工業機器人技術下的項目式教學設備范文

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摘要：根據企業工業機器人技術應用人才技能需求調研結果，利用現有資源設備，研發了一套小沖床項目式教學設備。該設備很好地囊括工業機器人編程，機械夾具部分的三維設計，電氣線路設計與安裝，系統聯調的知識運用。增強了學生的學習興趣，提高了學生工業機器人技術應用水平和綜合素質。

關鍵詞：工業機器人；教學設備；小沖床；電氣設計與安裝；工業機器人編程

引言

當今，國際國內競相布局智能制造，國際競爭空前激烈，發達國家紛紛實施“再工業化”和“制造業回歸”戰略，謀求以機器人與智能裝備技術、產業為重要載體重塑制造業優勢[1]。與此同時，三次產業各領域企業間呈現融合創新的發展趨勢，生產方式、管理方式、商業模式正在發生重大變革，一系列新模式、新業態、新特征日益凸顯，經濟社會正在出現新的活力源，發達國家部分制造行業通過生產智能化，逐步擺脫了生產成本高、用工難等問題，我國制造業的比較優勢正在發生變化，正面臨“前堵后追”的不利局面。中央提出“中國制造2025”戰略，將智能制造作為主攻方向，加速培育我國新的經濟增長動力，搶占新一輪產業競爭制高點，力爭用10年時間邁入制造強國行列[2]。據權威機構預測，全球將進入工業機器人加快研發和普及應用的“黃金10年”，我國作為世界制造業第一大國，工業機器人應用市場龐大，2015年銷量6.7萬臺，占全球總銷量的1/4，到2018年銷量增長1倍以上，達到15萬臺[3]。但工業機器人技術應用人才短缺成為當前制約我國制造業發展的一大障礙[4]。而各類職業院校對這新興技術的教學和培訓尚起步階段，如何培養市場需要的合格工業機器人技術應用人才成為最為緊迫目標。稀缺的工業機器人技術應用人才需要[5]在特定工業機器人工作站運用機械、電氣自動化、工業機器人控制等綜合知識完成機械設備裝配、電氣線路設計與安裝、系統聯機調試最終實現預定功能。這就亟需一套設備可以完整地培養學生工業機器人技術應用各方面的能力。因此,為了響應國家“建設知識型、技能型、創新型勞動者大軍”的要求，加快培養適應新時代產業發展需要的工業機器人技術應用領域高素質技能人才[6]，引導廣大企業職工和各類職業院校師生努力學習知識、刻苦鉆研技術，走技能成才之路。惠州市技師學院機電一體化教研室根據企業工業機器人技術應用人才技能需求調研結果，利用現有資源設備，研發了一套小沖床項目式教學[7]設備。

1工作任務與要求

由企業工業機器人技術的裝配典型應用，轉化為教學的小沖床項目式教學任務，系統由生產線工作臺、智能沖壓模塊、工業機器人、成品區、電氣柜以及配套的電氣裝置等模塊組成。（1）開啟電源，工作臺電器柜電源指示燈亮。（2）從料倉抓取物料，物料存在金屬和非金屬之分。（3）工業機器人起始位置位于工作臺以外安全點，按下啟動按鈕，系統開始工作。（4）控制小沖床自動沖壓裝配體，完成裝配工作。（5）判斷物料為金屬部件還是非金屬部件。（6）根據要求在成品區放入裝配好的金屬裝配體和非金屬裝配體，并選擇最優路徑。（7）全部搬運完畢，機器人回到起始位置安全點。工作任務流程圖如圖2所示。

2完成小沖床機械部分的三維設計

根據調研的工業機器人技術在企業的應用實際，進行機器人本體設計的難度較大，涉及工業機器人運動功能設計、傳動設計和工業機器人的機械結構系統設計，挑選學生容易完成和企業急需的應用技能入手，完成小沖床夾具的設計。利用主流的設計軟件Solidworks進行三維造型，根據實際夾取物料規格參數、抓取方式和所選夾子裝置設計夾具、出工程圖紙。并由加工和鉗工環節完成零件的加工和裝配學習。完成設計，制造和裝配的企業生產全流程情境學習，灌輸企業質量意識、團隊合作精神和6S規范。根據所選夾子裝置（圖3）完成實現抓取指定形狀、規格物料任務的卡爪設計，卡爪的類型、形狀、尺寸是重點設計部分，又要兼顧簡單經濟的加工工藝。

