基于VB可视化弧焊机器人教学系统开发

胡敏

运用VB与MATLAB混合编程方法设计了弧焊机器人教学系统，从开发指导思想，总体结构、关键技术及具体应用实例等方面具体阐述。

随着计算机技术的发展，可视化技术的运用已经引起大量教育者的密切关注，可视化技术在教学方面的应用必然呈现出可观的发展趋势和前景。利用可视化技术与职业教育实习课程教学相结合，是一种低费用，高效率的科学教学手段，有助于增强学生学习兴趣，提高操作技能水平，促进学生思考；有助于将抽象的思维转变成可视化的学习模块，化整为零，帮助学生理解。

目前用于可视化教学系统开发平台有很多，比如Visual C++，MCGS、WEB、UML、VB等。对于初学者能够实现界面设计还能编写完成程序最好用的容易上手的是VB，VB作为一种程序开发语言，采用面向对象、事件驱动、可视化的程序开发机制，运用VB进行程序设计开发具有许多显著的优点，考虑到本系统内容专业性强，因此，选择VB作为开发平台。

1.系统开发指导思想

该教学软件开发的目的是：（1）提高学生学习兴趣；（2）改进传统的实习教学模式，向理实一体化课程改革；（3）弥补教学资源短缺；（4）引导学生掌握弧焊机器人运动轨迹及焊接过程；（5）提高学生掌握焊接参数设计能力；

在系统设计上，主要从教师和学生两个角度出发，不仅可以满足教师教学需求，还可以使学生通过该系统的练习掌握焊接参数设计的能力。

在系统功能开发上，该软件设计时采用模块化，将要实现的目标按照功能和内容上的区别分为各级模块，各模块之间既相互独立也通过菜单的调用命令成为有机整体。这样有利于对软件进行修改和扩展内容，尽量做到在进行扩展时不需要对程序做改动或者改动很少，只要把实现的功能模块加进去就能正常启动。

2.系统开发总体结构

该可视化教学系统主要应用于职业院校弧焊机器人实习教学中，根据弧焊机器人实习教学理论知识体系确定系统内容，结合职高学生特点，简化系统，使其形成易操作，可视化的操作界面。

系统由三个子系统组成，分别是焊接机器人基础知识系统、焊接工艺参数设置界面系统、机器人运动仿真系统。

（1）焊接机器人基础知识系统。在本系统中主要有焊接基础知识模块、机器人示教编程模块、校正模块、维护与保养模块、退出系统模块。这五个部分在VB主界面中设置为菜单，每个菜单下面设置子菜单，用来辅助课题教学。通过点击菜单，将主界面分为三个区域，显示内容为问题描述、图形解析、理论基础。运用本系统的内容，教师可以根据不同课题选择授课内容，学生也可以通过本系统进行复习，巩固知识点。

（2）焊接工艺参数设计系统。焊接工艺参数设计系统是通过VB与MATLAB混合编程的方法实现的，其目的是提高学生对工艺参数设计的能力，学生可以对不同的坡口尺寸选择合适的焊接参数。系统界面设置了焊缝类型、接头参数、调入神经网络、结果输出四个模块。学生在操作时，输入焊缝类型、接头尺寸后点击调入神经网络按钮就会输出焊接参数结果，学生通过该参数可以尝试去焊接，最后分析焊接质量。

（3）机器人运动仿真系统。该系统设置的目的是，学生通过仿真操作了解并掌握机器人运动原理和编程思想，为熟练操作机器人焊接打下基础。通过第三方Visual component 3Dcreate仿真软件实现焊缝轨迹仿真，该系统的实现是运用VB调用该软件的保存路径，将仿真软件嵌入到主界面中，达到教学目的。

3.系统实现关键技术

开发过程中，运用VB与MATLAB混合编程实现教学系统功能，由于VB容易编程，但对图形显示功能和大量的运算处理能力欠缺，而MATLAB界面功能较薄弱，具有强大的图形显示和数学运算功能，将两者混合编程，可以实现可视化及交互式操作界面。实现关键技术如下：

