技工院校工业机器人在教学中的研究应用

郭能强 王扬 陈家乐 林进梅

（广西南宁技师学院，广西 南宁 530001）

随着科技的不断发展，国际标准化组织将机器人定义为“一种自动的、位置可控的、具有变成能力的多功能机械手”。根据国际标准化组织的定义，工业机器人在未来将会是工业领域中的多关节机械手，会逐渐发展为可以自动执行工作命令的机械装置。它在实际的工作开展中可以依靠自身的动力以及控制能力完成各项工作。另外，国际电气电子工程师协会也从未来科技的角度出发进行了预测，他们认为工业机器人将会是未来发展的重要方向之一。我们要知道信息时代已经来临，以智能为主导的时代也即将来临，随着各个行业的不断改革发展，“工业4.0”时代已经来到，技工院校作为我国职业教育的基础，就需要顺应时代的发展，增设相关的专业以及课程，以此培养出更多专业人才，方便在未来的发展中更好地应用智能时代。即使无法设置对口的专业，也需要各个学校注重从工业机器人的角度出发，将其应用到实训教学当中，实现其本身的价值。通过考察发现，技工院校有着属于自己的实训体系以及教学设备，其中涉及内容较多，在对新型实训设备进行开发和提升过程中，有着一套属于自己的流程，能够更加有效地实现对于工业机器人的开发。并且能够有效地将其应用到实际的教学当中。机器人的学习过程融合了计算机、机械、电子、通讯、控制、声、光、电、磁等多个学科领域的知识。因此机器人教育和传统的学科教育区别很大。单纯的机械、电气、计算机等学科的学习只能作为学习机器人的基础。机器人的教学应该是一个系统的架构，学生掌握各学科的同时要对机器人行业有更为深入的了解。关于如何办好机器人教学我们做了以下三个方面的研究。

一、工业机器人实训教学改进

当前工业机器人领域发展较为迅速。随着我国工业的不断发展，工业机器人行业的人才逐渐受到了重视，而当前很多技工院校在实训教学中并没有将工业机器人的应用重视起来。通过此研究能够使教师充分认识到工业机器人的价值，并且能够在研究中发现工业机器人与自动化实训设备之间的联系，从而有效实现技术改革，开发出一套符合技工院校学生的实训设备。在开发过程中，可以充分地了解到自动化实训设备中存在的不足，通过两者的结合不仅并提高实训教学的效率，对于促进学生操作能力、探究能力以及创新能力的发展都有着积极地影响。通过此研究能够丰富实训教学的内容，改变学生的态度，使学生在实训中便可以了解当前工业机器人的实际发展情况。

1.通过实训台将基础训练、装配、搬运、分拣、码垛五大典型任务和工业机器人集成在一起，利用工业机器人来完成对五大典型任务的训练，让学生快速学会工业机器人的基本操作，提高学生对工业机器人和外围设备的综合应用技能。充分利用了现有设备同时整合了现有的工业机器人设备资源。

2.每一个典型工作任务都结合工业机器人职业资格标准进行，从外部控制、传感器检测、机器人开始工作、将货物放到指定位置、机器人停止工作、外部设备进行显示等，完成的工作节拍，符合企业的生产流程。

3.ABB 机器人提供了丰富的1/0 通信接口，本任务采用ABB 的标准1/0 板DSQC652 提供输入信号（DI）及输出信号(DO）处理。通过与PLC 进行通讯设置，并在机器人的示教器上就能监控这些信号。DSQC652 板是连接在De viceNet 现场总线下的设备，地址为10。其中Xl、X2 为数字输出接口，提供16 个数字输入信号，X3、X4 为数字输入接口，提供16 个数字输出信号；对为DeviceNet 接口，通过X5 接口与DeviceNet 现场总线进行通讯，网络地址编号设置为10。

4.程序数据设定。

（1）工具数据tooldata 的设定：工具数据tooldatash 用于描述安装在机器人第六轴上的工具的“工具中心点TCP”(ToolCenterPoinr）、质量、重心等参数数据，机器人自带一个默认的工具数据ToolO，期中工具重量为0，童心与TCP 位置都在第六轴法兰盘中心。本工程中机器人使用的是气动夹具如图所示，名称为Tooll，单控电磁阅控制，通电时抓取货物，断电时放开货物，由于本夹具与第六轴的中心点在X、Y 轴重合，重心在默认ToolO 的Z 方向上偏移300mm 处，TCP 点设定在夹具抓取货物的中心点上，从默认ToolO 上的Z 方向偏移了50mm，质量为0.I 屿，采用四点法定义TCP 的位置数据。

（2）工件坐标Wobjdata 的设定：机器人的运动就是相对工件坐标而言的，工件坐标定义工件相对于大地坐标的位置。本工程中利用平台的平面设置工件坐标Wobjdatal。采用三点法进行定义。

5.程序编写。RAPID 程序中包含了一连串控制机器人的指令，执行这些指令可以实现对机器人的控制操作。ABB 机器人编程所使用的语言是RAPID 语言。它是一种高级语言。所包含的指令可以移动机器人，设置输出、读取输入，还能实现决策、重复其他指令、构造程序、与系统操作员交流等功能。本任务采用的是结构化设计的方法，把任务分为几个例行程序，在主程序中调用即可，这样可以使得各个操作相对独立，不会产生干扰，便于程序的调试和修改。

（1）程序模块：RAPID 程序是由程序模块与系统模块组成。通过新建程序模块来构建机器人的程序，而系统模块多用于系统方面的控制。确定需要多少个程序模块，是由应用的复杂性所决定的。每个程序模块中包含了程序数据、例行程序、中段程序和功能等对象，而且它们之间是可以互相通用的。本工程为一个程序模块名称：MODULE:gonggong。