3小沖床項目式教學設備主電路和控制電路設計

小沖床主電路和控制電路設計從電氣原理圖開始，根據需要完成的功能設計電路和氣路。設計的電氣原理圖包括選擇電氣元器件類型，電氣元器件的規格參數和數量，導線的線性和顏色等等。開始在A4紙上繪制草圖，確定元器件種類、規格和數量，實現基本功能。然后在電氣繪圖軟件AUTOCAD中進行電氣圖的設計，利用規范的電氣圖形和符號、合理的導線、號碼管等完成電氣圖的設計。為后面按電工接線規范進行電氣接線，完成控制柜主電路和機器人I/O控制的接線提供技術圖紙。圖4所示是小沖床項目式教學設備的控制柜主電路和廣州數控機器人控制電路。主電路使用了兩個電磁閥分別控制夾子氣缸和推子氣缸，實現夾取和沖壓功能。工業機器人I/O輸入端連接夾爪的夾取松開，推子的沖壓和回縮到位信號，啟動按鈕SB實現機器人全自動啟動。機器人I/O輸出端連接控制夾子氣缸的中間繼電器KA1，推子氣缸的中間繼電器KA2，實現機器人對夾子和推子的控制。機器人I/O控制電路可以根據場地機器人設備條件進行適當修改。

4電路連接與調試

按照電氣原理圖進行電路連接與調試，這個環節重點培養學生的布線接線規范意識和電工工具的使用，達到從電氣原理圖設計到項目布線實施，故障排除的能力提升。從實物元器件的銘牌辨識、元器件的好壞判斷開始，鞏固電工工具如剪線鉗、剝線鉗、壓線鉗的使用，利用萬用表進行線路通斷調試、按鈕控制調試、機器人輸入輸出信號調試，實現機器人系統與外部傳感器的互聯互通，與外部執行氣缸的動作實現。

5工業機器人小沖床項目程序編制

完成電路連接和功能調試以后，小沖床項目的外部執行部件和感知傳感部件已全部搭建好，需要進行工業機器人的程序編制。利用前面調試工作進行工業機器人I/O的信號備注，方便后續編程。這里以廣州數控GSKRB08工業機器人為例。表1所示為GSKRB08工業機器人與小沖床I/O信號對照表。以下為小沖床項目參考主程序：機器人編程方法多種多樣，但原則是簡單、清晰、明了，各種安全防護到位。熟練以后要求機器人節拍要盡可能快，滿足企業生產實際。

6結束語

該項目式教學設備容易進行改良優化升級，增加功能，如加上三色信號燈，可以根據機器人運行狀態顯示不同顏色，機器人停止時顯示黃色，運行時顯示綠色，按下急停紅色信號燈亮。更改成品區的孔槽排布可以實現一定數量的工業機器人碼垛搬運。該項目式教學設備應用3年來，難度適中，綜合性強，又能很好增強學生的學習興趣，提高師生的水平和綜合能力。參與該項目設備研發和教學的三位教師獲得了“全國技術能手”稱號[8]，培養了兩屆全國智能制造技術應用大賽學生組一等獎，其中一組為全國冠軍[9]，更培養了一大批合格的工業機器人應用人才服務了惠州市制造產業，取得了不錯效果。

參考文獻：

［1］崔博.河北省智能制造發展研究［J］.合作經濟與科技，2018（22）：4-5.

［2］何呈娟.智能制造背景下數控加工專業“三三五”課程體系構建［J］.教育現代化，2017（40）：127-128.

［3］惠州經濟和信息化局.惠州市智能制造發展規劃［EB/OL］.2017-08-22/2019-06-06.

［4］韓鴻鸞.［深度］工業機器人技術人才的培養方案全解析［EB/OL］.2016-08-16/2019-06-06.

［5］葉超等.工業4.0下關于智能控制課程的探索［J］.科技視界，2018（12）：241-242.

［6］張立新.促進人才融合發展，建設知識型、技能型、創新型勞動者大軍［EB/OL］.2018-12-12/2019-06-06.

［7］邵長春.項目式教學在《工業機器人技術》課程中的應用［J］.亞太教育，2015（13）：127.

［8］大賽組委會公布2017年中國技能大賽——全國智能制造應用技術技能大賽決賽獲獎名單［EB/OL］.2018-01-27/2019-06-06.

［9］關于公布2018年中國技能大賽——第二屆全國智能制造應用技術技能大賽決賽獲獎名單［EB/OL］.2018-12-24/2019-06-06.

作者：嚴鋮 陳義華 陳建輝 單位：惠州市技師學院制造工程系