高职院校工业机器人虚拟仿真实训室建设

周佳杰 肖莉莉

（1.广东工贸职业技术学院,广东 广州 510510；2.三菱电机广州压缩机有限公司,广东 广州 510730）

一直以来，加强学生技术实践能力培养是高职院校人才培养非常重视的问题。但由于高职院校专业实训硬件设施不足，给学生技术实践能力培养造成了阻碍。为有效解决这一问题，有必要推动高职院校加强工业机器人虚拟仿真实验室的建设工作，从而为学生提供更好的实训条件，引导学生参与智能制造实践过程，不断提升其智能制造编程、调试应用实践能力，为国家建设发展贡献更多优质的智能化制造人才。

1 高职院校工业机器人虚拟仿真实验室建设的作用价值

随着国家“中国制造2025”战略的全面推进实施，针对当下高职院校的技术人才培养也提出了更高要求。相较于其他专业领域，工业机器人领域涉及的专业技术更加复杂高端，比如编程技术、工业机器人安装调试技术、虚拟仿真技术等。学生仅仅依靠理论学习，很难真正掌握这些技术的要点。因此还需要引导学生在实际学习过程中，加强智能制造生产相关技术的实践，才能真正实现自身技术能力的提升。通过实施高职院校工业机器人虚拟仿真实验室建设，能够有效满足学生技术实践的需求。究其原因，高职院校工业机器人虚拟仿真实验室功能非常强大，为学生进行理论知识实践提供了丰富的软件与硬件设施支持，为学生创造了一个更加真实的虚拟生产环境，从而让学生能够在其中自由进行技术实践，不断提升自身智能生产制造相关的专业能力[1]。最终，高职院校也能成功培养出一批能够投身于智能制造及其相关产业的高科技工业机器人技能人才。

为了促使高职院校工业机器人虚拟仿真实验室真正发挥上述作用价值，一方面，需要在实际建设过程中注重彰显智能制造技术的相关主体，引入多种硬件与软件设施，从而更好地满足学生进行智能制造技术相关的调试、编程等技术实训需求；另一方面，还应注重满足对工业机器人有需求的企业。如今我国人口红利逐渐消退，生产制造领域人才缺口越来越大，因此很多企业开始逐步引入工业生产机器人，而这些机器人的操纵同样离不开高新技术人员的支持。正是企业对工业机器人高技能、高水平人才的需求，才使得高职院校必须加强自身硬件设施更新，注重建设工业机器人虚拟仿真实训室。基于此，在实际进行高职院校工业机器人虚拟仿真实验室建设时，还需要结合企业生产实际，从而才能推动该虚拟仿真实验室的顺利建设，并发挥出其应有的作用价值。

2 高职院校工业机器人虚拟仿真实验室建设方案

2.1 硬件设施建设方案

在实际进行工业机器人虚拟仿真实验室硬件建设过程中，应严格按照当地企业对智能制造相关技术的要求来实施建设，并引入相关的硬件设施设备，做好各种操作实验室硬件设施建设工作的开展，具体可包括以下几种。

2.1.1 工业机器人专业技能操作训练室硬件设施建设

为进一步满足高职院校机械加工装配专业的学生对技能实训的要求，需要建立专门的操作训练实验室，做好相关的配套硬件设施建设，比如用于机械加工和装配的车床、铣床等硬件设备，从而帮助学生完成机械零部件的机械加工实训，并在这一过程中，使其能够对机械加工相关技能及理论知识有一个深刻的了解，为其后续在就业岗位上正式运用工业机器人进行机械加工操作奠定坚实的基础。与此同时，在相关硬件设施的帮助下，还应注重引导学生练习机械零部件的装配，使其掌握一定的装配技巧，从而在未来有能力对工业机器人本体进行调整分析。

2.1.2 电工电子专业实训实验室硬件设施建设

在实际建设过程中，需要结合专业要求，做好相关基本工具、控制线路、仪器等硬件设备的配置等。通过做好相关的硬件设施建设，从而让学生能够在专业的要求下，实现自身技术能力的有效锻炼与培养，提高学生对电子元器件的识别能力以及线路控制能力等专业能力水平，从而使其未来能够更好地适应存在工业机器人的应用场合，推动我国智能化生产制造不断地进步与发展。

