楊明

【摘要】工業(yè)生產(chǎn)中機(jī)器人的廣泛應(yīng)用匯導(dǎo)致國內(nèi)的一些專業(yè)機(jī)器人人才供不應(yīng)求，再加上當(dāng)前的工業(yè)機(jī)器人示教系統(tǒng)的教學(xué)系統(tǒng)剛剛起步，因此對(duì)于ABB工業(yè)機(jī)器人示教系統(tǒng)的相關(guān)課程設(shè)計(jì)并不完善。文章針對(duì)ABB工業(yè)機(jī)器人示教系統(tǒng)的教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)展開探析。

【關(guān)鍵詞】ABB工業(yè)機(jī)器人；示教系統(tǒng)；教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

【基金項(xiàng)目】廣西教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2015年度資助經(jīng)費(fèi)重點(diǎn)課題——“校企合作工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)課程開發(fā)的實(shí)踐與研究”，項(xiàng)目編號(hào)：2015A018。

一、前言

隨著我國社會(huì)快速地發(fā)展，各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)取得了非常大的進(jìn)步，機(jī)器人示教系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用的同時(shí)也發(fā)揮出了非常大的作用。其中對(duì)于示教器的研究進(jìn)入到了一個(gè)全新的研發(fā)階段。機(jī)器人技術(shù)的興起是在20世紀(jì)70年代，機(jī)器人示教器的發(fā)展得益于國外機(jī)器人技術(shù)，并且其研發(fā)技術(shù)相對(duì)來說非常成熟、穩(wěn)定。雖然我國對(duì)于示教器的相關(guān)研究比國外機(jī)器人示教器的研究起步較晚，但是并不落后，同樣取得了非常好的研發(fā)成果，很多機(jī)器人示教器的研發(fā)過程都是自主進(jìn)行的。對(duì)于示教器的研究一般有兩種方式，其中一種是“實(shí)體-實(shí)體”的形式。在這種形式下，實(shí)體機(jī)器人是由實(shí)體示教器進(jìn)行控制的，這種“實(shí)體-實(shí)體”的機(jī)器人實(shí)數(shù)器研究形式，是當(dāng)前機(jī)器人示教器的主要研究方向，也就是自主示教器系統(tǒng)的研究；另外一種機(jī)器人示教器的研發(fā)形式是“虛擬-實(shí)體”，這種示教器研究形式與“實(shí)體-實(shí)體”的研發(fā)形式不同，實(shí)體機(jī)器人是由虛擬示教器進(jìn)行示教。隨著實(shí)體-實(shí)體的研究方式是主要的研究方向，但是，而“虛擬-實(shí)體”的研究形式隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛普及，也越來越受到重視。這兩種機(jī)器人示教器研發(fā)形式都有一定的優(yōu)勢，但也存在著一定的不足，即在進(jìn)行示教的過程中都會(huì)受到場地的影響，不能夠隨時(shí)隨地地進(jìn)行機(jī)器人示數(shù)。為了能夠?qū)C(jī)器人示教器的應(yīng)用進(jìn)行一定的完善，本文將以ABB工業(yè)機(jī)器人示教器為實(shí)例展開一定的分析。

二、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展受到了國家的高度重視，已經(jīng)被列入了重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。我國的工業(yè)機(jī)器人市場在全球名列前茅，全國的機(jī)器人市場銷售具有非常可觀的前景。

各個(gè)國家對(duì)于機(jī)器人產(chǎn)業(yè)都投入了非常多的精力，因此機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在國際的發(fā)展中處于非?？焖俚碾A段，特別是“機(jī)器人王國”日本的仿人和娛樂機(jī)器人，在國際上都享有名聲，并且日本的這種機(jī)器人在全球數(shù)量領(lǐng)先，這也說明了日本“機(jī)器人王國名字”的由來。對(duì)于發(fā)達(dá)國家美國和德國來說，它們的機(jī)器人發(fā)展也是非常突出的，特別是通過機(jī)器人的發(fā)展帶動(dòng)國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。其中，德國在實(shí)際生產(chǎn)過程中，在每一個(gè)工作崗位上幾乎都有機(jī)器人參與工作，并且?guī)缀趺克膫€(gè)人當(dāng)中就有一個(gè)是機(jī)器人，與人類進(jìn)行分工合作，有效地提高了工作效率。這也實(shí)力印證了德國提出的“以有形的手引導(dǎo)無形的手”，即機(jī)器人參與到實(shí)際工作當(dāng)中。這種具有一定智能的機(jī)器人個(gè)體，通過交互有效地提高了工業(yè)生產(chǎn)高度智能化的水平。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，都要?dú)w結(jié)于隨著信息時(shí)代的到來人們對(duì)于大量個(gè)性化的需求。美國在機(jī)器人發(fā)展事業(yè)上重點(diǎn)關(guān)注智能機(jī)器人的發(fā)展，并且給予機(jī)器人各種人的主觀感受，即嗅覺、視覺、觸覺等，特別是美國的智能機(jī)器人具有視覺和觸覺等功能，能夠在航天事業(yè)以及汽車工業(yè)中進(jìn)行廣泛的應(yīng)用。不僅如此，太空機(jī)器人和一些軍用機(jī)器人技術(shù)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前的機(jī)器人技術(shù)都得到了非常大的發(fā)展。

