談工業(yè)機器人集成教學仿真軟件開發(fā)

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摘要：針對目前職業(yè)院校工業(yè)機器人課程教學現狀，通過校企合作方式，開發(fā)一款工業(yè)機器人集成教學仿真軟件，輔助工業(yè)機器人課程教學。根據仿真軟件系統(tǒng)設計要求，選擇.NET環(huán)境下Unity開發(fā)平臺，采用3DMax建造工業(yè)機器人實訓項目全過程三維模型，按照用戶登錄、品牌選擇、項目選擇、任務介紹、場景瀏覽、交互操作及示教編程等模塊結構開發(fā)仿真軟件。仿真軟件經過測試，運行穩(wěn)定可靠，在職業(yè)院校及企業(yè)推廣應用，提高了課程教學質量，提升了應用價值。

關鍵詞：工業(yè)機器人；集成；仿真

引言

工業(yè)機器人已成為一種標準設備，廣泛應用工業(yè)控制各個領域，為了適應產業(yè)發(fā)展，很多職業(yè)院校開設了工業(yè)機器人相關專業(yè)及課程[1]。從職業(yè)院校、技工院校及機器人使用企業(yè)三個維度開展調研，走訪了25所單位，發(fā)現工業(yè)機器人呈現使用品牌多、應用場所廣、購買成本高等現狀，針對工業(yè)機器人課程教學存在的問題，本文開發(fā)一款集成常用工業(yè)機器人品牌和典型應用案例的教學仿真軟件，解決工業(yè)機器人課程教學存在的問題，提高教學質量。1環(huán)境選擇根據軟件開發(fā)要求及實現功能，開發(fā)平臺選擇.NET環(huán)境下Unity開發(fā)平臺，客戶端選擇PC客戶端，建議硬件配置如表1所示。

2三維建模

實體模型是仿真系統(tǒng)重要組成部分[2]，軟件開發(fā)前，需要進行工業(yè)機器人實訓項目全過程三維建模，主要包括實訓車間場景、工業(yè)機器人及相關輔助設備。（1）實訓車間場景建模通過實訓車間實地考察，拍攝實訓車間環(huán)境照片，按照1∶1方式，采用3DMax軟件建造出三維工作場景模型。在場景建模過程中，使用Photoshop軟件制作紋理材質貼圖，設置Unity引擎燈光系統(tǒng)產生光影效果，增強逼真程度。（2）工業(yè)機器人建模工業(yè)機器人是面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度的機器裝置，它能自動執(zhí)行工作，是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器[3]。按照真實工業(yè)機器人的外形，根據不同工作場景，采用3DMax軟件建造出不同重量級的工業(yè)機器人模型，適應完成不同的項目任務。（3）輔助設備建模輔助工業(yè)機器人完成實訓項目的設備為輔助設備，每個實訓項目不同，輔助設備也不同，需要根據具體項目分類建模。

3軟件開發(fā)

工業(yè)機器人集成教學仿真軟件采用模塊結構，主要劃分為用戶登錄、品牌選擇、項目選擇、任務介紹、場景瀏覽、交互操作及示教編程等模塊。（1）用戶登錄用戶登錄界面設計了用戶名輸入框、密碼輸入框及登錄按鈕等[4]，當輸入密碼時，系統(tǒng)不顯示鍵入字符，采用遮掩碼代替。用戶啟動系統(tǒng)后，首先顯示用戶登錄界面，用戶輸入用戶名及密碼，點擊登錄按鈕，系統(tǒng)自動將輸入用戶信息與數據庫的用戶列表信息進行比對，如果用戶合法，進入系統(tǒng)，如果用戶不合法，給出錯誤提示信息，用戶登錄界面設計流程如圖1所示。（2）品牌選擇品牌選擇界面集成了ABB、KUKA、FANUC、YASKA⁃WA、三菱及廣數6種常用品牌工業(yè)機器人供用戶選擇[5]，品牌選擇界面結構如圖2所示。（3）項目選擇項目選擇界面集成了搬運、碼垛、裝配、涂膠、描軌及上下料6種典型工業(yè)機器人應用案例供用戶選擇，項目選擇界面結構如圖3所示。（4）任務介紹任務介紹界面針對實訓項目做什么、怎么做及注意事項等方面進行說明，為實訓項目提供了規(guī)范性操作說明，任務介紹主要包括項目任務、操作說明及注意事項3部分，任務介紹界面結構如圖4所示。（5）場景瀏覽虛擬場景分為動態(tài)模型與靜態(tài)模型，能夠移動的模型為動態(tài)模型，不可移動的模型為靜態(tài)模型，通過瀏覽虛擬場景熟悉實訓環(huán)境，場景瀏覽界面結構如圖5所示。（6）交互操作仿真軟件交互操作性是指用戶對仿真系統(tǒng)中工業(yè)機器人和設備的可操作程度及得到反饋的自然程度[6]。在三維虛擬空間中，通過虛擬設備選取、工業(yè)機器人操作及場景碰撞，產生實時反饋信息，實現操作仿真化交互，交互操作基本過程如圖6所示。（7）示教編程工業(yè)機器人是一種能夠按照預先設定程序自動運行的智能化設備[7]，屬于面向工業(yè)領域“示教再現型”機器人。在機器人虛擬仿真系統(tǒng)中，首先加載機器人應用程序到示教器；然后用戶操作示教器面板，移動機器人到各個示教點，并將各個示教點的位置及姿態(tài)等數據賦值到程序相應點信息中；最后機器人按照程序及示教點設定的軌跡自動運行，機器人示教編程基本過程如圖7所示。

4結束語

工業(yè)機器人集成教學仿真軟件經過測試，運行穩(wěn)定可靠。在《機器人操作與編程》課程教學中，應用教學仿真軟件[8]，節(jié)約了教學成本，提高了教學質量。該軟件在職業(yè)院校及企業(yè)推廣應用，產生了產業(yè)價值共計26.38萬元，有很好的應用價值。

參考文獻：

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[8]周偉.基于虛擬現實的工業(yè)機器人仿真系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].杭州:浙江大學,2017.

作者：王永紅 單位：廣州市信息工程職業(yè)學校