1、工业机器人专业人才现状
1.1 工业机器人时代
自20世纪60年代初第一台工业机器人问世到现在,短短50多年,工业机器人技术和周边配套应用得到了迅速发展,工业机器人系统在自动化、智能化、定制化生产制造领域得到广泛应用。国际机器人联合会统计数据表明,2013年,全球工业机器人销售量增长12%,达到17.8万台,中国市场共销售工业机器人近3.7万台,约占全球销量五分之一,总销量超越日本,成为全球第一大机器人市场,如图1所示。2014年,工信部统计的最新数据表明,中国市场共销售工业机器人约5万台,保持着35%的高增长率,远高于德国、韩国、日本等发达国家和制造强国,标志着中国已正式进入工业机器人时代。

图1中国工业机器人需求数据
中国工业机器人市场之所以能有如此迅速的增长,主要源于以下三点:
劳动力的供需矛盾。劳动力成本上升和劳动力供给下降,在很多产业,尤其在中低端制造产业,劳动力供需矛盾非常突出,这对实施“机器换人”计划提出了迫切需求。
企业转型升级的迫切需求。随着全球制造业转移的持续深入,先进制造业回流,中国的低端制造业面临产业转移和空心化风险。因此,中国的制造业企业迫切需要转变传统的制造模式,降低企业运行成本,提高企业发展效率,完善工厂的自动化、智能化改革。工业机器人的大量应用,是企业转型升级的重要手段。
国家战略需求。工业机器人作为高端制造装备的重要组成部分,技术附加值高,应用范围广,是我国先进制造业的重要支撑技术和信息化社会的重要生产装备,将对未来生产、社会发展以及增强军事国防实力具有十分重要的意义。国家主席习近平在2014年两院院士大会上强调:“机器人革命”有望成为“第四次工业革命”的一个切入点和重要增长点,将影响全球制造业格局。同时“中国制造2025”规划的提出与落地,使得工业机器人在制造业革命和供给端改革中发挥了重要作用,促使产业快速发展。
1.2人才需求现状
虽然多种因素推动着我国工业机器人的发展,但一个越来越大的问题清晰的摆在我们面前,中国工业机器人行业发展,遇到的最大瓶颈不是技术短缺和资金支持,而是专业人才严重缺失。目前,国内针对工业机器人职业教育正处于起步阶段,还未形成指导标准和样板工程,针对工业机器人应用人才的课程和科普性教育都处于空白状态。当前社会的普遍反映是:工业机器人虽然很热门,人才缺口巨大,但是由于教育滞后的原因,学校普遍没有建立工业机器人专业和相应的实训工作站,因此学校教师难以取得机器人的任教资格,学生也不能取得机器人相关证书。当前从事工业机器人安装调试、工业机器人现场编程、机器人自动线维护等岗位的人员主要来自对电气自动化技术、机电一体化等专业毕业生的二次培训,而且短期培训难以达到岗位要求。这都说明了目前我国的工业机器人的教育已经明显落后于工业的发展需求。
对于职业院校来说,主要精力应放在应用型人才培养,而具体到工业机器人专业教育方面,则应以培养工业机器人安装调试维护工程师和售前售后技术支持工程师为主要目标,使学生具有扎实的工业机器人理论知识基础、熟练地工业机器人操作能力和丰富地工业机器人调试与维护经验。对于这些学生,毕业后主要面向于工业机器人应用企业和工业机器人系统集成商,同时,部分优秀学生也可进入工业机器人生产企业,接触到工业机器人核心技术,为工业机器人发展贡献自己的力量,同时也能获得一个更加光明的职业前景,如图2所示。

图2工业机器人专业人才需求前景
1.3专业人才定位
工业机器人作为多项技术的高度集成设备,对专业人才有着多层次的需求,主要分为安装调试维护工程师、售前售后技术支持工程师、系统集成开发工程师、项目经理四个层次,如图3所示。需求量最大的是服务于生产一线的操作工人以及掌握基本应用技术的技术工程师,中国机械工业联合会的统计数据表明,中国当前机器人应用人才缺口20万,并且以每年20%~30%的速度持续递增。因此,工业机器人专业人才的培养,要更加着力于应用型人才的培养。

图3工业机器人专业人才层次分布
“全国机械行业工业机器人与智能装备职业教育集团”作为国内最先开展工业机器人职业技能标准规划及评定的单位,涵盖了职业院校、工业机器人厂商、系统集成商和应用企业,真正实现了校企直接对接,让企业参与到人才培养方案的设计与实施,将企业用人标准和职业目标与教学要求相融合,初步指定出了职业岗位对应的特定能力,如表1所示,为职业学校开展教学提供指导性意见。
表1工业机器人职业岗位能力与典型工作任务分析
职业岗位 工作任务 职业能力
工业机器人
编程员 电气系统安装、调试 能识读机械原理图
能看懂自动线电气系统图
能对工业机器人及自动线电气系统进行安装、调试
能编制安装、调试相关技术文档
工业机器人程序编制 能看懂工业机器人英文操作手册
能根据作业对象对工业机器人进行编程
能实现工业机器人和外设通信
工作站及作业系统的维护 能正确认识和掌握工业机器人基本类型、结构、工作原理
能进行工业机器人常见故障诊断
工作站总控系统编程、调试(PLC、人机界面、总线通信等) 能运用总线技术实现各单元的通信
能实现PLC和外界通信
能运用组态和触摸屏技术设计工作站总控系统的人机界面
能进行简单的PLC硬件系统设计
能编程实现PLC对外设的控制
工业机器人
工作站安装
调试员 电气元器件安装 能识读电气原理图和接线图
能使用常用电工、电子仪表
熟练安装电工、电子元器件
配接线 能根据控制要求配线
能按照系统图接线
电气系统检测 会选用及检测常用电工、电子元件
能撰写系统检测相关技术文档
控制系统调试 会使用常用控制系统
能编制基本测试程序
能撰写系统测试文档
驱动系统调试 会选用交流电机和变频器
会选用伺服电机和伺服驱动器
会选用步进电机和步进驱动器
能识读液压、气动系统图
能对液压、气动系统进行拆装
能对液压、气动系统进行电气控制
机电系统联调 能看懂系统机械、电气原理图
能根据基本控制要求编制测试程序
能撰写系统联调相关技术文档
工业机器人
系统集成
助理工程师 工业机器人工作站方案辅助设计 能分析客户需求情况
能根据客户需求情况选择工业机器人
能根据客户需求选择外围控制系统
能设计机器人与主控的基本接口
会设计数控系统与主控的基本接口
能针对客户需求编制基本设计方案
工业机器人工作站系统仿真辅助设计 能使用工业机器人仿真软件进行系统仿真
能使用电气软件进行电气系统仿真
能使用电气仿真软件进行控制系统仿真
工业机器人工作站主控系统程序辅助设计 能编制基本主控系统程序
能编制安全控制器系统程序
能根据对象对机器人视觉系统进行基本设置
工业机器人系统程序示教 会设置工业机器人坐标系统
会设置工业机器人作业原点
会使用工业机器人常用指令
能对工业机器人进行直线、圆弧等轨迹示教
能对工业机器人弧焊系统进行示教
能对工业机器人点焊系统进行示教
工业机器人工作站系统说明文件编制 会编制工业机器人工作站基本使用说明
会编制工业机器人工作站系统基本维护说明
工业机器人
销售、服务
助理工程师 客户需求分析 能根据客户需求进行产品选型
能撰写需求分析报告
营销策划 能根据产品特点进行营销策划
能撰写营销策划相关技术文档
产品售后服务 具备沟通能力,及时明确客户需求
能根据客户需求,解决常见技术问题
品质管理
助理工程师 产品检测 能看懂产品原理图
能使用常用检测工具检测产品
会撰写产品质检报告
产品质量控制 具备沟通能力,明确质量控制需求
能按照ISO质量控制流程进行质量控制
会撰写质量控制报告
1.4人才培养规划
工业机器人作为职业教育中的新型专业,其教学体系、课程标准、技能认定等均处在制定中,需要与当前教育形式和院校本身特点及需求结合,逐步归纳整理出符合国情的人才培养规划。工业机器人的应用特点使得其行业就业面很广,没有任何局限性,使得学校在专业规划时无从下手。为此华航唯实与职业院校合作,共同将工业机器人的人才培养规划落地,为院校提供一个切实可行的参考,辅助学校开设满足自身需求的特色专业。
1.4.1 高等职业院校
1.专业名称:工业机器人技术
2.专业代码:560309(教育部高等职业教育专业目录)
3.学习年限:全日制三年
4.培养目标:深入了解工业机器人设备组成和运动方式,初识运动控制理论和多轴控制算法,熟练掌握工业机器人基本操作、轨迹编程、程序编制、通信IO及系统搭建等技能,具备系统规划、机械设计、电气控制、传感技术、总线通信、工艺知识等专业知识,能完成工业机器人工作站系统的设计规划、安装部署、调试测试等工作的高素质高技能型人才。
5.就业方向:工业机器人应用企业的设备检修维护工、设备运行调试工、生产实施规划负责人等,工业机器人系统集成企业的设备调试测试工、售前售后技术工程师、系统设计规划工程师、项目统筹负责人等。
1.4.2 中等职业院校
1.专业名称:工业机器人运行与维护
2.专业代码:暂无
3.学习年限:全日制三年
4.人才培养目标:掌握工业机器人运行与维护专业的基础理论和操作技能,能独立从事工业机器人应用系统的安装、调试、编程、维修、运行与管理等方面的工作任务,具有一定操作实践经验的技术技能型人才。
5.就业岗位方向:工业机器人应用企业的生产一线操作工、生产线运行维护工、设备安装检修工等,工业机器人系统集成企业的现场安装操作工、设备调试测试工、售前售后技术工程师等。
1.4.3技师技工院校
1.专业名称:工业机器人应用与维护
2.专业代码:0208(全国技工院校专业目录)
3.学习年限:全日制三年
4.人才培养目标:培养从事工业机器人设备安装、编程、调试的高级技能人才(高级工/预备技师),能读懂机器人设备的结构安装和电气原理图,能测绘设备的电气原理图、接线图、电气元件明细表,能测绘简单机械部件零件图和装配图,能构建较复杂的PLC控制系统,能应用操作机器人、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置,编辑逻辑运算程序,能维护、保养设备,排除简单电气及机械故障,能编制工业机器人控制程序,能安装、调试较复杂的工业机器人系统。
5.就业岗位方向:工业机器人应用企业的设备检修维护工、设备运行调试工、生产实施规划负责人等,工业机器人系统集成企业的现场安装操作工、设备调试测试工、售前售后技术工程师、系统设计规划工程师、项目统筹负责人等。
1.4.4 指导性教学计划

2、工业机器人专业建设解决方案
2.1 E-Robot体系
工业机器人是机电技术集大成者,包含了机械设计、机构优化、运动控制、编程仿真、电气接线、通讯联调等各种应用技能,要想真正成为一名合格的工业机器人专业人才,仅学习工业机器人相关知识远远不够,还需要更多的基础技术、工艺知识、设备联调技能,配合丰富的应用经验和周边设备使用能力。而这种培养过程必须通过系统的、专业的学习,是短期培训班、技能速成班无法实现的。所以,对于职业院校,建设工业机器人专业教育是必要的,培养急需的工业机器人专业人才也是大势所趋。
华航唯实针对职业教育特点,综合最新技术及产品,融合新形态教育形式和互联网+理念,提出了以实训设备(Robot)为基础、以离线编程(Offline Programming)为手段、以课程体系(Book)为核心、以教学就业(Occupation)为导向、以师资培训(Training)为保障的职业院校工业机器人专业建设整体解决方案,如图4所示。E-ROBOT体系融合了“理虚实”一体化建设思路,将关注点落地在实训开展和专业建设上,为院校提供完全配套的工业机器人人才培养路径规划,切实解决的职业院校的实训设备、教学开展、师资培养、就业指导等一系列问题。

