夏中堅(jiān)

（江蘇省淮陰商業(yè)學(xué)校，江蘇 淮安 223001）

先進(jìn)的制造工業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人作為發(fā)展的重要手段，具有不可替代性，同時(shí)衡量了這個(gè)國家的制造水平與科技水平。目前，我國處于工業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)型并且加快發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)作為工業(yè)機(jī)器人的重點(diǎn)部分，正是我國工業(yè)生產(chǎn)降低成本、免受環(huán)境制約等重要發(fā)展的良好選擇。近年來，工業(yè)機(jī)器人行業(yè)得到了快速的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)其的需求量非常大。工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展帶動(dòng)了機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展。但是在機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展中，缺失技術(shù)水平高、綜合能力強(qiáng)、素質(zhì)比較高的專業(yè)人才，產(chǎn)業(yè)發(fā)展遇到瓶頸時(shí)，專業(yè)人才缺失，無疑會(huì)對(duì)發(fā)展造成巨大影響。所以，多個(gè)國內(nèi)的中專與大專院校也開展了工業(yè)機(jī)器人專業(yè)，為國家重點(diǎn)培養(yǎng)目前緊缺型人才。但是由于和發(fā)達(dá)國家相比較，我國工業(yè)機(jī)器人的人才培養(yǎng)起步較晚，各院校對(duì)于專業(yè)的發(fā)展、實(shí)訓(xùn)課程的建設(shè)等還處于探索階段，再加上每個(gè)學(xué)校對(duì)工業(yè)機(jī)器人昂貴設(shè)備的投入差距，導(dǎo)致專業(yè)發(fā)展良莠不齊。因此，通過虛擬的仿真技術(shù)，能夠提升教學(xué)在實(shí)操訓(xùn)練中的質(zhì)量[1]。例如美國ABB 機(jī)器人公司研發(fā)的RobotStudio 仿真軟件，界面相互交錯(cuò)，操作易懂便利，能夠?qū)?shí)際的工作環(huán)境進(jìn)行模擬，滿足老師與學(xué)生們?cè)诮虒W(xué)過程中實(shí)驗(yàn)的要求，解決了實(shí)操困難的重要問題。

1 虛擬仿真技術(shù)在信息化教學(xué)中的作用

1.1 能夠有效減少教學(xué)成本，提高操作安全性

因我國目前在機(jī)器人教學(xué)實(shí)驗(yàn)中建設(shè)成本比較昂貴，光是工業(yè)機(jī)器人一臺(tái)設(shè)備就要四五十萬，一個(gè)實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)至少要200 萬以上。所以這對(duì)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地和資金的要求都比較高。而如果使用虛擬仿真軟件，雖然前期投入有點(diǎn)大，但是從長期考慮，這不僅能夠在一定程度上滿足學(xué)生的實(shí)訓(xùn)要求，而且還降低了教學(xué)成本的投入，最重要的是能夠滿足一個(gè)學(xué)生一臺(tái)機(jī)器的操作訓(xùn)練，確保每一個(gè)學(xué)生在學(xué)習(xí)中均能享受到相同的教學(xué)效果與訓(xùn)練，同時(shí)能夠避免操作訓(xùn)練中機(jī)器人產(chǎn)生碰撞等危險(xiǎn)情況產(chǎn)生，保證了操作課程中的安全性與準(zhǔn)確性。

1.2 能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)

工業(yè)機(jī)器人RobotStudio 仿真軟件能夠有效構(gòu)建虛擬三維實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景，模擬真實(shí)場(chǎng)景，有利于學(xué)生提前熟悉實(shí)際操作的環(huán)境與內(nèi)容。由于其交互性強(qiáng)，學(xué)生能夠快速掌握操作的技巧，對(duì)學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行驗(yàn)證，并得到直觀的結(jié)果，因此極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)創(chuàng)造力，培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。

1.3 能夠搭建實(shí)際的操作情境，實(shí)現(xiàn)實(shí)際工作環(huán)境的無縫對(duì)接

工業(yè)機(jī)器人RobotStudio 仿真軟件能夠模擬仿真焊接、碼垛、搬運(yùn)、噴涂、裝配等多種現(xiàn)場(chǎng)的工作，學(xué)生可脫離現(xiàn)場(chǎng)條件的束縛模擬搭建實(shí)際崗位情境，通過仿真操作可了解實(shí)際崗位要求，培養(yǎng)自身提前適應(yīng)崗位的能力，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際工作崗位能力的無縫對(duì)接。

2 RobotStudio仿真軟件在信息化教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例

在仿真軟件教學(xué)中采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，將學(xué)生分成若干個(gè)小組，分組讓機(jī)械手在機(jī)器人工作臺(tái)上繪制三角形或矩形的場(chǎng)景，從而進(jìn)行模擬。仿真過程分為布局基本工作站、建立機(jī)器人虛擬系統(tǒng)及工件坐標(biāo)、建立并調(diào)試示教路徑、再現(xiàn)示教路徑四個(gè)部分[2]，如圖1所示。

