潘洪坤

摘 要：工业机器人的广泛使用，引起了专业使用工业机器人人才缺乏问题，而职业院校机器人专业或课程都刚刚起步，课程内容设置并不完善，本文针对这个现象，以ABB机器人示教系统为研究对象，以柔性生产线机器人上下料为背景，通过分析机器人工作过程，ABB在线编程和离线编程的内涵，总结出了工业机器人教学内容，设计出适合高职院校学生使用的教学项目。

关键词：工业机器人；ABB 示教系统；机器人教学；项目设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.215

0 工业机器人发展现状

备受关注的“中国制造2025” “中国制造2025”列出了十大重点发展领域，其中，机器人概念备受关注。我國已经是全球第一大工业机器人市场，2015年全国机器人市场销量将突破8万台。 “机器换人”计划为 “中国制造”插上了腾飞的翅膀。

国际上机器人产业正处于高速发展阶段，特别在工业机器人日本重点发展仿人和娱乐机器人，其各种机器人的保有数量全球领先，成为名符其实的机器人王国。对于工业机器人的总数占世界前三位的美国和德国来说，机器人是他们发展经济的“先进伙伴”。德国提出以“有形的手”引导“无形的手”，几乎每四个就业岗位就有一个工业机器人。德国机器人产业化模式的主要特点在于分工合作，即将具备一定智能化的机器人个体，通过数据交互从而实现高度智能化。在这种模式下，不同的生产设备既能够协作生产，又可以各自快速地对外部变化做出反应。这完全是信息时代产生的大量个性化需求反映到生产端的结果，工业生产将告别上一个时代的标准化，走向个性化。美国着重发展智能机器人，其视觉、触觉等人工智能技术已在航天、汽车工业中广泛应用高智能、高难度的军用机器人、太空机器人等发展迅速并已经实际应用于扫雷、布雷、侦察、站岗及太空探测方面。目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究，并朝着智能化和多样化方向发展。

与工业机器人产业的蓬勃发展相比，工业机器人专业人才的培养却处于相对滞后状态。目前，本科院校培养的机器人相关人才，大多从事原理研究或本体开发及特种机器人开发等，而国内大多数高职院校有工业机器人应用方面的对口专业较少，开设年限也仅为1～2年，从课程内容设置到人才培养过程，还很不成熟。

基于以上问题，本文以ABB工业机器人示教系统为研究对象，以工业机器人上下料情景为研究背景，探索ABB机器人示教系统教学项目设置的可操作性和规律。

1 基于ABB工业机器人示教系统的教学项目设计

1.1 研究背景及方法

柔性自动化生产线中常采用机器人为其上下料，本为以此为研究对象。下图为某型号教学用柔性自动化生产线，其中第五站就为上下料站。该站采用六轴机器人作为工件搬运的设备，其主要功能是通过气动机械手的运动，将工件从上料检测站搬运到加工站。机械手通过电磁阀控制气动装置完成抓取工件，此外搬运站还有联机控制装置，上位机主要有电脑、PLC等。整个过程通过示教编程或离线编程，完成工业机器人的定位，通过PLC控制完成气动电磁阀实现工件抓取。在整个过程中可采用不同的搬运路线，通过在线示教或离线编程的方式完成上下料的过程。

要完成该过程的控制，我们首先要理解机器人的操作过程。一般工业机器人都属于“示教再现型”机器人，“示教”就是机器人学习的过程，在这个过程中，操作人员要“教会”机器人怎样工作，机器人的操作系统会将这些工作程序和要领记忆下来，机器人按照记忆下来的程序进行工作，这就是“再现”过程。目前示教的方式主要有两种：

（1）直接示教，包括手把手示教和示教器示教项目开发。操作人员使用视角器直接对机器人的手进行示教，示教时对机器人各个关节的角度用多通道记录仪记录下来，然后根据所记录的信号让机器人再现与这些关节角度一样的动作，从而实现人们对机器人的编程。