图4 E-ROBOT体系
2.2 专业建设目标
基础教学功能
为学校相关专业的学生提供理论教学、操作实训、技能拓展等功能,满足基础教学要求,提升专业教学能力,创办特色专业、品牌专业;
师资培养功能
作为本校及周边院校的专业教师的教学能力提升和经验技术交流基地,满足青年教师的教学业务提高、骨干教师的特色教学改革、学科带头人的品牌专业建设需求,实现教师队伍专业化梯队建设;
社会培训功能
利用学校专业的师资队伍和实训基地,为本地区及周边省市的企业、培训机构、社会团体提供工业机器人应用技术相关的专业技能培训,承办工业机器人相关培训项目,提高实训设备利用率,服务社会,回报学校;
技能竞赛功能
实训设备设计选型参照技能竞赛相关标准,在布局时充分考虑比赛空间,可作为竞赛实训基地,或承办相关竞赛项目;
校企合作功能
引入行业知名的国内外企业,将中心作为企业的技术服务基地和产品展示平台,建立校企合作关系,对接学校的优势技术与企业的功能需求,整合资源,共同促进本体及周边地区产业发展;
就业指导功能
与工业机器人应用企业开展合作,利用云平台将企业岗位需求与学校人才培养对接,学生入校即可根据岗位要求制定学习计划,企业随时可查看目标人才的学习近况,提高学生学习目标性和就业成功率。
2.3 校企合作教育服务
专业建设服务
与学校共同成立专业教学指导委员会,共同参与制定适合学校定位和学生需求的精细化人才培养方案,与企业需求精确对接,和周边院校差异化竞争,建设特色专业。
师资培养服务
提供专业的专家培训服务,根据培训目标不同分为现场设备使用培训、技能提升与拓展培训、教学方法研讨与应用,培训团队由工业机器人本体厂商工程师、系统集成应用行业专家和一线授课教师组成,满足专业教师、骨干教师到专业带头人的全面培训服务。
课程开发资源共建服务
与学校根据所采购设备和定制开发设备,协助学校共同开发定制课程,包括但不限于教材编写、微课开发、3D虚拟实训等内容,帮助学校共同申请省、部级精品课程,提高学校教学水平,增强内涵建设。
实训基地及技能认证服务
在学校专业建设达到一定标准后,协助学校共同申请“工业机器人技能认证教育中心”体系认证,获得官方授权的“工业机器人公共实训基地”称号,向1~2名专业教师在通过系统培训和体系考核后颁发“工业机器人教师资格认证”证书,可向在实训基地完成系统培训教学的学员并通过体系认可的考核后颁发“工业机器人操作应用工程师认证”。
就业推荐和社会培训服务
为学校提供精确的企业用工需求,协助学校开设定向班、订单班,促成优质学生到企业中实习锻炼,在学校开设工业机器人行业专场招聘会。同时将企业急需的职工岗前培训、技能提升锻炼需求引回学校,实现实训基地的造血功能,提高设备使用率。
2.4建设效果及布局
工业机器人专业建设解决方案以“工业4.0”为背景,紧贴“中国制造2025”发展战略,结合当前最前沿的工业机器人技术,以智慧工厂和智能制造为主题,为学校搭建一个培养工业机器人技术应用专业人才的平台,也为工业机器人技术推广和发展提供一个展示舞台,促进当地制造业向智能化改革的步伐。专业建设以E-ROBOT体系为主线,以人才培养和师资队伍建设为根本,围绕专业建设和课程改革,构建理虚实一体化的工业机器人特色专业,建设效果如图5所示。

图5工业机器人专业建设整体效果图
为提高专业建设一体化设计规划,华航唯实与多家工业机器人厂商深入合作,结合学校不同场地特点,可提供丰富的文化建设相关的支持,包括装修风格建议和场地宣传资料,如图6所示。

图6实训场地文化建设
2.5建设清单及预算
表2建设清单
名称 规格型号 数量 单价(万) 总价(万)
第一阶段
实训设备 工业机器人本体认知工作站 CHL-RZ-01
新时达 1套 11.00 11.00
工业机器人PCB异型插件工作站 CHL-DS-01
ABB 3套 52.00 156.00
工业机器人维修维护实训工作站 CHL-JC-03
新时达 6套 44.16 264.96
工业机器人活塞装配工作站 CHL-JC-11
ABB 5套 65.00 325.00
工业机器人焊接实训工作站 CHL-GY-11
ABB 2套 60.40 120.80
工业机器人雕刻实训工作站 CHL-GY-13
ABB 2套 61.20 122.40
离线编程 工业机器人离线编程软件 RobotArt V2015 40节点 2.2 88
课程体系 《工业机器人技术基础》
课程教材及教学资源 CHL-Course 1门 5 5
《工业机器人现场编程》
课程教材及教学资源 1门 5 5
《工业机器人离线编程》
课程教材及教学资源 1门 5 5
教学就业 工业机器人教学就业平台 学徒宝 1套 15 15
合计 1118.16
第二阶段
实训设备 工业机器人去毛刺实训工作站 CHL-GY-12
ABB 1套 51.37 51.37
工业机器人喷涂实训工作站 CHL-GY-18
ABB 1套 49.76 49.76
工业机器人基础教学实训工作站-站位型 CHL-JC-01
ABB 1套 51.87 51.87
工业机器人3C行业集成应用系统 CHL-ZH-01 1套
工业机器人智能制造系统-加工制造 CHL-ZH-11 1套
3、建设内容清单
3.1 实训设备
3.1.1工业机器人本体认知工作站(CHL-RZ-01)
.1 产品介绍
工业机器人是面向工业领域的多自由度柔性、自动执行已设定的动作、依靠自身动力和控制能力来实现各种功能的机电一体化设备,是实现智能化生产的必备核心部件。工业机器人机械认知工作站采用真实工业应用的上海新时达品牌工业机器人本体,对其进行零件级的解构,按照真实装配结构顺序进行排列组合,将主要核心部件固定在展架上,配合灯光及背景图进行展示,如图1所示。为保证教学的真实性,所有零件均来自真实应用的工业机器人。
工业机器人本体认知工作站主要应用在初期接触工业机器人技术的教学过程中,作为学生对工业机器人核心部件和机械结构的认知平台,从内部构成理解工业机器人的运动方式和动力传递,有助于机械相关学生通过真实设备消化理论知识,完善机械设计及运动控制的知识结构。

图1工业机器人本体认知工作站
.2 技术参数
输入电源:交流单相220V,频率50Hz
额定功率:0.5kW
安全保护:漏电保护、短路保护、过载保护
整体尺寸:1500mm×500mm×1800mm
.3主要配置
工业机器人本体构件:STEP SA 1400
伺服电机:日本多摩川
减速器:斯洛伐克SPINEA,苏州绿的
.4核心功能
工业机器人的机械结构主要针对其本体的构成,包括了金属结构件、非金属外观件、伺服电机、减速器、传动组件、传感器、连接件、管线等,如图2所示。通过各个部件间的紧密配合保证工业机器人高定位精度同时确保运行顺畅、响应迅速。同时,通过一些简单巧妙的设计方式,将伺服电机和减速器藏于手臂结构之中,并通过传动装置将输出传送到驱动轴,使得工业机器人的外形结构美观且小巧,可以在有限的空间中完成复杂的工艺动作,提高工业机器人的应用范围。

图2工业机器人机械结构核心部件
工业机器人本体认知工作站可以让学生真实看到工业机器人的高性能伺服电机和高精度减速器两大核心部件,以及六个轴的动力输出方式,深入了解对于尺寸要求严格、自由度高的机电一体化产品的机械结构设计方法,并通过配套的装配图纸和三维动画,认识复杂精密的机电设备的装配过程和工艺细节要求,掌握工业机器人本体的基本维护方法,提高工业机器人的使用寿命,确保稳定运行。
为方便机械结构展示和教学,工作站包含了工业机器人本体的图纸信息和三维动画,通过二维码标注在特定零件附近并可以利用APP软件进行扫描后查看,将每个部件的装配方式和相关工艺信息详细地描述出来,如图3所示,让学生可以通过图纸和三维动画配合实物全方位了解工业机器人的机械结构组成方式和运动特点,学习设计思路和技巧,掌握机械结构零部件的日常维护操作要点,提高自身的机械结构设计能力。

图3装配图纸及动画资源
3.1.2工业机器人PCB异形插件工作站(国赛设备CHL-DS-01)
.1 产品介绍
当前社会,信息化和互联网已经深入到每一个人的生活中,以电脑、通讯、消费性电子为主的3C产品消费也成为人们的最大消费之一。由于3C产品品目繁杂、订单化生产、产品质量要求高,使得生产企业在实际制造过程中需要依赖大量的操作工人,在规定的较短时间内完成动作单一重复性工作,劳动量强度极大。随着大量采用高响应驱动技术和轻量化结构设计,桌面式低负载工业机器人已成功应用于3C电子产品的生产制作过程中,代替人工完成动作单一、劳动强度大的分拣、安装、检测等工序,提高产品生产效率并保证高良品率。
工业机器人PCB异形插件工作站,如图1所示,以桌面式关节型六轴串联工业机器人为核心,在操作平台的四周合理分布有4种不同工艺应用的机器人工具以及涂胶单元、搬运码垛单元、异形芯片原料单元、异形芯片装配单元、视觉检测及光源单元、螺丝供料单元、总控系统及操作面板等组件。工作站深度集成了离线编程技术,软件中不仅包含了与硬件平台的相符三维模型资源,还大大简化了涂胶及搬运码垛工艺实现的编程应用过程、提高轨迹复现精度、避免发生碰撞干涉。工作站包含了涂胶工艺、搬运码垛工艺、分拣工艺、装配工艺等工业机器人最典型应用,不仅满足了职业院校不同专业学生针对工业机器人的操作和编程的教学需求,完全来源于工业应用现场的特征也使该工作站更加适合于作为职业技能竞赛平台。

图1工业机器人PCB异形插件工作站
工业机器人PCB异形插件工作站融合了工业机器人维护及操作、系统安装及调试、现场示教编程及调试、离线编程及应用等技能要求,以3C行业最典型的异形芯片插件工艺过程为任务主线,产品分为异形芯片零件、PCB电路板和盖板代表不同产品,采用模拟化设计提高装配产品的复用率,如图2所示。

图2电子产品PCB异形芯片插片产品
.2 技术参数
输入电源:交流单相220V,频率50Hz
额定功率:5kW
安全保护:急停开关、漏电保护、短路保护、过载保护
整体尺寸:2200mm×1350mm×1500mm
.3 实训项目
工作站结构认知
关键设备的特性和参数设置
工业机器人手动控制及基本参数设置
工业机器人IO通信及总线通信
工业机器人单轴运动与线性运动控制
工业机器人工具TCP参数标定
工业机器人工件坐标系参数标定及多坐标系切换
工业机器人多类型工具快速更换
简单平面轨迹、复杂空间轨迹编程
物料搬运与码垛实训
产品外壳涂胶实训
零件颜色、轮廓等视觉检测应用实训
零件尺寸、位置等视觉检测应用实训
锁螺丝装配实训
基于RobotArt的工作站模型环境搭建与配置
基于RobotArt的涂胶离线编程应用
基于RobotArt的搬运码垛工艺离线编程应用
.4主要配置
工业机器人:ABB IRB 120、STEP SD500
PLC:SIEMENS
模拟工艺:码垛、涂胶、分拣、装配
机械快换:EINS
视觉检测:OMRON
气动组件:AirTAC、SMC
电气组件:OMRON、Schneider、Rittal
.5核心功能
工业机器人PCB异形插件工作站以3C典型产品的生产装配过程为主线,包含了涂胶、搬运码垛、视觉分拣、装配、锁螺丝、检测等工艺过程,所有涉及设备均合理布置在工作站台面上,方便查看设备状态和操作编程,布局方式如图3所示。

图3工业机器人PCB异形插件工作站布局
工作站选用桌面型工业机器人用来将所有加工工序串联起来,可根据学校需求更换不同品牌近似规格型号的产品,为确保设备使用一贯性和稳定性,建议采用瑞士ABB品牌的IRB 120型、中国新时达品牌的SD 500型,如图4所示,两款工业机器人的额定负载、工作范围和重复定位精度基本相同,小巧灵活特性使其广泛应用于3C、电子、食品等行业,同时较小的工作半径和额定负载,在保证功能实现效果的前提下,确保教学和竞赛安全,防止发生人员以外,满足工作站使用要求。

图4可选工业机器人型号
工业机器人工具种类直接决定了工业机器人的应用功能,如图5所示,4种不同功能的工具覆盖了活塞发动机生产的完整过程,多个工具都采用复合设计,以实现不同的工艺功能。所有工具均采用工业级工具快换系统,实现了无需人为干预,工业机器人可在不同工具间自由切换,同时确保气路、电路信号通信正常,大大扩展了工业机器人的应用能力。涂胶工具采用仿形设计,内部安装可轴向移动的颜色笔可以在涂胶模块上按轨迹要求涂绘;夹爪工具利用气缸驱动,采用平行二指形式,可以稳定夹取码垛物料;吸盘工具采用双功能设计,即可稳定吸取异形芯片,又可吸取盖板;锁螺丝工具可以将供螺丝组件提供的螺丝按照指定锁紧力矩将盖板和PCB电路板锁固。

图5工具快换系统及工具
涂胶单元是将工业机器人对产品装配前的涂胶工艺进行功能抽象化,工业机器人抓持涂胶工具沿具有弧形曲面的面板上合理布置不同产品外轮廓轨迹上模拟工艺过程,如图6所示,保证工艺真实性同时增加教学可行性和趣味性。利用涂胶模块和所提供的不同内容的轨迹图纸,利用涂胶工具,同时可以完成工业机器人脱离工艺应用的基础操作和编程教学应用。

图6涂胶单元
搬运码垛单元是将工业机器人对产品搬运码垛工艺进行功能抽象化,工业机器人抓持夹爪工具将已完成生产的方形产品由原料台按照要求搬运码垛到指定位置,如图7所示,提供两种不同类型的仓储料库,可以模拟传送带队列式供货和平台堆垛,通过对物料转移过程和堆垛形式的要求增加教学多样性,提高编程复杂度。

