技工院校工业机器人编程的教与学

欧惠玲

摘 要 工业机器人作为一个机电一体化设备应用于自动化生产。在技工院校的办学专业中，工业机器人应用与维护专业作为一个新型专业，具有良好的发展前景。同时，机器人编程也是学习机器人关键的一环。读者可以通过对工作站的建立，到虚拟仿真软件Robogide的使用，以及示教器与机器人本体上的应用，把工业机器人编程的理论和实训结合起来，直观感受法那科工业机器人编程的教与学。

关键词 工业机器人;示教编程;工作站;仿真;教与学

前言

与其他品牌的机器人相比，FANUC机器人的编程、示教、使用规范等是最细致的，学习FANUC机器人编程后对学生自学其它品牌的机器人会变得轻松。下面主要探讨FANUC六关节机器人编程的相关应用技术。

1建立满足教学需求的一体化机器人实训场室

FANUC工业机器人它可重复编程，是多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具来完成各种作业。为符合工业机器人专业的建设目标和满足教学需求，需要建立一体化机器人实训场室。建成的实训室包括工业机器人应用工作站实训室、工业机器人离线仿真与夹具设计室、机器人机械拆装室、机器人电气拆装室。通过系统的课程训练，让学生掌握工业机器人应用系统的组成、离线编程、调度，示教器使用以及设备拆装方面的知识和技能。

按照工业机器人实训教学的特点，实训室按照理论实操一体化形式进行建设，融合了多种实验、实训的考虑，提供了众多实验案例和典型应用。实训场室内部包括理论教学区、工具集中管理区、生产线工作区。便于学生、老师熟悉和掌握工业机器人的实际应用。

建成的机器人场室能满足30人/班的教学班需求，学生在这里能进行实体的机器人操作，也能对机器人进行拆装练习，不仅能对机器人的机械部分熟悉，还能对电气部分也掌握，全面认识机器人的功能、应用和结构，让学生直观感受FANUC机器人坐标、定点、示教和编程的技术，加深了学生对机器人的认知了解[1]。

2离线编程——虚拟仿真软件Robogide的使用

机器人的编程分为离线编程和在线编程两种方式。离线编程时，在 PC 上安装 FANUC 的编程软件，即可以实现离线编程。Robogide是一款FANUC自带的系统布局设计和动作模拟的一个三维仿真软件，试用版只能用30天。它可以在不使用真实机器人的情况下，能轻松地设计机器人系统。它操作方便，可以把Robogide 中的 TP 程序与现场机器人的 TP 程序相互导入和导出，所以可以用Robogide做离线编程，然后将程序导入到机器人本体，或将现场的程序导入到Robogide。

当前Robogide的主界面是英文版，学生在刚接触这个软件时，对英文不熟悉，使用英文软件是有抗拒，需要按操作步骤一步一步的进行引导，让他们慢慢熟悉Robogide的操作，建立仿真环境后，示教器可以切换到中文界面。同时，学生没有编程基础，对程序算法没有概念，在教学过程中，要通过各种案例增加学生的学习兴趣，让学生掌握这个软件的使用方法。学生可以通过计算机操作仿真软件学习机器人技术，仿真与现实操作是有差距的，但仿真操作可以让学生把大部分要“犯的错”都在仿真软件上验证一遍，在真正操作机器人时避免发生意外和损害。下面以机器人点、圆弧指令的应用为例，在TP上，创建程序后，进行点的记录，如图1所未为J指令的应用：

在对“点”进行示教时，学生对J、L、C 的运动类型不是很理解，要通过结合实物进行讲解教学;在讲授关节运动J和直线运动L时，要明确两者的区别，使用关节运动能减少运行时间，直线运动的速度要稍低于关节运动。当运行程序时，机器人走直线时，有可能会经过奇异点，这时有必要使用附加运动指令或将直线运动方式改为关节运动方式。

在这条指令中，终止类型“FINE”和“CNT” （CNT0=FINE）也是一个难点，可借助图2帮助学生理解。

在起弧开始和起弧结束的地方用FINE作为运动终止类型，这样做可以使机器人精确运动到起弧开始和起弧结束的点处。绕过工件的运动使用 CNT作为运动终止类型，可以使机器人的运动看上去更连贯。Robogide通过显示机器人的可达范围，确定机器人与周边设备摆放的相对位置，保证可达，同时，还可以对机器人进行示教，使机器人远离限位位置，保持良好的工作姿态[2]。

