王文軍
[摘 要] 傳統(tǒng)的焊接機器人教學方法主要是演示,受設備限制教學內容單一,由于學生人數(shù)多操作時間少,教學效率低,質量不高,提出基于Robotstudio的焊接機器人虛擬仿真教學,通過工業(yè)機器人離線編程仿真軟件實現(xiàn)教學,有利于高效地組織教學且直觀形象,大大提高了學生的學習興趣,效果良好.
[關 鍵 詞] 焊接;工業(yè)機器人;虛擬仿真;Robotstudio
[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603(2017)34-0209-01
中國制造2025的核心是創(chuàng)新驅動發(fā)展,主線是工業(yè)化和信息化兩化融合,重點發(fā)展智能制造等領域。在智能制造的背景下工業(yè)機器人得到快速發(fā)展,2013年,中國工業(yè)機器人銷售量達到3.7萬臺,超過日本,成為全球最大的工業(yè)機器人市場,工信部制定的我國機器人產(chǎn)業(yè)“十三五”規(guī)劃的主要目標就是到2020年,每萬名制造業(yè)工人擁有機器人達到100臺以上,因此未來幾年,中國工業(yè)機器人將呈現(xiàn)井噴式增長。智能制造行業(yè)迅速發(fā)展,迫切需要大量工業(yè)機器人行業(yè)的人才,作為高職院校,應當承擔起培養(yǎng)既懂理論又能熟練編程、操作工業(yè)機器人的高素質技術技能型人才的責任。
近兩年,隨著工業(yè)機器人行業(yè)的迅猛發(fā)展,很多高等職業(yè)院校在積極申報、開設工業(yè)機器人技術專業(yè),但是工業(yè)區(qū)機器人方面的師資力量相對薄弱,而且工業(yè)機器人教學設備價格昂貴,且有一定的危險性,操作不當會導致人身傷害或者設備損壞。因而教學過程中很難實現(xiàn)學生人手一臺工業(yè)機器人來組織開展教學,加之教師演示為主的教學模式學生參與性有限,教學效果欠佳。通過引入虛擬仿真教學,實現(xiàn)教學資源合理分配,從而保證學生有充分的時間練習,同時減少實踐過程中存在的安全隱患,達到低成本、高效率的教學效果。
一、焊接機器人教學現(xiàn)狀
目前工業(yè)機器人教學設備品牌眾多,且價格不菲,難以實現(xiàn)教學過程中學生人手一臺進行實際操作,老師依靠僅有的少量教學機器人給學生演示,一開始學生興趣尚濃,但是只看不做,或者很多學生圍著一臺機器人,每個學生的操作時間非常有限,久而久之,學生會覺得索然無味,而且,教學組織難度大,效率非常低,對學生的動手操作能力、創(chuàng)新意識的培養(yǎng)難以奏效。
二、虛擬仿真教學
Robotstudio是ABB公司的機器人仿真軟件,通過Robotstudio可以構建焊接虛擬工作站,可實現(xiàn)對焊接機器人的運動軌跡離線編程、仿真測試等,且其程序和配置文件無需修改可以直接下載給實際的機器人。
(一)創(chuàng)建工業(yè)機器人工作站
工業(yè)機器人工作站創(chuàng)建包括合適的工業(yè)機器人的選擇、相關參數(shù)的設定;工業(yè)機器人所需要的工具的選擇及其參數(shù)的設定,工件、控制柜等的選擇,Robotstudio專長于機器人仿真以及相關工況環(huán)境的構建,在建模方面功能有限,如果需要其他復雜的三維立體模型,可通過Pro_E、AutoCAD或UG等軟件來實現(xiàn)。
焊接機器人虛擬工作站參照實際的焊接機器人控制系統(tǒng)建立,以便調試好的程序無需修改直接下載給實驗室的工業(yè)機器人。學生在電腦上進行離線編程,再將編好的程序導入已有的機器人實體進行修改調試。利用模擬仿真學生可以對工業(yè)機器人編程、操作重復訓練,一方面有利于組織教學,另一方面保證了教學效果,同時也提高了學生的學習興趣。
(二)焊接機器人離線軌跡設計與編程
1.標定工具坐標系
焊接工業(yè)機器人離線軌跡編制的時候,首先要根據(jù)工業(yè)機器人所使用的焊槍求出TCP點與所設置的工具坐標系之間的變換關系,一般可采用6點法標定工具坐標系:首先在合適的區(qū)域內確定一個固定點作為參照,然后選擇焊槍槍尖作為參考點,再用手動模式操作機器人移動焊槍,使焊槍以4種不同的姿態(tài)盡量與參照點接觸,具體可以參照ABB工業(yè)機器人使用手冊操作。
2.焊接軌跡編程
編寫程序是機器人工作站創(chuàng)建與運行的重點,焊接軌跡編程可以采用直接示教目標點實現(xiàn)編程,也可以通過視覺系統(tǒng)獲得焊縫坐標實現(xiàn)自動焊接。由于通過視覺系統(tǒng)獲得焊縫坐標涉及圖像處理的知識,比較復雜,對學生初期學習,先教會學生直接示教目標點的方法實現(xiàn)焊接軌跡編程。重點是對不同的焊接軌跡要能夠確定其關鍵點,這直接決定軌跡編程和實際焊縫的吻合度。對形狀復雜的焊縫,一定要多找?guī)讉€關鍵點,確保焊接路線的準確性。
(三)仿真
Robotstudio可以通過模擬監(jiān)控機器人工作過程中是否有歧義點、是否會發(fā)生干涉等,并且可以利用TCP跟蹤功能記錄機器人運動軌跡,以便分析軌跡的合理性,可以通過選擇記錄其運動軌跡,以便后續(xù)軌跡分析及參數(shù)調整。
三、虛擬仿真實訓教學的優(yōu)勢
1.現(xiàn)有的焊接機器人教學是以特定的焊接設備建立起來的,可實現(xiàn)的教學任務是固定的,難以靈活配置,而采用焊接機器人虛擬工作站就可以實現(xiàn)多種機器人多種焊接工況的教學。
2.Robotstudio焊接機器人虛擬工作站,可實現(xiàn)項目式教學,引入企業(yè)實際的焊接工作任務,采用“項目引導—任務驅動”的教學模式來進行教學。
3.Robotstudio系統(tǒng)中有非常豐富的工業(yè)機器人模型庫,也可以根據(jù)工況專門設計相應的模型導入。各種機器人模型可通過配置智能組件,實現(xiàn)和機器人控制系統(tǒng)的電氣連接,從而激發(fā)學生實現(xiàn)自己的創(chuàng)意,更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造力。
綜上所述,基于Robotstudio的焊接機器人虛擬仿真教學,既解決了教學組織難的問題,提高了教學效率,也降低了成本和安全隱患,通過仿真模擬了虛擬企業(yè)實際工況,并以實際工作任務為引導,實現(xiàn)項目化教學,有利于高職院校授課模式的改革,實現(xiàn)高效課堂。通過虛擬仿現(xiàn)實現(xiàn)焊接機器人教學模式必將在高職類院校大力推進。
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