2.1.3 工业机器人基本技能实训实验室硬件设施建设

对于高职院校数控加工专业而言，在相关的硬件设施建设方面，应注重进行数控加工车床以及各种配套的量具、刀具等设备的建设[2]，从而为学生提供一个更加良好的技能操作训练环境，引导学生结合实际，合理选择各种刀具的使用，不断提升学生的实践操作能力。同时，在相关硬件设备支持下，还能够有效提升学生编程、调试等专业技术能力。

2.1.4 可编程控制器实训实验室硬件设施建设

在实际建设过程中，为了满足学生对PLC实践训练的要求，应注重加大PLC总线的触摸屏设备的引入，同时还应促进各种外设实际操作训练平台的完善，从而便于学生在实训过程中能够对编程控制器操作原理有一个更加全面深刻的认知与了解，使其熟练掌握相关指令系统的实践应用，并能够对PLC程序进行编程与调试，甚至还能结合自身实际需要，自主完成相关程序的设计。这对于学生未来更好地适应工业机器人生产制造场合，学会进行机器人的控制有着重要意义。

2.1.5 ARM嵌入系统和PLC基本技能实训实验室硬件设施建设

在实际进行建设的过程中，需要注重做好ARM嵌入系统开发平台的配置。同时，还应充分考虑PLC实际训练操作要求，做好硬件设施套件的配置[3]。在ARM嵌入系统硬件设备设施的帮助下，学生能进行PWM直流电机调速控制的实践技能操作训练。对于PLC配套硬件设施而言，则能够让学生有机会参与到PLC程序调试运行过程中，使其能够自主进行PLC单片机控制电路板的焊接训练。

2.2 软件平台建设方案

在高职院校工业机器人虚拟仿真实验室软件平台建设方面，同样需要严格按照当下企业对工业机器人技能人才提出的相关要求。在此基础上，还应充分考虑当下智能制造技术中软件应用的整体发展趋势，并最终以此为依据，推动高职院校工业机器人虚拟仿真实验室软件平台的建设。在实际建设过程中，应注重考虑以下三种软件加工系统的内容。

（1）零件CAM自动加工软件系统。在实际进行软件建设方面，可以采用Robotmaster的Master-CAM软件，能够有效满足系统的运行要求，为学生提供功能丰富的技能训练内容。

（2）工业机器人虚拟仿真离线编程系统[4]。针对该系统，有多种软件搭建可供选择，比如Roboguide软件、KUKA.Sim Pro3.0软件等，因此在进行软件建设时，需要结合实际，科学合理地进行选择。

（3）CAD三维设计系统可以优先选用嵌入，这是工业机器人虚拟仿真实训实验室的一种最为基础的设计软件。为了确保相应软件能够满足学生的实训需求，需要结合实际，做好AutoCAD软件、SolidWorks软件等先进软件的配置，并在这一过程中，注重兼顾系统集成的需求，引导学生更好地进行实训工作的开展。

除此之外，在进行高职院校工业机器人虚拟仿真实验室软件建设过程中，针对工业机器人本身，为引导学生对其更好地进行实训应用，还应加强对ABB Robotstudio虚拟仿真软件的应用。该仿真软件不仅功能十分丰富，还能够有效降低实施机器人解决方案的总成本。不仅如此，在ABB Robotstudio虚拟仿真软件基础之上，ABB公司还进行了适合不同阶段的工业机器人虚拟仿真软件产品家族的开发，从而能够更好地适应工业机器人寿命周期，满足学生项目实训需求。具体而言，在项目规划与定义阶段，可以在ABB Robotstudio虚拟仿真软件的帮助下，直接进行工业机器人设计，并创造虚拟环境供其运行。通过该软件，还能进一步明确机器人是否能到达所有编程位置。而在具体的设计环节，利用Robotstudio软件能够直接在计算机上完成工业机器人相关数据文件的创建、编辑等，同时，还能够帮助用户结合自己的个性化需要，定制生产用的ABB示教工业机器人的运行画面。除此之外，在ABB Robotstudio软件中，还进行了很多smart智能组件的配置，有利于用户自主完成3D组件模型的配置，还可以在模型之上安装相应的传感器装置，从而实现对工业机器人的基本控制。

在高职院校工业机器人虚拟仿真实验室软件建设过程中，还应注重加强机器人仿真以及智能环境的搭建，同时从建模入手，实现基本的点、线、面以及立体图形的建立。但面对一些更复杂的三维建模需要，还需要在该软件的基础上配置AutoCAD、3D MAX等软件，从而更加便于不同专业的学生借助这些软件完成建模操作。

