工业机器人模拟仿真技术在职业教育中的应用浅析

杨飞

摘 要：目前各个行业都在用机器人大批量代替人工以降低人工成本，但是由于机器人需求量激增，导致没有足够工程技术人员支持整个机器人产业的快速发展。职业教育抓住这一机遇大力发展机器人职业教育，但是有面对院校机器人资源紧缺的局面以及其他教学问题。而工业机器人模拟仿真技术在职业教育中的应用将很好地解决这一难题。

关键词：工业机器人;模拟;仿真;职业教育

中图分类号： G63            文献标识码： A            文章编号： 1673-1069（2016）30-147-2

1  工业机器人发展现状及趋势

目前国内机器人企业接近400家，间接从事机器人的企业约4000家;国家高新区近40家规划了机器人产业园区;有36个城市将机器人产业列为重点发展对象;从事机器人相关的研究院所300余家。

工业机器人作为一种新型劳动力正改变着制造业的用工模式，以人为主的生产模式正逐渐向以机器人为主的模式转变。工业机器人性价比越来越高、投资回报周期的缩短使得企业用机器人替代人类的愿望越来越强烈。

过去机器人主要用于汽车制造行业，现在已经开始用在毛坯制造、机械加工、热处理、表面涂覆、上下料、装配检测及自动化物流仓储作业等过程中。机器人作为一种标准自动化设备得到广泛应用。社会、企业对机器人生产线设计、集成、安装、维护、使用、操作等作业人才的需求极为迫切。这对机器人教学方式和教学效果提出了更高的要求和挑战。

我国已经成为工业机器人第一生产国和消费国并且依然在快速增长，但是工业机器人行业整体水平还很落后。现阶段我国工业机器人密度平均30台/万人，而欧美日等国家工业机器人密度达到150-350台/万人。

2  工业机器人工程技术人才培养现状

工业机器人市场以每年30%的速度增长，很多企业迫切需要转型升级，转换生产方式也迫切需要大量专业的技术型人才来提供保障而且目前相应的人才储备数量和质量远远满足不了社会需求。

工程教育与产业需求依然存在脱节现象而且产业需求的专业和课程设置反应不够迅速，人才培养跟不上产业发展的节奏。企业需要大量人力财力进行再次培训，但是存在人力流失率很高，以至于企业不愿培养的普遍现象。产教融合、校企合作机制不完善，企业往往缺乏参与的积极性、校企互动深度不够。

师资队伍实践经验不足，经验丰富的工程人才从企业到高校的流动存在很多壁垒。

未来8年内机器人相关行业岗位需求200万人左右，工信部规划，2020年中国机器人保有量达100万台，需要20万专业人员，研发人员约15000人，行业工程师约20000人，因此人才缺口巨大。

3  工业机器人职业教育过程中存在的问题

机器人教学设备昂贵，学校无法大量购买，导致教学资源有限，而机器人教学设备数量有限，导致很多学生没有真正的实践机会，达不到教学的目的。机器人教学过程中存在误操作容易损坏设备，因此老师会要求学生按照指定的步骤操作或者只在规定的范围内做一些简单的练习，这样大大降低了学生的积极性和学习效果。最后在工程中也存在机器人工作区域可达性、夹具设计可靠性等无法验证机器人编程、调试周期长、程序优化烦琐等问题。

4  工业机器人模拟仿真技术应用背景

模拟仿真技术可以很好地解决以上问题！ 由机器人模拟仿真软件和实际的控制器、示教器构成一个完整的模拟仿真系统。该统在没有实际机器人本体的基础上，通过设备间的实时通讯，操作示教器便可控制仿真软件中虚拟机器人运动;同时使用者在示教器上编程，仿真软件中虚拟机器人可再现程序的运行轨迹。这样，借助于模拟系统，使用者既可以熟练掌握机器人操作，又可以掌握机器人编程。

