工业机器人虚拟仿真实训中心建设研究

工业机器人虚拟仿真实训室涉及课程有电气控制技术、PLC技术及应用、伺服电机、人机界面、变频器、工业现场总线技术、工业机器人技术、机器人仿真、机器人编程等, 以及相关课题的基础实验、实训, 中小项目设计、课程设计, 大型项目的演示与毕业课题设计等。

该实训室的建设不仅为学生提供了先进的实验设施和技术, 同时也给广大教师提供了科研平台, 对学科专业建设、课程建设、教材建设、师资队伍建设也有深远的意义。

1 工业机器人虚拟实训中心可实现的教学目标

1.1 实现实验教学系统改革的目标

构建综合性的工业机器人项目实验室, 使教学系统发生了根本性的改变。

1.2 实现机器人实验教学模式的改革目标

采用工业机器人虚拟实验平台, 有利于学生开展项目制的学习。

1.3 实现个性化的教学目标

虚拟仿真软件中含有大量的工业机器人模型以及外部器件模型, 可以让学生的创意不局限于教学计划的课程设计。

2 工业机器人虚拟仿真实训中心主要功能

仿真软件可作为学生接触真实设备前的基础训练, 起到实操实训前的预习作用, 实现与实操实训的互补, 离线编程在实际机器人安装前通过可视化及确认解决方案和布局来降低风险, 并通过创建更加精确的路径来获得更高的部件质量。机器人虚拟仿真软件是一款基于PC机, 在3D虚拟环境下三维展示机器人本体、行业应用、装调过程、维修过程的仿真系统软件, 主要功能如下:

2.1 实现基础实验功能

基础实验内容根据掌握工业机器人技术的基础顺序制定, 保证学生能够在此实验安排下掌握工业机器人基本应用技术。具有离线编程功能, 可以通过CAD模型直接生成运动轨迹, 支持提取三维几何模型边线生成机器人焊接涂胶轨迹, 支持提取空间点及几何零件生成机器人制孔轨迹等, 具有运动轨迹仿真功能, 在仿真过程中可以对工业机器人可达性、姿态奇异点、轴超限等进行检查, 可以单独以及批量修改、编辑轨迹点, 可以直接生成控制代码文件。

2.2 完成项目式教学实训

选择工业机器人分拣包装、搬运码垛、焊接、装配等行业应用项目, 采用项目式教学, 在基础实验基础上, 除了编写针对不同工业应用的机器人程序外, 还需使用开发二次界面, 提高学生综合运用工业机器人基础知识的能力及满足工业应用实际需求。

2.3 实现机器人本体虚拟拆装功能

机器人维修装调仿真软件是基于PC机, 在3D虚拟环境下三维展示机器人装调过程、维修过程的仿真系统软件, 能真实模拟仿真工业级机器人本体所包含的各个零部件并实现机器人的主要机械结构的拆装、维修调试、仪器仪表的使用、装配图纸的正确阅读、装配视频的播放等功能。

2.4 满足学生参加技能竞赛需求

工业机器人虚拟仿真实训中心除能满足实验实训教学需求外, 还可针对各类技能大赛不同应用的要求, 自行建模, 无需实际设备。

3 工业机器人虚拟仿真实训中心建设内容

工业机器人虚拟仿真实训中心通过汽车和食品医药行业两个典型行业应用, 搭建工业机器人三维生产线仿真系统, 具有虚拟课程实训内容以及操作提示功能, 能够按照虚拟实训课程的知识技能点进行实训, 保持技能实训操作的连贯性和一致性;具有在平板电脑、PC机上按照虚拟实训任务要求完成虚拟实训操作的功能;并以图表等形式直观展示学习者的学习情况, 具有三维虚拟仿真实验功能, 可以在教学平台上根据老师组织课程的路径, 灵活调用3D虚拟环境模拟真实操作, 提供体验式的实训课程, 实现各主流品牌工业机器人的虚拟仿真的拆装、调试及考核评分。

能够模拟主流机器人厂商的多种机器人 (四轴、六轴等) 示教器操纵和编程环境。虚拟仿真软件所生成的机器人控制程序代码经验证后, 可直接输出并驱动真实的工业机器人, 完成真实的工作任务, 可实现具体实训内容:

3.1工业机器人典型行业生产线集成、通信与运行3D模拟, 可实现食品医药行业生产线3D虚拟仿真实训、汽车行业生产线3D虚拟仿真实训。

3.2工业机器人典型工作站集成与运行3D模拟, 可实现工业机器人切割、搬运、码垛、焊接、打磨、喷涂、包装、分拣、上下料3D虚拟仿真实训。

3.3工业机器人本体拆装、故障诊断与运行调试3D模拟, 可实现工业机器人本体拆装、故障诊断、运行调试3D虚拟仿真。

3.4工业机器人系统电路、气路和机械结构的装调、维护、故障诊断及维修3D模拟实训。

4 结语

工业机器人虚拟仿真实训中心在计算机、多媒体、虚拟现实技术等支持下, 降低专业实训的成本, 提高教师教学效果和学生学习效率。本实训中心的建设不仅为学生提供先进的实训模拟技术, 同时也给广大教师提供科研平台, 对学科专业建设、课程建设、教材建设、师资队伍建设也有重要的意义。