（2）离线示教，也称离线编程。 离线示教不对实际作业的机器人示教项目开发直接进行示教，而是脱离实际作业环境生成示教数据，间接地对机器人进行示教。在离线示教法中，通过使用计算机内存储的模型，不要求机器人实际产生运动，并能在示教结果的基础上对机器人的运动进行仿真，从而确保示教内容是否恰当及机器人是否按照人们期望的方式运动。

1.2 基于ABB工业机器人示教系统的教学内容、项目及特点

通过ABB机器人的实际操作控制发现，工业机器人示教系统的教学项目至少要包括如下教学内容：

（1）机器人硬件识别，机器人各轴、电机、连接接口、连接线缆；控制柜的硬件结构了解和线缆连接介绍；

（2）示教器基本操作，示教器使用注意事项；坐标系、示教、作业编辑、自动执行、系统设定、系统诊断、基本指令、报警信息等；

（3）外围接口，线缆连接口；通讯接口；气路接口；PLC连接接口；电脑连接接口；I/O口；

（4）码垛应用实操，机器人末端夹手的连接；机器人搬运码垛操作；

（5）机器人绘图，机器人绘图笔的连接；机器人绘图操作；

（6）机器人装配，机器人装配系统配置认知；机械装配工艺的学习；

（7）机器人离线编程，ABB机器人离线编程的方法；编写简单的离线程序。

要学习这些内容首先学生要具有了可编程控制器、变频器、电机与电气控制、机器人技术应用、液压与气动、传感器由于检测技术等方面的知识。其次，就是教学项目的研究设计既要让学生能在课堂上使用还要与机器人的工作岗位进行对接。针对这些要求，我们设计了基于ABB工业机器人示教系统的教学项目。表1为机器人应用技术实训课程设计的教学项目。

这些教学项目符合高职院校工业机器人专业或方向，满足机器人专业的培养目标即高端与技能型专门人才的需求，针对机器人生产线安装、调试、维护、运行、系统集成与故障诊断方面都有涉及。 项目内容围绕职业技术领域共性专业核心能力要求设置，每个教学项目都承载着不同的知识、能力、素质培养的责任，并达该课程教学目标的要求。其设计思路按照由简单到复杂的循序渐进过程，符合知识认知规律和能力从一般技能训练到综合训练的教学规律。项目设计具有如下几方面的特点：

专业性：项目侧重工业机器人的基础操作与应用。通过对机器人基础示教、搬运、绘图等操作，让学生掌握工业机器人最基础的操作和工业机器人系统集成控制的基础知识。只要掌握了这些工业应用的控制要求，按要求编写程序就可应用在这些领域。同时学生有了ABB机器人的操作基础，能够更快的使用其他品牌机器人。

拓展性：所有项目设计都是以上下料应用为背景，让学生ABB机器人编程语言的使用和机器人的基础知识。如果将工业机器人手部更换成吸盘或焊枪，就变成了喷涂、焊接、码垛等机器人，由于学生有ABB的专业知识，很容易适应工作岗位的需要。

二次开发性：可以让学生在专业课程学习的基础上，将理论知识应用到实践中。学生可以自行设计和改造机器人夹手，设计不同的教学实验，用工业机器人实现不同的功能，在提高其创新能力的同时，也培养了实际中的动手能力。

2 结论

随着国家的大力支持，职业院校开设机器人专业或课程以成为必然趋势，工业机器人的教学研究也蓬勃发展。本文基于ABB机器人示教系统进行工业应用研究，结合机器人教育教学中遇到的问题，如相关理论知识薄弱、机器人理论知识较少、学生眼界较小、不敢想或敢想不知该怎么做、工业背景；操作性强，有的学生接受特别快，有的学生掌握很慢等问题。设计了适合高职学生使用的教学项目和教学内容。这些项目正在小范围内试运行。

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