鐘璞，楊波，袁偉

（常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州 213164）

基于仿真技術(shù)的三菱機(jī)械手教學(xué)應(yīng)用探索

鐘璞，楊波，袁偉

（常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州 213164）

在三菱機(jī)械手運(yùn)用的教學(xué)中，因設(shè)備昂貴，占用場(chǎng)地較大，絕大部分高職院校的學(xué)生個(gè)人實(shí)踐課時(shí)嚴(yán)重不足，學(xué)校的運(yùn)行及維護(hù)成本也較高，由于此類因素，造成我國(guó)高職教育在該類技術(shù)的研究與開發(fā)上發(fā)展遲緩，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，處于末位狀態(tài)，本文通過對(duì)仿真技術(shù)手段的研究，初次結(jié)合該技術(shù)應(yīng)用于高職教育中，對(duì)項(xiàng)目開發(fā)、效果數(shù)據(jù)分析等進(jìn)行了一系的探索。

三菱機(jī)械；仿真技術(shù)；solidworks；MELFA-works

1 存在問題

機(jī)械手的運(yùn)用越來越多的出現(xiàn)在了現(xiàn)代制造業(yè)中，因此企業(yè)也急需一批懂機(jī)械手編程、排故的操作人員，部分院校也進(jìn)行了機(jī)械手技術(shù)相關(guān)方面的人才培養(yǎng)。三菱機(jī)械手以其高精度、高穩(wěn)定性以及高速化的程序處理性能，在行業(yè)中有較高的市場(chǎng)占有率，近年來，在我國(guó)高職院校的各類比賽中，也多以三菱機(jī)械手為主要競(jìng)賽設(shè)備。由于該設(shè)備昂貴、占用場(chǎng)地大以及較高的運(yùn)行維護(hù)成本等缺點(diǎn)，我國(guó)各高職院校所擁有的臺(tái)套數(shù)較為稀少。為了在現(xiàn)有條件下，更快更好地在該領(lǐng)域跟上發(fā)達(dá)國(guó)家的步伐，我們采用了一系列的教改方法，其中我們采用了仿真教學(xué)的手段，并應(yīng)用在了實(shí)際的教學(xué)班級(jí)中。

2 整體解決方案及思路

為了很好的進(jìn)行探索，我院組建了專門的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)其進(jìn)行研究。課題組隨后提出利用目前先進(jìn)的三維軟件進(jìn)行機(jī)械手及場(chǎng)景的三維建模，然后利用軟件對(duì)其進(jìn)行虛擬運(yùn)動(dòng)仿真，如模擬仿真成功，則能在虛擬環(huán)境下進(jìn)行機(jī)械手的編程，虛擬機(jī)械手將能對(duì)我們編程的指令進(jìn)行響應(yīng)，并按編程指令要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

3 項(xiàng)目軟件的選擇和零件的三維建模

（1）SolidWorks。功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks 的三大特點(diǎn)，使得SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量；另外三菱機(jī)器人軟件MELFA-works是開發(fā)在SolidWorks上的，因此本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)選擇了該 軟件用于機(jī)械手及實(shí)操環(huán)境的建模。實(shí)物現(xiàn)場(chǎng)和軟件模擬現(xiàn)場(chǎng)如圖1、2所示。

圖1 實(shí)際操作現(xiàn)場(chǎng)

圖2 逼真軟件模擬現(xiàn)場(chǎng)

（2）MELFA-works和RT ToolBox2。目前常用的機(jī)器人編程軟件有RT ToolBox2，該軟件以其出色的編程功能而廣受用戶好評(píng)。但是其缺少了工件抓取、搬運(yùn)和動(dòng)畫錄制的功能，而且機(jī)器人抓手和逼真的外圍環(huán)境無法導(dǎo)入。MELFA-works軟件能夠完成機(jī)器人仿真、外圍設(shè)備導(dǎo)入、工件抓取、節(jié)拍測(cè)量、干涉檢測(cè)、以及動(dòng)畫錄制的功能，在實(shí)驗(yàn)中，我們利用SolidWorks進(jìn)行了1：1的機(jī)械手教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境建模，并導(dǎo)入到了該軟件中，使學(xué)生在使用時(shí)完全擁有了實(shí)物現(xiàn)場(chǎng)操作的體驗(yàn)感。但值得注意的是該軟件目前有極少數(shù)復(fù)雜程序的編制還不能很好的完成，在項(xiàng)目實(shí)施時(shí)，我們可以利用RT ToolBox2完成該類程序的編制，然后導(dǎo)入MELFA-works軟件，從而很好解決了該問題，隨著MELFA-works版本的不斷升級(jí)，相信這些問題在不久便可以不再依賴于其它軟件。兩軟件的各項(xiàng)功能比較如表1所示。

