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        基于ABB工業(yè)機器人回原位程序設(shè)計的教學實踐研究

        2022-01-06 11:00:10
        數(shù)字通信世界 2021年12期
        關(guān)鍵詞:原位調(diào)試程序

        鄭 直

        (上海信息技術(shù)學校,上海 200331)

        0 引言

        隨著20世紀中期計算機、自動化技術(shù)的發(fā)展,第一代機器人誕生,開始成為人類生活中的現(xiàn)實。隨后科技飛速發(fā)展,機器人的功能和性能不斷改善和提高,目前正廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)和醫(yī)療行業(yè)等事業(yè)中[2]。

        在工業(yè)機器人的應(yīng)用中,在任何一個車間里面,都有可能因為供電的問題,網(wǎng)絡(luò)的問題,環(huán)境的問題,甚至是誤操作的問題,出現(xiàn)計劃外停機的情況。當工業(yè)機器人出現(xiàn)突然停機的時候,它的原點位置作為待機的安全點位,需要工業(yè)機器人能夠回到原位。

        本文以廣東三向教學儀器制造有限公司生產(chǎn)的ABB工業(yè)機器人典型應(yīng)用工作站為載體,對手機裝配產(chǎn)線中的工業(yè)機器人回原位程序設(shè)計應(yīng)用課題[1]從教學分析、教學策略、教學過程等方面進行了設(shè)計。

        1 教學分析

        1.1 課程說明

        《工業(yè)機器人典型工作站安裝與調(diào)試》是工業(yè)機器人技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的一門專業(yè)核心課程,課程設(shè)置主要目的是培養(yǎng)學生具備工業(yè)機器人工作站安裝、調(diào)試、運行與維護等應(yīng)用能力。課程教學目標根據(jù)《工業(yè)機器人技術(shù)應(yīng)用專業(yè)人才培養(yǎng)方案》設(shè)定。本次課針對工業(yè)機器人在手機裝配生產(chǎn)線的典型應(yīng)用,主要講解回原位程序的編寫與調(diào)試,這是工業(yè)機器人調(diào)試員(或工程師助手)崗位的必備技能。

        1.2 學情分析

        授課對象是四年制中職工業(yè)機器人技術(shù)應(yīng)用專業(yè)三年級的學生。學生實踐操作能力較強,但知識技能總結(jié)能力較弱,愿意對新的知識技能進行學習和探索。通過前期基礎(chǔ)課程的學習,已掌握了工業(yè)機器人的基本操作,具備了一定的編程調(diào)試能力,包括本次課所用到一些程序指令和調(diào)試技能。但學生缺乏機器人實際應(yīng)用崗位的工作經(jīng)驗,沒有建立真實的崗位專業(yè)認知。

        1.3 教學目標及重難點

        根據(jù)教學內(nèi)容和學生特點及職業(yè)能力的要求,確定以下教學目標:

        (1)知識目標:知道工業(yè)機器人回原位程序的使用意義;能說出工業(yè)機器人回原位設(shè)計的關(guān)鍵步驟;熟知工業(yè)機器人安全操作規(guī)范。

        (2)技能目標:能正確讀取工業(yè)機器人位置數(shù)據(jù);會編寫與調(diào)試手機裝配生產(chǎn)線工作站工業(yè)機器人回原位程序

        (3)態(tài)度目標:根據(jù)ABB公司崗位要求,培養(yǎng)做事遵循規(guī)范的職業(yè)態(tài)度;養(yǎng)成不斷完善,精益求精的職業(yè)素養(yǎng);樹立團隊合作意識,協(xié)同親和,共同進步。

        根據(jù)崗位要求和學生基本情況,為了更好地實現(xiàn)教學目標,將“工業(yè)機器人回原位程序設(shè)計步驟”作為本次課的教學重點,將“工業(yè)機器人回原位程序中的分區(qū)判定”作為教學難點。

        2 教學策略

        采用任務(wù)驅(qū)動教學方法[3],由淺入深,層層遞進,通過課前預(yù)習、課上學習、課后復(fù)習三個階段完成知識技能的學習。

        圖1 教學策略

        3 教學過程

        3.1 教學活動

        本次課程主要分為“問題提出”“基礎(chǔ)任務(wù)”“進階任務(wù)”“總結(jié)評價”和“拓展應(yīng)用”五個活動過程。

        3.1.1 活動一:問題提出

        問題提出環(huán)節(jié),創(chuàng)設(shè)學習情境,模擬手機裝配產(chǎn)線突然停電導致工業(yè)機器人停機的狀況,如圖2所示,引出機器人回原位意義,使學生明確本堂課的學習目的和內(nèi)容。

        圖2 模擬停機情境

        3.1.2 活動二:基礎(chǔ)任務(wù)—工業(yè)機器人從特定點位回到原點位置

        基礎(chǔ)任務(wù)環(huán)節(jié),先讓學生自主觀察與討論當前停機位置的特點,部分同學根據(jù)觀察得出的回原位基本思路,與其他同學交流借鑒。然后各組同學根據(jù)任務(wù)書提供的參考程序,進一步規(guī)范機器人動作流程,制定初始方案。填寫表1所示表格。

        表1 初始方案制定

        學生設(shè)計好初始方案之后,教師逐一確認可行性,確認無誤后方可進入工位,完成編程調(diào)試。

        根據(jù)基礎(chǔ)任務(wù)完成情況,請同學上臺分享設(shè)計思路。通過在電子白板上進行涂色劃分,標記出本組程序的適用區(qū)域,引導學生進行思考:當機器人停機位置不確定時,如何解決回原點程序的通用性問題:分區(qū)處理的改進策略是什么?

