基于仿真技术的三菱机械手教学应用探索

2016-03-10钟璞杨波袁伟

中国设备工程 2016年17期

关键词：仿真技术三菱机械手

钟璞，杨波，袁伟

（常州纺织服装职业技术学院，江苏常州 213164）

基于仿真技术的三菱机械手教学应用探索

钟璞，杨波，袁伟

（常州纺织服装职业技术学院，江苏常州 213164）

在三菱机械手运用的教学中，因设备昂贵，占用场地较大，绝大部分高职院校的学生个人实践课时严重不足，学校的运行及维护成本也较高，由于此类因素，造成我国高职教育在该类技术的研究与开发上发展迟缓，与发达国家相比，处于末位状态，本文通过对仿真技术手段的研究，初次结合该技术应用于高职教育中，对项目开发、效果数据分析等进行了一系的探索。

三菱机械；仿真技术；solidworks；MELFA-works

1 存在问题

机械手的运用越来越多的出现在了现代制造业中，因此企业也急需一批懂机械手编程、排故的操作人员，部分院校也进行了机械手技术相关方面的人才培养。三菱机械手以其高精度、高稳定性以及高速化的程序处理性能，在行业中有较高的市场占有率，近年来，在我国高职院校的各类比赛中，也多以三菱机械手为主要竞赛设备。由于该设备昂贵、占用场地大以及较高的运行维护成本等缺点，我国各高职院校所拥有的台套数较为稀少。为了在现有条件下，更快更好地在该领域跟上发达国家的步伐，我们采用了一系列的教改方法，其中我们采用了仿真教学的手段，并应用在了实际的教学班级中。

2 整体解决方案及思路

为了很好的进行探索，我院组建了专门的项目团队对其进行研究。课题组随后提出利用目前先进的三维软件进行机械手及场景的三维建模，然后利用软件对其进行虚拟运动仿真，如模拟仿真成功，则能在虚拟环境下进行机械手的编程，虚拟机械手将能对我们编程的指令进行响应，并按编程指令要求进行运动。

3 项目软件的选择和零件的三维建模

（1）SolidWorks。功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点，使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量；另外三菱机器人软件MELFA-works是开发在SolidWorks上的，因此本项目团队选择了该软件用于机械手及实操环境的建模。实物现场和软件模拟现场如图1、2所示。

图1 实际操作现场

图2 逼真软件模拟现场

（2）MELFA-works和RT ToolBox2。目前常用的机器人编程软件有RT ToolBox2，该软件以其出色的编程功能而广受用户好评。但是其缺少了工件抓取、搬运和动画录制的功能，而且机器人抓手和逼真的外围环境无法导入。MELFA-works软件能够完成机器人仿真、外围设备导入、工件抓取、节拍测量、干涉检测、以及动画录制的功能，在实验中，我们利用SolidWorks进行了1：1的机械手教学现场环境建模，并导入到了该软件中，使学生在使用时完全拥有了实物现场操作的体验感。但值得注意的是该软件目前有极少数复杂程序的编制还不能很好的完成，在项目实施时，我们可以利用RT ToolBox2完成该类程序的编制，然后导入MELFA-works软件，从而很好解决了该问题，随着MELFA-works版本的不断升级，相信这些问题在不久便可以不再依赖于其它软件。两软件的各项功能比较如表1所示。

表1 RT ToolBox2与MELFA-works比较

4 高职教育实践

实验方案：

（1）课题组成员均来源于具有实际企业经验的双师型教师；课题组成员大都为中青年教师，平均年龄35岁；职称比例协调，副教授1人，高级技师1人，讲师1人，助理实验师1人。课题组成员都有专利开发经验，人均专利3项。

（2）课题组进行了大量的资料收集，对相关的内容进行了检索和整理，包括机械手三维造型、机械手的运动仿真等研究，该方案已应用于实际教学中。

（3）实验室现有三菱机械手工作平台实物一套；课题组成员都精通CAD软件，并对运动仿真具有一定的理论和实践基础。

（4）该实验方案得到了院系主要领导的大力支持，研究经费以学校支持为主。

5 实物教学与仿真教学的数据分析

在该项目中，实验班对象为高职机电类大二学生，每班人数为40人，学时为30课时，课程名称为《工业机械手应用技术》，仿真平台共50台可供选用，实物平台为1台，在该课程结束后，我们对教改前后的数据进行了对比分析（表2）。

（1）技能知识掌握情况。根据以上统计的数据可以很明显的看出，在教改前每位学生进行实物操作的时间非常少，从而造成了掌握该知识的程度远远不够理想，有15%的同学未能及格，优秀率仅为5%。而采用如此逼真的仿真平台后，每位学生操作具体练习案例的时间提高了近40倍，以教改前相同难度试卷进行测试后，98%的同学操作熟练，排故迅速，效果非常明显。另外我们还布置了超过以往考试难度的考试题目进行摸底，其通过率也超过了98%。

（2）课堂教学管理效果。值得我们项目团队惊喜的是，在高职类学生教学纪律的管理上，有了意外的收获，同样为学生人数40人，教改前由于实物平台只有一台，很多学生都围在平台周围，只能有1位同学可以实际操作，其他同学只能观望。而采用仿真平台后，我们为每位学生布置了相关练习案例任务，学生接到任务后都能很认真的在自己电脑上进行练习与排故，只需一位老师便可对全班同学进行管理，课堂秩序井然有序，在仿真平台上练习很熟练后，只需几分钟便可熟练操作实物平台，学习效率非常出色。