嘉興技師學(xué)院 虞嘉丞

工業(yè)機器人相關(guān)專業(yè)是近幾年新興專業(yè)，發(fā)展極其迅速，人社部于2009 年技工類專業(yè)中開設(shè)“工業(yè)機器人應(yīng)用與維護”專業(yè)，教育部研究確定在2019 年起增補并開設(shè)“工業(yè)機器人技術(shù)應(yīng)用”專業(yè)。

我校自2013 年開設(shè)“工業(yè)機器人應(yīng)用與維護”專業(yè)以來，已經(jīng)歷了7 個年頭，期間辛苦與收獲并存，特別是開設(shè)伊始，缺乏師資，更缺乏教學(xué)實訓(xùn)設(shè)備，經(jīng)調(diào)研后，我校決定自己開發(fā)相關(guān)實訓(xùn)設(shè)備。

1 設(shè)備教學(xué)定位

我校是技師學(xué)院，中職院校，學(xué)制5～6 年。人才培養(yǎng)定位在“應(yīng)用”與“維護”兩個方面，“應(yīng)用”主要是簡單編程、調(diào)試等工作，“維護”則是保養(yǎng)、維護等工作。

2 設(shè)備功能需求

根據(jù)設(shè)備的教學(xué)定位，調(diào)研現(xiàn)在工業(yè)機器人主要的功能應(yīng)用，經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)大量文獻及數(shù)據(jù)對比，取中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)公布的《2018 年中國工業(yè)機器人市場規(guī)模預(yù)測及行業(yè)發(fā)展趨勢》一文中“2013-2017 年中國工業(yè)機器人應(yīng)用行業(yè)分布”圖為典型結(jié)果[4]，可知搬運碼垛機器人、焊接機器人各占比超過35%，裝配機器人占比15%以上，其他應(yīng)用加一起也不足15%。

由以上調(diào)研，主要引入搬運碼垛、焊接、裝配三大應(yīng)用功能，其他功能省略。

3 工業(yè)機器人選型

工業(yè)機器人品牌繁多，操作系統(tǒng)又不相同。作為基礎(chǔ)教學(xué)實訓(xùn)設(shè)備，我?？紤]的出發(fā)點是市場占有率相對較高，中職院校又主要給本地企業(yè)輸送技能人才，所以本地企業(yè)使用相對多，教學(xué)資源又相對豐富的作為首選。經(jīng)過調(diào)研，以搜狐網(wǎng)刊登數(shù)據(jù)，機器人四大家族的占有率[5]，再根據(jù)地方企業(yè)使用中ABB 使用率也較高，而ABB 的教學(xué)資源及軟件相對其他品牌豐富很多。最終決定使用ABB 機器人。

因安全及設(shè)備尺寸等綜合考慮，所以具體型號選擇IRB-120，具體參數(shù)為公開資料，不再贅述。

4 設(shè)備具體設(shè)計

具體設(shè)計搬運碼垛、平面空間軌跡、搬運裝配三大功能模塊，用以覆蓋搬運碼垛、焊接、裝配三大應(yīng)用功能。

4.1 搬運碼垛功能模塊

搬運碼垛模塊主要對應(yīng)機器人搬運及碼垛相關(guān)應(yīng)用，設(shè)計為由9 塊疊放物料及一個棧板組成，可以完成一層，放置三層的基礎(chǔ)碼垛，也可以完成疊放平鋪的搬運動作。設(shè)計及實物如圖1。

圖1 搬運碼垛模塊設(shè)計圖及實物圖

4.2 平面空間軌跡功能模塊

平面、空間軌跡模塊，主要是針對工業(yè)機器人焊接、涂膠等相關(guān)應(yīng)用，設(shè)計為平面直線、圓弧軌跡6 個，空間軌跡2 個，可以完成機器人基本運動指令方面的訓(xùn)練，以及工件坐標(biāo)系定義。設(shè)計及實物如圖2 所示。

圖2 軌跡模塊設(shè)計圖及實物圖

4.3 搬運裝配功能模塊

圖3 搬運裝配模塊

搬運裝配模塊主要是針對工業(yè)機器人裝配相關(guān)應(yīng)用，設(shè)計了6 個不同形狀的物塊，并設(shè)計了兩個位置不同的相應(yīng)形狀托盤，物塊搬運后必須嵌入托盤中，完成簡單裝配。設(shè)計及實物如圖3所示。

4.4 工具坐標(biāo)系定義錐座

工具坐標(biāo)系需要專門的錐座才可以精確定義，所以在平面軌跡盤邊上設(shè)計了錐座。

4.5 多種末端執(zhí)行器

為了配合各種應(yīng)用，設(shè)計了多種末端執(zhí)行器，有軌跡筆用于焊接、涂膠應(yīng)用；有吸盤用于搬運、碼垛、裝配；有夾抓用于搬運、碼垛。

有了以上各種設(shè)計，本基礎(chǔ)教學(xué)實訓(xùn)設(shè)備總體外形如圖4。

圖4 整機設(shè)計及實物圖

5 設(shè)備使用情況

我校工業(yè)機器人教學(xué)實訓(xùn)中心從2015 年啟用以來，主要投入到“機器人基礎(chǔ)訓(xùn)練”“中德機器人項目訓(xùn)練”“綜合訓(xùn)練”“FMS柔性自動化訓(xùn)練”等課程中，并且從2013～2018 級學(xué)生的教學(xué)使用中，貫穿于入門到進階課程，達到了滿意的效果。

6 結(jié)語

綜上所述，本次工業(yè)機器人基礎(chǔ)教學(xué)實訓(xùn)設(shè)備開發(fā)是成功的，在我校工業(yè)機器人應(yīng)用與維護專業(yè)的教學(xué)中承擔(dān)了重要角色，特別是針對每一屆剛接觸工業(yè)機器人的學(xué)生起到了相當(dāng)重要的作用，并且在后面的進階教學(xué)中，作用依然非常突出。