)鍛煉學生的自主開發(fā)能力。

工業(yè)機器人；實驗系統(tǒng)；上/下位機；Visual Basic語言；RS_232串口協(xié)議

機器人教學在國內(nèi)高校中已被列入人工智能、自動化、機電一體化等相關(guān)專業(yè)的課程之中[1]。在我院，《工業(yè)機器人》是較早開設的一門針對高年級學生的專業(yè)課，主要介紹機器人運動學/動力學原理、微分變換、運動軌跡以及機器人控制等，內(nèi)容抽象、邏輯性強[2]。隨著機器人被越來越多地運用于各類工業(yè)生產(chǎn)中[3_6]，掌握工業(yè)機器人的基本工作原理，了解它的基本控制過程，對于工科學生而言具有重要意義。反觀目前的《工業(yè)機器人》教學，由于硬件設備昂貴、設備維護復雜、購置的機器人接口較封閉，學生主要以參觀了解和仿真為主，使得理論與實踐相對脫節(jié)，教學效果欠佳。

本文利用工業(yè)機器人控制器提供的串行接口，開發(fā)基于機器人遠程控制的實驗新方案，實現(xiàn)機器人的搬運、堆積等基本功能。這套實驗系統(tǒng)的特點是簡易直觀、模塊化，學生能夠自己完成整個機器人控制的開發(fā)流程，鍛煉自主開發(fā)能力。

1 安川機械手編程環(huán)境

本院購置的工業(yè)機器人型號為安川機械手UPJ3_B00，配套的編程環(huán)境為JRC System Manager，如圖1所示。

圖1 JRC System Manager編程環(huán)境

該軟件包括如下七個功能模塊：

1)PACManager(程序管理)。該模塊實現(xiàn)程序的新建、查錯、編譯及下載。

2)Variable Manager(變量管理)。該模塊可查看機械手各關(guān)節(jié)直角及旋轉(zhuǎn)坐標值，如圖2所示。

3)DIO Manager(DIO管理)。該模塊對輸入/輸出狀態(tài)進行管理及顯示。

4)Arm Manager(機械手管理)。該模塊可直觀展示機械手運動軌跡和可動范圍，如圖3所示。

圖2 可瀏覽變量表

圖3 機械手管理模塊

5)Vision Manager(視覺管理)。該模塊可根據(jù)視覺的需要定義窗口。

6)Log Manager(記錄管理)。進行歷史記錄，便于分析問題，為維修提供信息。

7)ROBOTalk Manager(連接管理)。用于設置通信模式，如圖4所示。

圖4 通信設置模式

2 基于串口通信的機械手遠程控制

基于JRC System Manager軟件的工業(yè)機器人系統(tǒng)的透明度不高，對其進行控制實驗大部分停留在仿真與手動控制層面。為了充分利用安川機械手的軟硬件接口功能，讓學生更好地了解并掌握機器人的控制原理及特點，可利用機器人的遠程通信模塊，安排學生進行機器人編程的實踐訓練。為此，我們專門設計了一套上/下位機聯(lián)調(diào)的機械手遠程控制實驗方案，通信方式為RS_232串口方式。該設計方案包括：

1)利用Visual Basic語言的串口通信控件編寫上位機軟件[7]，通過RS_232串口向機器人控制器發(fā)送指令，并接收下位機動作完成的反饋信息，如圖5所示。

圖5 上位機控制界面

2)利用JRC System Manager軟件的各功能模塊，指導學生學習安川系列機械手的編程語言(類似C語言)，并離線編寫下位機程序。要求：串口接收字節(jié)指令，做出相應的機械手動作，完成后發(fā)送信號反饋給上位機。

3 實驗教學應用

利用上述機械手遠程控制實驗方案設計四個機械手動作任務，包括：機械手搬用工件、機械手搭積木以及兩者的逆序工作。機械手末端安裝有氣動夾手，由#106號I/O口控制。

實驗步驟如下：

1)打開PAC程序管理器，建立新項目;在文件編輯窗口編寫相應的機械手動作程序;保存、編譯并下載至機械手控制器，如圖6所示。

2)上位機軟件打開串口，按下Action 1_Action 4四個按鈕中的一個，即發(fā)出指令，使機械手完成某個任務。該任務完成后，機械手控制器發(fā)送一個同樣字符給上位機，表示動作已完成。

圖6 下位機程序下載

4 結(jié)束語

本文介紹了我院自主設計的簡易工業(yè)機器人實驗系統(tǒng)。配合教學及實驗的使用，讓學生以一種簡便直觀的形式了解并掌握工業(yè)機器人的基本控制原理，有效激發(fā)學生的學習熱情。利用該實驗平臺，學生可以自己動手完成基本的機械手上/下位機聯(lián)調(diào)控制，在有限的教學時間中將理論與實踐有機地結(jié)合。

[1]朱勇勇.開放式教學機器人運動控制器設計[D].上海：上海交通大學，2007.

[2]蔡自興.機器人學[M].2版.北京：清華大學出版社，2009.

[3]趙臣，王剛.我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀調(diào)研報告[J].機器人技術(shù)與應用，2009(2)：8_13.

[4]劉鑫宇，胡礦，趙東風，等.跨平臺的移動機器人地圖繪制系統(tǒng)研究[J].實驗科學與技術(shù)，2012，10(1)：17_19.

[5]游瑋，孔民秀.重載工業(yè)機器人控制關(guān)鍵技術(shù)綜述[J].機器人技術(shù)與應用，2012(5)：13_19.

[6]Industry Solutions[EB/OL].[2013_03_16].http：// www.ragroup.com.au/industry/index.htm.

[7]范逸之，陳立元.Visual Basic與RS_232串行通信控制[M].北京：清華大學出版社，2002.

Reform and Practice of EXperimental Teaching for the Course of lndustrial Robot

XUEWenping，LIKangji
(School of Electrical and Information Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China)

Themain problems existed in theoretical and experimental teaching for the course of industrial robot are analyzed in this paper.According to the characters of this course，a newmanipulator experimental system，which consists ofmaster and slave computers，is proposed.Based on remote communicationmodule of themanipulator and RS-232 serial port protocol，remote control of themanipulator，such asmaking themanipulator carry and build blocks，is realized.Result shows that the proposed experimental scheme can make themost of internal functionalmodules of themanipulator，spur the students'learning enthusiasm effectively and strengthen the students'independent developing capabilities within the limited time in class.

industrial robot;experimental system;master/slave computer;visual basic language;RS_232 serial port protocol

TP391.9

B

10.3969/j.issn.1672_4550.2014.01.018

2013_05_24

薛文平（1982_），女，碩士，講師，主要從事智能系統(tǒng)、網(wǎng)絡控制系統(tǒng)及控制理論方向的研究工作。