【doc】高职院校工业机器人课程建设研究.doc

高职院校工业机器人课程建设研究2011.3高职专论高职院校工业机器人课程建设研究赵凤申李爱芹(南通航运职业技术学院江苏南通226010)摘要:针对高职院校工业机器人课程教学存在的问题,应采用项目化教学法,设置合适的项目,融合理论与实践知识,以期取得良好的教学效果.关键词:高职院校;工业机器人:课程建设中图分类号:g712文献标识码:a文章编号:16725727(2011)03003902近年来.工业机器人在企业中的应用日益广泛,企业对技术人才需求迫切.由于高职院校以培养应用型人才为主.学生的知识基础,就业导向与本科院校不同,因此必须探索适合高职院校的工业机器人课程教学方案课程定位工业机器人课程应定位于为企业培养能够完成工业机器人编程,操作,维保的应用型人才.课程应倾向于工业机器人.而非常见的基于单片机和嵌入式系统的移动机器人.或基于pc和多传感器的竞赛机器人;课程应具有明显的重实践,轻理论的特征,对工业机器人的理论知识可只做简单介绍.而对其操作,结构特性则要求学生能够深入理解,熟练掌握;课程应采用项目化教学模式.项目来源于工业实际案例.并应将相关理论知识融入项目教学过程中.做到实践与理论相辅相成本课程可采用安川ssf2000弧焊工业机器人.配备焊枪,送丝机构,数字焊机,空压机,真空吸盘,气动手爪等外围设备.配套动态模拟软件motosimeg和通讯软件motocom一32.并采用北京博创创意之星组合式机器人套件辅助工业机器人课程教学工业机器人理论知识的分解与取舍在传统的工业机器人课程教学中,多注重理论知识讲解.由于工业机器人造价高,数量少,维护难等原因,实训环节所占比重不大.而理论知识繁杂,有坐标变换,矩阵理论,微积分等高等数学的内容,运动规划,轨迹控制掺杂过多的算法.内容抽象,与企业具体应用脱节,学生学习起来难度大.兴趣不高.影响了教学质量.为了既能够满足企业要求.又能使学生有一定的理论知识和发展后劲,应将理论知识分解并融人项目教学过程中.具体而言,可将工业机器人认知,结构,电气控制,正运动学,示教理论,编程,维保等知识渗透到项目教学中,而对电机运动控制,路径规划,逆运动学,虚拟示教,离线编程只做简单介绍.项目化课程设计结合工业机器人的企业应用状况,设计项目如图1所示下面对项目做详细介绍工业机器人认知学生对机器人的认知比较片面.大多停留于人形机器人,智能机器人层面.缺乏对工业机器人的多种结构形式和各种应用场合的了解本项目通过视频,图像,实训设备等.使学生了解工业机器人,深海机器人,空间机器人,军事机器人,仿生及人形机器人,娱乐与服务机器人等在各种场合的应用对于机器人的工业应用着重讲解其各种结构形式及应用场合.如scara结构,puma560结构,直角坐标工业机器人课程项目1.工业机器人认知2.工业机器人的基本操作3.汽车车门点焊实4.汽车消声器弧焊实训5.马鞍形焊缝焊接实训6.药盒装箱码垛实7.啤酒搬运装箱实训8.agv设计编程与调试9.机器人结构设计及示教系统实现1o.机器人常见故障与维护图1课程项目图机器人等.通过该项目使学生对机器人学科有全面认识.提高学生的学习兴趣工业机器人的基本操作本项目由学生操作示教盒在不同坐标系下运转工业机器人.并在动态模拟软件motosimeg中完成虚拟机器人的加载和控制通过关机坐标系下的运动使学生了解puma560机器人的结构形式.通过直角坐标系了解轨迹控制的概念.并简要介绍用户坐标系和工具坐标系的实用意义.教师简单讲解工业机器人的系统构成,各部分原理和作用,如控制柜(主控制器,轴控制器,焊接控制板,变频器,10板等),数字焊机,气罐,送丝结构,交流伺服电机等.并可讲解弧焊,点焊,钎焊的差异及其应用汽车车门点焊实训本项目由学生编制程序.驱动工业机器人模拟点焊作业.由于点焊设备较重.对机器人负载能力的要求较高(一般在165kg级别),使得机器人造价高.不适合高职院校使用.本项目采用弧焊机器人加外部10模拟点焊操作.并使用动态模拟软件加载虚拟点焊枪模拟点焊过程本项目涉建省重点发展农产品产业集群的思路,可以开设农畜特产品加工和粮食工程等有关专业,制定超前的宏观规划,有计划地适量培养一批以未来食品行业就业市场为导向的食品类专业人才,同时也要考虑满足由福建农产品加工产业集群的发展带来的对食品贮运与营销和食品机械与管理等专业的强劲的人才需求.参考文献:f1黎荷芳.高职专业设置的主要问题及改进思路lj1.职业技术教育,2005,(10).2谢勇旗,孙青.高职专业设置的问题及对策j.职业技术教育,2006,(2).3鲍艳,王辉.吉林省高职高专专业设置现状,问题及对策jj.现代教育科学(高教研究),2007,(4).4李斯杰,邱添乾,等.海西产业发展与高职人才培养m】.厦门:厦门大学出版社.2009.作者简介:杨芝萍(1957),女,江西南昌人,漳州职业技术学院食品与生物工程系主任,教授,主要从事化学化工教学与研究.