5  工业机器人模拟仿真技术简介

工业机器人模拟仿真技术是通过计算机运行软件对实际的机器人系统进行仿真模拟。机器人模拟仿真主要是对机器人的动力学、运动学、轨迹规划、控制算法分析研究及工作站设计、碰撞检测、离线编程等。充分发挥工业级数字化仿真、先进虚拟制造技术软硬件设备可以有效解决实训设备短缺的瓶颈。

工业级的仿真已经被世界上很多企业广泛地应用到工业的各个环节，对企业提高开发效率，加强数据采集、分析、处理能力，减少决策失误，降低企业风险起到了重要的作用。学校在教学活动充分利用工业仿真、虚拟制造等技术可及时了解和学习先进制造技术相关技能，并解决学校开展教学活动高端实训设备不足的问题。

6  国内主要模拟仿真软件介绍

机器人本体生产厂家的软件主要有ABB的 RobotStudio、Fanuc的RoboGuide、KUKA的KUKASim等。通用类的模拟仿真软件有RobotMaster、Robosim 、RobCAD 、Delmia等。

RobotStudio是ABB制作的一款面向ABB机器人变成的仿真模拟软件，其软件的优点是虚拟示教器和真实示教器具有相同的功能，便于学习操作ABB机器人;RobotStudio软件集成了建模、编程、仿真等功能，功能比较全面。但是RobotStudio最大的缺点是只支持ABB机器人，机器人间的兼容性差。机器人本体厂商的仿真软件都有相似的特点。

RobotMaster是由加拿大软件公司Jabez研发的主要用于焊接、打磨、抛光、去毛刺等应用的工业机器人模拟仿真软件。软件的特点是轨迹优化功能，运动学规划和碰撞检测非常精确支持外部轴，如直线导轨系统、旋转系统支持大多数品牌的机器人，但是它不支持多机器人同时模拟仿真。

Robosim简介：Robosim主要用于教学培训和工业应用。教学培训主要针对机器人的操作、编程。工业应用主要针对搬运、码垛、打磨、焊接等应用的模拟仿真。Robosim的优点是支持机器人运动学建模、轨迹规划，并且持基于python的二次开发，支持大多数品牌的机器人。Robosim的缺点是不支持建模功能。

7  工业机器人职业教育中的模拟仿真技术应用的意义

许多学校机器人教学中可能存在以下问题：机器人资源有限，却没有充足的资金购买大量的机器人，但是教学人又必须有大量的机器人满足学生同时使用的需求;机器人教学过程中存在误操作容易损坏设备，也存在安全隐患;同时学生在学习过程中机器人工作区域可达性、夹具设计可靠性等无法验证，机器人编程、调试周期长、程序优化烦琐。

而机器人仿真技术恰好能有效地解决这些问题，因为模拟仿真技术可以弥补学校机器人教学资源不足的缺点，机器人初学者可以通过模拟仿真系统快速掌握机器人（操作、编程、调试），为项目的前期方案规划提供技术支持，验证机器人工作区域的可达性、工作夹具的可靠性、运用到工业中也可以缩短了机器人编程调试周期、缩短了项目周期，提高生产效率，产品质量。

8  工业机器人职业教育中的模拟仿真技术应用

大专院校组建机器人实验室时可以只需要在教室厂房只放置1-2台机械手，多台电脑安装机器人虚拟系统或模拟软件。学生可以在电脑仿真软件上对机器人进行编程并在仿真环境下调试运行。当学生调试完成，并在老师检查无误安全后可以联网下载到机械手并运行。通过这样的方式机能保证学生的人身安全、教学效果又能解决许多学校建立机器人实训室的资金问题。这对于院校希望快速经济的建立机器人实训是一个很好的方案。

参 考 文 献

[1] 蔡自兴，郭璠.中国工业机器人发展的若干问题[J].机器人技术与应用，2013（03）.

[2] 宋晓刚，姚之驹.中国工业机器人跨越式发展下的三大困难[J].机器人产业，2015（01）.

[3] 骆敏舟，方健，赵江海.工业机器人的技术发展及其应用[J].机械制造与自动化，2015（01）.