（1）Active X技术实现。运用ActiveX控件实现VB对其他程序的调用，ActiveX控件的应用成为开发和运用环境的一部分，实际上ActiveX是调用一个部件，但无需部件对应的程序是运行的，因此加入ActiveX控件可以使软件开发的功能更强大，可以支持.exe .dll .ocx等文件。在本系统开发中运用OLE技术，OLE又叫对象连接与嵌入，VB中的程序可以通过OLE来访问Widows中应用的其他程序，调用其他程序提供的对象。

（2）SHELL函数的运用。本文中运用MATLAB BP神经网络工具箱开发了焊接工艺参数设计功能，实现了交互式输入界面，实现参数设计。该功能的开发是基于MATLAB开发的，为了让操作者在简单、便捷的环境下点击图标就可以运行，在VB开发了可执行文件，VB与MATLAB之间的自动导入通过Shell函数来实现。

（3）运用APP访问对象。VB界面上通过MATLAB提供的APP对象来访问全局对象，通过指定可执行文件或者交互式教学系统路径及名称调用。运用App.Path属性运行.VBP或可执行文件路径。在编程时要注意应用程序.VBP文件保存路径超过两层目录时，App.Path找不到其保存的位置，无法执行路径。

（4）视频建立。视频播放分为两部分：一类视频是运用相机拍摄的实习车间现场材料，另一类视频是运用屏幕视频专家制作的仿真软件应用的视频。车间现场视频通过WindowsMediaPlayer控件编写程序，控件加载是在“工程”，部件里点击视频播放控件在VB中加载Active X控件，视频通过Windows Media Player控件编写程序。另一类视频是用软件进行视频录制，其操作步骤如下：首先打开屏幕，初始设置，如视频文件存放的位置，再设置是否同时录制声音，生成EXE文件还是AVI文件。点击“开始录制”即开始录像，该界面就自动最小化。弧焊机器人运动轨迹仿真步骤操作完后再按下F2就可以停止录像了，频幕录像专家自动会保存刚才录制的内容为视频文件。最后用视频编辑软件对视频进行编辑。

4 应用实例

下面以直线编程为例对系统功能进行说明。直线编程是“机器人示教编程”子模块下的内容，直线编程又分为编程和轨迹仿真两个部分，实现方法如下：

（1）登陆界面。在该窗体中设有三个Label控件，作用是显示相应的提示信息，2个Text文本，用于设置用户名和密码，需要输入正确的用户名和密码才能进入教学系统主界面，当输入错误的密码后，系统会提示“输入用户名或密码不正确”，当输入正确的用户名和密码时点击确认按钮进入到系统主界面，否则选择取消退出登陆界面。

（2）点击主界面主菜单下的“直线编程”下面的“编程”子菜单，主界面显示区域出现问题描述、图形解析、理论基础。问题描述是对本节课要掌握的内容提出的问题。图形解析区域是以形象化的图片的形式对理论基础部分的知识点加以理解和消化。理论基础是对直线插补原理知识的解析。

（3）点击主界面菜单直线编程下的子菜单“轨迹仿真”，进入到交互式界面，设置参数后，界面上出现直线仿真轨迹。如图所示1.3所示。

界面上在路径类型上点击直线编程，根据直线插补法原理，输入直线编程的参数，点击动画仿真就可以看到轨迹在屏幕上移动，点击暂停按钮就停止轨迹仿真，点击返回主界面，界面返回到主界面上，加载教学目标、图片解析及理论基础内容。

（4）点击视频，学生在观看视频后结合所学理论基础加深印象，深入理解其原理。点击视频播放，自动加载视频保存地址，完成视频播放功能。

结术语

本文主要阐述了开发弧焊机器人实习教学系统的设计思想，系统的总体结构，及设计采用的关键技术，并通过具体的实例说明了该系统的功能。

（工作单位：徐州技师学院）