图7码垛单元
异形芯片原料单元用于存放不同类型的异形芯片,通过形状不同代表不同种类、颜色不同代表不同型号,异形芯片装配单元提供多个装配工位,如图8所示,分别用于不同产品的装配和检测。不同产品对芯片种类、数量的要求不一,需要工业机器人根据要求从异形芯片原料单元中选取所需的芯片后放置到指定位置,在完成所有芯片的安装后,为产品安放盖板并锁紧固定螺丝。

图8异形芯片原料单元及装配单元
视觉检测及光源单元可以对工业机器人所选取芯片的颜色、形状、位置等信息进行检测和提取,如图9所示,并将检测结果传输给工业机器人,以辅助其完成后续动作。视觉镜头配套检测光源,可以尽量避免环境光源对检测结果的影响。采用倒置式安装,可以使机器人手持零件进行检测,减少周边配套设备,简化机器人轨迹动作。

图9视觉检测单元
工作站为方便教学和竞赛使用,在平台上布置了云监控,如图10所示,利用互联网可将设备的实时操作过程在大尺寸教学终端中进行展示,避免了集中式教学学生围观又无法切实看清教师操作过程的问题,也可以在竞赛过程中实现直播提高观赏度,同时方便教师对学生的操作流程进行实时点评,提高教学指导效果,存储在系统中的录像实现对操作过程可追溯,为竞赛过程中争议事件提供佐证材料。同时,在工作站操作正面,利用线性光栅作为安全保护措施,当操作人员进入危险区域时,工作站会蜂鸣报警,并降低工业机器人运动速度,甚至触发急停,以避免危险发生。

图10云监控及安全光栅
离线编程软件选用可同时支持ABB IRB 120和新时达 SD500两种工业机器人的RobotArt软件,采用独家解算算法并已申请软件著作权,集成了计算机三维实体显示、系统仿真、智能轨迹优化、运动控制代码生成等核心技术,使得工业机器人获得了更加强大的“大脑”,可以轻松应对复杂轨迹的高精度生成和复现,在计算机上完成轨迹设计、规划、运动仿真、碰撞检查、姿态优化,最后直接生成工业机器人控制器所需的执行运动代码,同时还提供了方便的轨迹整体优化、工艺过程设计和空间校准算法,缩短了工业机器人的停机调试时间,为工业机器人实现更广泛的应用提供技术支撑。

3.1.3工业机器人维护维修教学工作站(CHL-JC-03)
.1 产品介绍
工业机器人作为自动生产线上最重要的执行设备,日常维护、常见简单故障排除及维修操作,是生产企业一线操作工必备的应用技能。随着工业机器人市场的飞速发展,单纯依靠制造企业完成工业机器人的维护及维修服务是不可能的,第三方服务商市场前景广阔。工业机器人作为精密机电一体化设备,高性能核心部件和精密装配精度是其性能的重要保障手段,在合理、规范、专业的操作前提下,可以完成大量的维护操作和简易维修工作,解决现场应急问题。
工业机器人维护维修教学工作站,以工业机器人本体及其控制系统最常见维护维修操作为核心,通过对典型故障的诊断和排除,按照规范步骤完成对工业机器人本体的拆装过程,并根据图纸要求搭建控制系统并接线,由零件级深入了解工业机器人的构成形式和运动方式,掌握基础维护维修技能。工作站配套了与生产厂家完全相同的工装、工具及测试设备,让学生可以在教学环境中充分体验高精度机电设备的生产工艺要求,确实掌握维护维修技能。

图1工业机器人维护维修教学工作站

图2工业机器人第1轴装配零件

.2 技术参数
输入电源:交流380V,频率50Hz
额定功率:5kW
安全保护:急停开关、漏电保护、短路保护、过载保护
整体尺寸:3000mm×3000mm×1500mm(可根据实际情况定制)
建议实训人数:5人/台

.3 主要配置
本体:STEP SA 1400
控制系统:STEPSRC2.4
驱动系统:ADTECH,日本TAMAGAWA
配套设备:张力仪、编码器测试仪、安装工装、配套工具

.4实训项目
机座组件不稳的维护与维修操作
机座组件线缆损坏的维护与维修操作
机座组件油堵漏气的维护与维修操作
旋转座组件J1、J2轴漏油的维护与维修操作
旋转座组件J1、J2轴电机烧毁的维护与维修操作
大臂组件紧固件松脱的维护与维修操作
前臂驱动组件J3、J4轴缺少润滑油脂的维护与维修操作
腕关节组件J5轴同步带疲劳更换的维护与维修操作
腕关节组件J6轴谐波减速器损坏的维护与维修操作
控制系统高压控制线路维护与维修操作
控制系统控制线路维护与维修操作
控制系统伺服驱动的维护与维修操作
工业机器人整体线路建材
工业机器人通电测试及系统配置
工业机器人基础操作测试
工业机器人通信IO测试

.5详细参数表
序号 组件名称 数量 详细技术参数
1 工业机器人
本体构件 1套 1) 六自由度串联关节型工业机器人
2) 手腕负载6kg
3) 最大工作半径1405mm
4) 铸铁材质,表面喷漆
5) 包含底座1件,旋转座1件,大臂1件,前臂驱动壳体1件,前臂筒及5轴箱体1件,6轴箱体1件
2 工业机器人
驱动组件 1套 1) 驱动组件采用高性能伺服电机,绝对值编码器,内置刹车
2) 第1、2轴伺服电机功率2000W,配套伺服驱动器,输出电流10A
3) 第3轴伺服电机功率750W,配套伺服驱动器,输出电流5A
4) 第4、5、6轴伺服电机功率100W,配套伺服驱动器,输出电流1.7A
3 工业机器人
减速器组件 1套 1) 第1、2、3轴采用RV减速器,结构紧凑,振动小,噪音低,能耗低,可自锁
2) 第4、5、6轴采用谐波减速器,柔轮为杯型标准筒结构,输入轴直接与波发生器内空配合,钢轮端固定
3) 第1、2轴减速器,外径Φ190mm,减速比121,背隙≤1.0Arcsec,输出转速20rpm时输出转矩377Nm
4) 第3轴减速器,外径Φ145mm,减速比121,背隙≤1.0Arcsec,输出转速20rpm时输出转矩153Nm
5) 第4轴减速器,外径Φ79mm,减速比50,输入2000r/min时额定扭矩15.2Nm,背隙≤20Arcsec
6) 第5轴减速器,外径Φ79mm,减速比80,输入2000r/min时额定扭矩21Nm,背隙≤10Arcsec
7) 第6轴减速器,外径Φ73mm,,减速比50,输入2000r/min时额定扭矩5.1Nm,背隙≤20Arcsec
4 工业机器人
控制组件 1套 1) 可实现6轴联动控制,先进的多处理控制系统,支持高级机器人编程语言
2) 支持PLC控制,提供数字量I/O,16点输入、16点输出
3) 示教器为6.5寸彩色图形界面触摸屏,提供紧急安全停机,三位使能启动装置
4) 提供完备的电路保护,包括安全开关、紧急停止、过载保护等
5 配套设备 1套 1) 张力仪采用非接触式测量,灵活的传感器臂可监测任一方向,用光电测量方法获取精确数据,测量周波区域10Hz~500Hz
2) 编码器测试仪可完成对伺服电机的绝对值编码器的检测,实现编码器当前状态测试、故障检测及报警复位
3) 提供本体装配过程中所需的安装工装,方便操作
4) 提供工作站安全围栏,包括操作台和物料架,方便零件及工件的储存和摆放
5) 配套工具包括本体及控制系统拆装过程所需的全部手动、自动工具

3.1.4工业机器人活塞装配教学工作站-(CHL-JC-11)
.1 产品介绍
工业机器人是机电一体化技术的集中体现平台,通过与不同电气设备和加工工艺结合可完成制造过程中多个工序要求,是实现智能制造的最优执行终端。对于工业机器人实操教学,绝不能仅局限于工业机器人本身的功能介绍和操作实训,而是要着眼于工业机器人工作站系统,将工业机器人、机械结构、自动控制、传感器应用、气动驱动、视觉检测等通用技术融合集成,配合多种工艺实现,以工业机器人为核心平台,实现综合教学实训过程。
工业机器人活塞装配教学工作站-多工艺,如图1所示,针对基础操作和工艺应用两个方面分别进行针对性优化开发,采用模块化集成设计,将多项主流应用技术融入工作站的功能之中,结合职业院校的教学特点,综合了“理-虚-实”一体化教学特征,以典型实训任务为出发点,采用模块化设计理念,让学生在学习过程中具有明确的目标性,增强学习兴趣,可以利用单一工作站解决工业机器人基础教学过程中涉及的教学点和技能点,提高实训设备的利用率。
工业机器人活塞装配教学工作站-多工艺主要应用在工业机器人基础操作教学阶段,针对工业机器人基本参数设置、轨迹编程以及结合周边应用设备和模拟加工工艺的实训教学,该工作站以工业机器人为平台,融合了自动控制、加工工艺、视觉检测、标签识别、装配检测等综合技术,是进行工业机器人技术教学的最佳硬件平台,有助于学生从系统级了解工业机器人的应用方式的操作方法,完善基础技术操作能力和调试技能,满足多层次个性化教学需求。

图1工业机器人活塞装配教学工作站-多工艺
.2 技术参数
输入电源:交流单相220V,频率50Hz
额定功率:5kW
安全保护:急停开关、漏电保护、短路保护、过载保护
整体尺寸:3000mm×1500mm×1500mm
.3 实训项目
工作站结构认知
关键设备的特性和参数设置
工业机器人及周边设备的维护及典型错误排查
工业机器人手动控制及基本参数设置
工业机器人IO通信及PLC信息交互
工业机器人单轴运动与线性运动控制
工业机器人工具TCP参数标定
工业机器人工件坐标系参数标定及多坐标系切换
工业机器人多类型工具快速更换
工业机器人第七轴运动控制
简单平面轨迹、复杂空间轨迹编程
物料搬运与码垛实训
活塞取料及激光切割加工实训
活塞加工后去毛刺、打磨、抛光实训(手持零件及手持工具)
活塞智能视觉检测及残次品剔除实训
活塞良品贴条码及条码数据采集实训
活塞、缸体、连杆、活塞销、曲轴销的装配实训
活塞发动机功能检测及入库实训
基于RobotArt的工作站模型环境搭建与配置
基于RobotArt的简单平面轨迹及复杂空间轨迹离线编程应用
基于RobotArt的写字绘图离线编程应用
基于RobotArt的搬运码垛工艺离线编程应用
基于RobotArt的激光切割工艺离线编程应用
基于RobotArt的去毛刺工艺离线编程应用
基于RobotArt的打磨工艺离线编程应用
基于RobotArt的抛光工艺离线编程应用
基于RobotArt的装配工艺离线编程应用
.4 主要配置
工业机器人:ABB IRB 120、KUKA KR6 R700、STEP SD500、FANUC LR Mate 200iD
PLC:SIEMENS、OMRON、MITSUBISHI
模拟工艺:激光切割、去毛刺、打磨、抛光、装配、检测
机械快换:EINS
视觉检测:OMRON、KEYENCE
伺服驱动:MITSUBISHI
气动组件:AirTAC、SMC
电气组件:OMRON、Schneider、Rittal
.5 核心功能
工业机器人基础教学工作站(多工艺)根据教学内容和复杂度分为基础教学部分和综合教学部分,如图2所示。基础教学部分以基础操作和轨迹编程为教学核心,工业机器人配合定制工具在3D轨迹图板上实现TCP参数标定、坐标系定义及变换、不同类型轨迹规划、模拟搬运码垛等实训内容。综合教学部分以活塞发动机的加工装配过程为主线,融合多种先进技术,实现不同加工工艺,提高综合应用能力。

图2工作站布局
工作站选用桌面型工业机器人用来将所有加工工序串联起来,可根据学校需求更换不同品牌近似规格型号的产品,为确保设备使用一贯性和稳定性,建议采用瑞士ABB品牌的IRB 120型、德国KUKA品牌的KR6 R700型、中国STEP品牌的SD 500型和日本FANUC品牌的LR Mate 200iD型,如图3所示,四款工业机器人的额定负载、工作范围和重复定位精度基本相同,满足工作站使用要求。

图3可选工业机器人型号
为扩展工业机器人的有效工作范围,通常采用增加外部行走轴实现扩展,如图4所示,使工业机器人可在一定直线范围内自由移动,单一机器人完成多个工位的操作。为确保高精度定位和平稳运行,外部行走模块采用滚珠直线滑轨支撑,精密滚珠丝杠传动,高性能伺服电机配合行星齿轮减速器驱动,有效降低成本同时大大丰富了教学内容。

图4外部行走模块
自动化工厂中,需要众多设备协调配合才能保证正常运转,这其中PLC控制系统是实现联合控制的首选设备。工作站的总控单元同样选择了自动化控制领域最为通用的PLC作为核心,如图5所示,提供多种品牌选择以适应学校前期基础教学,确保延续性,同时在型号选择时以应用范围广、性能优良为先,使用模块化设计产品提高系统组态灵活性,包含丰富的应用模块增加实训内容,也为后期技术升级和改造留有接口。

