基于工业机器人的教学实训系统设计

栗辉　崔家瑞　阎群　张笑菲

摘 要 本文在工程教育认证发展趋势下，结合自动化和人工智能专业的人才培养目标及专业特色，将最新的智能机器人控制技术融入传统的工业控制技术中，设计机器视觉的智能工件装配生产实训系统，充分应用于自动化生产实训课程设计中，强化了教学体系当中的工程实践应用环节。

关键词 工业机器人 机器视觉 实践教学

中图分类号：G712文献标识码：A

0引言

本文借鉴CDIO工程教育模式，结合国际工程教育改革、工程教育认证发展趋势与自动化和人工智能专业的人才培养目标及专业特色，针对“自动化生产线实训”专业课程的需求，将最新的智能机器人控制技术、视觉检测技术融入传统的工业控制技术中，以“THMSRB-4A型工业机器人与智能视觉应用实验平台”为应用对象设计生产实训系统，主要让学生掌握应用网络控制和逻辑控制技术、工业网络通信技术和机器视觉定位技术、机器人运动控制和机器视觉检测技术等。

1教学目标

1.1教学需求分析

随着智能制造在自动化领域的不断深入，机器视觉和机器人得到广泛的应用。为适应新时代的发展，培养符合新工科要求的高素质综合型的人才，在高校本科教学中，需要增大机器视觉和机器人技术方面的教学实践内容。开设课程设计等实践教学环节，对学生深刻掌握理论知识起到事半功倍的作用。

1.2教学使用价值

本文以实际工业系统为原型设计，涵盖完整的自动化实训系统，包括过程控制、运动控制和机器视觉的多个系统，可开展包含自动化、人工智能专业主要核心课程和能力要求的自动化实训项目，使学生得到构思、设计、实现、运作等项目全周期的系统训练，培养学生的工程实践能力、工程设计能力、工程管理能力和创新能力。

2教学实训系统

THMSRB-4A型工业机器人与智能视觉应用实验平台紧密结合工业生产领域中工业机器人、智能视觉、射频识别的功能和特点，并针对高等院校对机电设备应用和创新实验/实训教学的实际需要而专门研制的综合性数字化装置，涉及机器人控制、智能视觉检测、RFID、PLC、传感检测、信息处理、交直流驱动、计算机通信等多种技术的综合应用。

本文在此平台基础上设计一套基于机器视觉的机器人智能工件装配实训系统，学生可以完成“上料”、“装盒”、“视觉检测”、“调整”、“装盖”、“入库”等全流程生产环节实训，利用现场总线技术，传送各流程环节的检测信号和控制信号;按生产工序要求，实现生产线的流程顺序控制。当“视觉检测”环节检测出不合格的工件时，机器人将其拾取放入废料库，只有合格的工件才能进入下一个环节。

机器人智能工件装配系统的流程如图1所示。

在此系统上设计以下三个教学实验示例：

实验（1）：智能工件装配生产线顺序控制实验，通过网络控制和逻辑控制技术，使学生了解从工艺过程和控制要求选择控制方案的一般方法和过程。

实验（2）：智能视觉定位系统实验，通过实践工业机器人利用智能视觉系统进行定位和识别、传输，掌握工业网络通信技术和机器视觉定位技术。

实验（3）：视觉分拣系统实验，通过实践工业机器人利用智能视觉系统进行分拣作业，掌握基础的工业机器人与计算机视觉技术相结合的技术。

系统适合自动化及人工智能专业《自动化生产线实训》课程的实训教学，此外还可以为自动化专业的相关专业课程及毕业设计提供相应的训练环节，强化了教学体系当中的工程实践应用环节，通过项目驱动型主动教学方式的自动化实训环节，使学生学会应用所学理论知识解决实际工程问题，并深入了解智能机器人与视觉检测等新技术在工业自动化生产线中的应用。有效地培养学生的工程实践能力及创新能力。

3总结

实践教学是加强学生实践能力和创新能力培养的重要抓手，对提高学生的综合素质、培养学生的实践创新能力具有不可替代的重要作用。本文所设计系统综合了多门学科知识，对于学生深刻掌握机器视觉和机器人控制技术，使学生学会应用所学理论知识解决实际工程问题，并深入了解典型工业自动化生产線工艺流程，对于培养新工科背景的复合型人才有着十分显著的教学效果，实用性强，用途广泛。

参考文献

[1] 崔家瑞，李擎，阎群，李希胜.自动化生产线实训研究型实验教学[J].中国冶金教育，2018（04）：92-93+97.

[2] THMSRB-3型工业机器人与智能视觉系统应用实训平台使用说明书[M].浙江天煌科技实业有限公司，2013.

[3] 戴花林，刘云.基于智能视觉系统的THMSRB-3型平台工件检测技术的应用[J].电子技术与软件工程，2017（22）：85.