工業(yè)機(jī)器人技術(shù)下的項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)備

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1、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)下的項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)備 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)下的項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)備 2019/08/26 摘要：根據(jù)企業(yè)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用人才技能需求調(diào)研結(jié)果，利用現(xiàn)有資源設(shè)備，研發(fā)了一套小沖床項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)備。該設(shè)備很好地囊括工業(yè)機(jī)器人編程，機(jī)械夾具部分的三維設(shè)計(jì)，電氣線路設(shè)計(jì)與安裝，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的知識(shí)運(yùn)用。增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用水平和綜合素質(zhì)。 關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；教學(xué)設(shè)備；小沖床；電氣設(shè)計(jì)與安裝；工業(yè)機(jī)器人編程 引言

2、 當(dāng)今，國(guó)際國(guó)內(nèi)競(jìng)相布局智能制造，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)空前激烈，發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛實(shí)施“再工業(yè)化”和“制造業(yè)回歸”戰(zhàn)略，謀求以機(jī)器人與智能裝備技術(shù)、產(chǎn)業(yè)為重要載體重塑制造業(yè)優(yōu)勢(shì)[1]。與此同時(shí)，三次產(chǎn)業(yè)各領(lǐng)域企業(yè)間呈現(xiàn)融合創(chuàng)新的發(fā)展趨勢(shì)，生產(chǎn)方式、管理方式、商業(yè)模式正在發(fā)生重大變革，一系列新模式、新業(yè)態(tài)、新特征日益凸顯，經(jīng)濟(jì)社會(huì)正在出現(xiàn)新的活力源，發(fā)達(dá)國(guó)家部分制造行業(yè)通過(guò)生產(chǎn)智能化，逐步擺脫了生產(chǎn)成本高、用工難等問(wèn)題，我國(guó)制造業(yè)的比較優(yōu)勢(shì)正在發(fā)生變化，正面臨“前堵后追”的不利局面。中央提出“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略，將智能制造作為主攻方向，加速培育我國(guó)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)動(dòng)力，搶占新一輪產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)，力爭(zhēng)用1

3、0年時(shí)間邁入制造強(qiáng)國(guó)行列[2]。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，全球?qū)⑦M(jìn)入工業(yè)機(jī)器人加快研發(fā)和普及應(yīng)用的“黃金10年”，我國(guó)作為世界制造業(yè)第一大國(guó)，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用市場(chǎng)龐大，2015年銷量6.7萬(wàn)臺(tái)，占全球總銷量的1/4，到2018年銷量增長(zhǎng)1倍以上，達(dá)到15萬(wàn)臺(tái)[3]。但工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用人才短缺成為當(dāng)前制約我國(guó)制造業(yè)發(fā)展的一大障礙[4]。而各類職業(yè)院校對(duì)這新興技術(shù)的教學(xué)和培訓(xùn)尚起步階段，如何培養(yǎng)市場(chǎng)需要的合格工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用人才成為最為緊迫目標(biāo)。稀缺的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用人才需要[5]在特定工業(yè)機(jī)器人工作站運(yùn)用機(jī)械、電氣自動(dòng)化、工業(yè)機(jī)器人控制等綜合知識(shí)完成機(jī)械設(shè)備裝配、電氣線路設(shè)計(jì)與安裝、系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試最終實(shí)

4、現(xiàn)預(yù)定功能。這就亟需一套設(shè)備可以完整地培養(yǎng)學(xué)生工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用各方面的能力。因此,為了響應(yīng)國(guó)家“建設(shè)知識(shí)型、技能型、創(chuàng)新型勞動(dòng)者大軍”的要求，加快培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域高素質(zhì)技能人才[6]，引導(dǎo)廣大企業(yè)職工和各類職業(yè)院校師生努力學(xué)習(xí)知識(shí)、刻苦鉆研技術(shù)，走技能成才之路?；葜菔屑紟煂W(xué)院機(jī)電一體化教研室根據(jù)企業(yè)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用人才技能需求調(diào)研結(jié)果，利用現(xiàn)有資源設(shè)備，研發(fā)了一套小沖床項(xiàng)目式教學(xué)[7]設(shè)備。 1工作任務(wù)與要求 由企業(yè)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的裝配典型應(yīng)用，轉(zhuǎn)化為教學(xué)的小沖床項(xiàng)目式教學(xué)任務(wù)，系統(tǒng)由生產(chǎn)線工作臺(tái)、智能沖壓模塊、工業(yè)機(jī)器人、

5、成品區(qū)、電氣柜以及配套的電氣裝置等模塊組成。（1）開(kāi)啟電源，工作臺(tái)電器柜電源指示燈亮。（2）從料倉(cāng)抓取物料，物料存在金屬和非金屬之分。（3）工業(yè)機(jī)器人起始位置位于工作臺(tái)以外安全點(diǎn)，按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始工作。（4）控制小沖床自動(dòng)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(jù)要求在成品區(qū)放入裝配好的金屬裝配體和非金屬裝配體，并選擇最優(yōu)路徑。（7）全部搬運(yùn)完畢，機(jī)器人回到起始位置安全點(diǎn)。工作任務(wù)流程圖如圖2所示。 2完成小沖床機(jī)械部分的三維設(shè)計(jì) 根據(jù)調(diào)研的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在企業(yè)的應(yīng)用實(shí)際，進(jìn)行機(jī)器人本體設(shè)計(jì)的難度較大，涉及工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)功