三、基于ABB工業(yè)機(jī)器人示教系統(tǒng)的教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)策略

（一）教學(xué)項(xiàng)目研究背景及方法

當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)中，柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線會(huì)采用機(jī)器人來進(jìn)行上下料的工作，本文對(duì)于工業(yè)機(jī)器人示教系統(tǒng)的教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)研究都是根據(jù)柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線展開的。在柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線中，通過一些示教編程和離線編程完成對(duì)工業(yè)機(jī)器人的定位和操作，從而實(shí)現(xiàn)上下料的工作。要想讓機(jī)器人更好地完成上下料的操作過程，就需要對(duì)機(jī)器人如何進(jìn)行操作有一定的了解。工業(yè)中常用的機(jī)器人一般都是示教再現(xiàn)型的，這種機(jī)器人只需要進(jìn)行過程的學(xué)習(xí)，教會(huì)機(jī)器人如何進(jìn)行工作，然后機(jī)器人中的系統(tǒng)就會(huì)將這些工作過程和具體步驟進(jìn)行記憶，機(jī)器人就能夠按照這些記憶進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)再現(xiàn)。

示教再現(xiàn)有兩種方法，其中一種是對(duì)機(jī)器人進(jìn)行直接示教，就是工作人員將操作步驟直接示教給機(jī)器人，進(jìn)行手把手的教學(xué)，在機(jī)器人將動(dòng)作進(jìn)行記憶之后，再進(jìn)行示教器示教項(xiàng)目開發(fā)。在進(jìn)行這一環(huán)節(jié)時(shí)，操作人員要將一系列的操作動(dòng)作都教給機(jī)器人，在進(jìn)行機(jī)器人示教的過程中，要注意對(duì)機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的角度進(jìn)行觀察和分析，并進(jìn)行記錄，之后可以讓機(jī)器人根據(jù)所記錄的關(guān)節(jié)角度來進(jìn)行示教。第二種示教方式是離線示教。與直接示教不同的是，不針對(duì)實(shí)際作業(yè)的機(jī)器人進(jìn)行示教，而是在不進(jìn)行作業(yè)的情況下對(duì)示教數(shù)據(jù)進(jìn)行生成，然后再通過一定的方式傳送給機(jī)器人。離線示教法在實(shí)際的操作過程中是使用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行運(yùn)行的，而不是利用機(jī)器人產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，并且還能夠通過示教結(jié)果使機(jī)器人進(jìn)行模仿，從而使機(jī)器人能夠按照操作人員的意向進(jìn)行正確操作。

（二）基于ABB工業(yè)機(jī)器人示教系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容、項(xiàng)目及特點(diǎn)

