序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來了一篇機器人焊接實訓(xùn)教學(xué)的應(yīng)用研究范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，工業(yè)機器人已廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中，已成為先進制造業(yè)中不可或缺的重要裝備和技術(shù)，承擔(dān)著搬運、焊接、噴涂、碼垛等多種工作，焊接機器人作為應(yīng)用最多的工業(yè)機器人，占據(jù)著近四分之一的份額，對制造業(yè)有著非常重要的作用。我國在機器人焊接教育方面師資薄弱，起步晚，雖然許多職業(yè)院校為了適應(yīng)企業(yè)對焊接技術(shù)技能型人才的需求開設(shè)了機器人焊接相關(guān)課程，但因焊接機器人設(shè)備價格昂貴等原因，在實踐教學(xué)過程中難以做到一人一機的實操練習(xí)，很多學(xué)校甚至僅有一兩臺焊接機器人或沒有焊接機器人。因此，針對高職院校焊接專業(yè)實訓(xùn)條件的局限性、實訓(xùn)設(shè)備缺乏等現(xiàn)狀，引入ROBOGUIDE仿虛擬仿真教學(xué)軟件可以省去了部分硬件的購買。一方面實現(xiàn)教學(xué)資源的合理分配，降低了教學(xué)成本；另一方面保證了學(xué)生的編程練習(xí)時間，同時有效提高了教學(xué)過程中的安全系數(shù)，實現(xiàn)了高效率低成本的教學(xué)效果，可以明顯改善和提高焊接機器人應(yīng)用人才培養(yǎng)的實訓(xùn)條件和培養(yǎng)質(zhì)量[1]。

1機器人焊接實訓(xùn)教學(xué)現(xiàn)狀

1.1欠缺課程需要的先學(xué)知識機器人焊接實訓(xùn)課程授課對象通常為高職二年級學(xué)生，雖然學(xué)生前期學(xué)習(xí)了焊接相關(guān)理論知識并有很高的學(xué)習(xí)積極性，但欠缺焊接機器人的組成、編程及運動原理等相關(guān)知識，獲取知識和運用知識解決實際問題的能力較差。

1.2缺乏實訓(xùn)條件實訓(xùn)教學(xué)一方面是讓學(xué)生理論聯(lián)系實際，強化理解和記憶，另一方面是提高學(xué)生解決實際問題的能力和動手操作能力。由于設(shè)備少，學(xué)生多，實訓(xùn)教學(xué)無法實現(xiàn)一對一精準(zhǔn)教學(xué)，只能通過分組進行操作練習(xí)，但練習(xí)時間有限，很多學(xué)生都沒有達成學(xué)習(xí)目標(biāo)。

1.3難實現(xiàn)理實一體化教學(xué)當(dāng)前，大部分學(xué)院教學(xué)采用的是傳統(tǒng)的演示性教學(xué)，重理論、輕實訓(xùn)。雖然學(xué)生能夠獲取焊接機器人應(yīng)用的感性認(rèn)識，但無法將相關(guān)知識應(yīng)用到實踐中。由于實訓(xùn)設(shè)備少，實訓(xùn)條件有限，理論與實踐分開教學(xué)，無法有效地進行理實一體化教學(xué)，教學(xué)效果和質(zhì)量大打折扣。

2虛擬仿真教學(xué)的必要性

2.1實現(xiàn)低碳化教學(xué)從低碳經(jīng)濟的角度來看，虛擬仿真教學(xué)是一種低碳的教學(xué)。低碳課堂是在有限的課堂時間里，降低成本和效率，降低無效或低效的教學(xué)活動，在教學(xué)環(huán)境中節(jié)約師生時間和精力，使教學(xué)效率最大化，避免資源浪費，實現(xiàn)師生可持續(xù)發(fā)展。焊接機器人廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天等很多工業(yè)領(lǐng)域且品牌種類較多，除了庫卡、發(fā)那科、安川、ABB四大家族的機器人之外，還有埃斯頓機器人、熊貓機器人和錢江機器人等國產(chǎn)機器人，工業(yè)機器人系價格昂貴，由于在操作與使用上不同品牌的機器人有著一定差異，將所有不同品牌的機器人和應(yīng)用環(huán)境都配齊存在很大的困難，同時也不符合低碳化教學(xué)模式的要求[2]。