        3.1.3 活動三:進階任務(wù)——工業(yè)機器人從任意點位回到原點位置

        根據(jù)基礎(chǔ)任務(wù)中引發(fā)的問題,啟發(fā)學生對如何判定區(qū)域這一問題產(chǎn)生思考,現(xiàn)場邀請兩位同學進行游戲互動,拿出坐標系教具進行空間坐標參照。通過游戲代入和教具輔助,逐步幫助學生建立區(qū)域判定的概念,再結(jié)合機器人位置數(shù)據(jù)讀取指令,引導學生提取Y軸方向數(shù)值,從而判斷機器人停機位置所在區(qū)域。如圖3所示。

        圖3 進階任務(wù)實施

        在充分理解機器人位置判定的基礎(chǔ)上,各小組進行第二輪實操,在基礎(chǔ)任務(wù)上通過增加條件判斷,補全程序。在機器人操作過程中,再次強調(diào)學生安全規(guī)范的意識。

        完成程序調(diào)試的小組,通過運行程序使得機器人可以從任意點位回到原點,從而驗證程序的通用性。

        3.1.4 活動四:總結(jié)評價

        在整堂課的實施過程中,通過學生任務(wù)書反饋、操作過程巡視記錄等方法進行過程考核,最終生成如圖4所示柱狀圖表直觀表現(xiàn),對學生掌握情況進行統(tǒng)計,最后通過總結(jié)歸納,對學生仍然存在的問題進行解答,對學生的學習情況進行鞏固。

        圖4 學生完成情況統(tǒng)計

        3.1.5 活動五:拓展應(yīng)用

        工業(yè)機器人的分區(qū)判定是本次教學的難點問題,通過本次課程的講解大部分同學得以掌握,但實際生產(chǎn)崗位的復(fù)雜程度遠遠超出教學設(shè)備。因此,再結(jié)合出工況更為復(fù)雜的電子芯片分揀裝配任務(wù)工作站,讓學生進行區(qū)域劃分,闡述實施步驟,擴展學生對于回原點程序編寫的思路。

        3.2 重、難點突破

        通過學習情境創(chuàng)設(shè),首先讓學生深刻體會手機裝配線工業(yè)機器人回原位程序的實際意義,采用任務(wù)驅(qū)動的教學方法貫穿整個教學過程,設(shè)置基礎(chǔ)任務(wù)使得學生有回原位程序的概念,再通過游戲活動和輔助教具讓學生更進一步了解回原位通用性問題,啟發(fā)學生思考機器人回原位程序中的分區(qū)如何判定。通過兩個任務(wù)的練習讓學生逐步理解并掌握應(yīng)用位置數(shù)據(jù)讀取指令,完成機器人任意位置回原位程序的編寫,突破了本節(jié)課的難點,實現(xiàn)教學目標。

        3.3 教學過程中出現(xiàn)的主要問題及解決策略

        基礎(chǔ)任務(wù)實操編程中,有一組同學在完成編程運行之后,機器人最終回到的工作原點位置稍出現(xiàn)偏差,在檢查程序過程中發(fā)現(xiàn)存在運動指令參數(shù)設(shè)置不當?shù)膯栴},同學忽略了轉(zhuǎn)彎數(shù)據(jù)的設(shè)定。該小組旁邊的小組同學也出現(xiàn)同樣問題,在聽到對前面小組的指導之后,自己進行了及時改進。發(fā)現(xiàn)這一共性問題,我調(diào)出參考程序,集中講解轉(zhuǎn)彎數(shù)據(jù)對運動路徑的影響,提醒大家將轉(zhuǎn)彎數(shù)據(jù)減小到z0或者fine,從而保障回原位程序軌跡的運動點位精度。

        進階任務(wù)編程調(diào)試時,有些同學雖然知道了區(qū)域判定的關(guān)鍵是要提取當前位置數(shù)據(jù)的Y軸方向數(shù)值,但是不清楚Y值具體為多少是區(qū)域劃分的界線。于是在小組工位上,借助設(shè)備實物,引導同學找到對應(yīng)的關(guān)鍵分界線,并通過機器人的位置反饋功能得出具體數(shù)值,從而幫助學生完成程序編寫。

        4 教學效果

        引入企業(yè)場景,讓學生處理生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的突發(fā)事件,培養(yǎng)學生的靈活應(yīng)變能力。通過分組角色扮演,學生共同完成任務(wù),在培養(yǎng)學生團隊合作能力的同時,增加學生體驗機器人調(diào)試工程師的職業(yè)氛圍,加深對工作的感性認識。

        通過兩個工作任務(wù)的設(shè)定,逐步引導學生完成工業(yè)機器人回原位程序的編寫和調(diào)試,學習內(nèi)容通過任務(wù)進行拆分,從簡到難,從淺到深,階梯方式引導學生進行探索和實踐,幫助學生解決實際問題,學會了從工程領(lǐng)域的應(yīng)用角度來全面地考慮問題,學生所編寫的程序更加貼近實際生產(chǎn)要求,符合工學結(jié)合、做學一體的職業(yè)教育理念。

        5 教學反思

        由于實訓設(shè)備數(shù)量的限制,教學過程中,學習任務(wù)是以小組的形式完成的,每個同學雖然各有分工,但操作的有效時間仍然有限。因此,在后續(xù)教學過程中,會進一步加強工業(yè)機器人離線編程仿真軟件的應(yīng)用,在軟件中創(chuàng)建真實的操作環(huán)境,讓每位學生都有足夠充分的訓練時間,虛擬操作與設(shè)備實操同時進行,提高學習的有效性。

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