3在线编程——示教器与机器人本体的对话

当前FANUC机器人的仿真软件编写的程序可以直接导入现场应用，但程序的每一个工作点在现场必须进行重新示教。机器人在线编程时，可在现场使用示教器直接进行操作。示教器通过电缆与控制柜连接，应用机器人本体手动操纵、程序创建、程序的测试执行、参数配置以及监控都会使用示教器。

下面以机器人运动轨迹编程为例，把示教器和机器人联合起来，进一步分析机器人编程中最简、最短的路径。任务要求：机器人从HOME点出发，接受到启动信号DI101后，开始对图3-1“公鸡”简笔画进行涂胶，DO101是喷枪的启停控制信号;机器人完成一次工作后回到HOME点自动停止。

要寻求机器人的最高工作效率，在机器人的运动轨迹上尽可能少断续点，机器人运动轨迹尽可能连续。经过分析，图3-2是完成涂胶过程的轨迹分析，在鸡冠选取从P2点出发顺时针“绘制”鸡冠后再从P2点->P13点“绘制”鸡身，可以让鸡冠、鸡身都从P2点开始，既保持了动作的连续，也不会让机器人频繁启停喷枪。所以公鸡简笔画的喷涂顺序是：鸡冠->鸡身->鸡嘴->眼睛->鸡脚->翅膀->尾巴。在图3-2 中P20、P21本身就是绘制鸡身时的定位点，也是绘制脚时的点，重复利用P20、P21是为了让机器人的定点更少，减少编程定点的工作量。定好点以后，把TP打到ON的位置，按下使能键+SHIFT+FWD键，机器人就能按照定好的点进行绘制。通过示教器与机器人的操作，能实时监测机器人的各个关节的运动情况。

对于一些带有弧度的短小距离轨迹，如图中鸡脚部分，可以利用直线指令的CNT 过渡方式，结合机器人的运动速度来实现，也可以采用圆弧指令，但相对定义的点就会多一部分。

另外，在绘制圆弧中可以用C指令和A指令，C指令和A指令都是三点画弧，每段弧指令不能超过1800 ，C指令和A指令的区别在于C指令以上一条指令的结束点作为起点，A指令指定哪三个点画弧，一段弧必须有三个A指令出现，否则会报错;C指令画弧时的速度只能指定一个，A指令可以分别指定每两点间画弧的速度。如果连续画多段弧时，用A指令比较方便。

4工业机器人编程的理论和实训相结合

以机器人J1、J2、J3、J4、J5、J6轴为例，机器人的每条轴都由一个伺服电机控制的，伺服电机连着旋转编码器，将机器人的运动位置反馈给控制系统。在实训教学中，让学生观察机器人的每个关节的运行情况，然后结合机器人本体的实际操作，动手操作体会，用右手定则，让学生明X+、Y+、Z+的方向。在教学过程中，以具体的工作任务为导向，能够让学生从任务中学到工业机器人方面的专业知识，通过对工作任务的完成，使用学生达到理论联系实际、活学活用的目的，提高其实际应用技能，并使学生养成善于观察、独立思考的习惯，与实际工作密切相关，以提高学生对工业机器人新知识和新技能的兴趣。如搬运、涂胶、分拣、激光焊接等實训进行直观教学，让学生有一定的成就感，提高学习兴趣，开拓创新思维。

5结束语

工业机器人可以按编好的程序运行，已为工业生产带来很大的帮助。技工院校作为人才的培养基地，应立足于为行业、为企业培养适应社会发展的专业应用型人才，如何在工业机器人专业教学中提高学生的技能水平是一项亟待探讨的工作。

参考文献

[1] 张爱红.工业机器人操作与编程技术（FANUC）[M].北京：机械工业出版社，2018：107.

[2] 李智，陈帆，胡菡，等.项目式教学在工业机器人专业教学改革中的应用[J].武汉工程职业技术学院学报，2018，（2）：97-101.