2.2滿足課程實訓(xùn)教學(xué)的需求機器人焊接的教學(xué)過程主要是示教、編程和焊接，按每臺機器人最大允許3人操作編程來計算，這就要求需要較多的焊接機器人。因此，引入ROBOGUIDE仿真教學(xué)軟件替代焊接機器人實際工作，學(xué)生可以在虛擬仿真實訓(xùn)室進行線上編程練習(xí)，然后導(dǎo)出離線編程文件，并導(dǎo)入到焊接機器人工作站進行校正調(diào)試。使用仿真教學(xué)軟件，學(xué)生可以隨時模擬練習(xí)機器人編程，幫助學(xué)生快速認(rèn)識機器人，學(xué)會機器人示教器在虛擬環(huán)境中的基本操作，降低學(xué)習(xí)成本，明顯縮短學(xué)習(xí)周期，同時提高課堂學(xué)習(xí)效率，也節(jié)省了實訓(xùn)成本[3]。

3ROBOGUIDE軟件虛擬仿真教學(xué)

3.1虛擬仿真教學(xué)軟件的選擇ROBOGUIDE軟件是日本FANUC公司在機器人基礎(chǔ)上研究開發(fā)的機器人離線編程系統(tǒng)軟件。該軟件能夠滿足不同型號的FANUC機器人的離線仿真和通信等基本功能。該軟件運行于Windows環(huán)境，通過使用虛擬機器人控制技術(shù)來模擬仿真實際機器人作業(yè)。可實現(xiàn)分析機器人干涉性和可達性、設(shè)計系統(tǒng)方案布局和估算系統(tǒng)的節(jié)拍、機器人離線程序的自動生成、診斷機器人故障和優(yōu)化程序等功能[4]。

3.2ROBOGUIDE軟件的使用流程

3.2.1工作空間搭建工作空間搭建環(huán)節(jié)需要以下幾個步驟：（1）選擇機器人。ROBOGUIDE機器人庫里有各種型號的機器人模型，選擇與現(xiàn)場機器人工作站型號一樣的機器人FANUCM-10iD。（2）選擇工具。在工具項里選擇與現(xiàn)場焊槍型號一樣的焊槍作為工具。（3）搭建平臺。從數(shù)據(jù)庫里導(dǎo)入與現(xiàn)實工作站中尺寸大小一樣的工作平臺和需要加工的工件。（4）TCP校準(zhǔn)。將工具中心點（ToolCenterPoint,TCP）從機器人原始的第六軸法蘭中心通過六點法（XZ）移至焊絲頂尖位置。（5）工件校準(zhǔn)。在實際機器人工作站中的機器人與工件的相對位置固定的前提下需要進行工件校準(zhǔn)，這樣設(shè)計的軌跡才有意義。

3.2.2離線編程離線編程是指在建立了機器人工作站的三維模擬場景后，經(jīng)由軟件仿真計算，生成控制機器人的運動軌跡，進而生成機器人的控制指令[5]。主要有以下三方面的內(nèi)容：（1）在虛擬環(huán)境中創(chuàng)建工作站，將現(xiàn)實中的工作內(nèi)容還原到軟件中；（2）規(guī)劃并編寫機器人運動路徑，生成相應(yīng)的控制指令；（3）設(shè)置焊接工藝，完成機器人離線編程。

3.2.3仿真運行編寫完成的離線程序，為便于檢查機器人工作過程中是否有奇異點，是否會發(fā)生干涉等報警，啟動碰撞檢查功能，如有異常報警可以進行軌跡調(diào)整。

3.2.4導(dǎo)出在確認(rèn)仿真沒有問題的前提下，將離線仿真程序?qū)С龅紽ANUC機器人示教器中進行操作調(diào)試，最后完成焊接。

3.3ROBOGUIDE軟件在教學(xué)中的應(yīng)用

3.3.1認(rèn)識焊接機器人認(rèn)識焊接機器人是機器人焊接實訓(xùn)課程的基礎(chǔ)內(nèi)容，主要包含焊接機器人運動規(guī)律、技術(shù)特點、技術(shù)參數(shù)、原理、控制系統(tǒng)解析及結(jié)構(gòu)等專業(yè)知識。

