“雙創(chuàng)”和“新工科”背景下協(xié)作工業(yè)機器人專業(yè)類實訓項目設(shè)計與實現(xiàn)

白雁力 盧健 李姮 許金

摘要：為貫徹“雙創(chuàng)”和“新工科”政策對培養(yǎng)創(chuàng)新人才和加速工程實踐教育改革的要求，采用優(yōu)傲協(xié)作工業(yè)機器人系統(tǒng)，搭建機器人工程實訓課程平臺，設(shè)計和實現(xiàn)機器人工程實踐課程專業(yè)類實訓項目，以此期望培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和提升工程應用能力，為本校機器人相關(guān)學科在工程實踐方面的發(fā)展提供實踐支持。

關(guān)鍵詞：雙創(chuàng)；新工科；工程實踐教育；協(xié)作工業(yè)機器人

中圖分類號：G646 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）15-0040-02

一、引言

近年來國家提出了“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”的戰(zhàn)略政策[1]，在“雙創(chuàng)”背景下，為培養(yǎng)適應社會需求的創(chuàng)新型人才，高等教育不僅對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系進行了改革，而且還對教學和人才培養(yǎng)模式進行了革新。為進一步落實創(chuàng)新人才培養(yǎng)，2016—2017年，教育部通過“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”等研討會議，達成了“新工科”理念，并提出和制定建設(shè)發(fā)展方案[2-3]。

在“雙創(chuàng)”和“新工科”背景下，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的工程實踐教學被提升到前所未有的高度，能緊跟國家發(fā)展戰(zhàn)略和產(chǎn)業(yè)行業(yè)發(fā)展需求的創(chuàng)新學科被逐漸發(fā)展和建設(shè)起來，而融合機械、電氣、自動化和信息通訊等多學科的機器人相關(guān)專業(yè)高等教育則成為新時代高等教育改革的領(lǐng)跑者。為提升學生工程應用能力和輔助我校機器人相關(guān)學科的工程實踐教學，本文采用優(yōu)傲協(xié)作工業(yè)機器人系統(tǒng)建設(shè)機器人工程實訓平臺，并通過設(shè)計和編程實現(xiàn)機器人相關(guān)學科的專業(yè)類工程實訓項目，以此期望促進機器人相關(guān)學科工程實踐教學發(fā)展。

二、優(yōu)傲協(xié)作工業(yè)機器人系統(tǒng)

優(yōu)傲機器人（Universal Robots，UR）是六軸串聯(lián)協(xié)作工業(yè)機器人，其UR3系列協(xié)作工業(yè)機器人手臂如圖1所示，其中六自由度關(guān)節(jié)分別為基座（Base）、肩部（Shoulder）、肘部（Elbow）、手腕1（Wrist1）、手腕2（Wrist2）和手腕3（Wrist3），每個關(guān)節(jié)運動范圍為+/-360°，手臂工作直徑和重復定位精度分別為Φ1000mm和+/-0.03mm，可通過示教器編程控制機器人手臂完成復雜工作。

三、專業(yè)實訓項目設(shè)計與編程

協(xié)作工業(yè)機器人通過二維平面和三維空間運動實現(xiàn)人機交互協(xié)作過程中的重復性工作，其運動軌跡包括直線、弧形和圓形等三種。為掌握UR3操作，專業(yè)實訓項目以熟悉機器人基本移動指令應用和設(shè)計多種運動軌跡為主，通過綜合運動軌跡的可編程控制實訓，為采用機器人實現(xiàn)復雜工作打基礎(chǔ)。

1.基本移動指令。移動指令主要完成機器人末端工具中心點（Tools center point，TCP）按照人工協(xié)作要求進行移動，在優(yōu)傲機器人的PolyScope系統(tǒng)中常用移動指令主要包括直線運動（MoveL），工藝運動（MoveP）和圓形運動（MoveC）三種，其中MoveL指令可實現(xiàn)兩路點間的直線運動軌跡，MoveP指令通過設(shè)置交融半徑可實現(xiàn)兩路點間的直線和弧形運動軌跡切換，MoveC指令通過設(shè)置運動半徑可實現(xiàn)兩路點間的圓形運動軌跡。

2.綜合運動軌跡編程實現(xiàn)。綜合運動軌跡實訓編程要求及實現(xiàn)如圖2所示，其中機器人TCP的起點和終點分別為Waypoint_1和Waypoint_6。在該實訓項目中，包含直線、弧形和圓形運動軌跡。因此根據(jù)各路點間不同的運動軌跡，在編程時首先采用MoveP指令設(shè)置交融半徑100mm實現(xiàn)Waypoint_1到Waypoint_2之間的直線與弧形運動軌跡；然后采用MoveC指令設(shè)置半徑100mm實現(xiàn)Waypoint_2到Waypoint_4之間的圓形運動軌跡；最后采用MoveL指令實現(xiàn)Waypoint_4到Waypoint_6之間的直線運動軌跡。通過多種運動軌跡切換的綜合編程，使學生掌握指令的基本意義和應用方法，培養(yǎng)機器人運動軌跡的設(shè)計思維。

四、結(jié)論

協(xié)作工業(yè)機器人實訓項目分為基礎(chǔ)、專業(yè)和綜合三大類型，而專業(yè)類實訓項目在課程中起到承上啟下作用，通過熟悉機器人移動指令的專業(yè)類實訓項目的實施，不僅能加深學生對協(xié)作機器人工作原理和運動模式的認識，而且還能理解和掌握協(xié)作工業(yè)機器人的基本編程語言和流程。以學生為主體和以教學項目為載體的專業(yè)類實訓項目，為協(xié)作工業(yè)機器人綜合類實訓項目的開展奠定了良好的理論和編程基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]任之光，梅紅.雙創(chuàng)背景下高校教育教學改革探索研究[J].中國高教研究，2017，（1）：86-90.

[2]陸國棟，李拓宇.新工科建設(shè)與發(fā)展的路徑思考[J].高等工程教育研究，2017，（3）：20-26.

[3]林健.面向未來的中國新工科建設(shè)[J].清華大學教育研究，2017，38（02）：26-35.