图5PLC组件
工业机器人应用的关键是复杂工作轨迹的精确再现,轨迹规划的优劣和编程技巧的好坏将直接确定轨迹执行的最终效果。基础教学部分以3D轨迹图板为核心,工业机器人利用笔形工具,依据图板上已绘制的各种坐标系和直线、圆弧、曲线等不同轨迹,结合拱形起伏创造立体效果,可以让学生脱离工艺应用,完全掌握工业机器人的操作技能和编程方式,如图6所示。利用3D轨迹图板进行基础轨迹编程教学,利用描图的直观效果评价轨迹编程优劣,便于学生强化基础编程技能,掌握轨迹规划技巧,在脱离工艺应用的情况下,将教学重点放在工业机器人上,为工业机器人与周边设备和控制系统的配合实现打下牢固基础。同时,基础教学部分还提供了模拟搬运码垛和离线编程写字实训项目,丰富教学内容,提高学习兴趣。

图63D轨迹图板
综合教学部分由外部行走模块、快换工具、自动上料模块、加工制造模块、视觉检测模块、智能装配模块和智能料库组成,以活塞发动机为主线,如图7所示,需要经过出库取料、激光切割、去毛刺、打磨、抛光、视觉检测、标签识别、装配等一系列复杂工序后,才能实现活塞发动机的产品生产,期间需要工业机器人与不同加工设备、控制系统、气动元件、检测传感等组件进行配合,真实模拟再现了工厂对工业机器人的应用方式,在充分学习工业机器人及其应用技术的同时,让学生体验智能制造。

图7活塞发动机组成
工业机器人工具种类直接决定了工业机器人的应用功能,如图8所示,6种不同功能的工具覆盖了活塞发动机生产的完整过程,多个工具都采用复合设计,以实现不同的工艺功能。每个工具均采用工业级机械快换组件,如所示,实现了无需人为干预,工业机器人可在不同工具间自由切换,同时确保气路、电路信号通信正常,大大扩展了工业机器人的应用能力。夹爪/笔工具是双功能复合工具,笔可以用来在3D轨迹图板上描绘轨迹实现基础教学,夹爪是在活塞零件上料时实现夹持功能;激光头/吸盘工具是双功能复合工具,激光头可模拟激光切割头实现加工工艺,吸盘工具可用来将切割后的活塞废料取出;夹爪工具是单功能工具,用于稳定抓取活塞零件实现去毛刺、打磨、抛光加工;夹爪/吸盘工具是四功能复合工具,夹爪端采用特殊设计,内侧可夹持活塞销,外侧可夹持活塞杆,同时完全闭合时可利用前端将活塞销顶入到位,吸盘工具则用于在曲轴销装配时吸住活塞零件端面并固定位置;搬运吸盘工具为单功能工具,用于稳定吸取活塞缸。

图8机械快换及工具
活塞零件的出库取料工艺是由工业机器人配合自动上料模块完成,如图9所示,垂直料库用于存放活塞原料,可实现依次入库和出库,传送带可将出库的活塞原料运送到取料点。自动上料模块中包含了伺服电机控制、步进电机控制、气动控制、传感器采集等技术,是工业机器人实现自动上下料工艺所必须常用技术,也是工业机器人系统应用的典型方式。

图9自动上料模块
为实现活塞由原料到产品的加工过程,需要依次经过激光切割、去毛刺、打磨和抛光工艺,如图10所示,工作站提供了小功率激光器用以模拟激光切割工艺,电动切削头实现加工面边缘去毛刺工艺,桌面型砂带机实现加工面打磨工艺,微型抛光轮实现零件整体抛光工艺。同时为丰富应用方式,激光切割加工采用工业机器人手持激光器实现加工,其余三种工艺均为工业机器人手持工件完成加工。由于编程轨迹相对复杂,精度要求高,传统示教编程难度较大,利用工作站配套的离线编程软件可以方便快捷地生成所需要的精确轨迹及控制程序,提高效率。

图10活塞零件制造加工过程
为剔除已存在的残次品,工作站利用高精度CCD组件配合分度盘转台实现活塞零件端面LOGO的自动检测,如图11所示,并将检测结果传送到机器人控制器判断是否将该检测零件放置到废料区。并对质量合格产品进行条码编号,读取信息进行存储,达到加工过程可追溯。

图11视觉检测及条码标识
完成活塞零件加工后,工业机器人配合不同的工装实现活塞发动机的装配及测试,如图12所示。整个装配需要经历活塞与活塞杆装配、活塞杆与曲轴装配和活塞发动机功能测试三个工序,装配过程复杂但明晰,充分地将工业机器人的柔性灵活和与周边设备的配合体现出来,达到综合实训的目的。完成装配后,可利用检测工位对装配效果进行验证,通过步进电机驱动曲轴旋转以实现活塞往复运动,则成功完成活塞发动机的生产,可放入成品库中存储。

图12活塞发动机装配流程
工作站操控台上集成了工作站的运行控制和模式切换功能,可以在出现危险紧急停止工作站的运行,并提示故障警报。工业机器人系统调试是应用技术中的必备技能,工作站在操控台上提供了多个内置故障设置点,通过不同的故障设置组合方式,可以对各个设备间的接线进行人为设置故障用来模拟真实情况,锻炼学生的错误排查能力和解决问题技能,如图13所示。

图13操控台故障设置点
随着工业机器人应用领域扩展,要求其轨迹编程精度和复杂度大幅度提升,传统的示教编程已经完全无法满足应用要求。离线编程技术可以实现基于精确的CAD数据进行轨迹规划,对异性曲线和曲面有更好的贴合算法,解决了去毛刺、打磨等工艺应用难题。工业机器人多工艺基础教学工作站与RobotArt软件深入融合,与3D轨迹图板配合可实现异性曲线绘制和写字绘图趣味实验,与工艺应用部分配合可完成激光切割、去毛刺、打磨、抛光等加工工艺轨迹的编制,如图14所示,也可以在虚拟环境中提前验证编程结果,实现轨迹有效性与物体间碰撞检查,提高真实设备的使用率。

图14RobotArt离线编程应用

3.1.5工业机器人焊接实训工作站(CHL-GY-11)
.1 产品介绍
焊接是当前工业机器人应用最广的领域之一,主要面向汽车制造、设备生产等方向。工业机器人的高重复定位精度和稳定的工作状态,可以保证焊接工艺的一致性和高效性,高灵活性使其工作于空间狭小、周边复杂甚至危险的环境中,在车身生产线上已经基本代替人工完成弧焊、点焊等工作,如图1所示。

图1汽车车身生产线上工业机器人焊接工艺应用
工业机器人焊接实训工作站以真实工厂应用要求为基础,优化功能设计,提高系统灵活度,融入实训教学过程,为具有一定工业机器人基础操作基础的学生提供结合焊接工艺的实训平台,如图2所示。工业机器人焊接实训工作站由工业机器人、焊接电源、送丝机、焊枪、工作台及工装夹具、工业除烟除尘净化器、安全防护组件及配套设备构成,是利用工业机器人这一柔性执行单元,结合弧焊工艺实现的实际加工单元,可以完成对板型、管型等零件的焊接加工。在学生充分学习工业机器人基础操作后,完全掌握参数设置、轨迹编程等技能基础上,结合焊接工艺完成与真实工厂应用相同的实训项目,了解焊接工作站的构成及维护,缩短岗前培训过程,提高就业竞争力。

图2工业机器人焊接实训工作站
工业机器人焊接实训工作站是实现焊接加工的实训平台,利用工业机器人配合焊接组件和工装对板材或管材加工,焊接工艺采用最为通用的气体保护焊,降低工艺难度的同时提高教学通用性,节约实训硬件成本。进行焊接实训时,学生可以针对典型焊接工件进行基础练习,也可以借助RobotArt离线编程的复杂轨迹规划能力实现字体堆焊或异性管材对焊等内容,如图3所示。

图3字体堆焊样件
.2 技术参数
输入电源:交流三相五线制380V,频率50Hz
额定功率:40kW
安全保护:急停开关、漏电保护、短路保护、过载保护
整体尺寸:3000mm×3500mm×2000mm(可根据场地实际情况定制)
.3 实训项目
工作站结构认知
关键设备的特性和参数设置
工业机器人及周边设备的维护及典型错误排查
工业机器人焊接应用软件的参数设置及工艺规划
焊枪TCP参数标定
无焊接实现状态下平面简单焊接轨迹的编程
结合焊接工艺的简单焊接实训
焊接参数(电流、电压、焊接速度)对焊道成型影响的实训
平面堆焊实训
平板对接实训
角焊缝焊接实训
坡口对接焊缝焊接实训
基于RobotArt的工作站模型环境搭建与配置
基于RobotArt的简单焊接工艺离线编程应用
.4 主要配置
工业机器人:ABB IRB 1410、KUKA KR5 Arc、STEP SA1400、FANUC R-0iB
焊接组件:Panasonic
焊烟处理组件:BODHI
电气组件:OMRON、Schneider、Rittal
.5核心模块
工作站选用弧焊常用规格的工业机器人实现焊接工艺,可根据学校需求更换不同品牌近似规格型号的产品,为确保设备使用一贯性和稳定性,建议采用瑞士ABB品牌的IRB 1410型、德国KUKA品牌的KR5 Arc型、中国STEP品牌的SA 1400型和日本FANUC品牌的R-0iB型,如图4所示,四款工业机器人的额定负载、工作范围和重复定位精度基本相同,满足工作站使用要求。

图4可选工业机器人型号
为保证焊接工艺效果和教学可操作性,工作站采用日本Panasonic全数字CO2/MAG焊接电源,如图5所示。采用数字控制IGBT方式,额定输出电流350A,额定负载持续率60%,适合保护气体CO2焊接、MAG焊接和MIG焊接,通过全数字控制,从小电流到大电流,都能对电流状态进行极其精细的控制,实现持续稳定的焊接品质。面板布局简洁,符合用户的使用习惯,操作非常方便。

图5日本Panasonic全数字CO2/MAG焊接电源
为保证焊接质量,工业机器人焊接实训工作站配套了焊接电源指定的高精度数字送丝机,如图6所示。送丝机采用感应电压反馈控制(IVF)专利技术,在加长电缆条件下大幅提高送丝力,带有编码器的送丝电机能确保焊丝的精确送给,即使电源电压、送丝阻力等外部因素发生变化,仍能保证送丝稳定,确保焊机在不同环境都能再现相同的焊接条件。

图6日本Panasonic高精度数字送丝机
焊接过程会产生大量焊烟,严重影响教学环境,不利于学生教师的身体健康,为此工业机器人焊接实训工作站包含了工业用焊烟清除设备,如图7所示。焊烟清除设备采用小型化设计,特别适合于单工作站形式,无需再铺设大型烟气管道,满足一般焊接工艺实训教学使用,采用复合型滤网确保清除效果同时提高使用寿命,降低耗材成本。

图7工业除烟除尘净化器
工作站提供了安全围栏,将人员与设备物理隔离,保证安全,如图8所示。安全围栏由铝合金和钢化玻璃构成,安装有关门检测传感器防止工业机器人运行中人员进入引发危险,提供三色报警灯提示工作站当前状态,并在多个显著位置设置系统急停开关,可在发生危险时及时停止设备运行。

图8安全围栏

3.1.6工业机器人雕刻实训工作站(CHL-GY-13)
.1 功能介绍
雕刻是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法,控制零件和刀具位移的机械加工方法,解决了零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径。但数控机床由于其结构设计特点,使得其加工成本会随着加工零件的尺寸和复杂度增加而成倍的增长,对于粗加工、精度要求不高的产品如雕塑、木质家具、模型等无法更好的满足应用要求。利用工业机器人代替数控机床,已经广泛应用于木材、石材等易加工非金属的雕刻加工领域,如图1所示,同时随着高精度、大负载、高刚度的工业机器人推出,金属加工的应用也在逐步推广。相对于数控机床,工业机器人有效工作空间大、灵活性高、编程简单、性价比高;相对于人工,工业机器人加工一致性高、工作效率高。

图1工业机器人石膏像雕刻
工业机器人雕刻实训工作站以真实工厂应用要求为基础,优化功能设计,提高系统灵活度,融入实训教学过程,为具有一定工业机器人基础操作基础的学生提供结合数控加工工艺的实训平台,如图2所示。工业机器人雕刻实训工作站由工业机器人、电主轴、变频器、合金刀具、工作台及工装夹具、工业吸尘器、安全防护组件及配套设备构成,利用工业机器人这一柔性执行单元,结合数控加工工艺实现的实际加工单元,可以完成对任意形状零件的雕刻。在学生充分学习工业机器人基础操作后,完全掌握参数设置、轨迹编程等技能基础上,结合数控加工工艺完成与真实工厂应用相同的实训项目,了解雕刻工作站的构成及维护,缩短岗前培训过程,提高就业竞争力。

图2工业机器人雕刻实训工作站
工业机器人雕刻实训工作站是实现数控加工的实训平台,利用工业机器人配合电主轴和工装对零件进行加工,特别适合针对木材等完成个性化雕刻加工,借助RobotArt强大的轨迹生成和自定义曲线功能,可以充分发挥学生的想象力个性化加工所设计的图案,增强教学趣味性,如图3所示,同时也可利用CAM软件生成复杂图形或立体模型的加工程序G代码,通过RobotArt自动转化为工业机器人轨迹信息,实现立体模型雕刻。