3.3.2實踐工業(yè)機器人手動操縱在機器人編程與焊接課程教學(xué)中，機器人的手動操縱對于機器人的基礎(chǔ)理論知識和機器人編程兩大部分知識模塊起到承上啟下的作用，熟練的操作能力便于學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)焊接機器人。因為學(xué)生在動手接觸機器人前，對機器人存在陌生感，因此用ROBOGUIDE仿真軟件建立虛擬控制系統(tǒng)，并通過虛擬示教器控制實現(xiàn)機器人的手動操作等功能，可以幫助學(xué)生熟悉機器人。由于仿真軟件上的虛擬示教器和真實示教器功能完全一樣，非常有助于教學(xué)的實施。（1）支持學(xué)習(xí)焊接機器人各種功能。例如，建立焊接機器人操作環(huán)境、手動操縱、數(shù)據(jù)處理等基礎(chǔ)功能；I/O通信；建立坐標(biāo)系、有效載荷等數(shù)據(jù)[6]。（2）通過仿真軟件對學(xué)生的實際編程操作情況進行檢驗，有效強化學(xué)生安全操作規(guī)范和提高操作技能水平，并通過對可能出現(xiàn)的誤操作提前進行針對性的分析改進，方便后續(xù)在機器人焊接工作站的操作，從而大大降低在工作站內(nèi)的失誤率。此外，學(xué)生會根據(jù)自己的實際情況課后進行自主訓(xùn)練。（3）通過設(shè)置對不同操作要點的針對性訓(xùn)練，增強學(xué)生的分析判斷及解決實際問題的能力，充實教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)案例。

3.3.3機器人工作站離線編程應(yīng)用機器人編程與焊接是焊接實訓(xùn)課程核心內(nèi)容。目前，焊接機器人編程技術(shù)主要分為示教在線編程和離線編程。示教在線編程主要是在現(xiàn)場進行，示教效果取決于操作人員，對于較為復(fù)雜軌跡的示教準(zhǔn)確性有限，并且占用機器人作業(yè)時間，影響效率。與示教在線編程相比，離線編程能減少對機器人資源的占用時間，機器人在工作時操作人員仍可在仿真教學(xué)軟件上對后續(xù)任務(wù)進行編程，能夠遠(yuǎn)離部分危險的工作環(huán)境，有效改善編程環(huán)境，降低工作強度。在實際教學(xué)過程當(dāng)中，如果采用示教在線編程方式，編輯較大程序時，操作煩瑣、難度大，因此依托仿真教學(xué)軟件進行離線編程能夠方便快捷地完成編程工作，并且優(yōu)化和修改程序非常方便，調(diào)試正常后的程序可以上傳至機器人示教器中運行，有效提高了編程效率[7]。

3.3.4培育專業(yè)技能素養(yǎng)在焊接機器人的工程應(yīng)用中，操作員的專業(yè)素養(yǎng)尤為關(guān)鍵。首先，要加強專業(yè)技能，理解工藝流程，掌握技術(shù)要點，幫助學(xué)生熟練掌握操作規(guī)范；其次，要塑造職業(yè)精神，嚴(yán)謹(jǐn)、勤奮的工作態(tài)度對學(xué)生成才及后續(xù)發(fā)展有很大保障作用，從業(yè)人員的職業(yè)態(tài)度和觀念是現(xiàn)代企業(yè)重點考察內(nèi)容，因此，將專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)相關(guān)內(nèi)容融入專業(yè)課程教學(xué)中。ROBOGUIDE仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用有助于學(xué)生培育創(chuàng)新精神和提高專業(yè)素質(zhì)。利用ROBOGUIDE仿真軟件建立符合實際系統(tǒng)的工作站，結(jié)合工業(yè)機器人在生活、生產(chǎn)等方面的創(chuàng)新應(yīng)用進行設(shè)計工業(yè)機器人方案，這有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和職業(yè)規(guī)范意識[8]。