圖1 直線路徑示教及再現(xiàn)的仿真過程

第一，機(jī)器人使用的工具為畫筆，合理導(dǎo)入工作臺(tái)模型。第二，依據(jù)布局來設(shè)置機(jī)器人系統(tǒng)，建立機(jī)器人虛擬操控器，讓機(jī)器人具備電器操控特點(diǎn)，并且在工作臺(tái)中設(shè)立三個(gè)工作坐標(biāo)點(diǎn)。第三，使用機(jī)器人“手動(dòng)線性”進(jìn)行操作，利用設(shè)定好的定位來調(diào)整機(jī)器人位置，之后確定教學(xué)，手動(dòng)線性對(duì)話的設(shè)計(jì)如圖2所示。使用MvoeJ 與MoveL指令展開教學(xué)編程，直線軌跡指令如圖3所示。第四，把教學(xué)路徑和虛擬控制器進(jìn)行同步，啟動(dòng)仿真軟件同時(shí)實(shí)現(xiàn)教學(xué)路徑圖。下圖4為直線軌跡與教學(xué)再現(xiàn)的實(shí)現(xiàn)成果。

圖2 精確手動(dòng)線性對(duì)話框

圖3 直線軌跡指令參數(shù)

圖4 直線軌跡的示教及再現(xiàn)

利用工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真軟件RobotStudio為學(xué)生提供現(xiàn)場(chǎng)化教學(xué)的同時(shí)還能重現(xiàn)仿真教學(xué)，讓學(xué)生們能更容易理解工業(yè)機(jī)器人的概念，把握其在工作中的基本需求，掌握程序指令使用的調(diào)節(jié)與編程，更了解工業(yè)機(jī)器人的使用方式[3]，為將來的工作打下堅(jiān)固的基礎(chǔ)的同時(shí)，還更加了解工業(yè)機(jī)器人的實(shí)際操作過程。另外，通過軟件的仿真，也能讓學(xué)生熟悉工業(yè)機(jī)器人的模擬操作，避免在實(shí)際操作過程中因?yàn)檎`操作而撞壞昂貴的設(shè)備，導(dǎo)致不必要的損失。

3 虛擬仿真技術(shù)在使用過程中存在的問題及解決策略

3.1 存在問題

3.1.1 與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)際操作還是存在一定的差距

但虛擬仿真畢竟不是真實(shí)的設(shè)備，它也代替不了真實(shí)的設(shè)備，它和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作存在著一定程度的差距，比如在軟件操作中學(xué)生最容易忽視的就是安全意識(shí)，通過軟件操作，很容易忽視安全意識(shí)，容易麻痹大意，還有很容易忽視工業(yè)機(jī)器人的安全操作規(guī)程，等等。因此，遇到這樣的問題，同學(xué)們就會(huì)欠缺解決突發(fā)事件的能力。

3.1.2 難以滿足所有不同型號(hào)設(shè)備的教學(xué)需求

一些學(xué)校設(shè)立的工業(yè)機(jī)器人操作實(shí)驗(yàn)室，因日常教學(xué)與比賽的原因，會(huì)建設(shè)類型不同的工業(yè)機(jī)器人教學(xué)訓(xùn)練室，在利用仿真軟件過程中，只能使用某一個(gè)單一型號(hào)的教學(xué)軟件，它難以兼顧不同品牌的機(jī)器人。

3.2 解決策略

3.2.1 虛實(shí)結(jié)合，有效開展信息化教學(xué)

教師在教學(xué)過程中，不能一味地只追求信息化教學(xué)，要把仿真虛擬技術(shù)和實(shí)際機(jī)器操作有效地結(jié)合起來，并把它們之間的差異表述明確，研究透徹，給學(xué)生樹立良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，也向同學(xué)們強(qiáng)調(diào)實(shí)際操作的重要性。要讓學(xué)生嚴(yán)格按照實(shí)際操作規(guī)范進(jìn)行訓(xùn)練，具備較強(qiáng)的安全操作認(rèn)知，讓學(xué)生們順利實(shí)現(xiàn)虛擬操作和實(shí)際操作之間的融合。

3.2.2 以點(diǎn)概面，建設(shè)工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的信息化課程體系

RobotStudio 仿真機(jī)器人軟件在使用過程中，不能和其他的仿真軟件進(jìn)行兼容，成為了面臨的最大問題。對(duì)于這個(gè)問題，必須設(shè)立一個(gè)統(tǒng)一的虛擬仿真操作教學(xué)課程，以該軟件作為學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，提高學(xué)生對(duì)其他品牌機(jī)器人的理解和操作能力。因此，老師要通過數(shù)據(jù)化資源平臺(tái)努力建設(shè)不同品牌的仿真機(jī)器人教學(xué)課程，并且在不同的虛擬仿真機(jī)器人軟件中進(jìn)行操作之前，均需要了解其特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行歸納與總結(jié)，拓寬學(xué)生對(duì)知識(shí)的認(rèn)知面[4]。

4 結(jié)語

RobotStudio 虛擬仿真軟件可以進(jìn)行機(jī)器人教學(xué)和場(chǎng)景再現(xiàn)等教學(xué)操作，讓學(xué)生們對(duì)虛擬仿真操作具有更強(qiáng)的理解能力，對(duì)教學(xué)也具有直觀的認(rèn)知，了解并且熟悉機(jī)器人訓(xùn)練操作方式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)速度，同時(shí)還能確保學(xué)生們理解掌握其中的重點(diǎn)，突破教學(xué)難題。此外，利用這種教學(xué)方式，能夠確保學(xué)生們的安全，同時(shí)還能避免在實(shí)際操作過程中對(duì)機(jī)器人造成的損失與破壞。實(shí)操教學(xué)和仿真教學(xué)相互結(jié)合，提升了教學(xué)的整體效果。