图3木板图案雕刻
.2 技术参数
输入电源:交流三相五线制380V,频率50Hz
额定功率:20kW
安全保护:急停开关、漏电保护、短路保护、过载保护
整体尺寸:3000mm×3500mm×2000mm(可根据场地实际情况定制)
.3 实训项目
工作站结构认知
关键设备的特性和参数设置
工业机器人及周边设备的维护及典型错误排查
电主轴工具TCP参数标定
无加工状态下简单平面轨迹的编程
结合数控加工工艺的简单平面轨迹编程实训
无加工状态下复杂平面轨迹的编程
结合数控加工工艺的复杂平面轨迹编程实训
无加工状态下复杂立体轨迹的编程
结合数控加工工艺的复杂立体轨迹编程实训
基于RobotArt的工作站模型搭建及参数配置
基于RobotArt的复杂平面轨迹数控加工工艺离线编程应用
基于RobotArt的复杂立体轨迹数控加工工艺离线编程应用
基于RobotArt的配合CAM系统利用G代码数控加工工艺离线编程应用
.4 主要配置
工业机器人:ABB IRB 2600、KUKA 16-2、STEP SR 20、FANUC M-20iA
雕刻单元:韩国AY电主轴、韩国AY变频器
工业吸尘器:凯德威
电气组件:OMRON、Schneider、Rittal
.5核心模块
工作站选用功能强大的工业机器人实现数控加工工艺,可根据学校需求更换不同品牌近似规格型号的产品,为确保设备使用一贯性和稳定性,建议采用瑞士ABB品牌的IRB 2600型、德国KUKA品牌的KR16-2型、中国STEP品牌的SR 20型和日本FANUC品牌的M-20iA型,如图4所示,四款工业机器人的额定负载、工作范围和重复定位精度基本相同,满足工作站使用要求。

图4可选工业机器人型号
为确保雕刻实训的教学效果和工业应用需求,工作站选用韩国AY品牌高性能电主轴及配套变频器,如图5所示。电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术,内置三相交流异步感应电机,由变频器进行无级变速控制,具有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动小及噪音低等特点,可实现高转速、高精度及高运转稳定性铣削加工。内部轴承为陶瓷复合球轴承,采用密封式油脂润滑,可在轴承的使用寿命周期内实现终生润滑。为保证电主轴持续稳定的运转,工作站采用韩国AY品牌变频器,与电主轴完全配套,无需过多参数设置,便于实施使用。采用全新的软硬件设计,包含死区补偿功能,可实现低频率大输出转矩,提供高效的故障查询与记录功能,方便排除故障。额定容量4kVA,额定输入电流23A,额定输出电流9.6A,输出频率高达2000Hz,16段多段速,可满足主轴的所有应用要求。

图5韩国AY电主轴及变频器
为满足工艺要求,雕刻实训工作站提供了一套优质硬质合金刀具,如图6所示,刀柄直径6mm,刃径规格包括Φ2mm、Φ6mm、Φ10mm三种,提供了立铣刀和球头铣刀两种,满足铝合金、塑料、尼龙、木材等材料的加工。

图6优质合金刀具
为避免雕刻过程产生碎屑和粉尘,工作站配套了凯德威品牌工业吸尘器,如图7所示。桶身采用高强度纯不锈钢精致而成,耐挤压、耐撞击,耐高温,机器带有倾倒功能,使用者清理桶内垃圾时非常方便,大容量集尘桶,收集效率更高。采用五层过滤系统,其中FPPR3200的空气高效(HEPA)过滤器能够过滤掉0.28μm的微尘,过滤效果可以达到99.993%。

图7工业吸尘器
工作站提供了安全围栏,将人员与设备物理隔离,保证安全,如图8所示。安全围栏由铝合金和钢化玻璃构成,安装有关门检测传感器防止工业机器人运行中人员进入引发危险,提供三色报警灯提示工作站当前状态,并在多个显著位置设置系统急停开关,可在发生危险时及时停止设备运行。

图8安全围栏

3.1.7工业机器人去毛刺实训工作站(CHL-GY-12)
.1 产品介绍
去毛刺加工,就是去除在零件棱边所形成的刺状物或飞边,不同于打磨抛光,当零件完成铸造、加工等工序后的必备工序,如图1所示,否则会严重影响零件的品质和外观,也会使得操作人员拿取零件时发生危险。利用工业机器人完成去毛刺工艺,可以适应于不同形状、不同材料的零件,且对零件的更换响应快、设备性价比高,各项性能参数和应用效果已完全优于普通数控机床和其他专用设备,在国内应用市场正在逐步展开。

图1对铸造毛坯件毛刺去除加工
工业机器人去毛刺实训工作站以真实工厂应用要求为基础,优化功能设计,提高系统灵活度,融入实训教学过程,为具有一定工业机器人基础操作基础的学生提供结合焊接工艺的实训平台,如图2所示。工业机器人去毛刺实训工作站由工业机器人、去毛刺工具、供气系统、工作台及工装夹具、工业吸尘器、安全防护组件及配套设备构成,利用工业机器人这一柔性执行单元,结合去毛刺工艺实现的实际加工单元,可以完成对任意形状零件的去毛刺加工。在学生充分学习工业机器人基础操作后,完全掌握参数设置、轨迹编程等技能基础上,结合去毛刺工艺完成与真实工厂应用相同的实训项目,了解去毛刺工作站的构成及维护,缩短岗前培训过程,提高就业竞争力。

图2工业机器人去毛刺实训工作站
工业机器人去毛刺实训工作站是实现去毛刺加工的实训平台,利用工业机器人配合去毛刺组件和工装对零件进行加工,气动浮动工具保证了提供稳定的切削效果同时不对零件本身造成二次伤害,国际知名品牌优质产品保障了教学效果和设备使用寿命。进行去毛刺实训时,学生可以针对典型工件进行基础练习,如图3所示,也可以借助RobotArt离线编程的复杂轨迹规划能力实现快速简便的轮廓去毛刺应用。

图3典型工件去毛刺
.2 技术参数
输入电源:交流三相五线制380V,频率50Hz
额定功率:20kW
安全保护:急停开关、漏电保护、短路保护、过载保护
整体尺寸:3000mm×3500mm×2000mm(可根据场地实际情况定制)
.3 实训项目
工作站结构认知
关键设备的特性和参数设置
工业机器人及周边设备的维护及典型错误排查
气动去毛刺工具TCP参数标定
无加工状态下简单平面轨迹的编程
结合去毛刺加工工艺的简单平面轨迹编程实训
无加工状态下复杂平面轨迹的编程
结合去毛刺加工工艺的复杂平面轨迹编程实训
无加工状态下复杂立体轨迹的编程
结合去毛刺加工工艺的复杂立体轨迹编程实训
基于RobotArt的工作站模型搭建及参数配置
基于RobotArt的复杂平面轨迹去毛刺工艺离线编程应用
基于RobotArt的复杂立体轨迹去毛刺工艺离线编程应用
.4 主要配置
工业机器人:ABB IRB 1410、KUKA KR5 Arc、STEP SA1400、FANUC R-0iB
去毛刺组件:美国ATI
粉尘处理组件:凯德威
气动组件:AirTAC、SMC
电气组件:OMRON、Schneider、Rittal
.5 核心模块
工作站选用应用最广规格的工业机器人实现去毛刺工艺,可根据学校需求更换不同品牌近似规格型号的产品,为确保设备使用一贯性和稳定性,建议采用瑞士ABB品牌的IRB 1410型、德国KUKA品牌的KR5 Arc型、中国STEP品牌的SA 1400型和日本FANUC品牌的R-0iB型,如图4所示,四款工业机器人的额定负载、工作范围和重复定位精度基本相同,满足工作站使用要求。

图4可选工业机器人型号
为确保去毛刺实训的教学效果和工业应用需求,工作站选用美国ATI品牌的径向浮动去毛刺工具,如图5所示,采用高强度,高转速,轻量化的涡轮气动马达,适用于机器人或者CNC机床去除铝合金,塑料,钢材等材质工件毛刺的应用。该型毛刺清理工具特别适合去除分模线和飞边毛刺,柔性化的设计使其广泛应用于多种去毛刺应用,采用气动控制和关节式的设计,允许去毛刺刀头保持可预设的恒定切削力沿着不规则轨迹进行作业,在任意的切削方向保持高速的进给速率,并且取得一致性良好的加工效果。

图5美国ATI径向浮动去毛刺工具
为避免去毛刺过程产生大量金属碎屑和粉尘,工作站配套了凯德威品牌工业吸尘器,如图6所示。桶身采用高强度纯不锈钢精致而成,耐挤压、耐撞击,耐高温,机器带有倾倒功能,使用者清理桶内垃圾时非常方便,大容量集尘桶,收集效率更高。采用五层过滤系统,其中FPPR3200的空气高效(HEPA)过滤器能够过滤掉0.28μm的微尘,过滤效果可以达到99.993%。

图6工业吸尘器
工作站提供了安全围栏,将人员与设备物理隔离,保证安全,如图7所示。安全围栏由铝合金和钢化玻璃构成,安装有关门检测传感器防止工业机器人运行中人员进入引发危险,提供三色报警灯提示工作站当前状态,并在多个显著位置设置系统急停开关,可在发生危险时及时停止设备运行。

图7安全围栏

3.1.8工业机器人喷涂实训工作站(CHL-GY-18)
.1 产品介绍
喷漆工艺是汽车、仪表、电器、陶瓷等产品生产过程中必不可少的一环,但由于喷漆具有高污染、高危险性,且对于工艺参数指标要求高,使得人工无法完成高质量喷涂操作。为此,通过工业机器人代替人工完成喷涂工艺,如图1所示,充分利用了工业机器人的高柔性、高重复定位精度和精确的轨迹及速度控制能力,确保了喷漆质量,提高了生产效率和产品合格率。

图1汽车生产线喷漆工艺应用
涂胶工艺是零件装配常用的粘结方式,尤其在汽车生产过程中,利用钣金胶和点焊工艺将钣金件紧密粘结在一起。涂胶时,为确保粘接的一致性,要求对涂胶的流量、轨迹和速度参数达到精确控制,且涂胶过程不可有间断、停顿,使得人工无法达到如此严格的工艺要求。目前在工厂批量化生产环境中,涂胶工艺主要依靠工业机器人完成,配合高性能的供胶系统,可以实现涂胶宽度可控、轨迹可控、速度可控、流量可控,并且还可以实现断点涂胶,丰富了涂胶工艺实现方式,如图2所示。

图2自动化涂胶应用
工业机器人喷涂实训工作站以真实工厂应用要求为基础,优化功能设计,提高系统灵活度,融入实训教学过程,提取喷漆和涂胶所需关心的工艺参数,对高成本、高危险设备进行模拟化,为具有一定工业机器人基础操作基础的学生提供结合喷涂和涂胶工艺的实训平台,如图3所示。工业机器人喷涂实训工作站由工业机器人、喷涂工具、供气系统、工作台及工装夹具、安全防护组件及配套设备构成,利用工业机器人这一柔性执行单元,结合喷漆和涂胶工艺实现的实际加工单元,可以完成对板型、管型、异性零件的喷漆和涂胶工艺实训。在学生充分学习工业机器人基础操作后,完全掌握参数设置、轨迹编程等技能基础上,结合喷漆和涂胶工艺完成与真实工厂应用相同的实训项目,了解喷涂或涂胶工作站的构成及维护,缩短岗前培训过程,提高就业竞争力。

图3工业机器人喷涂实训工作站
工业机器人喷涂实训工作站利用喷笔可以模拟实现喷漆和涂胶两种工艺过程,喷笔的流量和压力可调,选用环保无害颜料保证实训过程安全。喷漆与涂胶的应用工艺差距不大,区别在于喷漆是对一个区域实现涂料的均匀覆盖,而涂胶是对于一个轮廓的均匀覆盖,在实训时,采用不同形式的目标图纸即可方便地实现教学目的,同时可以根据教学要求自定义不同难度级别的区域或轮廓形状,丰富教学内容。同时利用RobotArt离线编程的复杂轨迹规划能力和自定义曲线功能,可以在软件中自由发挥想象力设计轨迹,利用工作站实现喷笔绘画,如图4所示,增加教学趣味性。