6、能設(shè)計(jì)、傳動(dòng)設(shè)計(jì)和工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，挑選學(xué)生容易完成和企業(yè)急需的應(yīng)用技能入手，完成小沖床夾具的設(shè)計(jì)。利用主流的設(shè)計(jì)軟件Solidworks進(jìn)行三維造型，根據(jù)實(shí)際夾取物料規(guī)格參數(shù)、抓取方式和所選夾子裝置設(shè)計(jì)夾具、出工程圖紙。并由加工和鉗工環(huán)節(jié)完成零件的加工和裝配學(xué)習(xí)。完成設(shè)計(jì)，制造和裝配的企業(yè)生產(chǎn)全流程情境學(xué)習(xí)，灌輸企業(yè)質(zhì)量意識(shí)、團(tuán)隊(duì)合作精神和6S規(guī)范。根據(jù)所選夾子裝置（圖3）完成實(shí)現(xiàn)抓取指定形狀、規(guī)格物料任務(wù)的卡爪設(shè)計(jì)，卡爪的類型、形狀、尺寸是重點(diǎn)設(shè)計(jì)部分，又要兼顧簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的加工工藝。 3小沖床項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)備主電路和控制電路設(shè)計(jì) 小沖床主電路和控制電

7、路設(shè)計(jì)從電氣原理圖開(kāi)始，根據(jù)需要完成的功能設(shè)計(jì)電路和氣路。設(shè)計(jì)的電氣原理圖包括選擇電氣元器件類型，電氣元器件的規(guī)格參數(shù)和數(shù)量，導(dǎo)線的線性和顏色等等。開(kāi)始在A4紙上繪制草圖，確定元器件種類、規(guī)格和數(shù)量，實(shí)現(xiàn)基本功能。然后在電氣繪圖軟件AUTOCAD中進(jìn)行電氣圖的設(shè)計(jì)，利用規(guī)范的電氣圖形和符號(hào)、合理的導(dǎo)線、號(hào)碼管等完成電氣圖的設(shè)計(jì)。為后面按電工接線規(guī)范進(jìn)行電氣接線，完成控制柜主電路和機(jī)器人I/O控制的接線提供技術(shù)圖紙。圖4所示是小沖床項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)備的控制柜主電路和廣州數(shù)控機(jī)器人控制電路。主電路使用了兩個(gè)電磁閥分別控制夾子氣缸和推子氣缸，實(shí)現(xiàn)夾取和沖壓功能。工業(yè)機(jī)器人I/O輸入端連接夾爪的夾取松開(kāi)，

8、推子的沖壓和回縮到位信號(hào)，啟動(dòng)按鈕SB實(shí)現(xiàn)機(jī)器人全自動(dòng)啟動(dòng)。機(jī)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(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)夾子和推子的控制。機(jī)器人I/O控制電路可以根據(jù)場(chǎng)地機(jī)器人設(shè)備條件進(jìn)行適當(dāng)修改。 4電路連接與調(diào)試 按照電氣原理圖進(jìn)行電路連接與調(diào)試，這個(gè)環(huán)節(jié)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的布線接線規(guī)范意識(shí)和電工工具的使用，達(dá)到從電氣原理圖設(shè)計(jì)到項(xiàng)目布線實(shí)施，故障排除的能力提升。從實(shí)物元器件的銘牌辨識(shí)、元器件的好壞判斷開(kāi)始，鞏固電工工具如剪線鉗、剝線鉗、壓線鉗的使用，利用萬(wàn)用表進(jìn)行線路通斷調(diào)試、按鈕控制調(diào)試、機(jī)器人輸入輸出信號(hào)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人系統(tǒng)

9、與外部傳感器的互聯(lián)互通，與外部執(zhí)行氣缸的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)。 5工業(yè)機(jī)器人小沖床項(xiàng)目程序編制 完成電路連接和功能調(diào)試以后，小沖床項(xiàng)目的外部執(zhí)行部件和感知傳感部件已全部搭建好，需要進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的程序編制。利用前面調(diào)試工作進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人I/O的信號(hào)備注，方便后續(xù)編程。這里以廣州數(shù)控GSKRB08工業(yè)機(jī)器人為例。表1所示為GSKRB08工業(yè)機(jī)器人與小沖床I/O信號(hào)對(duì)照表。以下為小沖床項(xiàng)目參考主程序：機(jī)器人編程方法多種多樣，但原則是簡(jiǎn)單、清晰、明了，各種安全防護(hù)到位。熟練以后要求機(jī)器人節(jié)拍要盡可能快，滿足企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際。 6結(jié)束語(yǔ) 該項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)備

10、容易進(jìn)行改良優(yōu)化升級(jí)，增加功能，如加上三色信號(hào)燈，可以根據(jù)機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)顯示不同顏色，機(jī)器人停止時(shí)顯示黃色，運(yùn)行時(shí)顯示綠色，按下急停紅色信號(hào)燈亮。更改成品區(qū)的孔槽排布可以實(shí)現(xiàn)一定數(shù)量的工業(yè)機(jī)器人碼垛搬運(yùn)。該項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)備應(yīng)用3年來(lái)，難度適中，綜合性強(qiáng)，又能很好增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高師生的水平和綜合能力。參與該項(xiàng)目設(shè)備研發(fā)和教學(xué)的三位教師獲得了“全國(guó)技術(shù)能手”稱號(hào)[8]，培養(yǎng)了兩屆全國(guó)智能制造技術(shù)應(yīng)用大賽學(xué)生組一等獎(jiǎng)，其中一組為全國(guó)冠軍[9]，更培養(yǎng)了一大批合格的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用人才服務(wù)了惠州市制造產(chǎn)業(yè)，取得了不錯(cuò)效果。 參考文獻(xiàn)： ［1］崔博.河北省智能制造發(fā)展

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