本文系南通航运职业技术学院教育教学类重点课题高职院校中机器人教学探索与研究(课题编号:2008a06)疆高职专论及的知识点为:工业机器人的程序录入与示教再现方法,点焊原理及其应用,外部10的连接与控制,点位运动模式下的路径规划方法等汽车消声器弧焊实训本项目由学生设定合适的焊接参数(电流,电压等),使用起弧,收弧和圆弧运动指令.完成汽车消声器两端的正圆形焊缝的焊接通过本项目使学生对工业机器人的实际焊接过程有亲身体会.在焊接过程中教师应做好安全防护工作.涉及的知识点为:圆弧运动命令模式下的路径规划,正逆运动学,弧焊原理,焊接参数对焊接质量的影响等马鞍形焊缝焊接实训马鞍形焊缝多出现在圆管与圆管t字形连接接口.在压力容器等设备中比较常见其特点为大厚度,深坡口.需要多层多道连续焊接.多采用焊接专机或机器人加外部轴的方式进行.由于本实训室机器人未配备外部轴.故可采用近似方法.即在焊缝上设置若干关键点作为运动目标点,使用机器人点位运动或直线运动命令做近似的轨迹拟合.由于关键点间距较小.加之弧焊对精度要求不高.本方法基本能够满足企业应用要求.并可使用动态模拟软件加载虚拟机器人和外部轴完成作业.通过本项目使学生了解焊接专机和外部轴的应用场合,了解多轴控制器的作用,提高编程能力.熟练掌握工业机器人操作方法药盒装箱码垛实训本项目要求学生使用真空吸盘将药片(由塑料块模拟)装入包装盒.装满后将药盒放至相应位置.然后继续装药操作本项目程序比较复杂.需要使用外部10扩展,子程序调用,系统变量等要素,有一定的综合性相关知识点为:真空吸盘原理和使用,外部10扩展和控制,机器人在食品包装行业的应用等啤酒装箱搬运实训本项目主要是将空啤酒瓶装箱后搬运.需要气动手爪和真空吸盘配合使用,手爪完成装箱.真空吸盘完成搬运本项目在编程上比上个项目偏难.基本知识点与上个项目相同通过本项目强化学生编制复杂程序的能力agv设计编程与调试agv(自动导引车)系统作为柔性装配系统,物流自动化系统.可适应现代汽车制造业柔性化,敏捷化,智能化,信息化的发展趋势,工业机器人在汽车生产中主要完成点焊,弧焊,装配,喷涂等工作,agv和工业机器人相结合.可大大提高劳动生产率学生使用组合式机器人套件.选用相应的传感器.自主设计四轮移动小车,如图2所示,使用c语言或者图形化编程软件完成程序设计.使得小车能够沿着指定路径前进.实现自动导引功能.本项目使学生了解agv的原理和应用.组装agv以提高动手能力.通过对小车编程了解单片机开发流程.培养使用c语言编制复杂程序的能力,了解传感器图2agv小车图的原理及与主控制器的连接方法.掌握直流电动机的调速方法机器人结构设计及示教系统实现一般而言.工业机器人是一个封闭的系统.用户只能通过示教盒或pc机软件完成工业机器人的编程控制.其dh参数也不公开因此.仅依靠工业机器人无法验证正逆运动学,电机控制理论.为克服此难点,本项目要求学生使用组合式机器人套件设计puma560结构形式的机器人,如图3所示.利用主控制编程实现示教盒功能.即能够控制该机器人的关节运动.并能够记录和复现运动轨迹该机器人的关节由开放通讯协议的舵机驱动.主控制器能够与舵机双向通讯,设定或获得关节角度由于该套件可提供各构件的三维模型.学生可以导人ug,pro,e完成虚拟装配.通过运动仿真了解工业机器人的2011.3正运动学理论.通过该项目使学生深刻理解puma560形式机器人的结构,了解工业机器人离线编程,虚拟示教与示教盒示教的区别和联系,掌握使用c语言编制复杂程序的过程.掌握舵机的原理和控制方法,能熟练地使用ug,pro,e.教师能够通过该开放式机器人讲解正逆运动学并由学生验证机器人常见故障与维护本项目主要讲述工业机器人常见故障处理,如碰撞,线缆损坏,焊接异常等,常规维护如防尘,防潮,防静电,末端执行机构,夹具,焊枪等的换装.加注润滑油的方法等由于工业机器人数量有限.本项目主要由教师通过图片,视频等方式讲解.学生在教师的指导下进行拆装此外.还应强调规范化的故障诊断和排除流程教学方案与成绩评价本课程采用项目教学法.每组安排46图3组合式工业机器人图人,考虑到工业机器人数量有限,程序录人占用时间较长.可采取以下方式:(1)利用虚拟机器人与实体机器人互补.一部分学生操作实体机器人.一部分学生利用模拟软件操作虚拟机器人:(2)组合机器人与工业机器人互补,项目顺序不必拘泥于图1所示.如一部分学生可先进行项目8和项目9.利用组合式教学机器人即可完成教学学生完成本项目课程后.能够掌握工业机器人操作,编程,维保技能.熟悉工业机器人及相关设备在自动化生产中的应用,了解相关理论知识,即可认为实现了教学目标.在教学过程中,应注意过程评价,主要着眼点为动手能力,团队协作能力,创新能力,纪律性及职业素质.在课程结束后.可由学生选择某一项目提交研究性报告.以考查其综合应用知识的能力和文书写作能力教学实践证明.本课程采用项目教学法.紧贴企业应用,淡化理论.强化实践,并使二者有机结合于项目中,取得了良好的教学效果尤其是引入组合式教学机器人.可以弥补工业机器人封闭性的不足,增强学生的参与性.使得课堂教学生动活泼,寓理论于实践.对工业机器人课程教学具有很好的促进作用.参考文献:11