（2）主程序：在RAPID 程序中，只有一个主程序main,并且存在于任意一个程序模块中，并且是作为整个RAPID 程序执行的起点。

（3）例行程序：机器人按功能区分，编制各种不同功能的例行程序，方便我们阅读、调试程序。本任务中建立五个例行程序：初始化程序：chushihua、运行程序：RUN、机器人抓取程序：zhuaqu、机器人放置程序：fangzhi、机器人算法程序：sum。

6.程序调试。

（1）校准：ABB 机器人六个关节轴都有一个机械原点的位置。可视实际具体情况，对机械原点的位置进行计数器更新操作。

（2）确认IO信号，可以用仿真的方式强制外部的输入／输出信号，确保信号准确。

（3）运行时先进行手动模式操作,首先进行空载运行，不能马上夹取工件，观机器人察的运行路径是否符合技术要求，在反复确认后再进行工件夹取，先低速后高速，循序渐进，保证调试顺利进行。程序手动调试完毕，再转为自动模式。

（4）在调试运行机器人时，它可能会执行一些意外的或不规范的运动。并且所有的运动会产生很大的力量，从而严重伤害个人或损坏机器人工作范围内的任何设备。所以时刻警惕与机器人保持足够的安全距离。

二、工业机器人师资队伍建设

师资队伍由一支热爱机器人教育事业的年轻教师和具备有较高科学素养和教学经验的教师组成。现在的技工院校普遍存在的教师老龄化、工业机器人教学理念滞后严重等问题，针对以上问题我们在师资队伍建设方面。做了以下几个方面的工作。

（一）因地制宜，开发校本教材

工业机器人品牌种类繁多，各个院校的工业机器人实训设备配套不尽相同，原有的教学教材不一定可以匹配现有的实训设备。根据本校已有的实训设备和教学特点通过企业调研，毕业生追踪调查，结合实际研发适合本校实际情况的校本教材。

（二）从企业引进经验丰富的工程师

教学一线的教师大多脱离了生产一线，对工业机器人行业的新技术、新理念、新信息了解滞后。工业机器人是一门新兴的产业，教学不能脱离实际，工业机器人专业建设需要具备生产经验丰富的工程师来弥补教师在生产一线经验不足的缺陷，同时经验丰富的工程师可以帮助教师提升专业技术能力让教学更加贴近生产。

从企业引进人才增强了学校和企业之间的人才流动性，有利于校企合作工作的推进。

（三）重视技能大赛，以赛促学

制造业成为我国经济发展的重要引擎，其中工业机器人更是备受关注。学校积极参加技能大赛，对教师是一个很好学习机会。技能大赛也可以发现问题及时改进。通过比赛竞赛和其他院校交流取长补短反思教学教法、完善教材、提升教师技能。

三、教学资源建设

当前，国家刚刚颁布工业机器人系统操作员国家标准，该职业（工种）已经核准：四级/中级工、三级/高级工、二级/技师、一级/高级技师四个等级考核要求。根据四个层级技能递进的考核要求，要按急用优先的原则，开发出符合技术等级需求的教学资源。

四、校企合作，促进就业

随着工业机器人的发展，企业对工业机器人的操作技术工人需求也随之增长，对技术人员的技能要求也随之增长。中职学校应以当下的主流机型对学生进行学习培养，而教学中不单是要培养学生的专业兴趣、专业技能，其根本就是为了向社会输送新型的技术人才。在学生掌握工业机器人的专业方向以及未来的职业发展的同时培养学生的专业素养。了解本专业的创新领域、思维方法，为学习和就业，打下坚实的基础。

教师贴近企业了解行业的生产情况、用工情况、就业情况。为企业输送优秀的毕业生社会创造财富同时提高学生的就业质量。学生对企业和岗位的全面、深入了解，在校生只有把握了具体工作岗位对就业能力的实际要求，才能更主动、更有针对性地提高自身的相关素质和能力，从而实现就业能力的培养。校企合作在很大程度上可以帮助在校生近距离的接触企业，帮助学生增加对行业、企业和具体岗位的认识。

五、总结

中职工业机器人教学不同学校教学条件不尽相同，适合中职学生的教材很少，常见的工业机器人品牌有ABB、库卡、安川、发那科。实训设备的差异造成了教学教材的差异。因地制宜务必做到教材和实训设备是匹配的。

工业机器人是一门新兴的热门行业对新行业、新业态、新技术对教师有更高的要求，学校要重视对中青年教师的培养建立健全教师激励机制鼓励教师精进机器人技术创新教学方式，以赛促学培养出更多优秀的毕业生。

中等职业院校的目的是为社会培养大批的在生产、服务、技术和管理第一线工作的高素质劳动者和中级专门人才。所以中等职业教育教学要注重学生的专业知识技能培训。工业机器人的学习一定是贴近生产的，校企合作显得尤为重要。学校与企业多方位的合作，拓展学校的教育资源及环境，提高学生的就业素质，为企业培养符合岗位要求的新生血液。一般来说具体地合作方法包括企业向学校提供实习项目、实习基地、所需设备和原料等，或接纳学校的老师和学生到企业的生产岗位开展实践。另外，企业还可以配合或引导学校人才培养方案和专业、课程方案的具体设计，通过学校与企业双方努力，实现学校到企业、学生到员工的完美过渡，进一步促进校园所学理论与生产实践的紧密结合，使在校生日常学习与实际的岗位生产密切联系，提高学生的综合素质使其毕业就可达到企业需要，最终能够促进就业能力、增加就业机会，实现充分就业。

通过“开发校本”“以赛促学”“校企合作”等多种方式，最终形成适应新时代发展需求的、具有学校特色的工业机器人教学。