王文軍

[摘 要] 傳統(tǒng)的焊接機(jī)器人教學(xué)方法主要是演示，受設(shè)備限制教學(xué)內(nèi)容單一，由于學(xué)生人數(shù)多操作時(shí)間少，教學(xué)效率低，質(zhì)量不高，提出基于Robotstudio的焊接機(jī)器人虛擬仿真教學(xué)，通過工業(yè)機(jī)器人離線編程仿真軟件實(shí)現(xiàn)教學(xué)，有利于高效地組織教學(xué)且直觀形象，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，效果良好.

[關(guān) 鍵 詞] 焊接；工業(yè)機(jī)器人；虛擬仿真；Robotstudio

[中圖分類號(hào)] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2017）34-0209-01

中國(guó)制造2025的核心是創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，主線是工業(yè)化和信息化兩化融合，重點(diǎn)發(fā)展智能制造等領(lǐng)域。在智能制造的背景下工業(yè)機(jī)器人得到快速發(fā)展，2013年，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人銷售量達(dá)到3.7萬臺(tái)，超過日本，成為全球最大的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)，工信部制定的我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)“十三五”規(guī)劃的主要目標(biāo)就是到2020年，每萬名制造業(yè)工人擁有機(jī)器人達(dá)到100臺(tái)以上，因此未來幾年，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人將呈現(xiàn)井噴式增長(zhǎng)。智能制造行業(yè)迅速發(fā)展，迫切需要大量工業(yè)機(jī)器人行業(yè)的人才，作為高職院校，應(yīng)當(dāng)承擔(dān)起培養(yǎng)既懂理論又能熟練編程、操作工業(yè)機(jī)器人的高素質(zhì)技術(shù)技能型人才的責(zé)任。

近兩年，隨著工業(yè)機(jī)器人行業(yè)的迅猛發(fā)展，很多高等職業(yè)院校在積極申報(bào)、開設(shè)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)，但是工業(yè)區(qū)機(jī)器人方面的師資力量相對(duì)薄弱，而且工業(yè)機(jī)器人教學(xué)設(shè)備價(jià)格昂貴，且有一定的危險(xiǎn)性，操作不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致人身傷害或者設(shè)備損壞。因而教學(xué)過程中很難實(shí)現(xiàn)學(xué)生人手一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人來組織開展教學(xué)，加之教師演示為主的教學(xué)模式學(xué)生參與性有限，教學(xué)效果欠佳。通過引入虛擬仿真教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源合理分配，從而保證學(xué)生有充分的時(shí)間練習(xí)，同時(shí)減少實(shí)踐過程中存在的安全隱患，達(dá)到低成本、高效率的教學(xué)效果。

一、焊接機(jī)器人教學(xué)現(xiàn)狀

目前工業(yè)機(jī)器人教學(xué)設(shè)備品牌眾多，且價(jià)格不菲，難以實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程中學(xué)生人手一臺(tái)進(jìn)行實(shí)際操作，老師依靠?jī)H有的少量教學(xué)機(jī)器人給學(xué)生演示，一開始學(xué)生興趣尚濃，但是只看不做，或者很多學(xué)生圍著一臺(tái)機(jī)器人，每個(gè)學(xué)生的操作時(shí)間非常有限，久而久之，學(xué)生會(huì)覺得索然無味，而且，教學(xué)組織難度大，效率非常低，對(duì)學(xué)生的動(dòng)手操作能力、創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)難以奏效。

二、虛擬仿真教學(xué)

Robotstudio是ABB公司的機(jī)器人仿真軟件，通過Robotstudio可以構(gòu)建焊接虛擬工作站，可實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡離線編程、仿真測(cè)試等，且其程序和配置文件無需修改可以直接下載給實(shí)際的機(jī)器人。

（一）創(chuàng)建工業(yè)機(jī)器人工作站

工業(yè)機(jī)器人工作站創(chuàng)建包括合適的工業(yè)機(jī)器人的選擇、相關(guān)參數(shù)的設(shè)定；工業(yè)機(jī)器人所需要的工具的選擇及其參數(shù)的設(shè)定，工件、控制柜等的選擇，Robotstudio專長(zhǎng)于機(jī)器人仿真以及相關(guān)工況環(huán)境的構(gòu)建，在建模方面功能有限，如果需要其他復(fù)雜的三維立體模型，可通過Pro_E、AutoCAD或UG等軟件來實(shí)現(xiàn)。