表1 RT ToolBox2與MELFA-works比較

4 高職教育實(shí)踐

實(shí)驗(yàn)方案：

（1）課題組成員均來源于具有實(shí)際企業(yè)經(jīng)驗(yàn)的雙師型教師；課題組成員大都為中青年教師，平均年齡35歲；職稱比例協(xié)調(diào)，副教授1人，高級(jí)技師1人，講師1人，助理實(shí)驗(yàn)師1人。課題組成員都有專利開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，人均專利3項(xiàng)。

（2）課題組進(jìn)行了大量的資料收集，對(duì)相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行了檢索和整理，包括機(jī)械手三維造型、機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)仿真等研究，該方案已應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)中。

（3）實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有三菱機(jī)械手工作平臺(tái)實(shí)物一套；課題組成員都精通CAD軟件，并對(duì)運(yùn)動(dòng)仿真具有一定的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

（4）該實(shí)驗(yàn)方案得到了院系主要領(lǐng)導(dǎo)的大力支持，研究經(jīng)費(fèi)以學(xué)校支持為主。

5 實(shí)物教學(xué)與仿真教學(xué)的數(shù)據(jù)分析

在該項(xiàng)目中，實(shí)驗(yàn)班對(duì)象為高職機(jī)電類大二學(xué)生，每班人數(shù)為40人，學(xué)時(shí)為30課時(shí)，課程名稱為《工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用技術(shù)》，仿真平臺(tái)共50臺(tái)可供選用，實(shí)物平臺(tái)為1臺(tái)，在該課程結(jié)束后，我們對(duì)教改前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析（表2）。

（1）技能知識(shí)掌握情況。根據(jù)以上統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)可以很明顯的看出，在教改前每位學(xué)生進(jìn)行實(shí)物操作的時(shí)間非常少，從而造成了掌握該知識(shí)的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠理想，有15%的同學(xué)未能及格，優(yōu)秀率僅為5%。而采用如此逼真的仿真平臺(tái)后，每位學(xué)生操作具體練習(xí)案例的時(shí)間提高了近40倍，以教改前相同難度試卷進(jìn)行測(cè)試后，98%的同學(xué)操作熟練，排故迅速，效果非常明顯。另外我們還布置了超過以往考試難度的考試題目進(jìn)行摸底，其通過率也超過了98%。

（2）課堂教學(xué)管理效果。值得我們項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)驚喜的是，在高職類學(xué)生教學(xué)紀(jì)律的管理上，有了意外的收獲，同樣為學(xué)生人數(shù)40人，教改前由于實(shí)物平臺(tái)只有一臺(tái)，很多學(xué)生都圍在平臺(tái)周圍，只能有1位同學(xué)可以實(shí)際操作，其他同學(xué)只能觀望。而采用仿真平臺(tái)后，我們?yōu)槊课粚W(xué)生布置了相關(guān)練習(xí)案例任務(wù)，學(xué)生接到任務(wù)后都能很認(rèn)真的在自己電腦上進(jìn)行練習(xí)與排故，只需一位老師便可對(duì)全班同學(xué)進(jìn)行管理，課堂秩序井然有序，在仿真平臺(tái)上練習(xí)很熟練后，只需幾分鐘便可熟練操作實(shí)物平臺(tái)，學(xué)習(xí)效率非常出色。

6 結(jié)語

本文對(duì)三菱機(jī)械手的編程操作技術(shù)進(jìn)行了探索，提出了結(jié)合SolidWorks、MELFA-works、RT ToolBox2等軟件對(duì)機(jī)械手虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行研究，并與項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)利用該技術(shù)應(yīng)用于目前的高職教育實(shí)踐中，在對(duì)教改前后數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)成果顯著，建議可在同類院校的該學(xué)科教學(xué)中推廣。

[1]周振著，Solidworks裝配技術(shù)研究[J].冶金叢刊，2016.4.

[2]穆星宇，基于solidworks的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2016,1.

[3]張新寧，三菱機(jī)械手與觸摸屏的數(shù)據(jù)共享試驗(yàn)與研究[J].金屬加工(冷加工)，2015,9.

表2 教改前后數(shù)據(jù)對(duì)比表

TP391.9

A

1671-0711（2016）12（上）-0142-02