4ROBOGUIDE軟件在教學(xué)中的應(yīng)用價值

（1）充當(dāng)課程內(nèi)容銜接的紐帶。在機器人焊接實訓(xùn)課程教學(xué)中，焊接機器人基礎(chǔ)內(nèi)容、手動操縱與示教編程等內(nèi)容都會用到焊接機器人的虛擬仿真。虛擬仿真教學(xué)軟件起到串聯(lián)各知識點的作用。（2）提高學(xué)生對接崗位需求的能力。離線編程廣泛應(yīng)用于焊接機器人生產(chǎn)、調(diào)試、維修等工作崗位中，在高職教育中主要是培養(yǎng)學(xué)生提前適應(yīng)崗位工作的能力，焊接機器人專業(yè)教學(xué)中加入離線編程相關(guān)內(nèi)容，在校期間培訓(xùn)離線編程技術(shù)便于實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容與崗位工作能力無縫對接[9]。（3）提高教學(xué)安全性。操作焊接機器人必須嚴(yán)格遵守機器人安全操作規(guī)程，違規(guī)操作容易對學(xué)生或設(shè)備造成傷害。因此，要求學(xué)生先利用仿真軟件進行虛擬仿真訓(xùn)練再進行實機操作練習(xí)。學(xué)生在仿真練習(xí)過程中可能遇到機器人伺服報警、奇異點報警、極限位置以及其他誤操作帶來的意外情況，這些都能夠在軟件上解決。由于虛擬示教器與真實工作站內(nèi)示教器一致，因此，學(xué)生在進入真實工作站內(nèi)操作機器人之前大大提高了機器人操作能力，避免了軟件中出現(xiàn)過的故障報警再次出現(xiàn)，減少了危險的發(fā)生，提高了實踐教學(xué)的安全性。（4）緩解實訓(xùn)條件無法滿足教學(xué)需求的現(xiàn)狀。針對學(xué)院機器人設(shè)備少、學(xué)生多、無法完全滿足全部學(xué)生同時參與機器人焊接實訓(xùn)教學(xué)需求的現(xiàn)狀，可以通過ROBOGUIDE仿真軟件進行任務(wù)式、模塊化實訓(xùn)教學(xué)，一定程度上緩解實訓(xùn)條件壓力。同時，學(xué)生隨時可以在仿真實訓(xùn)室或用自己的電腦對所學(xué)知識進行鞏固訓(xùn)練，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和積極性，解決了機器人實訓(xùn)場地的限制問題。

5結(jié)束語

虛擬仿真作為現(xiàn)代教學(xué)的重要組成和手段，對專業(yè)教學(xué)起到很大的輔助作用。其不僅滿足了低碳教學(xué)的理念，而且解決了實踐教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)生多設(shè)備少的難題，大大降低了教學(xué)成本，同時減少了實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的安全隱患，提高了教學(xué)質(zhì)量。通過虛擬仿真技術(shù)與實訓(xùn)基地工作站實操相結(jié)合的這種線上與線下、虛擬與現(xiàn)實結(jié)合的新教學(xué)模式，一方面有效提升了學(xué)生對FANUC機器人仿真技術(shù)的應(yīng)用能力；另一方面較好地支撐和豐富了課程教學(xué)的內(nèi)容，不僅能夠輔助編程練習(xí)，提高了教學(xué)效率，而且能夠進一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，對于提高學(xué)生學(xué)習(xí)工業(yè)機器人積極性、培養(yǎng)學(xué)生耐心細(xì)致的學(xué)習(xí)習(xí)慣和良好的職業(yè)素養(yǎng)起到了很好的推動作用。

參考文獻

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[5]蘇宇,劉海燕.自主學(xué)習(xí)導(dǎo)向下的虛實結(jié)合實驗教學(xué)探索與實踐:以“工業(yè)機器人技術(shù)”實驗課程為例[J].工業(yè)和信息化教育,2021(04):79-83.

作者:冶維財 單位:甘肅鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院