焊接機(jī)器人虛擬工作站參照實(shí)際的焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)建立，以便調(diào)試好的程序無需修改直接下載給實(shí)驗(yàn)室的工業(yè)機(jī)器人。學(xué)生在電腦上進(jìn)行離線編程，再將編好的程序?qū)胍延械臋C(jī)器人實(shí)體進(jìn)行修改調(diào)試。利用模擬仿真學(xué)生可以對(duì)工業(yè)機(jī)器人編程、操作重復(fù)訓(xùn)練，一方面有利于組織教學(xué)，另一方面保證了教學(xué)效果，同時(shí)也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（二）焊接機(jī)器人離線軌跡設(shè)計(jì)與編程

1.標(biāo)定工具坐標(biāo)系

焊接工業(yè)機(jī)器人離線軌跡編制的時(shí)候，首先要根據(jù)工業(yè)機(jī)器人所使用的焊槍求出TCP點(diǎn)與所設(shè)置的工具坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系，一般可采用6點(diǎn)法標(biāo)定工具坐標(biāo)系：首先在合適的區(qū)域內(nèi)確定一個(gè)固定點(diǎn)作為參照，然后選擇焊槍槍尖作為參考點(diǎn)，再用手動(dòng)模式操作機(jī)器人移動(dòng)焊槍，使焊槍以4種不同的姿態(tài)盡量與參照點(diǎn)接觸，具體可以參照ABB工業(yè)機(jī)器人使用手冊(cè)操作。

2.焊接軌跡編程

編寫程序是機(jī)器人工作站創(chuàng)建與運(yùn)行的重點(diǎn)，焊接軌跡編程可以采用直接示教目標(biāo)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)編程，也可以通過視覺系統(tǒng)獲得焊縫坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接。由于通過視覺系統(tǒng)獲得焊縫坐標(biāo)涉及圖像處理的知識(shí)，比較復(fù)雜，對(duì)學(xué)生初期學(xué)習(xí)，先教會(huì)學(xué)生直接示教目標(biāo)點(diǎn)的方法實(shí)現(xiàn)焊接軌跡編程。重點(diǎn)是對(duì)不同的焊接軌跡要能夠確定其關(guān)鍵點(diǎn)，這直接決定軌跡編程和實(shí)際焊縫的吻合度。對(duì)形狀復(fù)雜的焊縫，一定要多找?guī)讉€(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，確保焊接路線的準(zhǔn)確性。

（三）仿真

Robotstudio可以通過模擬監(jiān)控機(jī)器人工作過程中是否有歧義點(diǎn)、是否會(huì)發(fā)生干涉等，并且可以利用TCP跟蹤功能記錄機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡，以便分析軌跡的合理性，可以通過選擇記錄其運(yùn)動(dòng)軌跡，以便后續(xù)軌跡分析及參數(shù)調(diào)整。

三、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

1.現(xiàn)有的焊接機(jī)器人教學(xué)是以特定的焊接設(shè)備建立起來的，可實(shí)現(xiàn)的教學(xué)任務(wù)是固定的，難以靈活配置，而采用焊接機(jī)器人虛擬工作站就可以實(shí)現(xiàn)多種機(jī)器人多種焊接工況的教學(xué)。

2.Robotstudio焊接機(jī)器人虛擬工作站，可實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目式教學(xué)，引入企業(yè)實(shí)際的焊接工作任務(wù)，采用“項(xiàng)目引導(dǎo)—任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)模式來進(jìn)行教學(xué)。

3.Robotstudio系統(tǒng)中有非常豐富的工業(yè)機(jī)器人模型庫(kù)，也可以根據(jù)工況專門設(shè)計(jì)相應(yīng)的模型導(dǎo)入。各種機(jī)器人模型可通過配置智能組件，實(shí)現(xiàn)和機(jī)器人控制系統(tǒng)的電氣連接，從而激發(fā)學(xué)生實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意，更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造力。

綜上所述，基于Robotstudio的焊接機(jī)器人虛擬仿真教學(xué)，既解決了教學(xué)組織難的問題，提高了教學(xué)效率，也降低了成本和安全隱患，通過仿真模擬了虛擬企業(yè)實(shí)際工況，并以實(shí)際工作任務(wù)為引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目化教學(xué)，有利于高職院校授課模式的改革，實(shí)現(xiàn)高效課堂。通過虛擬仿現(xiàn)實(shí)現(xiàn)焊接機(jī)器人教學(xué)模式必將在高職類院校大力推進(jìn)。

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