图4喷笔绘画效果
.2 技术参数
输入电源:交流三相五线制380V,频率50Hz
额定功率:5kW
安全保护:急停开关、漏电保护、短路保护、过载保护
整体尺寸:3000mm×3500mm×2000mm(可根据场地实际情况定制)
.3 实训项目
工作站结构认知
关键设备的特性和参数设置
工业机器人及周边设备的维护及典型错误排查
工业机器人喷涂涂胶工艺的参数设置及工艺规划
喷涂工具TCP参数标定
喷涂工具的使用及喷嘴调节
无喷涂实现状态下平面简单轨迹的编程
结合喷涂工艺的平面简单工艺实训
喷涂参数(压力、流量)对喷涂工艺影响的实训
无喷涂实现状态下空间复杂轨迹的编程
结合喷涂工艺的空间复杂工艺实训
基于RobotArt的工作站搭建与配置
基于RobotArt的简单平面轨迹喷涂工艺离线编程应用
基于RobotArt的简单平面轨迹喷涂工艺离线编程应用
.4 主要配置
工业机器人:ABB IRB 1410、KUKA KR5 Arc、STEP SA1400、FANUC R-0iB
喷涂涂胶组件:Sogolee喷笔
电气组件:OMRON、Schneider、Rittal
.5 核心模块
工作站选用应用范围最广的工业机器人实现喷涂涂胶工艺,可根据学校需求更换不同品牌近似规格型号的产品,为确保设备使用一贯性和稳定性,建议采用瑞士ABB品牌的IRB 1410型、德国KUKA品牌的KR5 Arc型、中国STEP品牌的SA 1400型和日本FANUC品牌的R-0iB型,如图5所示,四款工业机器人的额定负载、工作范围和重复定位精度基本相同,满足工作站使用要求。

图5可选工业机器人型号
工业级喷漆及涂胶系统价格昂贵,且维护成本很高,不适合用于学校教学,由于环境及安全限制,无法采用真实漆料完成喷漆或钣金胶完成涂胶的实操训练。为此,喷涂实训工作站选用了在工艺实现上与真实喷涂和涂胶近似的喷笔工具,将无害环保颜料聚焦地喷涂在指定范围内。台湾Sogolee品牌高性能喷笔,如图6所示,通过ISO9001.2000认证、CE认证、UL认证和德国TUV GS认证,畅销全球,质量优良。喷针、喷嘴选用不锈钢材质,硬度高、不易破裂,喷嘴采用多孔高雾化设计,插入式喷嘴彻底解决易堵难题,可适应多种粘性颜料。喷嘴座与喷笔结构一次成型,喷笔、喷嘴均不含橡胶密封圈,保证耐强酸强碱、不漏气、防腐蚀,提高使用寿命,清洗拆装方便。

图6台湾Sogolee品牌高性能喷笔
工作站提供了安全围栏,将人员与设备物理隔离,保证安全,如图7所示。安全围栏由铝合金和钢化玻璃构成,安装有关门检测传感器防止工业机器人运行中人员进入引发危险,提供三色报警灯提示工作站当前状态,并在多个显著位置设置系统急停开关,可在发生危险时及时停止设备运行。

图7安全围栏

3.1.9工业机器人基础教学工作站-站位型(CHL-JC-01)
.1 产品介绍
工业机器人不同于其他机电设备,是一种实现某种工艺过程的柔性平台,工艺种类完全由其所安装的末端执行器和配套的周边设备决定。对于工业机器人基础教学,不能仅针对工业机器人本身的功能和操作进行教学,也不可过分专注于结合工艺实现的真实应用方式,而是要着眼于工业机器人工作站系统,以实现工业机器人基本结构和基础操作、工作站系统调试和搭建、工业机器人及周边设备编程和通讯等内容的实训。
工业机器人基础教学工作站-站位型,如图1所示,由工业机器人、基础实训台、综合实训台、工具及工具库、操控台、安全组件和配套设施组成,针对职业院校的教学特点,综合理、虚、实一体化教学特征,选用性能优良的设备,采用最新自动化技术,融合“智能制造、智慧工厂”理念,采用“模块化、简易化”设计方法,可充分学习工业机器人及其周边应用技术,确实掌握相关实操技能,不减少实训项目和真实工厂应用特点的前提下尽可能确保教学过程的方便、安全。
工业机器人基础教学工作站-站位型主要应用在工业机器人基础操作教学阶段,可以实现工业机器人基本结构、基础操作、参数配置、在线示教编程、简单语言编程、工具更换、复杂轨迹规划及编程、模拟上下料和码垛工艺应用、模拟涂胶和打磨抛光工艺应用、IO通讯及工业以太网总线通信、离线编程应用等教学内容,实训房式设计特别适合于车间型实训基地,为学生掌握基础编程能力和调试技能提供硬件支撑,满足教学需求。

图1工业机器人基础教学工作站-站位型
.2 技术参数
输入电源:交流三相五线制380V,频率50Hz
额定功率:5kW
安全保护:急停开关、漏电保护、短路保护、过载保护
整体尺寸:3000mm×3500mm×2000mm(可根据场地实际情况定制)
.3 实训项目
工作站结构认知
关键设备的特性和参数设置
工业机器人及周边设备的维护及典型错误排查
工业机器人手动控制及基本参数设置
工业机器人IO通信及PLC信息交互
工业机器人单轴运动与线性运动控制
工业机器人工具TCP参数标定
工业机器人工件坐标系参数标定及多坐标系切换
基于关键点的轨迹编程(精确定位/圆弧逼近)
基于样条曲线的轨迹编程
条件判断语句的用法及编程
循环语句的用法及编程
子程序的编程及调用
模拟码垛工艺应用编程
模拟上下料工艺应用编程
模拟工件的拾取应用编程
以工件坐标系为基准的轨迹编程
模拟涂胶工艺应用编程
模拟打磨抛光工业应用编程
工业机器人与PLC的通讯与联调
基于RobotArt的工作站搭建与配置
基于RobotArt的简单平面轨迹离线编程应用
基于RobotArt的复杂空间轨迹离线编程应用
基于RobotArt的模拟搬运码垛离线编程应用
基于RobotArt的模拟上下料离线编程应用
基于RobotArt的写字绘图离线编程应用
.4 主要配置
工业机器人:ABB IRB 1410
PLC:SIEMENS、OMRON、MITSUBISHI
模拟工艺:搬运、码垛、上下料、焊接、涂胶、打磨
气动组件:AirTAC、SMC
电气组件:OMRON、Schneider、Rittal
.5 核心功能
工业机器人基础教学工作站(站位型)根据教学内容和复杂度分为基础教学部分和综合教学部分,互相配合补充满足实训要求。基础教学部分以基础操作和轨迹编程为教学核心,工业机器人配合笔形工具在轨迹图板上实现TCP参数标定、坐标系定义及变换、不同类型轨迹规划等实训内容,结合工具架和模拟工件完成典型工艺模拟应用实训。综合教学部分以模拟生产流水线为主线,利用工业机器人实现取料、搬运、上下料,将整个过程流畅地串联起来,配合与PLC的联动控制,真实模拟工厂应用效果,提高综合应用能力。
工作站选用小负载大臂展工业机器人用来将所有加工工序串联起来,可根据学校需求更换不同品牌近似规格型号的产品,为确保设备使用一贯性和稳定性,建议采用瑞士ABB品牌的IRB 1410型、德国KUKA品牌的KR5Arc型、中国STEP品牌的SA 1400型和日本FANUC品牌的R-0iB型,如图2所示,四款工业机器人的额定负载、工作范围和重复定位精度基本相同,满足工作站使用要求。

图2可选工业机器人型号
气动抓手,如图3所示,采用德国SCHUNK品牌采用高性能气动驱动组件实现动作,通过间隙最小的交叉滚子导轨实现精确抓取,椭圆形驱动活塞实现最大抓取力,可通过电磁开关进行检测确保过程可靠性,结构材料采用铝合金并进行防锈处理。气动抓手根据不同应用环境有三种状态:轨迹编程中用于夹持笔形工具、码放物体时用于抓取模拟物料、模拟涂胶及打磨抛光应用时用于抓取模拟工件。

图3气动抓手
基础实训台配合工业机器人可完成工业机器人操作方式选择、速度调整、坐标系设定及手动操作机器人等基础操作实训,程序编写、启动执行程序和停止程序等运动编程实训,机器人零点设定及系统维护等技能实训,工具TCP标定、基坐标系设置、复杂运动轨迹编程、子程序练习等能力实训。工具架包含工具库、物料库及固定工具支架,工具库可同时存放3个笔形工具,具有笔形工具到位检测功能,料块库可同时存放15个模拟物料,笔形工具固定支架配合模拟工件可以进行模拟焊接、涂胶、打磨实训,采用工具固定、工业机器人夹持工件完成加工工艺过程,丰富实训操作内容。基础实训台、工具架及模拟工具如图4所示。

图4基础实训台、工具架及模拟工件
综合实训台上合理分布有模拟上下料组件和模拟码垛组件,用来模拟真实工厂流水线加工作业过程,通过工业机器人的配合确保生产线正常运行,组件采用铝合金型材为结构支撑件,利用气缸和步进电机实现驱动,配合类型丰富的传感器检测物料位置及气缸运行状态,如图5所示。综合实训台用来进行工业机器人结合工艺应用的综合实训,可完成工业机器人模拟上下料实训、模拟码垛实训、模拟生产线综合实训,提高学生对工业机器人结合应用的综合复杂操作及编程能力,使学生掌握工业机器人基本技能后可将其综合应用于实际需求,增加工业机器人操作应用经验。

图5综合实训台
综合实训台上所有设备的联动控制通过高性能PLC实现,如图6所示,提供多种品牌选择以适应学校前期基础教学,确保延续性,同时在型号选择时以应用范围广、性能优良为先,使用模块化设计产品提高系统组态灵活性,包含丰富的应用模块增加实训内容,也为后期技术升级和改造留有接口。

图6 PLC组件
操控台由操作面板、IO组件和触摸屏构成,布置在工作站正前方,实现对工作站的运行控制和IO实训操作,实训时可将参考资料和教材放置于上面,如图7所示。操作面板由钥匙开关、指示灯和按钮组成,可实现对工作站运行控制、模式切换、状态监控和急停操作,通过按钮也可对模拟生产线工作台的运行进行控制。IO组件数字量IO由绿色指示灯和拨位开关构成,实现与PLC和工业机器人数字量IO模块的通信控制。触摸屏作为人机交互接口,7寸TFT真彩液晶屏,分辨率800×480,支持PROFINET总线通讯,可以实现对工业机器人运行模式和程序控制、模拟生产线工作台相关气动元件和电动元件控制、工作站运行监控等功能。

图7操控台
为保证工业机器人及周边设备安全,在工业机器人手部安装工艺工具时都会加装防碰撞传感器,确保及时感测到工业机器人末端工具与周边设备或人员发生碰撞并立即停机。工作站为丰富实训内容、贴近真实应用效果、提高设备安全,选用德国SCHUNK品牌气动机器人防碰撞传感器,如图8所示。防碰撞传感器有效保护机器人和操作设备,防止由碰撞或超负荷造成设备损坏,提供了可靠的电信号监测、线缆断裂监控功能,利用特殊结构达到只在一个位置卡入,由此在超负荷后零点始终一样,确保定位精度,同时无预定断裂位置,而是在发生碰撞后的简单手动重新定位,简化操作步骤。

图8防碰撞传感器
工作站提供了安全围栏,将人员与设备物理隔离,保证安全,如图9所示。安全围栏由铝合金和钢化玻璃构成,安装有关门检测传感器防止工业机器人运行中人员进入引发危险,提供三色报警灯提示工作站当前状态,并在多个显著位置设置系统急停开关,可在发生危险时及时停止设备运行。

图9安全围栏
3.1.10工业机器人3C行业集成应用系统(CHL-ZH-01)
随着技术发展,3C产品(电脑Computer、通讯Communication、消费性电子Consumer Electronic)已经深入到人们的日常生活中,市场需求量极大。3C产品的尺寸小、规格多、精密度高、更新速度快等特点,使得其生产制作过程必然是依靠劳动密集型产业集群支撑,必然对一线工人的工作强度、质量提出很高要求。为此,很多制造厂商迫切地寻求制造转型,而工业机器人是其最佳选择。为了满足电子产品组装加工日益严格的要求,工业机器人也根据3C制造上的需求,进行特制,小型化、简单化的特性实现了电子组装高精度、高效的生产,主要应用于元器件贴片、产品组装、元器件生产等领域。
工业机器人3C行业集成应用系统以触摸开关这一典型3C家用电子产品为目标对象,采用模块化设计思维,融合了六轴关节型、四轴并联型、平面关节型、三轴直角坐标型共四种不同类型的常用工业机器人,集成了视觉检测、PLC控制、总线通信等应用技术,实现了取料、分拣、装配、检测、码垛等工艺内容,最终完成触摸开关产品的组装生产过程。
为方便教学实施,工业机器人3C行业集成应用系统将对生产流程分解拆分,由6个模块分别完成分拣、装配、检测、码垛等工序,每个模块完全独立,可以同时由不同人员完成程序编制和调试工作,最终利用总控系统的联合控制完成对各模块的运行协调,最终完成产品生产过程。

图23工业机器人3C行业集成应用系统

图24工业机器人3C行业集成应用系统技术特点
3.1.11工业机器人智能制造系统-加工制造(CHL-ZH-11)
1、功能介绍
随着“工业 4.0”概念的提出,制造业对加工生产线的要求不再仅是高度自动化和高效生产节拍,而是需要更强的产品适应性和简单灵活的调整方式以完成个性化、定制化产品的订单式生产。这种生产方式的变革,使得以产品为核心的生产线无法完全满足要求,而且构成这类生产线的各种设备是根据某一类产品特点而定制的专用生产设备,在产品更改后无法及时做出相应调整,导致生产线响应过慢,无法适应个性化、定制化产品的自动化生产。利用工业机器人代替专用生产设备,配合互联网、信息化、传感器等技术,构成柔性生产制造系统,不仅具有高度自动化,还体现了高度智能和柔性,可以根据不同产品快速做出适应性改变,甚至配合人工智能技术做到自适应。
工业机器人数控加工行业集成应用系统以传统机械加工制造行业为背景,由数控机床、工业机器人、智能视觉、立体仓库、AGV、RFID、模块化总控 PLC 等现代化生产制造装备组成,集成了自动控制、智能数控加工、高速以太网工业总线等最新应用技术,融合了 PDM、ERP、MES 等数字化设计及智能管控系统,为院校打造了未来工厂中的柔性加工制造系统 FMS 样板。

