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1、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)下的項目式教學(xué)設(shè)備 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)下的項目式教學(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，電氣線路設(shè)計與安裝，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的知識運用。增強了學(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)計與安裝；工業(yè)機(jī)器人編程 引言

2、 當(dāng)今，國際國內(nèi)競相布局智能制造，國際競爭空前激烈，發(fā)達(dá)國家紛紛實施“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[1]。與此同時，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，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)社會正在出現(xiàn)新的活力源，發(fā)達(dá)國家部分制造行業(yè)通過生產(chǎn)智能化，逐步擺脫了生產(chǎn)成本高、用工難等問題，我國制造業(yè)的比較優(yōu)勢正在發(fā)生變化，正面臨“前堵后追”的不利局面。中央提出“中國制造2025”戰(zhàn)略，將智能制造作為主攻方向，加速培育我國新的經(jīng)濟(jì)增長動力，搶占新一輪產(chǎn)業(yè)競爭制高點，力爭用1

3、0年時間邁入制造強國行列[2]。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測，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”，我國作為世界制造業(yè)第一大國，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)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(dá)到15萬臺[3]。但工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用人才短缺成為當(dāng)前制約我國制造業(yè)發(fā)展的一大障礙[4]。而各類職業(yè)院校對這新興技術(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)器人工作站運用機(jī)械、電氣自動化、工業(yè)機(jī)器人控制等綜合知識完成機(jī)械設(shè)備裝配、電氣線路設(shè)計與安裝、系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試最終實

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)國家“建設(shè)知識型、技能型、創(chuàng)新型勞動者大軍”的要求，加快培養(yǎng)適應(yīng)新時代產(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、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)的小沖床項目式教學(xué)任務(wù)，系統(tǒng)由生產(chǎn)線工作臺、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(yè)機(jī)器人起始位置位于工作臺以外安全點，按下啟動按鈕，系統(tǒng)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(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）全部搬運完畢，機(jī)器人回到起始位置安全點。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 根據(jù)調(diào)研的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在企業(yè)的應(yīng)用實際，進(jìn)行機(jī)器人本體設(shè)計的難度較大，涉及工業(yè)機(jī)器人運動功

6、能設(shè)計、傳動設(shè)計和工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計，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。利用主流的設(shè)計軟件Solidworks進(jìn)行三維造型，根據(jù)實際夾取物料規(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，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、團(tuán)隊合作精神和6S規(guī)范。根據(jù)所選夾子裝置（圖3）完成實現(xiàn)抓取指定形狀、規(guī)格物料任務(wù)的卡爪設(shè)計，卡爪的類型、形狀、尺寸是重點設(shè)計部分，又要兼顧簡單經(jīng)濟(jì)的加工工藝。 3小沖床項目式教學(xué)設(shè)備主電路和控制電路設(shè)計 小沖床主電路和控制電

7、路設(shè)計從電氣原理圖開始，根據(jù)需要完成的功能設(shè)計電路和氣路。設(shè)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(guī)格參數(shù)和數(shù)量，導(dǎo)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(guī)格和數(shù)量，實現(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，利用規(guī)范的電氣圖形和符號、合理的導(dǎo)線、號碼管等完成電氣圖的設(shè)計。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。主電路使用了兩個電磁閥分別控制夾子氣缸和推子氣缸，實現(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，

8、推子的沖壓和回縮到位信號，啟動按鈕SB實現(xiàn)機(jī)器人全自動啟動。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，實現(xiàn)機(jī)器人對夾子和推子的控制。機(jī)器人I/O控制電路可以根據(jù)場地機(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，這個環(huán)節(jié)重點培養(yǎng)學(xué)生的布線接線規(guī)范意識和電工工具的使用，達(dá)到從電氣原理圖設(shè)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(jìn)行線路通斷調(diào)試、按鈕控制調(diào)試、機(jī)器人輸入輸出信號調(diào)試，實現(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)行氣缸的動作實現(xiàn)。 5工業(yè)機(jī)器人小沖床項目程序編制 完成電路連接和功能調(diào)試以后，小沖床項目的外部執(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信號對照表。以下為小沖床項目參考主程序：機(jī)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(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)實際。 6結(jié)束語 該項目式教學(xué)設(shè)備

10、容易進(jìn)行改良優(yōu)化升級，增加功能，如加上三色信號燈，可以根據(jù)機(jī)器人運行狀態(tài)顯示不同顏色，機(jī)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(qū)的孔槽排布可以實現(xiàn)一定數(shù)量的工業(yè)機(jī)器人碼垛搬運。該項目式教學(xué)設(shè)備應(yīng)用3年來，難度適中，綜合性強，又能很好增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高師生的水平和綜合能力。參與該項目設(shè)備研發(fā)和教學(xué)的三位教師獲得了“全國技術(shù)能手”稱號[8]，培養(yǎng)了兩屆全國智能制造技術(shù)應(yīng)用大賽學(xué)生組一等獎，其中一組為全國冠軍[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)，取得了不錯效果。 參考文獻(xiàn)： ［1］崔博.河北省智能制造發(fā)展

11、研究［J］.合作經(jīng)濟(jì)與科技，2018（22）：4-5. ［2］何呈娟.智能制造背景下數(shù)控加工專業(yè)“三三五”課程體系構(gòu)建［J］.教育現(xiàn)代化，2017（40）：127-128. ［3］惠州經(jīng)濟(jì)和信息化局.惠州市智能制造發(fā)展規(guī)劃［EB/OL］.2017-08-22/2019-06-06. ［4］韓鴻鸞.［深度］工業(yè)機(jī)器人技術(shù)人才的培養(yǎng)方案全解析［EB/OL］.2016-08-16/2019-06-06. ［5］葉超等.工業(yè)4.0下關(guān)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(jìn)人才融合發(fā)展，建設(shè)知識型、技能型、創(chuàng)新型勞動者大軍［EB/OL］.2018-12-12/2019-06-06. ［7］邵長春.項目式教學(xué)在《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》課程中的應(yīng)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(yīng)用技術(shù)技能大賽決賽獲獎名單［EB/OL］.2018-01-27/2019-06-06. ［9］關(guān)于公布2018年中國技能大賽——第二屆全國智能制造應(yīng)用技術(shù)技能大賽決賽獲獎名單［EB/OL］.2018-12-24/2019-06-06.