工業(yè)機(jī)器人技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)方法

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摘要《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》課程已成為新工科建設(shè)的新熱點(diǎn)。針對(duì)該問題，結(jié)合工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的課程特征，以六自由度工業(yè)機(jī)器人本體、末端執(zhí)行器、示教器等關(guān)鍵部件作為理論講授主體，以O(shè)TC焊接機(jī)器人集成與應(yīng)用為例，探究了一種教學(xué)實(shí)踐方案。

關(guān)鍵詞工業(yè)機(jī)器人技術(shù)；新工科；教學(xué)實(shí)踐方案

1引言

“2015智能制造國(guó)際會(huì)議”主旨報(bào)告指出，我國(guó)雖已成為全球制造大國(guó)，但仍處于價(jià)值鏈的低中段，與先進(jìn)國(guó)家相比仍有較大差距[1]。為此，包括新工科建設(shè)在內(nèi)的一系列國(guó)家戰(zhàn)略方針出臺(tái)，用以應(yīng)對(duì)國(guó)家規(guī)劃，適應(yīng)科技及產(chǎn)業(yè)變革，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)升級(jí)，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的發(fā)展[2]。新工科以新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)為背景，一方面要設(shè)置和發(fā)展一批新興工科專業(yè)，另一方面要推動(dòng)現(xiàn)有工科專業(yè)的改革創(chuàng)新。其首先是指針對(duì)新興產(chǎn)業(yè)的專業(yè)，如人工智能、智能制造、機(jī)器人、云計(jì)算等，也包括傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級(jí)改造[3-4]。那么，如何在傳統(tǒng)工科教學(xué)中探索一種適應(yīng)新工科建設(shè)主旨的學(xué)生培養(yǎng)模式，將成為新工科建設(shè)順利實(shí)施的難點(diǎn)。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)作為新工科中的智能科學(xué)與技術(shù)類學(xué)科，滲透到制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，該課程的學(xué)習(xí)毋庸置疑地對(duì)工科學(xué)生的就業(yè)乃至適應(yīng)未來社會(huì)的發(fā)展起著舉足輕重的作用[5]。因此，如何在課堂上讓學(xué)生快速掌握工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的同時(shí)，又能讓其親身體驗(yàn)工業(yè)機(jī)器人在工科領(lǐng)域中的作用，將成為新工科背景下工業(yè)機(jī)器人技術(shù)課程教育面臨的一道難題。綜上，本人憑借多年從事工業(yè)機(jī)器人相關(guān)技術(shù)的研究，以教學(xué)經(jīng)歷為基礎(chǔ)，將工業(yè)機(jī)器人技術(shù)內(nèi)容分為以六自由度工業(yè)機(jī)器人本體、末端執(zhí)行器、示教器等為主的關(guān)鍵部件，并以O(shè)TC焊接機(jī)器人集成與應(yīng)用為例，探究了一種教學(xué)實(shí)踐方案。旨在提高學(xué)生對(duì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)理解的基礎(chǔ)上，為工業(yè)機(jī)器人技術(shù)乃至相關(guān)課程的教學(xué)提供一種詳實(shí)的探索模式。

2實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡(jiǎn)介

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包含理論平臺(tái)和實(shí)操平臺(tái)。理論平臺(tái)為具有六自由度的型號(hào)為IRB1410的ABB工業(yè)機(jī)器人，主要用于工業(yè)機(jī)器人基本結(jié)構(gòu)、理論知識(shí)及預(yù)備實(shí)操的講解。理論講解如下所述：先對(duì)機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行講解，使學(xué)生明確各個(gè)軸的位置、軸的轉(zhuǎn)向功能、軸間臂的名稱、軸原點(diǎn)位置及調(diào)軸回零點(diǎn)的方式。然后，講解示教器的使用方法，為學(xué)生講解示教控制機(jī)器人的方法。明確示教器中按鍵的功能，以分類講解按鍵的方法，講解示教器的操作，用以讓學(xué)生可以通過學(xué)習(xí)ABB示教器操作的同時(shí)，還可推導(dǎo)其他機(jī)器人示教器的使用。最后，通過示教器在線編程，編寫的工件碼垛程序，使得機(jī)器人可以自動(dòng)完成該碼垛任務(wù)。為使學(xué)生進(jìn)一步理解工業(yè)機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵部件的作用，達(dá)到靈活應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人的目的，在講解了上述理論平臺(tái)的基礎(chǔ)上，變換工業(yè)機(jī)器人本體，以同樣具有6自由度的OTC焊接機(jī)器人為例，建立實(shí)操平臺(tái)，組織學(xué)生完成教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，按要求完成以下任務(wù)：探索OTC焊接機(jī)器人示教器的使用；探索完成焊接機(jī)器人的啟弧、滅弧；分組完成焊接機(jī)器人在鐵板上寫字的任務(wù)。（1）OTC焊接機(jī)器人概述：該機(jī)器人本體與理論講解中的ABB機(jī)器人本體類似，具有6個(gè)自由度，承載6kg，示教器與控制柜。在第6軸的法蘭盤上安裝焊槍末端執(zhí)行器。該焊接系統(tǒng)為日本OTC公司的焊接系統(tǒng)，包括DM-500焊接電源、送絲機(jī)構(gòu)、機(jī)器人水冷焊槍系統(tǒng)、絲盤架、電纜、氣管等。（2）字體的焊接：設(shè)計(jì)需要焊接的文字，以“田”字為例。根據(jù)文字規(guī)劃路徑，路徑先豎（路徑1）后橫（路徑2）。示教器編寫程序如下：程序編寫完成后，點(diǎn)擊“工位分配”，輸入程序名，點(diǎn)擊寫入。然后將示教器的開關(guān)扭到自動(dòng)，控制器扭到自動(dòng)，按下啟動(dòng)按鈕移動(dòng)到安全位置等待機(jī)器人焊接完成。

3小結(jié)

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是新工科建設(shè)的熱點(diǎn)內(nèi)容，探究工業(yè)機(jī)器人技術(shù)課程的教學(xué)實(shí)踐方案與培養(yǎng)學(xué)生對(duì)其知識(shí)點(diǎn)的掌握具有重要的教學(xué)意義。為此，本文在剖析了工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，以O(shè)TC焊接機(jī)器人為例，設(shè)計(jì)了一種教學(xué)實(shí)踐方案，旨在為工業(yè)機(jī)器人的教學(xué)提供詳實(shí)的探索模式。

作者：王成琳 谷明信 羅天洪 吳光永 單位：重慶文理學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院