工业机器人数控加工行业集成应用系统

3.2 离线编程
3.2.1软件概述
随着工业机器人技术的发展,高精度、高性能、高智能工业机器人相继问世,助其不断地扩展应用领域。不同于简单的物料搬运、码垛应用,新兴工业机器人应用需要更高精度轨迹和复杂工艺支持,导致了传统示教编程和语言编程无法完全满足。同时在线操作和调试使得工业机器人必须停机配合,致使生产线停产,造成企业损失。工业机器人离线编程技术集成了计算机三维实体显示、系统仿真、智能轨迹优化、运动控制代码生成等核心技术,使得工业机器人获得了更加强大的“大脑”,可以轻松应对复杂轨迹的高精度生成和复现,在计算机上完成轨迹设计、规划、运动仿真、碰撞检查、姿态优化,最后直接生成工业机器人控制器所需的执行运动代码,同时还提供了方便的轨迹整体优化、工艺过程设计和空间校准算法,缩短了工业机器人的停机调试时间,为工业机器人实现更广泛的应用提供技术支撑。
RobotArt工业机器人离线编程软件,华航唯实掌握核心算法并申请了软件著作权,如图41所示,已经在工业机器人应用领域取得初步成功,切实解决了实际应用问题,打破了国外软件垄断局面。RobotArt充分考虑到软件应用特点,实现了功能最优化、使用简易化、界面人性化、操作统一化,在教育领域为学校提供教育版,提供专业的技术支持和二次开发服务,实现教学功能定制化。

图41RobotArt软件著作权
3.2.2 推荐硬件配置要求
操作系统:Windows 7/Windows 8/Windows 8.1/Windows 10(32bit/64bit)
网络要求:程序运行过程中稳定访问互联网
CPU:Intel i5-4590,主频3.3GHz
内存:DDR3 4GB
显卡:NVIDIA GT720显示芯片,独立1GB显示内存
参考电脑型号:联想扬天T4900c,戴尔5040MT,惠普ProDesk 490 G2 MT
3.2.3 特色功能
3.2.3.1 多品牌工业机器人离线编程功能
RobotArt采用独家解算算法,可以支持市面上所有品牌工业机器人的离线编程操作,目前模型库中已附带KUKA、ABB、STAUBLI、广州数控、新时达等品牌工业机器人模型,可以导入三维模型并进行轨迹规划,采用通用化空间正逆解算算法真实仿真运动过程,一键即可完成复杂的程序编译过程,直接生成运行所需要的控制代码文件,如图42所示,简化工业机器人编程过程,统一编程接口,提高应用效率。

图42多品牌工业机器人离线编程支持
3.2.3.2 基于CAD数据的轨迹设计
RobotArt采用通用的3D核心模块,提供了基础的曲线、曲面及实体建模功能,满足简单建模需求,同时RobotArt独家提供了丰富的模型文件接口,包含了通用标准三维模型格式如step、igs、stl、x_t,以及市面上广泛使用的三维设计软件如UG的prt、ProE的prt、CATIA的CATPart、Solidworks的sldpart、3D实体设计的ics等格式的模型文件,方便用户在不同软件中建立真实的工作环境并导入到RobotArt中,提高设计环境真实度。软件操作过程与通用3D CAD软件基本相同,在教学上具有延续性,如利用三维球对模型位置和姿态进行调整等,便于学生掌握软件操作。
同时RobotArt的工业机器人轨迹生成采用基于CAD模型数据技术,可通过实体模型、曲面或曲线直接生成运动轨迹,简化轨迹生成步骤,提高轨迹精度。同时生成后的轨迹与原CAD数据实时关联,当模型文件尺寸更改后,轨迹会自动更新,如图43所示,无需再次生成新轨迹,提高设计效率。

图43轨迹与CAD数据关联
3.2.3.3灵活的编程模式和轨迹优化功能
工业机器人在真实应用时,会根据不同需求采用工业机器人手持工具或手持工件两种方式实现,有时因为空间限制或成本要求,一个工业机器人工位需要完成多个工序功能,要求工业机器人配合快速更换工具实现多种末端执行器自动替换。RobotArt为解决此类应用问题,将轨迹仅与工件和工具关联,可以实现手持工具和手持工件两种轨迹编程模式自由切换,并对多个工具进行定义编程,多个工序一次实现,简化编程流程,充分模拟真实应用效果。
RobotArt提供了多种工具用来解决轨迹优化过程可能出现的问题:利用仿真实时碰撞检查工具可以检查编程结果在仿真运行过程中模型间的碰撞,防止真实应用时发生危险;利用轨迹分析工具可以对工业机器人的可达性、姿态奇异点和轴超限进行检查,以提示设计人员对轨迹进行调整,避免实际运行中的无故停机,提高调试效率;利用独家算法的智能轨迹优化工具,采用可视化界面实现复杂轨迹的优化调整,规避不可达点、姿态奇异点和轴超限点,简化轨迹优化操作过程,如图44所示。

图44轨迹分析工具及优化
3.2.3.4多机器人联动仿真
在真实生产应用中,由于工艺要求复杂、产品结构特殊等原因,同一工位处经常需要多个机器人互相配合完成要求的加工动作,有时甚至需要两到三个机器人联动完成复杂空间轨迹的动作,这使得工业机器人的工作环境极为复杂,容易发生碰撞等危险,在编程调试过程中,需要更加细致和小心,也对工作站的整体设计提出了更高的要求。RobotArt利用独家的轨迹关联技术,可以在同一三维环境下导入多个不同品牌、不同型号的工业机器人,并对每一个工业机器人进行轨迹编程,如图45所示。利用IO关联控制技术可以实现多个机器人之间轨迹的联动控制,从而达到完全模拟真实状态下,工业机器人的仿真过程,从而在虚拟环境中对工业机器人的工作空间进行碰撞检查,避免危险发生,同时也可以直观地验证多机配合情况下轨迹的复现效果,提高程序调试效率,缩短设备停机时间。

图45多机器人联动仿真
3.2.3.5 第七轴扩展及变位机应用
最常用的串联六自由度关节型工业机器人,因其结构特点使其工作范围为近似球型,与人的工作范围相同。但随着应用形式的扩展,大幅度提高工业机器人的工作范围成为了主要需求。但单纯增加工业机器人工作半径,不仅严重影响了有效负载和重复定位精度两大指标,还使得成本大幅提升,得不偿失。为此,利用线性行走模块使工业机器人增加第7轴实现沿一维自由运动,从而将球形工作范围迅速扩展成为圆柱形空间,且高精度导轨和高性能伺服技术的发展也确保了优良的定位精度,成为了当前主流应用方式。RobotArt为解决该应用问题,将轨迹与机器人在几何关系上解耦,实现了机器人动态实时跟踪轨迹运动仿真,不论机器人运动到任何位置都可准确定位到目标轨迹点,同时对当前状态下的机器人轨迹数据进行输出,实现扩展第7轴的离线编程应用,如图46所示。

图46扩展第7轴的编程仿真应用
在焊接应用过程中,由于焊接零件的尺寸及焊缝轨迹的要求,经常需要工业机器人配合变位机实现单工位下多个焊接工序的加工过程。对于非联动的变位机应用,示教编程还可以勉强应付,但当需要应对贯穿线等复杂轨迹加工时,需要工业机器人与变位机联动完成,即加工过程中工业机器人和变位机同时运动,这使得传统示教编程基本无法满足,必须依靠离线编程实现,以满足高精度加工需求。RobotArt软件中提供了单轴L型、单轴H型、单轴转盘型、双轴等不同形式的变位机,方便不同应用工况下的快速部署与应用,也提供了自定义变位机的接口,满足定制化需求,如图47所示。

图47变位机联动轨迹规划及仿真
3.2.3.5 快换工具应用支持
在自动化生产线中,由于空间、成本等因素限制,经常会要求单一工业机器人完成多种工艺过程,如搬运装配复合、点焊抓取复合、装配检测复合等等,这使得工业机器人需要能够自动更换末端执行器。为满足该工业需求,工业机器人用快换工具应运而生,分为机器人端和工具端,机器人端安装在机器人法兰盘上,可以与同规格的工具端实现快速装配和分离,采用气动控制。RobotArt软件利用独家的轨迹关联技术,实现同一工业机器人不同工具间的轨迹匹配,完全模拟了真实快换工具的应用方式。同时针对快换动作特点,增加了抓取、放回工具的快捷工具,简化了编程过程,提高了应用效率,如图48所示。

图48快换工具应用支持
3.2.3.6丰富的工艺工具包
为满足工业机器人不同工艺应用需求,RobotArt提供了工艺工具包以解决实际应用问题,如图49所示:可以根据需求自定义工具模型和坐标参数,满足个性化工作站设计要求;通过多点智能匹配算法可实现虚拟设计环境与真实应用环境的坐标变换,在轨迹轮廓不变的情况下对所有标志点进行变换,提高适应性;可利用搬运码垛工艺包真实还原工业机器人抓取物料搬运并摆放的整个工艺过程,避免与环境中其他设备的碰撞;利用点云数据直接生成打孔轨迹,简化轨迹编程过程;利用CAM软件生成的复杂APT Source或NC格式G代码文件生成数控加工轨迹,完成复杂轮廓轨迹或立体模型雕刻。

图49工艺应用工具包
3.2.3.7 定制教学功能
RobotArt为方便教学应用,在学校进行部署时,会在软件中集成与学校所购买的硬件实训设备相同的模型环境,以方便在教学过程中融入离线编程应用,如图50所示。同时,在进行硬件实训教学前,利用RobotArt的虚拟环境熟悉实训操作过程,可以提高硬件设备使用率,降低设备损坏率。为满足集中式教学,RobotArt提供了仿真结果3D动画输出功能,在完成离线编程后,可以通过浏览器直接查看运行效果,方便教师对学生的学习情况进行考核,避免实机操作时发生危险。为保障软件的正常使用和教学应用,华航唯实可以提供及时的技术支持,充分解答软件的各种使用疑问,并会定期在网上进行软件操作培训。华航唯实承诺,软件一次性购买后,可享受永久升级服务,不会因为版本更新而增加资金投入。