ABB工業(yè)機(jī)器人在進(jìn)行實(shí)際的操作過程中，要對(duì)示教系統(tǒng)的教學(xué)項(xiàng)目進(jìn)行一定的了解，其中教學(xué)項(xiàng)目包括以下幾個(gè)方面。第一點(diǎn)，機(jī)器人對(duì)硬件的識(shí)別。機(jī)器人對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行的識(shí)別包含機(jī)器人各軸、電機(jī)、連接接口和連接纜線的識(shí)別，還要將控制柜的相關(guān)硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的了解，控制柜中的線纜連接也屬于要進(jìn)行了解的內(nèi)容。第二點(diǎn)是對(duì)機(jī)器人進(jìn)行的示教操作。對(duì)機(jī)器人展開示教的兩種方法已經(jīng)在上文中進(jìn)行了詳細(xì)的描述，其中主要有兩種方式——直接示教和離散示教。在示教器使用過程中有很多要進(jìn)行注意的事項(xiàng)，其中有坐標(biāo)系、示教、報(bào)警信息、自動(dòng)執(zhí)行等基本操作，對(duì)于這些基本操作，在實(shí)際的示教器操作過程中要進(jìn)行注意。第三點(diǎn)，外圍接口和線纜連接口、通信接口、PLC連接接口、電腦連接接口等。第四點(diǎn)，對(duì)機(jī)器人末端的夾手的連接進(jìn)行示教，以及機(jī)器人搬運(yùn)碼垛的操作。第五點(diǎn)，對(duì)機(jī)器人的繪圖操作進(jìn)行一定的了解，讓機(jī)器人進(jìn)行繪圖筆的連接，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人繪圖。第六點(diǎn)，機(jī)器人進(jìn)行裝配。讓機(jī)器人能夠?qū)⒀b配系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)知，較好地學(xué)習(xí)機(jī)械裝配工藝。第七點(diǎn)，機(jī)器人進(jìn)行離線編程。讓機(jī)器人進(jìn)行編程的記憶，對(duì)離線程序能夠進(jìn)行簡單的編寫。這些內(nèi)容都是進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人示教系統(tǒng)教學(xué)項(xiàng)目中所涉及的內(nèi)容。要想讓機(jī)器人進(jìn)行更好的記憶，學(xué)生就需要掌握可編程控制器、電機(jī)與電氣控制、機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用、傳感器等各個(gè)學(xué)科方面的知識(shí)，將這些知識(shí)進(jìn)行熟練掌握之后才能夠進(jìn)行機(jī)器人示教。其次，學(xué)生還需要學(xué)會(huì)如何與機(jī)器人進(jìn)行工作崗位的對(duì)接，并且將教學(xué)項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)內(nèi)容和研究成果應(yīng)用到機(jī)器人示教當(dāng)中。

基于ABB機(jī)器人示教系統(tǒng)教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容具體有以下幾項(xiàng)。第一項(xiàng)是ABB機(jī)器人在線示教編程，其中實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的教學(xué)內(nèi)容是示教器的使用、創(chuàng)建文件、保存文件和手動(dòng)操作6個(gè)軸。第二項(xiàng)是ABB機(jī)器人在線示教編程，這一實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的主要教學(xué)內(nèi)容是用示教器按教師指定路徑完成機(jī)器人手臂的運(yùn)行并再現(xiàn)。第三項(xiàng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目是ABB機(jī)器人離線編程，這其中的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容是模擬打磨工藝的運(yùn)動(dòng)軌跡，完成程序的編寫。第四項(xiàng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目是ABB機(jī)器人離線編程，這一實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的主要內(nèi)容與第三點(diǎn)不同，主要是將完成的程序?qū)階BB中，進(jìn)行程序的調(diào)試，完成動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)再現(xiàn)。第五項(xiàng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目是機(jī)器人搬運(yùn)實(shí)訓(xùn)，這個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容是利用示教器完成柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的第五工作站的作業(yè)。第六項(xiàng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目是機(jī)器人碼垛實(shí)訓(xùn)，實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容是利用示教器將工件按“品”字形擺放，每層放置兩個(gè)工件。第七項(xiàng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目是機(jī)器人手抓安裝實(shí)訓(xùn)，這一實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的教學(xué)內(nèi)容是安裝機(jī)器人的手抓，調(diào)試氣動(dòng)管路，確保手抓安裝正確。第八項(xiàng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目是機(jī)器人繪圖實(shí)訓(xùn)，這一實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容是將機(jī)器人手部綁定白板筆，完成指定的圖形繪制。第九項(xiàng)是機(jī)器人與PLC通信實(shí)訓(xùn)，這項(xiàng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的教學(xué)內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)ABB與s7—200間的數(shù)據(jù)讀取。第十項(xiàng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目是機(jī)器人分揀實(shí)訓(xùn)，實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容是機(jī)器人與相機(jī)通信，按照形狀、顏色來完成機(jī)器人的分揀工作。

四、結(jié)語

在ABB工業(yè)機(jī)器人示教系統(tǒng)的教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)策略研究當(dāng)中，需要讓學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，將基礎(chǔ)的編程操作和理論知識(shí)進(jìn)行熟練的掌握。其次還需要學(xué)生對(duì)機(jī)器人示教技術(shù)有一定深厚的興趣，能夠進(jìn)行創(chuàng)新的研究。隨著國家對(duì)機(jī)器人事業(yè)的重視度不斷提高，工業(yè)機(jī)器人的教學(xué)質(zhì)量也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行一定的提高，使機(jī)器人事業(yè)得到更好的發(fā)展。

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