在高职院校工业机器人虚拟仿真实验室中，学生还可以对工业机器人进行充分的应用，比较常见的有机器人搬运、码垛、弧焊、压铸取件等。通过依托于相应的动画仿真，以各个工作站为载体，即可运用工业机器人高度仿真实际工作任务和工作场景。在这一过程中，学生能够进一步加深自身对工业机器人应用的安装、配置等相关技术的认知与理解，还能亲自参与到典型的实验仿真过程中，尝试学习工业机器人基本的应用技巧。具体而言，基于ABB Robotstudio软件的工业机器人虚拟仿真实验包括以下几点内容。

（1）工业机器人焊接系统设计。在汽车等制造业中，机器人焊接已经得到了较为广泛的应用。一个完整的机器人焊接系统包括了工业机器人、焊接工装、电焊机等，在ABB Robotstudio软件中专门配置有相应的工业机器人焊接指令，从而能够与电焊机进行合理的配合，顺利完成焊接工艺的实施，并能够保证焊接工艺的质量。学生能够利用该软件参与到整体机器人焊接系统设计过程中，提高自身实训成果。

（2）搬运机器人系统设计。在如今的企业搬运作业实施中，同样采用了工业机器人完成相应的自动化搬运作业。在这一过程中，需要工业机器人手持一种设备，然后将物品搬起，从一个加工位置，自动搬运到另一个加工位置。在实际设计过程中，要为搬运机器人配置不同的末端执行器，从而应对各种形状、性质的搬运物品，使工业机器人能够高效、高质量地完成搬运工作。在当下企业生产过程中，已经有很多工业机器人被投入到搬运作业中，且涉及诸多作业领域内容，比如机床上下料、冲压机自动生产线、码垛搬运等[5]。除此之外，在一些发达国家，为了促使搬运机器人发挥出更大的作用价值，已经专门对人工搬运限度进行了制度规定，一旦超出这一限度，则要求企业必须配置自动化搬运机器人，负责完成相关的搬运工作。因此在未来智能化生产中，关于搬运机器人的设计也是企业人才必须要掌握的一项技能，而学生通过ABB Robotstudio软件，已经能够初步接触这种搬运机器人的设计过程。

（3）码垛机器人系统设计。在这一实训项目中，主要应用了实际生产中比较常见的纸箱码垛为例。在实际设计方面，以IRB460机器人设计为例，主要负责完成双工位码垛任务。IRB460工业机器人是ABB公司当下主推的一种工业机器人，该机器人在实际进行码垛作业时，效率非常高，可以说是目前工作效率最高的工业机器人，最高节拍能够达到惊人的每小时2 190 次，因此非常适合在自动化生产线末端进行应用。不仅如此，这种工业器人的搬运距离长达2.4 m，搬运范围更广。并且相较于同类工业机器人产品，其实际的占地面积更小，因此整体的搬运效率也更高。在实际设计时，可先建立传送带，最后与码垛相关的外围器件装置合理配置。这些器件装置本身有着良好的智能性，通常内部均设置有先进的传感器装置，能够实现动作的精准化控制。以传送带器件装置为例，当传送带上的物品被搬走后，需要产生一个新的物料供机器人搬运。当物料通过传输带运输到达某个地点时，其会通过传感器向机器人内部系统发送一个信号，表示现在有物料到达，而工业机器人便会在既定程序的控制之下，到指定地点搬运物料，之后物料会被工业机器人放置在机器人系统指定的位置。学生可以利用上述软件获取机器人的各种动态数据信息，并自主进行相关的仿真模拟设计，从而有效提升自身的创造能力与智能制造相关的专业技术能力。

3 结语

综上所述，如今在信息化时代下，各种先进的智能信息技术层出不穷，并逐渐在各个生产领域中得到了广泛的应用，推动了企业智能生产制造的发展。在这一背景下，为了让学生在毕业后更好地适应企业智能化生产制造工程的工作，必须要从高职院校内部着手，加强高职院校工业机器人虚拟仿真实验室的建设，从而让学生能够有机会在实验室接触、了解工业机器人生产制造的相关知识和技术内容，掌握相关的智能生产技术，从而有效提升学生的核心竞争力，更好地满足当下企业对高端人才的需求。