图50集成实训设备模型资源
3.2.4工业应用项目
RobotArt软件依靠其强大的离线编程功能,多品牌的支持,简单易用的操作特点,已经在航空、航天、汽车等行业中取得成功应用,并与多家科研单位和院校针对复杂工艺应用项目展开项目合作,解决技术难题:
与中航工业北京航空材料研究院合作利用RobotArt配合ABB IRB 6640工业机器人完成某机型舱门的打磨工序应用;
与航天一院211厂合作利用RobotArt配合ABB IRB 1410工业机器人完成某机型油箱密封件焊接工序应用;
与长城汽车合作利用RobotArt配合ABB IRB 1410工业机器人完成某型发动机缸体铸造后边缘去毛刺工序应用;
与Instron合作利用RobotArt配合ABB IRB 1410工业机器人完成试验机样件的自动上下料应用;
与沈飞集团合作利用RobotArt配合KUKA KR 360工业机器人完成某机型机身自动制孔工序应用;
与飞虹激光合作利用RobotArt配合KUKA KR 30HA工业机器人完成鼓风机罩焊接工序应用;
与北京大学包头研究院合作利用RobotArt配合KUKA KR 100HA工业机器人完成轴类零件激光熔覆工序应用;
与北京卫星制造厂合作利用RobotArt配合KUKA KR 16-2工业机器人完成某型号部件柔性装配工序应用;
与福建福耀玻璃合作利用RobotArt配合KUKA KR 100HA工业机器人完成汽车车窗玻璃打磨工序应用;
与北京工业大学合作利用RobotArt配合KUKA KR 16-2工业机器人完成机器人3D打印制造工序应用;
与深圳圆梦精密制造研究院合作利用RobotArt配合KUKA R150和R2700完成复杂精密零件制孔工序应用;
与长春福耀玻璃研究院合作利用RobotArt配合KUKA工业机器人完成玻璃制品自动化测量工序应用。
3.3 课程体系
工业机器人自20世纪60年代初问世到现在,已经逐步围绕着机械、传感、控制三大部分发展成熟,但工业机器人不同数控机床等专用设备,其作为具有柔性的自动化最终执行单元,需要与现场的其他设备紧密配合才可完成工艺需求,使得从业人员不仅要完全掌握工业机器人的基础操作和应用,还要围绕着工艺应用有规划地了解学习工业控制、电气自动化、加工工艺等相关内容。对于职业院校来说,工业机器人作为新兴教育领域,虽然相关设备已在工业生产中得到广泛应用,但其人才培养尚处于空白状态,未能有个行之有效的参考标准。为此,华航唯实作为“全国机械行业工业机器人与智能装备职业教育集团”的核心成员单位,与职业院校、工业机器人厂商、集成商和应用企业一起,对工业机器人人才定位、岗位规划、技能要求进行梳理,制定出了满足企业技能要求的课程体系和教学标准,为职业院校开展教学活动提供参考。
3.3.1 教学模式
在信息技术高速发展的时代背景下,职业教育体系也在不断发展和完善。华航唯实立足于职业教育发展需要,采用项目式教学和任务驱动式教学以适用于现代职业教育模式。
1、营造真实的岗位环境
华航唯实与瑞士ABB公司、德国KUKA公司、上海新时达公司等工业机器人厂商深度合作,制定了集教学、科研、社会服务于一体的建设标准,课程教学与软硬件设备一一配套,实训项目涵盖了工业机器人主流应用内容,与企业需求无缝对接。在实施人才培养的过程中,将岗位的工作流程及要求渗透到每一门课程内容中,使学生在真实岗位中学习专业核心能力。
2、体现学生的主体作用
“以学生为中心”,根据学生特点,激发学生学习兴趣,采用任务驱动、项目导向等多种形式的“做中学、做中教”教学模式,为学生创设更多的问题情境、使教学内容问题化,组织学生访问、考察,引导学生发现问题、提出问题、分析问题,以达到教会学生解决问题的方法。
3、发挥兼职教师的优势能力
邀请工业机器人生产企业和应用企业这些行业企业的专家到学校开设新技术讲座、合作开发课程教材及资源、共同进行实践环节的教学工作、与校内专任教师组队开展课题研究等方式,开展深度的校企合作,提高人才培养质量和师资队伍整体水平。
4、利用现代化技术手段
通过教学资源库建设,使学校在教学过程中可以利用丰富的视频、动画、文本等教学资源,提高学生学习兴趣。在实际教学中,利用在线云平台发布课程教学内容,实时更新优质资源,随时采集每个学生个体的学情信息,支持多种终端平台使用,实现课上课下无缝对接,提高教学效率。
3.3.2课程体系
课程体系以工业机器人技术为核心,结合了电气自动化、机械设计、传感器应用、加工工艺等专业技能,充分借鉴了机电一体化、电气自动化等相关专业的成熟规划,融入了新形态、新思路的教学理念,充分发挥现代化教学资源的优势,使学生更乐于学习。华航唯实在制定课程体系的过程中,深入分析了职业的岗位技术领域和工作任务,明晰了各个岗位所需的专业知识、能力和素养的需求,联合了专业教师和行业专家进行系统化设计和程序化课程,从工业机器人技术的职业岗位典型工作任务出发,为职业院校提供一套行之有效的体系参考,可以方便的与自身课程融合实践,满足教学实际需求。
课程体系根据教学要求、技能目标、需求定位等因素分为核心基础课程、专业技能课程和综合应用课程三大类共十三门,同时专业技能课程会随着新产品的研发而不停丰富,涵盖了从工业机器人技术认知、基础操作及编程、工艺应用及实践到系统集成及实训的所有教学内容,为学校建设工业机器人专业提供了一体化课程解决方案,配合自身已完成的平台技术课程和专业课程,优化课程设计,实现教学落地。
核心基础课程,如图51所示,面向所有开设工业机器人专业的高职、中职及技工技师类院校,满足针对工业机器人基础操作和编程调试的教学必要需求,每一门课都配套有课程教学标准、课程教材、教学资源,并且所有内容均围绕着软硬件进行定制化开发,实现理虚实一体化教学。
专业技能课程,如图52所示,根据学校特点、当地就业形势和基地硬件建设情况,适合高职、技师等已完成基础操作和编程教学的学生,有针对性的配套,满足结合工艺的工业机器人实训教学,提高实训设备的利用率,为一线教师提供教学依据,让学生在学校完成工业机器人在工厂应用状态下的工艺实训,达成校企无缝对接,提升就业率。
综合应用课程,如图53所示,主要面向具有一定实力的职业院校,可以作为高素质人才技能提升手段和一般人才综合认识工业机器人系统的途径,课程与真实产线相结合,详细阐述的产线的设计理念、搭建过程、运行方式、调试技巧和维护方法,不仅让学生在校期间可以完成与大型企业完全相同的工作体验,也可以承接企事业单位的岗位培训和技能提升服务。

图51核心基础课程

图52专业技能课程

图53综合应用课程
3.3.3 教学设计
华航唯实充分结合院校教学经验,采用课程再造理念,在课程整体设计后,以关键知识点为单元进行拆分,融合教师的教授习惯和学生的接受水平对教学流程再造,有机结合成具有针对性的专业课程。授课模式以典型知识点为主干,将课程资源按照多级知识能力点由面至点的形式呈现,如图54所示。按照学生认识顺序的系统化设计形式,使学生发散性的掌握相关知识点,通过教师富有创造力的主线贯穿式教学将离散知识进行串接,为学生梳理出整体技能的规划路径。

图54多级知识能力点的教学设计
3.3.4 教学实施
为满足教学实施需求,面临当前完全空白的工业机器人职业学院所需的教材及实训指导书的市场,华航唯实联合工业机器人厂商专家、职业院校教师、应用企业工程师、高素质综合技能人才共同成立课程教材及资源研发小组,深度结合教学过程所需的软硬件设备,实现全方位的理虚实一体化教学,将实训设备和离线编程软件确实地应用于教学,满足真实教学实施需求。
3.3.4.1 新形态教材及实训指导书
在教材开发过程中,华航唯实与众多专家一起,采用最新的新型态教材编写结构,融合了“互联网+”概念,利用任务驱动教学过程,每一典型知识点都对应了丰富的多媒体教学资源,实现了随看随学,提高学生学习兴趣,减少教师讲授工作量,实现翻转课堂,让学生乐于学习,如图55所示。

图55新型态教材及实训指导书
3.3.4.2 教学资源
华航唯实积极参与“国家级职业教育工业机器人技术专业教学资源库项目”建设,与职业院校老师一起,针对工业机器人专业的教学要求,结合当前职业教育特点,以项目任务式驱动、知识技能型学习为主线,在形式内容丰富的数字化教学资源建设基础上,将数字“碎片化”资源与教学知识技能点有机整合为一体,满足教与学的新要求,任务式“项目化”教学内容设计使“教学做”融合为一体,涵盖了工业机器人教学所需的所有内容。教学资源根据教学内容和技术水平要求不同,分别对应了课件PPT、习题、视频微课等多种展现方式,如图56所示。

图56教学资源表现形式
主体鲜明、内容丰富的微课视频,如图57所示,突出了每个知识要点,强调了学习重点,且生动有趣的教学内容使学生们从枯燥乏味的书本中解放出来,增加学习主动性及探究性。并从学生学习角度出发,精简教学内容,典型案例化的教与学情景,使学生们能够快速掌握专业知识,有效的完成学习任务。

图57微课视频资源
全面的技能实操讲解视频资源,如图58所示,从更专业、更规范的角度为学生们呈现机器人操作过程。整个实操讲解视频围绕从认识机器人到熟练操作机器人,为学生们进行了一个详细且规范的讲解,使学生们在操作过程中有理可依,有据可查。视频采用实景拍摄,生动、形象、直观,理论讲述由浅入深,实际操作细节规范、详细,是实施“教师教,学生看”的重要环节,学生们通过这些讲解视频资源,便能掌握技能涉及的知识点,并初步理解技能操作的步骤和要领。

图58技能实操讲解视频资源
习题测试是以学习单元为单位开发的配套测试习题,种类多样的测试习题库,如图59所示,几乎涵盖了所有的知识点,能够全方位测试学生们的学习情况,并帮助学生查漏补缺,有效的提升学习水平。习题库还附带有答案,最大程度的减轻了教师的教学负担。

图59习题测试资源
3.4 教学就业
3.4.1 学徒宝——互联网+职业教育
传统的教学方式主要依靠已掌握相关知识和技能的教师通过系统、细致的现场讲解和操作演示,使学生学习和掌握教学任务要求的技术能力,这种教学方式可以充分发挥教师的主导作用,但被动式教学很难使学生对所学知识产生兴趣并发挥主观能动性,严重影响了教学效果。随着信息技术的发展,互联网已深入人们生活的方方面面,并产生了很多意想不到的影响,使人们的生活习惯发生了翻天覆地的改变。作为技术发展的前沿和人才培养的摇篮,教育更应该利用互联网技术,实现教学方法革命。工业机器人,作为机电一体化技术和各种应用技术的集大成者,在职业教育领域处于起步阶段,在学校如何开展教学、教师如何实现教学、学生如何掌握技术等方面仍在探索之中,在互联网技术改变教学的今天,使工业机器人专业规划初期就引入网络化、信息化,从而真正实现“互联网+职业教育”的深入融合。
学徒宝是专注于工业机器人领域的在线教育和就业服务云平台,如图60所示,利用PC技术、互联网技术、虚拟现实技术和多媒体技术改变了传统教学方式,有效帮助院校提升工业机器人专业教学质量,优化教学活动,简化教务工作,减少管理成本,与华航唯实提出的E-ROBOT工业机器人专业建设解决方案深度融合,实现高效的“教、学、管”信息化、一体式创新教学体验。学徒宝围绕教学开展和实施需求,提供了辅教辅学、3D虚拟实训和就业指导三大功能模块,涵盖了工业机器人专业教学过程中所需的典型技能内容,为学生搭建了一个开放的、自由的、成体系的学习平台,提供了学习、就业、创新、深造提供全方位服务。

图60工业机器人在线教育和就业服务云平台——学徒宝
3.4.2辅教辅学——解放教师,翻转课堂
学徒宝实现了教学定制化、过程可控化、知识平台化、信息共享化,利用PC技术和多媒体技术,将单一枯燥的教材和口述式教学转化为文字、图像、视频等形象的教学资源,通过虚拟技术创建教学环境,实现沉浸式教学,理论知识、基础操作、实训指导等融合在教学中,实现教学方法的革新。
辅教辅学功能模块提供了丰富的工业机器人相关的学习资源,包含PPT、教学微课、实操视频、专家答疑等内容,如图61所示,主体资源由华航唯实自有独立专业团队制作,确保质量,同时外聘行业知名专家制作精品课程,确保资源多样性。课程资源按照知识点、技能点组织,按照人才培养路径进行规划,学生可根据自身情况和预定目标自由选择学习内容和进度安排,满足教学个性化需求。

图61传统课程学习模块
在教学过程中,学徒宝会及时采集学生学情信息并汇总,对教学流程和效果进行量化管理。学徒宝会对教学过程中学生的每个知识点的学习情况一一记录,并对其进行全方位评估,利用云计算统计和分析学习情况和进度,创建图形化学习曲线,如所示,为个性化教学提供数据支撑,教师可以实时根据数据对学生进行针对性指导,提高辅导效率,也可为选拔优秀学生和技能竞赛参赛选手提供理论依据,保证竞赛成绩。

图62学情记录及分析
学徒宝长期聘请企业和行业工程师入驻专家频道,定期开展当前工业机器人应用技术发展和现状开展技术讲堂,为专业教师和学生了解当前最新资讯提供平台,使学校的教学工作于真实行业应用并行发展,提高学生就业竞争力。
3.4.3 3D虚拟实训——虚拟环境,仿真教学
3D虚拟实训功能模块,采用最新的互联网三维呈现技术,包含真实设备模型,让用户感受接近实际的操作体验,仅依赖网页浏览器,支持多类型终端设备,实现随时随地实训演示和操作练习,为实训前的仿真练习提供支撑,如图63所示。3D虚拟实训模块旨在对实训内容真实再现效果,帮助老师、学生及社会学员掌握包括工业机器人基础操作技能、不同工艺应用技巧,了解和掌握工业机器人操作及应用技能,培养学习兴趣,节约硬件成本,提高教学效率。

图63 3D虚拟实训
3.4.4 就业推荐——精准对接,校企合作
华航唯实与多家国内外工业机器人知名厂商签订战略合作协议,将其产品用户的用工岗位需求在平台就业板块中发布,通过就业指导推荐模块为学校的合格毕业生提供就业指导服务。模块将企业信息进行有机整合,结合大数据分析技术,如图64所示,对合作院校的即将就业学生进行针对性推荐,提高学生就业率,满足企业的招工需求,彻底解决人才出口问题。对于学生来说,就业推荐功能模块提供了所有企业所有岗位技能要求,使其在学习前就明确目标,对部分知识点有针对性的重点学习,有效缩短岗位适应期,提高就业竞争力。对于企业用户来说,模块可以通过大数据分析和匹配度计算,快速寻找企业所需技能人才,提高招聘效率。

图64人才技能分析与匹配
4、已建设参考案例
4.1长春城建工程学校
学校类型:中等职业院校
人才培养定位:工业机器人操作与维护工程师、工业机器人编程与调试工程师
建设面积:400平方米
建设规模:基础教学设备6台,离线编程30节点,核心专业课程4门
二期预建设:400平米,教学设备8台,软件30节点
建设效果:

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